JP2003018043A - 通信装置 - Google Patents

通信装置

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JP2003018043A
JP2003018043A JP2001199387A JP2001199387A JP2003018043A JP 2003018043 A JP2003018043 A JP 2003018043A JP 2001199387 A JP2001199387 A JP 2001199387A JP 2001199387 A JP2001199387 A JP 2001199387A JP 2003018043 A JP2003018043 A JP 2003018043A
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card
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Tatsuya Hirata
達也 平田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信対象に応じて送信方式を切換えた場合
に、各方式における電波信号の送信電力レベルが最適と
なるように制御することができる通信装置を提供する。 【解決手段】 リーダライタ1を構成するCPU4は、
送信回路部17及び受信回路部18における送受信方式
を夫々切換え制御して、非接触型のICカード3に送信
する電波信号の送信方式とICカード3より送信される
電波信号の受信方式を夫々複数切換え、通信方式を変調
度100%の通信タイプAから変調度10%の通信タイ
プBに切り換えた場合は、増幅部10の増幅率がより大
きくなるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電波信号を送受信
する送信及び受信回路部における送受信方式を夫々切換
え可能に構成される通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】非接触型ICカードとICカードリーダ
との間で電波信号(電磁信号)を用いて行う通信の方式
は、ICカードの用途などに応じて複数存在する。例え
ば、図8乃至図10には、通信方式の2つのタイプA,
B,Cの波形を示すが、これらの内タイプA,Bは規格
化されている方式である(国際規格:ISO/IEC1
4443,国内規格:JIS X6322)。
【0003】図8に示すタイプAでは、ICカードリー
ダよりICカードに送信される変調信号は((a)参
照)モディファイドミラーで符号化したデータにより1
3.56MHzの搬送波をASK(Amplitude Shift Key
ing)変調(変調度100%)するものである。また、I
CカードよりICカードリーダに送信される変調信号は
((b)参照)、マンチェスタ符号のデータによって8
47.5kHzの副搬送波を負荷変調(変調方式はAS
K)した信号となっている。
【0004】一方、図9に示すタイプBでは、ICカー
ドリーダよりICカードに送信される変調信号は
((a)参照)、NRZ(Non Return to Zero)方式で符
号化したデータにより13.56MHzの搬送波をAS
K変調(変調度10%)するものである。また、ICカ
ードよりICカードリーダに送信される変調信号は
((b)参照)、NRZ符号のデータによって847.
5kHzの副搬送波を負荷変調(変調方式はBPSK:
Binary Phase Shift Keying))した信号となっている。
【0005】また、図10に示すタイプCでは、ICカ
ードリーダよりICカードに送信される変調信号は
((a)参照)、マンチェスタ符号のデータにより搬送
波をASK変調(変調度10%)するものであり、IC
カードよりICカードリーダに送信される変調信号も
((b)参照)同様である(副搬送波は使用しない)。
【0006】タイプAは、ICカードの構成が比較的簡
単な場合(一般に、通信に要求されるセキュリティレベ
ルが比較的低い用途に用いられる)に採用される通信方
式である。即ち、100%変調ではデータの“0,1”
の変化によって搬送波が完全に断続するため受信データ
の復調が比較的容易であり、ICカード側の復調ロジッ
ク回路を簡単にすることができる。
【0007】一方、タイプB,Cは、ICカードの構成
が比較的複雑な場合(一般に、通信に要求されるセキュ
リティレベルが比較的高い用途に用いられる)に採用さ
れる通信方式であり、ICカード側において受信信号に
より内蔵されているCPUを駆動して復調動作を行わせ
るものである。即ち、この場合は、通信中にCPUを駆
動し続けるため搬送波を断続させることはできず、変調
度が10%になるようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この様に、複数種類の
通信方式が存在していることに鑑みて、各通信方式に一
台で対応することできるICカードリーダがあれば、共
通化によって製造コストを低下させたり、製品管理を簡
単になるなどのメリットを期待することができる。しか
しながら、従来、斯様なICカードリーダを実際に構成
した場合を想定すると、以下のような問題が想定され
る。
【0009】即ち、電波信号を送信する通信装置は、電
波関連法や、周囲に存在する他の機器に対する電波障害
を防止するために一定の規制を受けることになる。例え
ば、上述した非接触式のICカードリーダについては、
搬送波(キャリア)の送信電力レベルは1W以下に規
制され、側波帯(サイドバンド)に関する帯域外輻射
制限として電界強度が500μV/m以下に規制されて
いる。
【0010】ここで、図11(a),(b)には、通信
タイプA及び通信タイプBの周波数スペクトラムの概略
を示す。図11(a)に示す通信タイプAでは変調度が
100%であることから、搬送波に対する側波帯の電力
レベルが比較的高くなるため、主に上記規制のによっ
て送信電力レベルを制限する必要がある。
【0011】一方、図11(b)に示す通信タイプBで
は変調度が10%であることから、搬送波に対する側波
帯の電力レベルはタイプAに比較して低くなる(通信タ
イプCの場合も略同様の外形をなす)。従って、通信タ
イプAに合わせた送信電力レベル設定のままで通信タイ
プBによる通信を行うと、側波帯に関する法規制値につ
いては余裕が大きくなる。
【0012】その結果、通信タイプBの場合にICカー
ドとの通信が可能となる領域は通信タイプAの場合と略
同様に制限されてしまうことになり、本来は電波法によ
る規制範囲内で通信可能な距離をより長く確保できるに
もかかわらず、そのポテンシャルを十分に発揮すること
ができなくなってしまうという問題がある。
【0013】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、通信対象に応じて送信方式を切換え
た場合に、各方式における電波信号の送信電力レベルが
最適となるように制御することができる通信装置を提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の通信装置
によれば、制御回路は、送信及び受信回路部における送
受信方式を切換えた場合に、電波信号の送信電力レベル
が最適となるように、送信信号のレベルを増幅する増幅
回路の増幅率を制御する。送信方式が異なれば、変調の
態様が異なることによって搬送波と側波帯との送信電力
レベルの関係、即ち送信電力スペクトラムも相対的に変
化する。従って、各送信方式について電波信号の送信電
力レベルが最適となるように増幅回路の増幅率を制御す
れば、例えば電波法の規制範囲内で通信可能範囲が最大
となるように調整することができる。
【0015】請求項2記載の通信装置によれば、制御回
路は、送信回路部における送信方式を変調度が比較的高
いものから比較的低いものに切り換えた場合は、増幅回
路の増幅率が高くなるように設定する。一般に、変調度
が高い通信方式では搬送波に対する側波帯のレベルが高
くなり、変調度が低い通信方式では側波帯のレベルは低
くなる。従って、増幅回路の増幅率を変調度が高い通信
方式に合わせて設定することで側波帯のレベルが規制等
の上限値を超えることを防止し、変調度の低い通信方式
に切り換えた場合に増幅回路の増幅率がより高くなるよ
うに設定すれば、ピークを示す搬送波の電力レベルをよ
り大きくして当該通信方式における通信可能範囲をより
広くすることが可能となる。
【0016】請求項3記載の通信装置によれば、制御回
路は、送信及び受信回路部の送受信方式を順次切り換え
て通信を行い、通信対象からの応答があった送受信方式
を採用して以降の通信を行う。即ち、通信対象が対応し
ている通信方式が事前に判別できない場合であっても、
特定の送信方式で送信した信号に通信対象が応答するこ
とで制御回路はその通信方式を判定することができるの
で、併せて増幅回路の増幅率を適宜設定して以降の通信
を確実に行うことができる。
【0017】請求項4記載の通信装置によれば、制御回
路は、上位装置からの指定に基づいて送受信方式を切換
え制御する。即ち、電波信号を用いた通信処理を制御す
る上位装置は、通信装置のアプリケーションに応じて通
信対象が対応している通信方式を事前に判別できる場合
があるので、通信装置との間で行われる通信において上
位装置が切り換えるべき送受信方式を指定する制御情報
を送信することで、制御回路は送受信方式とその方式に
対応する増幅率を適宜切換えて対応することができる。
【0018】請求項5記載の通信装置によれば、通信対
象が非接触式のICカードであるICカードリーダとし
て構成されるので、通信方式をアプリケーションに応じ
て複数の通信タイプの内から選択的に採用しているIC
カードに有効に適用することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図1乃至図7を参照して説明する。図2は、非接触式I
Cカードとリーダライタとの通信系を示すものである。
リーダライタ(ICカードリーダ,通信装置)1は、上
位装置(ホスト)であるパーソナルコンピュータ(パソ
コン)2とシリアルインターフェイス等を介して接続さ
れており、パソコン2上で動作するアプリケーションプ
ログラムの指示に基づいてICカード3と電波信号によ
り通信を行うようになっている。
【0020】即ち、リーダライタ1は、自信の通信エリ
アにICカード3が接近したことを検知するため、IC
カード3に対する呼出しコードを間欠的に送信するポー
リングを行う(リクエスト)。そして、ICカード3を
携帯したユーザが通信エリア内に位置すると、ICカー
ド3は、リーダライタ1が送信する信号から動作用の電
源及びクロックを生成して応答するようになっている。
【0021】図1は、リーダライタ1内部の電気的構成
を示す機能ブロック図である。CPU(制御回路)4
は、上位インターフェイス(I/F)部5を介してパソ
コン2とシリアル通信を行うようになっている。リセッ
トIC6は、CPU4のリセットON,OFFを行うた
めのリセット信号を出力する。符号化部7は、CPU4
より与えられる送信データをモディファイドミラー,N
RZ,マンチェスタの各方式で選択的に符号化できるよ
うに構成されており、符号化した送信データを変調部8
に出力する。
【0022】キャリア発振器9は、13.56MHzの
発振信号を符号化部7及び変調部8に搬送波信号とし
て、また、CPU4にクロック用の信号として供給す
る。CPU4は、その発振信号を適宜分周したものを動
作用クロックとして使用する。変調部8は、搬送波を符
号化された送信データによってASK変調するようにな
っており、その場合の変調度を100%,10%の何れ
かに選択できるように構成されている。
【0023】変調度100%の場合は、符号化部7より
与えられる変調信号(送信データ)と搬送波信号との論
理積をとることで被変調信号を生成する。また、変調度
10%の場合は、符号化部7より与えられる変調信号に
よって搬送波信号の増幅率を変化させることで被変調信
号を生成する。変調部8で変調された被変調信号は、増
幅部(増幅回路)10を介してアンテナ11に出力さ
れ、電波信号として外部に送信される。
【0024】一方、ICカード3側より送信された信号
をアンテナ11が受信すると、その受信信号は受信方式
切換え部12を介してタイプA,B受信部13,タイプ
C受信部の何れか一方に選択的に出力されるようになっ
ている。タイプA,B受信部13は、ICカード3の通
信タイプがAまたはBである場合の受信信号(副搬送波
のASK,BPSK変調)を受信復調するように構成さ
れており、タイプC受信部14は、ICカード3の通信
タイプがCである場合の受信信号(主搬送波のASK変
調)を受信復調するように構成されている。
【0025】受信部13または14で復調された復調信
号は、増幅部15を介して復号化部16に与えられる。
復号化部16は、復調された符号データがマンチェス
タ,NRZの夫々について復号化が可能であるように構
成されている。
【0026】そして、CPU4は、ICカード3の通信
タイプがA,B,Cの何れであるかに応じて、符号化部
7における符号化方式,変調部8における変調方式を切
り換えると共に、受信切換え部12により受信部13,
14の選択切換えを行い、また、復号化部16における
データの復号化方式を切り換えるようになっている。
尚、以上において、符号化部7及び変調部8並びに増幅
部10は送信回路部17を構成しており、受信方式切換
え部12,受信部13及び14,増幅部15並びに復号
化部16は、受信回路部18を構成している。
【0027】次に、本実施例の作用について図3乃至図
7をも参照して説明する。図3は、リーダライタ1のC
PU4が行う通信制御処理の内、本発明の要旨にかかる
部分を示すフローチャートである。CPU4は、先ず、
パソコン4がシリアルインターフェイスを介して送信す
るデータ(コマンドフレーム)に含まれているICカー
ド3の通信タイプを取得する(ステップS1)。
【0028】ここで、図4には、パソコン2がリーダラ
イタ1に送信するコマンドフレームの一例を示す。コマ
ンドフレーム19は、フレームの開始を示すヘッダ2
0,ICカード13の通信タイプを指定する通信タイプ
21,パソコン2がリーダライタ1に与えるコマンド2
2及びデータ23,21〜23のデータ内容の誤り検出
を行うためのチェックコード24などで構成されてい
る。そして、CPU4はコマンドフレーム19の通信タ
イプ21を参照することで、通信対象となるICカード
の通信タイプを判別する。
【0029】一方、図5は、CPU4が図示しないメモ
リなどに保持している、各通信タイプA〜Cに対応する
送受信方式と送信側の増幅率設定の切換え内容を示すテ
ーブルである。CPU4は、このテーブルを参照するこ
とで以降の切り換え処理を行う。
【0030】CPU4は、ステップS1で通信タイプ2
1を取得すると、そのタイプがA〜Cの何れであるかを
判定する(ステップS2,S8)。通信タイプが“A”
である場合は(ステップS2,「YES」)、符号化部
7において送信データがモディファイドミラー方式で符
号化されるように設定すると共に(ステップS3)、変
調部8におけるASK変調度が100%になるように設
定する(ステップS4)。
【0031】また、受信側においては、タイプA,B受
信部13が選択されるように受信方式切換え部12に制
御信号を与え(ステップS5)、復号化部16において
はマンチェスタ符号を復号化するように設定する(ステ
ップS6)。それから、増幅部10の増幅率を“大”に
設定して(ステップS17)通常の通信処理を行う(ス
テップS7)。即ち、ICカード3に呼出しコードを送
信するリクエストを行い、ICカード3がカードのID
を返して応答すると、ICカード3側に通信用に割り当
てたアドレスの通知を行う。
【0032】そして、確認用のVerifyコマンドを
送信して“Verify OK”の応答があると、Se
lectコマンドを発行して割り当てたアドレスでIC
カード3を選択し、Readコマンドを発行してICカ
ード3が保持しいているデータを読み出す。また、必要
がある場合はWriteコマンドを発行してパソコン2
側よりICカード3に対するデータの書き込みを行う。
両者間で必要なデータの転送が行われると、Close
コマンドを発行して通信処理を終了する。
【0033】また、ICカード3の通信タイプが“B”
である場合は(ステップS8,「YES」)、符号化部
7において送信データがNRZ方式で符号化されるよう
に設定すると共に(ステップS9)、変調部8における
ASK変調度が10%になるように設定する(ステップ
S10)。そして、受信側においては、タイプA,B受
信部13が選択されるように受信方式切換え部12に制
御信号を与え(ステップS11)、復号化部16におい
てはNRZ符号を復号化するように設定する(ステップ
S12)。それから、増幅部10の増幅率を“小”に設
定して(ステップS18)ステップS7に移行し通信処
理を行う。
【0034】また、ICカード3の通信タイプが“C”
である場合は(ステップS8,「NO」)、符号化部7
において送信データがマンチェスタ方式で符号化される
ように設定すると共に(ステップS13)、変調部8に
おけるASK変調度が10%になるように設定する(ス
テップS14)。そして、受信側においては、タイプC
受信部14が選択されるように受信方式切換え部12に
制御信号を与え(ステップS15)、復号化部16にお
いてはマンチェスタ符号を復号化するように設定する
(ステップS16)。それから、ステップS18に移行
する。
【0035】図6は、リーダライタ1とICカード3と
の間における通信シーケンスの一例を示すものである。
但し、ICカード3の通信タイプはA,Bのみを想定し
ている。先ず、リーダライタ1は、パソコン2から“キ
ャリアON”の指令が与えられるとキャリア発振器9に
搬送波信号を出力させる(尚、この処理については図3
のフローチャートでは表していない)。初期設定では、
通信タイプはBが指定され増幅部10の増幅率は“大”
に設定されている。
【0036】それから、パソコン2は、先ず通信タイプ
Aを指定し(図3:ステップS1)、CPU4は、上述
したようにステップS3〜S6,S17の設定を行う。
すると、増幅部10における増幅率は“小”に設定さ
れ、被変調信号における側波帯のレベルが規制値内に収
まる範囲で電波信号が送信される。そして、ステップS
7の通信処理を開始する(呼出しコード,送信リクエス
ト)。
【0037】一定時間内にICカード3からの応答がな
い場合、パソコン2は、通信タイプBを指定し、CPU
4は、ステップS9〜S12,S18の設定を行う。こ
の場合、図11(b)に示したように被変調信号におけ
る側波帯のレベルはタイプAの場合よりも大きく低下す
るので、増幅部10における増幅率を“大”に設定し
て、側波帯及び搬送波の送信レベルを上昇させる。その
結果、図7(b)に示すように、ピークを示す搬送波の
送信レベルはタイプAの場合よりも高くなり、帯域外輻
射制限を満たした上でカードリーダ1の通信可能領域が
広がるようになる。そして、ステップS7の通信処理を
開始する。
【0038】この場合も一定時間内にICカード3から
の応答がない場合、パソコン2は、再び通信タイプA,
Bを順次切り換えて指定し、何れかの通信タイプについ
てICカード3からの応答があるまで待機する。
【0039】その状態で、通信タイプAのICカード3
がリーダライタ1の通信可能領域内に入ると、リーダラ
イタ1が通信タイプAでリクエストを行った場合にIC
カード3が応答を返す。すると、リーダライタ1は、I
Cカード3からの応答があったことをパソコン2に伝達
し、リクエスト以降の通信フェーズ(アドレス割付け
等)をパソコン2,ICカード3との間で実行する。
【0040】以上のように本実施例によれば、リーダラ
イタ1を構成するCPU4は、送信回路部17及び受信
回路部18における送受信方式を夫々切換え制御して、
非接触型のICカード3に送信する電波信号の送信方式
とICカード3より送信される電波信号の受信方式を夫
々複数切換える。即ち、ICカード3の構成が異なり対
応している通信方式が異なる場合であっても、共通のリ
ーダライタ1で通信を行うことが可能となるので、リー
ダライタ1の製造コストを低下させたり製品管理を簡単
にすることができる。
【0041】そして、CPU4は、通信方式を変調度1
00%の通信タイプAから変調度10%の通信タイプB
に切り換えた場合に、増幅部10の増幅率がより大きく
なるように制御するので、側波帯の送信レベルが低下す
ることに応じてピークを示す搬送波の電力レベルをより
大きくし、電波法の規制値である帯域外輻射制限を満た
した上で、当該通信方式における通信可能範囲をより広
くすることが可能となる。
【0042】また、CPU4は、パソコン2からの指定
に応じて通信タイプを順次切り換えて通信を行い、IC
カード3からの応答があった通信タイプを採用して以降
の通信を行うので、通信対象となるICカード3が対応
している通信方式が事前に判別できない場合であっても
上記の処理によって判定することができるので、併せて
増幅部10の増幅率を適宜設定して以降の通信を確実に
行うことができる。
【0043】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。パソコン2が、アプリケーションに
応じて通信対象となるICカード3が採用している通信
タイプを予め把握できる場合には、最初から通信タイプ
を固定で指定しても良い。また、パソコン2がリーダラ
イタ1に通信タイプの切換え指令を与えずに通信開始の
指令だけを与えて、CPU4が独自に通信タイプの切換
えを行うようにしても良い。
【0044】データの符号化方式は、全ての通信タイプ
において共通であっても良い。上位装置は、パソコン2
に限ることなく通信専用の装置であっても良い。また、
上位装置の機能がICカードリーダに組み込まれている
ものでも良い。
【0045】リーダライタ1に限ることなく、ICカー
ドが記憶しているデータを読み出す機能だけを有するI
Cカードリーダに適用しても良い。符号化部7及び変調
部8は、一体に構成されていても良い。各通信タイプ或
いは通信方式は、例示したものに限定されることなく、
非接触式ICカードの個別の設計などに応じて適宜変更
して実施すれば良い。また、通信タイプは2種類、或い
は4種類以上ある場合でも、適宜切換えを行って実施す
れば良い。送信方式は、変調方式自体が異なるものであ
っても良い。ICカードリーダに限ることなく、複数の
通信方式が切換え可能な通信装置一般に適用が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であり、リーダライタ内部の
電気的構成を示す機能ブロック図
【図2】非接触式ICカードとリーダライタとの通信系
を示す機能ブロック図
【図3】リーダライタのCPUが行う通信制御処理の
内、本発明の要旨にかかる部分を示すフローチャート
【図4】パソコンがリーダライタに送信するコマンドフ
レームの一例を示す図
【図5】CPU4がメモリなどに保持している、各通信
タイプA〜Cに関するテーブルの内容を示す図
【図6】リーダライタとICカードとの間における通信
シーケンスの一例を示す図
【図7】(a),(b)は、通信タイプA,Bの送信信
号の周波数スペクトラムを夫々示す図
【図8】ICカードの通信タイプAに関する(a)送信
信号,(b)受信信号の波形を示す図
【図9】通信タイプBに関する図8相当図
【図10】通信タイプCに関する図8相当図
【図11】従来技術を示す図7相当図
【符号の説明】
1はリーダライタ(ICカードリーダ,通信装置)、2
はパーソナルコンピュータ(上位装置)、3はICカー
ド、4はCPU(制御回路)、10は増幅部(増幅回
路)、17は送信回路部、18は受信回路部を示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信する電波信号の送信方式を複数切換
    可能に構成される送信回路部と、受信する電波信号の受
    信方式を複数切換可能に構成される受信回路部と、前記
    送信及び受信回路部における送受信方式を夫々切換え制
    御する制御回路とを備えたことを特徴とする通信装置に
    おいて、 前記送信回路部は、送信信号のレベルを増幅する増幅回
    路を有しており、 前記制御回路は、前記送信及び受信回路部における送受
    信方式を切換えた場合に、電波信号の送信電力レベルが
    最適となるように前記増幅回路の増幅率を制御すること
    を特徴とする通信装置。
  2. 【請求項2】 前記制御回路は、前記送信回路部におけ
    る送信方式を変調度が比較的高いものから比較的低いも
    のに切り換えた場合は、前記増幅回路の増幅率が高くな
    るように設定することを特徴とする請求項1記載の通信
    装置。
  3. 【請求項3】 前記制御回路は、前記送信及び受信回路
    部の送受信方式を順次切り換えて通信を行い、通信対象
    からの応答があった送受信方式を採用して以降の通信を
    行うことを特徴とする請求項1または2記載の通信装
    置。
  4. 【請求項4】 前記制御回路と通信を行うことで電波信
    号を用いた通信処理に関する指令を前記制御回路に与え
    る上位装置を備え、 前記制御回路は、前記上位装置からの指定に基づいて送
    受信方式を切換え制御することを特徴とする請求項3記
    載の通信装置。
  5. 【請求項5】 通信対象が非接触式のICカードである
    ICカードリーダとして構成されることを特徴とする請
    求項1乃至4の何れかに記載の通信装置。
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