JP2006113842A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】第１の装置に対する第２の装置の位置関係に応じた制御を確実に実行することができる無線通信システムを提供すること。
【解決手段】判定回路１２においては、データ波Ｄの電圧値がローからハイに切り換わる時点（点Ｐおよび点Ｑの２点）における受信された電波の位相が判定される。受信された電波がデータ波Ｂかデータ波Ｂ´かの判定が行われると、ＩＣカードの表裏を示す表裏判定データが判定結果に応じて判定される。この表裏判定データは、通信回路１０を介して読取機３に送信される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電磁結合を用いてデータ通信を行う無線通信システムに関し、より詳しくは、ＩＣカードシステムなどに関するものである。

従来の無線通信システムとして、コイルに流れた電流の向きを示す信号を送出する非接触型データキャリアと、非接触型データキャリアによって送出された電波再送信時における信号を用いて非接触型データキャリアの表裏に応じた機器制御を行う読み取り機とを備える情報通信システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−２３８１０４号公報（第１０−１２頁、第６図）

しかしながら、従来の無線通信システムにおいて、読み取り機が電波再送信時における信号の受信に失敗すると、非接触型データキャリアの表裏が判別されないという問題があった。特に、非接触データキャリアが読み取り機との間で移動を伴って通信する場合、振幅変動などによって、読み取り機が電波再送信時における信号の受信に失敗しやすくなるので、非接触型データキャリアの表裏が判別され難くなる。

そこで、本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、第１の装置に対する第２の装置の位置関係に応じた制御を確実に実行することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、第１の装置と第２の装置との間で無線通信を行う無線通信システムであって、前記第１の装置および前記第２の装置の何れか一方は、他方で位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて前記第１の装置に対する前記第２の装置の位置関係を判定することを特徴とする構成を有している。

この構成によれば、電波の波形とデータ波の波形とが比較され、電波の位相が変化したか否かの判定が複数の時点で行われるので、第１の装置を第２の装置に対向させる動作が１度だけ行われた場合であっても、複数の判定結果が得られる。

本発明は、位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて前記第１の装置に対する前記第２の装置の位置関係を判定することによって、第１の装置に対する第２の装置の位置関係に応じた制御を確実に実行することができるという効果を有する無線通信システムを提供することができるものである。

以下、図１ないし図７を参照しながら本発明に係る無線通信システムを実施するための最良の形態であるＩＣカードシステム１について説明する。

（第１の実施の形態）
まず、図１および図２を参照して、ＩＣカードシステム１の第１の実施の形態における構成を説明する。図１に示すように、ＩＣカードシステム１は、データを有するＩＣカード２（データキャリアに相当）と、このＩＣカード２が有するデータを電磁結合を用いて読み取る読取機３とを備え、ＩＣカード２が有するデータに応じて各種制御を実行するものである。ここで、ＩＣカード２および読取機３は、それぞれ第１の装置および第２の装置の一方および他方に相当する。

読取機３は、入力されたデジタルデータ波をアナログデータ波に加工する加工回路４と、加工回路４からのアナログデータ波をＩＣカード２に送信するとともにＩＣカード２からの制御データ波を受信する通信回路５と、通信回路５によって受信されたデータ波に応じて各種制御を実行する制御回路６とを備える。

加工回路４は、搬送波を発振する発振回路７と、発振回路７で発振されたアナログ搬送波に応じて入力されたデジタルデータ波を整形する整形回路８と、整形回路８で整形後のデジタルデータ波に応じて発振回路７で発振されたアナログ搬送波を位相変調してアナログデータ波を出力する変調回路９とを備える。ここで、デジタルデータ波およびアナログデータ波には、同期検波用のプリアンブル期間が設けられている。

他方、ＩＣカード２は、読取機３からアナログデータ波を受信する通信回路１０と、通信回路１０によって受信されたアナログデータ波からデジタルデータ波を抽出する抽出回路１１と、通信回路１０および抽出回路１０に接続されＩＣカード２の表裏を判定する判定回路１２とを備え、通信回路１０は、判定回路１２での判定結果を示す表裏判定データを読取機３に送信する。

図２に示すように、通信回路１０は、コイルアンテナ１０ａとを有する。コイルアンテナ１０ａは、読取機３に設けられたコイルアンテナ５ａに対して予め定められた極性を有するように設けられている。具体的には、図４に示すように、ＩＣカード２の表面２ａが読取機３の読取面３ａに対向した状態で、アンテナ５ａからのアナログデータ波がコイルアンテナ１０ａを貫くと、アナログデータ波が送信時の位相と同位相でコイルアンテナ１０ａに受信されることになる。他方、ＩＣカード２の裏面２ｂが読取機３の読取面３ａに対向した状態で、コイルアンテナ５ａからのアナログデータ波がコイルアンテナ１０ａを貫くと、アナログデータ波は送信時の位相と逆位相のデータ波Ｂ´がコイルアンテナ１０ａに受信されることになる。

抽出回路１１は、通信回路１０によって受信されたアナログデータ波からアナログ搬送波を再生する再生回路１３と、通信回路１０によって受信されたアナログデータ波および再生回路１３によって再生されたアナログ搬送波を同期させてデジタルデータ波を検波する検波回路１４と、検波回路１４によって検波されたデジタルデータ波の何れが正しいかをプリアンブル識別パターンを用いて識別する識別回路１５とを備える。

次に、図３ないし図６を参照しながらＩＣカードシステム１の動作を説明する。図４に示すように、読取機３の加工回路４において、整形回路８は、デジタルデータ波Ａ（以下、データ波Ａという）の電圧がローからハイに切り換わる時点をアナログ搬送波Ｃ（以下、搬送波Ｃという）の電圧が０から増加する時点（位相０の時点）に同期させてデジタルデータ波Ｄ（以下、データ波Ｄという）を出力する。データ波Ｄが出力されると、変調回路９は、搬送波Ｃの区間のうちデータ波Ｄの電圧がハイとなる区間に対応する区間の位相を１８０度変調して、アナログデータ波Ｂ（以下、データ波Ｂという）を出力する。データ波Ｂは、通信回路５を介して電波としてＩＣカード２に送信される。

図５に示すように、ＩＣカード２の抽出回路１１において、再生回路１３は、通信回路１０によって受信されたデータ波Ｂから搬送波Ｃまたは搬送波Ｃ´を再生し、通信回路１０によって受信されたデータ波Ｂ´からも搬送波Ｃまたは搬送波Ｃ´を再生する。本実施の形態では、データ波Ｂまたはデータ波Ｂ´を２逓倍した後に２分周する再生方式が用いられているが、逆変調法やＰＬＬ法などが用いられてもよい。

搬送波Ｃまたは搬送波Ｃ´が再生されると、検波回路１４は、データ波Ｂまたはデータ波Ｂ´を搬送波Ｃまたは搬送波Ｃ´に同期させて、データ波Ｄまたはデータ波Ｄ´を出力する。具体的には、データ波Ｂと搬送波Ｃとが同期すると、データ波Ｄが検波されることになる。また、データ波Ｂと搬送波Ｃ´とが同期すると、データ波Ｄ´が検波されることになる。他方、図６に示すように、データ波Ｂ´と搬送波Ｃとが同期すると、データ波Ｄ´が検波されることになる。また、データ波Ｂ´と搬送波Ｃ´とが同期すると、データ波Ｄが検波されることになる。

データ波Ｄまたはデータ波Ｄ´が出力されると、識別回路１５は、プリアンブル識別パターンを用いて、データ波ＢおよびデータＢ´の何れが受信された場合であっても、プリアンブル識別パターンと同じパターンを有するデータ波Ｄのみを正しいデータとして出力する。つまり、ＩＣカード２の表面２ａが読取機３の読取面３ａに対向している場合およびＩＣカード２の裏面２ｂが読取機３の読取面３ａに対向している場合の何れであっても、データ波Ｄが正しいデータとして出力される。

データ波Ｄが出力されると、判定回路１２において、次の処理が実行される。まず、データ波Ｄの電圧値がローからハイに切り換わる時点における受信された電波の位相が判定される。本実施の形態では、点Ｐおよび点Ｑの２点において、電波の位相が判定される。例えば、データ波Ｂの位相はデータ波Ｄの電圧値がローからハイに切り換わる時点で１８０度であるから、位相が１８０度との判定がなされると、データ波Ｂが受信されているとの判定がなされる。他方、データ波Ｂ´の位相はデータ波Ｄの電圧値がローからハイに切り換わる時点で０度であるから、位相が０度との判定がなされると、データ波Ｂ´が受信されているとの判定がなされる。もちろん、位相の判定基準は、０度か１８０度かという厳密なものでなくてもよく、前後３０度程度の許容範囲が設けられてもよい。

受信された電波がデータ波Ｂかデータ波Ｂ´かの判定が行われると、ＩＣカードの表裏を示す表裏判定データが判定結果に応じて出力される。例えば、受信された電波がデータ波Ｂであるとの判定がなされると、前述のとおり、データ波ＢはＩＣカード２の表面２ａが読取機３の読取面３ａに対向した状態で受信されるものなので、ＩＣカード２の表面２ａが読取機３の読取面３ａに対向していることを示す表裏判定データが出力される。他方、受信された電波がデータ波Ｂ´であるとの判定がなされると、ＩＣカード２の裏面２ｂが読取機３の読取面３ａに対向していることを示す表裏判定データが出力される。この表裏判定データは、通信回路１０を介して読取機３に送信される。

表裏判定データが送信されると、読取機３において、表裏判定データは通信回路５を介して制御回路６に入力される。制御回路６は、表裏判定データおよび表裏判定データと制御内容との関係を示す制御テーブルを用いてＩＣカード２の表裏に応じた各種制御を実行する。例えば、ＩＣカード２の表面２ａが読取機３の読取面３ａに対向している場合には、ドアが解錠される。他方、ＩＣカード２の裏面２ｂが読取機３の読取面３ａに対向している場合には、ドアが施錠される。

以上、本実施の形態によれば、ＩＣカード２の表裏は点Ｐおよび点Ｑの２点で判定されるので、ＩＣカード２を読取機３に対向させる動作が１度だけ行われた場合であっても、ＩＣカード２の表裏判定データが２つ得られるので、ＩＣカード２の表裏に応じた制御を確実に実行することができる。

本実施の形態によれば、前後３０度程度の許容範囲が位相判定の基準に設けられているので、雑音や回路動作の変動などによる誤作動を防止することができる。

なお、本実施の形態では、判定回路１２はデータ波Ｄの電圧値がローからハイに切り換わる時点における受信された電波の位相を判定しているが、判定回路１２がデータ波Ｄの電圧値がハイからローに切り換わる時点における受信された電波の位相を判定してもよい。この実施の形態によれば、ＩＣカード２の表裏判定データが２つより多く得られるので、ＩＣカード２の表裏に応じた制御をより確実に実行することができる。

また、本実施の形態では、ＩＣカード２において、制御データが読取機３の読取面３ａに対するＩＣカード２の表裏に応じた「異なるデータ」として送信されているが、他のデータが「異なるデータ」として送信されてもよい。例えば、ＩＣカード２が第１のデータおよび第２のデータを記憶する記憶部を有する場合、ＩＣカード２は、読取機３の読取面３ａに対するＩＣカード２の表裏に応じて記憶部から第１のデータおよび第２のデータの何れか一方を読み出し、読み出されたデータを読取機３に送信してもよい。

さらに、本実施の形態では、ＩＣカード２が通信回路１０によって受信されたアナログデータ波および抽出回路１０によって抽出されたデジタルデータ波を用いてＩＣカード２の表裏を判定し表裏判定データを出力する判定回路１２を有しているが、読取機３が位相変調された電波およびこの電波から検波されるデジタルデータ波を用いてＩＣカード２の表裏を判定してもよいことは言うまでもない。

（第２の実施の形態）
次に、図６および図７を参照して、ＩＣカードシステム１の第２の実施の形態における構成を説明する。第１の実施の形態と第２の実施の形態との重複箇所については、同一図番を用いて説明する。図６に示すように、判定回路２２は、識別回路１５からのデジタルデータ波からビットクロック波を再生するクロック回路２６と、再生回路１３からのアナログ搬送波を分周波にする分周回路２７と、クロック回路２６からのビットクロック波と分周回路２７からの分周波との位相を比較する比較回路２８と、再生回路１３からのアナログ搬送波を比較回路２８に比較結果に応じて変調する変調回路２９と、変調回路２９からの変調波を用いて通信回路１０によって受信されたアナログデータ波からデジタルデータ波を検波する第２の検波回路３０と、識別回路１５からのデジタルデータ波と第２の検波回路３０からのデジタルデータ波とを比較する第２の比較回路３１とを備える。

ここで、図７に示すように、クロック回路２６は、ＰＬＬの原理などを用いて、データ波Ｄを基準にしてビットクロック波（以下、クロックという）Ｅを再生する。例えば、クロックＥは、データ波Ｄのハイからローに切り換わる時点に同期するものであり、データＤの１シンボル周期を平均化したものを２等分して得られる周期を有するものである。

分周回路２７は、再生回路１３からの搬送波Ｃおよび搬送波Ｃ´をそれぞれクロックＥの周期と同じ周期に分周し、分周波Ｆおよび分周波Ｆ´を出力する。

比較回路２８は、クロック回路２６からのクロックＥの位相と分周回路２７からの分周波Ｆまたは分周波Ｆ´との位相を比較する。そして、クロックＥと分周波Ｆとは同位相（すなわち、位相差△φ＝０）であり、制御信号Ｌが出力される。クロックＥと分周波Ｆ´とが同位相ではない（すなわち、位相差△φ≠０）として、制御信号Ｈが出力される。ここで、制御信号Ｌは搬送波の維持を促す信号であり、他方、制御信号Ｈは搬送波の反転を促す信号である。

変調回路２９は、再生回路１３からの搬送波Ｃおよび搬送波Ｃ´を比較回路２８からの制御信号に応じて変調する。例えば、搬送波Ｃが判定回路２２に入力された場合、制御信号Ｌが出力されているので、搬送波Ｃは反転されることなく変調波として出力される。他方、搬送波Ｃ´が判定回路２２に入力された場合、制御信号Ｈが出力されているので、搬送波Ｃ´は反転され、搬送波Ｃが変調波として出力される。すなわち、搬送波Ｃおよび搬送波Ｃ´の何れが入力されても、搬送波Ｃが変調波として出力されることになる。

第２の検波回路３０は、変調回路２９からの変調波としての搬送波Ｃを用いて通信回路１０によって受信されたデータ波Ｂおよびデータ波Ｂ´からそれぞれデータ波Ｄおよびデータ波Ｄ´を検波する。すなわち、データ波Ｂと変調波としての搬送波Ｃとが同位相であり、データ波Ｄが検波される。他方、データ波Ｂ´と変調波としての搬送波Ｃとは同位相ではなく、データ波Ｄ´が検波される。

第２の比較回路３１は、識別回路１５からのデータ波Ｄと第２の検波回路３０からのデータ波Ｄおよびデータ波Ｄ´とを比較する。そして、識別回路１５からのデータ波Ｄと第２の検波回路３０からのデータ波Ｄとは同位相であるので、ＩＣカード２のコイルアンテナ１０ａと読取機３のコイルアンテナ５ａとは同極性の関係にあり、ＩＣカード２の表面２ａが読取機３の読取面３ａに対向しているとの判定がなされる。他方、識別回路１５からのデータ波Ｄとデータ波Ｄ´とは同位相ではないので、ＩＣカード２のコイルアンテナ１０ａと読取機３のコイルアンテナ５ａとは逆極性の関係にあり、ＩＣカード２の裏面２ｂは読取機３の読取面３ａに対向しているとの判定がなされる。

また、本実施の形態では、そして、判定回路１２は、ビットクロックＥの電圧値がローからハイに切り換わる時点における受信された電波の位相を判定する。この実施の形態によれば、ＩＣカード２の表裏判定データが２つより多く得られるので、ＩＣカード２の表裏に応じた制御をより確実に実行することができる。

以上のように、本発明に係る無線通信システムは、第１の装置に対する第２の装置の位置関係に応じた制御を確実に実行することができるという効果を有し、ＩＣカードシステムなどとして有用である。

本発明に係る無線通信システムを実施するための最良の形態であるＩＣカードシステムの第１の実施の形態での構成を示すブロック図 本実施の形態におけるＩＣカードシステムの外部構成を示す斜視図 読取機において処理されるデータ波および搬送波の波形を示す波形図 ＩＣカードの表面が読取面に対して対向している場合におけるデータ波および搬送波の波形を示す波形図 ＩＣカードの表面が読取面に対して対向している場合におけるデータ波および搬送波の波形を示す波形図 判定回路の第２の実施の形態での構成を示すブロック図 データ波、クロック波、分周波の波形を示す波形図

符号の説明

１ ＩＣカードシステム
２ ＩＣカード
３ 読取機

Claims (9)

1. 第１の装置と第２の装置との間で無線通信を行う無線通信システムであって、
   前記第１の装置および前記第２の装置の何れか一方は、他方で位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて前記第１の装置に対する前記第２の装置の位置関係を判定することを特徴とする無線通信システム。
2. データキャリアと読取機との間で無線通信を行う無線通信システムであって、
   前記データキャリアは、前記読取機で位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて前記読取機の読取面に対する前記データキャリアの表裏を判定することを特徴とする無線通信システム。
3. 前記データキャリアは、前記読取機の読取面に対する前記データキャリアの表裏に応じて異なるデータを送信することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記読取機は、前記データキャリアによって送信された異なるデータを用いて前記データキャリアの表裏に応じた制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. データキャリアと読取機との間で無線通信を行う無線通信システムであって、
   前記読取機は、前記データキャリアで位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて前記読取機の読取面に対する前記データキャリアの表裏を判定することを特徴とする無線通信システム。
6. 前記読取機は、判定結果を用いて前記データキャリアの表裏に応じた制御を実行することを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて読取機の読取面に対するデータキャリアの表裏を判定する判定装置。
8. 前記データキャリアに設けられ、前記読取機で位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて読取機の読取面に対するデータキャリアの表裏を判定することを特徴とする請求項７に記載の判定装置。
9. 前記読取機に設けられ、前記データキャリアで位相変調された電波およびこの電波から検波されるデータ波を用いて読取機の読取面に対するデータキャリアの表裏を判定することを特徴とする請求項７に記載の判定装置。

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