JP2010034785A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線タグとの間の無線通信のセキュリティを向上させる。
【解決手段】無線タグとの間で行う通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断する。セキュリティ情報を含む通信であると判断されたとき、無線タグとの通信時の送信電力を、セキュリティ情報を含まない通信を行うときよりも弱める方向に調整する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、無線タグと無線通信を行う無線通信装置に関する。

無線タグには、自らがデータを送信するためのバッテリを内蔵したアクティブ型と、バッテリを持たないパッシブ型とがある。パッシブ型の無線タグと無線通信を行う無線通信装置は、変調無線信号を使用して無線タグへ情報を伝送し、情報の伝送終了後は無変調信号を送信し続ける。無線タグは、無線通信装置からの無変調信号の反射量を変化させてバックスキャッタ変調を行ない、無線通信装置に対して情報を送信する。無線通信装置は、バックスキャッタ変調波を受信して無線タグの情報を読取る。かくして、無線通信装置は、無線タグに記憶された情報を非接触で読み取ったり、無線タグに情報を非接触で書き込んだりできる。

近年、無線タグは、流通業界のみならず社会のＩＴ化・自動化を推進する上での基盤技術として注目が高まっている。それに伴い、無線タグに格納される情報について保護し、セキュリティを向上させる必要が生じている。

無線通信装置が無線タグにデータを書き込む際に、書き込むデータが漏えいするのを防止する技術が非特許文献１に開示されている。非特許文献１によると、無線通信装置は、無線タグのメモリエリアに書き込むデータ（平文）を無線タグが発行した暗号鍵で暗号化してから送信する。この暗号化されたデータを受け取った無線タグは、自分が発行した暗号鍵によりデータを複号してからデータをメモリエリアに書き込む。
ＩＳＯ／ＩＥＣ １８０００−６ Ｔｙｐｅ Ｃ

図１２に、無線通信装置１のアンテナ２から放射される電波が物理的に到達する領域３と、パッシブ型の無線タグ４から放射される電波が物理的に到達する領域５との対応関係を、模式的に示す。なお、同図において、符号６Ａ，６Ｂは、第三者による受信装置を示している。

無線通信装置１のアンテナ２から放射される電波は、無線タグ４の応答率を高めるために大きな電力で放射される。このため、図示するように、無線タグ４から放射される電波の領域５よりも十分に大きい領域３まで電波が到達する。一方、パッシブ型の場合、無線タグ４から放射される電波は、その近傍の狭い領域５の範囲内でしか届かない。しかし、この領域５内に第三者の受信装置６Ａがあると、この受信装置６Ａによって無線タグ４からの電波が傍受される。

無線通信装置１と無線タグ４との間でセキュリティ情報を含む通信を行う手順について説明する。

先ず、無線通信装置１は、無線タグ４を認識するためのＩＤ問合せコマンドを無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、自身に設定されているＩＤを含む応答信号をバックスキャッタ変調により無線送信する。

上記応答信号を受信した無線通信装置１は、受信信号から無線タグ４のＩＤを認識する。そして、当該無線タグ４がセキュリティ情報を含む通信対象であるか否かを判断する。無線タグ４が通信対象である場合、無線通信装置１は、暗号鍵を要求するコマンドを通信対象の無線タグ４に無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、自身に設定されている暗号鍵を含む応答信号をバックスキャッタ変調により無線送信する。

上記応答信号を受信した無線通信装置１は、受信信号から暗号鍵を取得する。そして、この暗号鍵でタグ書込みデータを暗号化し、暗号化されたデータを引数に持った書込コマンドを無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、暗号化されたデータを復号し、復号したデータを内蔵メモリに書き込む。

上述した通信手順において、無線通信装置１のアンテナ２から無線送信されるコマンドは、図１２中、領域３の範囲内に到達する。したがって、通信対象の無線タグ４は勿論のこと、領域３内に存在する第三者の受信装置６Ａ，６Ｂも、上記コマンドを受信する。ここで、無線タグ４から発行される暗号鍵を受信装置６Ａ，６Ｂ側が知らなければ、受信装置６Ａ，６Ｂ側では、無線通信装置１から暗号化されて送信されるタグ書込データを復号できない。したがって、データの秘匿性は保たれる。

しかしながら、例えば図１２の場合、無線通信装置１からの暗号鍵要求コマンドに対して無線タグ４から返信される応答信号は、領域５内に存在する受信装置６Ａで受信される。この応答信号には、暗号鍵が含まれる。したがって、受信装置６Ａ側では、無線通信装置１から暗号化されて送信されるタグ書込データを復号することができる。すなわち、データの秘匿性が保たれない。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、無線タグとの間の無線通信のセキュリティを向上させることができる無線通信装置を提供しようとするものである。

本発明は、パッシブ型の無線タグと無線通信を行う無線通信装置において、無線タグとの間で行う通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断する判断手段と、この判断手段によりセキュリティ情報を含む通信であると判断されたとき、無線タグとの通信時の送信電力を、セキュリティ情報を含まない通信を行うときよりも弱める方向に調整する調整手段とを備えたものである。

かかる手段を講じた本発明によれば、無線タグとの間の無線通信のセキュリティを向上させることができる無線通信装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施の形態は、パッシブ型の無線タグ４との間で無線通信を行って、無線タグ４に記憶されたデータを非接触で読み取ったり、無線タグ４にデータを非接触で書き込んだりできる無線通信装置１、いわゆるタグリーダライタに本発明を適用した場合である。

（第１の実施の形態）
無線通信装置１の要部構成を、図１のブロック図にて示す。無線通信装置１は、制御部１０、デジタル信号処理部２０、送信部３０、受信部４０及び通信部５０を備えている。また無線通信装置１は、サーキュレータ等の方向性結合器６１及びローパスフィルタ６２を介してアンテナ２を接続している。

制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリを含み、予め記憶されたプログラムに従って動作する。また、制御部１０は、通信部５０を接続し、この通信部５０を介してホストＰＣ等の上位機器と通信を行う。

デジタル信号処理部２０は、符号化部２１、第１，第２のデジタルフィルタ２２，２３、ＩＱ信号合成部２４、復調部２５及びＡＧＣ（Auto Gain Control）回路２６を備えている。ＩＱ信号合成部２４は、Ｉ信号２乗部２４１、Ｑ信号２乗部２４２及びＩＱ信号加算部２４３で構成している。

送信部３０は、ＰＬＬ（Phase Lock1ed Loop）部３１、第１，第２のデジタル／アナログ・コンバータ（以下、ＤＡコンバータと略称する）３２，３３、変調器３４及びパワーアンプ３５を備えている。パワーアンプ３５は、増幅率を変更し得る可変ゲインアンプである。

受信部４０は、第１、第２のミキサ４１，４２、９０度位相シフト器４３、第１、第２の直流カットコンデンサ４４，４５、第１、第２のローパスフィルタ４６，４７、第１、第２の可変利得増幅器４８、４９、第１、第２のアナログ／デジタル・コンバータ（以下、ＡＤコンバータと略称する）４１０，４１１及びＤＡコンバータ４１２を備えている。受信部４０は、ダイレクトコンバージョン方式で受信処理を行う。

制御部１０は、ＰＬＬ部３１、符号化部２１、ＤＡコンバータ３３、復調部２５及びＩＱ信号合成部２４との間で信号を送信または受信する。

制御部１０は、ＰＬＬ部３１を制御し、搬送波周波数と同じ周波数のローカル信号をＰＬＬ部３１から出力させる。ＰＬＬ部３１からのローカル信号は、変調器３４、第１のミキサ４１及び９０度移相シフト器４３に供給される。９０度移相シフト器４３に供給されたローカル信号は、位相が９０度シフトされた後、第２のミキサ４２に供給される。

制御部１０は、送信データを符号化部２１に出力する。符号化部２１は、送信データを例えばＰＩＥ（Pulse Interval Encoding）符号によりデジタル符号化する。符号化された送信データは、送信部３０のＤＡコンバータ３２に供給され、アナログ信号に変換される。

送信部３０は、ＰＬＬ部３１から出力されるローカル信号を変調器３４で変調する。変調器３４は、ＤＡコンバータ３２からのアナログ信号により、ローカル信号の振幅変調を行う。また、送信部３０は、振幅変調された送信信号を、パワーアンプ３５で増幅する。パワーアンプ３５は、ＤＡコンバータ３３の出力信号により設定される増幅率で、送信信号の電力増幅を行う。電力増幅が行われた送信信号は、方向性結合器６１及びローパスフィルタ６２を介してアンテナ２に供給され、電波として放射される。このとき、電波到達領域内に無線タグ４が存在していると、この無線タグ４は、アンテナ２からの送信信号を受信することができる。

一方、無線タグ４から放射された電波をアンテナ２が受信すると、アンテナ２からローパスフィルタ６２及び方向性結合器６１を介して、受信信号が受信部４０の第１，第２のミキサ４１，４２にそれぞれ入力される。第１のミキサ４１は、受信信号と前記ＰＬＬ部３１からのローカル信号とを混合して、ローカル信号と同相成分のＩ信号を生成する。第２のミキサ４２は、受信信号と前記９０度位相シフト器４３によって位相が９０度シフトされたローカル信号とを混合して、ローカル信号と直交成分のＱ信号を生成する。

受信部４０は、第１のミキサ４１で生成されたＩ信号から、直流カットコンデンサ４４により直流成分を除去し、さらに、ローパスフィルタ４６により不要な高周波成分を除去する。その後、このＩ信号を、可変利得増幅器４８で増幅し、ＡＤコンバータ４１０でデジタル信号に変換した後、デジタル信号処理部２０における第１のデジタルフィルタ２２に供給する。同じく、受信部４０は、第２のミキサ４２で生成されたＱ信号から、直流カットコンデンサ４５により直流成分を除去し、さらに、ローパスフィルタ４７により不要な高周波成分を除去する。その後、このＱ信号を、可変利得増幅器４９で増幅し、ＡＤコンバータ４１１でデジタル信号に変換した後、デジタル信号処理部２０における第２のデジタルフィルタ２３に供給する。

ＡＤコンバータ４１０，４１１のサンプリング時間間隔は、変調された受信信号からデータを確実に取り出すために、変調された受信信号のレベルが変化しない最短時間の“１／２”より短い時間に設定する必要がある。ここでは、サンプリング時間間隔を変調された受信信号のレベルが変化しない最短時間の“１／４”の時間としている。換言すれば、変調された受信信号のレベルが変化しない最小周波数の４倍のサンプリング周波数に設定している。

デジタル信号処理部２０は、第１，第２のデジタルフィルタ２２，２３でそれぞれ帯域制限されたデジタルのＩ信号及びＱ信号を、ＩＱ信号合成部２４で合成する。ＩＱ信号合成部２４は、Ｉ信号をＩ信号２乗部２４１で２乗演算し、Ｑ信号をＱ信号２乗部２４２で２乗演算する。そして、この２乗したＩ信号と、同じく２乗したＱ信号とを、ＩＱ信号加算部２４３で加算する。デジタル信号処理部２０は、ＩＱ信号合成部２４で合成した信号を、復調部２５で復調する。復調部２５は、ＩＱ信号加算部２４３から出力される信号から、無線タグ４の応答信号の変調方式、例えばＦＭ０変調といった変調方式に応じて、無線タグ４の応答データを復号する。また、デジタル信号処理部２０は、ＩＱ信号合成部２４で合成した信号を、ＡＧＣ回路２６に供給して、受信部４０における可変利得増幅器４８，４９の自動利得制御を行う。ＡＧＣ回路２６は、ＩＱ信号加算部２４３から出力される信号の振幅が所定の閾値より低いレベルのときには、ＤＡコンバータ４１２の出力電圧を制御して、各可変利得増幅器４８，４９の利得を高くするように制御する。

無線通信装置１は、図２に示すデータ構造のテーブル７０を記憶する記憶手段を有している。本実施の形態では、制御部１０が有するメモリ（ＲＯＭまたはＲＡＭ）に上記テーブル７０を記憶している。テーブル７０の記憶手段は、制御部１０が有するメモリに限定されるものではない。例えば、制御部１０に対して外付けされたＨＤＤ（Hard Disk Drive）や、フラッシュメモリ等であってもよい。

テーブル７０には、タグ応答信号の強度を５段階に区分し、段階毎に設定されたレベルデータＬ５，Ｌ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１（Ｌ５（強度：高）＞Ｌ４＞Ｌ３＞Ｌ２＞Ｌ１（強度：低））にそれぞれ関連付けて、送信部３０におけるパワーアンプ３５のゲインデータ（１／５，２／５，３／５，４／５，５／５）を設定している。ゲインデータは、タグ応答信号の強度が弱まるほど送信電力が強くなるように、パワーアンプ３５のゲインを調整するためのＤＡコンバータ３３の値である。なお、タグ応答信号の強度分割数は“５”に限定されないのは言うまでもない。

次に、かかる構成の無線通信装置１が無線タグ４と無線通信を行う際の制御部１０の制御手順について、図３乃至図４の流れ図、及び、図５乃至図７の信号波形図を用いて説明する。

通信部５０を介して接続された上位機器からの指令により、無線タグ４との通信事象が発生すると、制御部１０は、図３の流れ図に示す処理を開始する。すなわち、制御部１０は、ステップＳＴ１として、今回の無線タグ４との通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断する（ＳＴ１：判断手段）。

セキュリティ情報を含まない通信であると判断した場合には（ＳＴ１のＮＯ）、制御部１０は、ステップＳＴ２として通常通信処理を行う。通常通信処理では、制御部１０は所定の送信パワー強度となるようにＤＡコンバータ３３を制御して通信を行なう。ここで、所定の送信パワー強度は、例えばパワーアンプ３５の出力が最大となる強度である。通常、複数の無線タグを読み取ろうとする場合、アンチコリジョン（衝突回避）を経て、1枚ずつ無線タグを読み取っていく。この場合において、無線タグがパッシブ型である場合、無線通信装置１の送信強度が強い方が無線タグを起動させる電力において有利であり、より多くの無線タグと通信を行なえるためである。すなわち制御部１０は、ＤＡコンバータ３３を制御する初期値として、パワーアンプ３５のゲインを“１”に設定するゲインデータを記憶しており、通常通信処理が開始されると、この初期値のゲインデータでＤＡコンバータ３３を制御して通信を行なう。

セキュリティ情報を含む通信であると判断した場合には（ＳＴ１のＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳＴ３としてセキュリティ通信処理を行う。セキュリティ通信処理の処理手順を、図４の流れ図で示す。以下、この流れ図を用いて、セキュリティ通信処理について具体的に説明する。

セキュリティ通信処理を開始すると、制御部１０は、先ず、ステップＳＴ１１としてタグ応答強度測定用のダミーコマンドを送信する（送信手段）。ダミーコマンドには、セキュリティ情報は含まれない。したがって、制御部１０は、通常通信処理で用いる初期値のデータでＤＡコンバータ３３を制御して、ダミーコマンドの送信を行う。

ダミーコマンドを送信した後、制御部１０は、ステップＳＴ１２として無線タグ４の応答信号を受信するのを待機する。所定時間を経過してもタグ応答信号を受信できない場合には（ＳＴ１２のＮＯ）、ダミーコマンドの到達範囲内に無線タグ４が存在しないとみなす。制御部１０は、今回の制御を終了する。

所定時間以内にタグ応答信号を受信した場合には（ＳＴ１２のＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳＴ１３としてこのタグ応答信号の強度を測定する（強度測定手段）。ここで、無線通信装置１の送信パワー強度と無線タグ４の応答信号強度の関係について説明する。

はじめに、無線通信装置１の無変調搬送波と、無線通信装置１のコマンドでＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調された変調搬送波と、無線タグ４の応答波の一例を図５に示す。図５において、信号波形Ａ及びＣは、無変調搬送波を示している。信号波計Ｂは、変調搬送波を示している。信号波形区間Ｃの搬送波に重畳されている太線の波形Ｄは、無線タグ４の応答波を示している。無線タグ４はパッシブ型であるため、その応答波は、無線通信装置１が送信する搬送波を反射するバックスキャタ信号となっており、ＡＳＫ変調されている。

無線タグ４の応答波（バックスキャタ信号）Ｄの一部を拡大して図６に示す。同図は、図４における区間Ｅの応答波Ｄの波形を拡大している。バックスキャタ信号の信号強度は無線通信装置１が送信する搬送波の強度に依存する。タグ応答信号は、データの先頭を示すプリアンブル（preamble）信号と、これに続くデータ信号（Data）とから構成されている。制御部１０は、タグ応答信号の強度レベルＬ１〜Ｌ５を、区間Ｔ１で示すプリアンブル信号の前半部におけるＩＱ信号合成部２４の出力信号に基づいて決定する。

ＩＱ信号合成部２４の出力信号は、ＡＧＣ回路２６にも与えられ、第１、第２の可変利得増幅器４８、４９の自動利得制御にも利用される。このため、区間Ｔ２で示すプリアンブル信号の後半部以降のＩＱ信号合成部２４の出力信号は、ＡＧＣ回路２６で第１、第２の可変利得増幅器４８、４９の自動利得を制御した後のＩ信号とＱ信号を処理した出力である。したがって、タグ応答信号の強度判定には利用できない。これに対し、プリアンブル信号の区間Ｔ１で示す前半部は、Ｉ信号およびＱ信号を増幅する第１、第２の可変利得増幅器４８、４９の増幅率が固定されている。したがって、この区間Ｔ１のプリアンブル信号の強度レベルは、そのままタグ応答信号の強度レベルとみなすことができる。

すなわち制御部１０は、タグ応答信号の先頭部であるプリアンブル信号の自動利得制御が働いていない前半部の振幅レベルから、タグ応答信号の強度レベルを測定する。例えば図６の例では、プリアンブル信号の自動利得制御が働いていない前半部の振幅レベルはＬ３とＬ４の間である。この場合、制御部１０は、タグ応答信号の強度レベルをＬ３と決定する。

こうして、タグ応答信号の強度レベルを測定したならば、制御部１０は、ステップＳＴ１４としてテーブル７０を参照してタグ応答信号の強度レベルを、送信部３０におけるパワーアンプ３５のゲインデータに変換する。そして、ステップＳＴ１５としてテーブル７０から得られたゲインデータをＤＡコンバータ３３に出力して、パワーアンプ３５のゲインを調整する（調整手段）。

前述したように、テーブル７０には、タグ応答信号の強度が高いほど送信電力を低減させるようなゲインデータが設定されている。ここで、タグ応答信号の最低強度レベルＬ１に関連付けて設定しているゲインデータ：５／５（＝１）は、通常通信処理において用いる初期値のゲインデータである。また、この初期値のゲインデータは、強度測定用コマンド送信時にも使用する。すなわち制御部１０は、タグ応答信号の強度レベルが低下するにつれ、通常通信処理時及び強度測定用コマンド送信時よりも送信電力を低減させる方向に調整する。

図６の例の場合、タグ応答信号の強度レベルはＬ３と決定される。テーブル７０を参照すると、強度レベルＬ３に関連付けられたゲインデータは３／５である。したがって、制御部１０は、パワーアンプ３５のゲインが３／５となるように、ＤＡコンバータ３３を制御する。

パワーアンプ３５のゲインを調整した後、制御部１０は、ステップＳＴ１６として応答信号送信元の無線タグ４との間で、セキュリティ情報を含む通信を実行する。

パワーアンプ３５のゲインを初期値データ“１”で制御したときの通信と、同ゲインを初期値データの“３／５”で制御したときの通信とを交互に行った場合の信号波形の一例を図７に示す。同図において、区間Ｓ１，Ｓ３は、初期値データ“１”で制御したときの通信区間である。区間Ｓ２は、初期値データの“３／５”で制御したときの通信区間である。同図において、無線通信装置１から無線タグ４への送信区間をＲ→Ｔで示し、無線タグ４から無線通信装置１への送信区間をＴ→Ｒで示している。

例えば、無線通信装置１は、無線タグ４を認識するためのＩＤ問合せコマンドを無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、自身に設定されているＩＤを含む応答信号をバックスキャッタ変調により無線送信する。この通信は、セキュリティ情報を含まない通信である。すなわち、パワーアンプ３５のゲインを初期値データ“１”で制御して実行する。また、セキュリティ情報を含む通信の場合でも、最初に、無線通信装置１は、タグ応答速度測定用のダミーコマンドを無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、応答信号をバックスキャッタ変調により無線送信する。この間の通信は、パワーアンプ３５のゲインを初期値データ“１”で制御して実行する（区間Ｓ１またはＳ３）。

これに対し、例えば無線通信装置１が無線タグ４の暗号鍵を利用して行う暗号化通信は、セキュリティ情報を含む通信である。この場合、無線通信装置１は、無線タグ４に対して暗号鍵を要求するコマンドを無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、自身に設定されている暗号鍵を含む応答信号をバックスキャッタ変調により無線送信する。この応答信号を受信した無線通信装置１は、受信信号から暗号鍵を取得する。そして、この暗号鍵でタグ書込みデータを暗号化し、暗号化されたデータを引数に持った書込コマンドを無線送信する。このコマンドを受信した無線タグ４は、暗号化されたデータを復号し、複合されたデータを内蔵メモリに書き込む。この間の通信は、全て、信号の強度が３／５に低減されて実行される（区間Ｂ）。

図８に、無線通信装置１のアンテナ２から放射される電波が物理的に到達する領域３Ａ，３Ｂと、パッシブ型の無線タグ４から放射される電波が物理的に到達する領域５Ａ，５Ｂとの対応関係を、模式的に示す。なお、同図において、符号６Ａ，６Ｂは、第三者による受信装置を示している。

同図において、領域３Ａは、パワーアンプ３５のゲインが“１”に設定されているとき（図７のＳ１またはＳ３）のアンテナ２からの電波到達領域である。このとき、この電波に応答した無線タグ４からの電波到達領域は領域５Ａとなる。領域３Ｂは、パワーアンプ３５のゲインが“３／５”に設定されているとき（図７の区間Ｓ２）のアンテナ２からの電波到達領域である。このとき、この電波に応答した無線タグ４からの電波到達領域は領域５Ｂとなる。

この場合、無線通信装置１から送信されるＩＤ問合せコマンドやタグ応答強度測定用のダミーコマンドは、領域３Ａの範囲内に届く。そして、これらのコマンドに応答した無線タグ４からバックスキャッタ変調により送信される応答信号は、領域５Ａの範囲内に届く。したがって、無線通信装置１は、領域３Ａ内に位置する無線タグ４を認識することができる。

一方、無線通信装置１から送信される暗号鍵要求コマンドや暗号化された書込みコマンドは、パワーアンプ３５のゲインが３／５に低減されているので、領域３Ｂの範囲内に届く。そして、暗号鍵要求コマンドに応答した無線タグ４からバックスキャッタ変調により送信される応答信号は、領域５Ｂの範囲内に届く。

したがって、無線通信装置１は、この応答信号を受信できるものの、領域５Ｂの範囲外に位置する第三者の受信装置６Ａ，６Ｂは、無線タグ４からの応答信号を受信できない。この応答信号には、無線タグ４が有する暗号鍵が含まれている。したがって、無線通信装置１は、書込コマンドを暗号化して送信することができる。また、この暗号化された書込コマンドを受信した無線タグ４は、自身の暗号鍵を利用してコマンドを復号し、復号したデータを内蔵メモリに書き込むことができる。

このとき、書込みコマンドは、領域３Ｂ内に位置する第三者の受信装置６Ａ，６Ｂで受信できる。しかし、受信装置６Ａ，６Ｂは、無線タグ４から送信された暗号鍵を含む応答信号を受信していないので、書込コマンドを復号することができない。かくして、セキュリティ情報を含むデータの秘匿性を確保できる。

このように、本実施の形態によれば、無線タグ４との間で行う通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断し、セキュリティ情報を含む通信であると判断されたとき、無線タグ４との通信時の送信電力を、セキュリティ情報を含まない通信を行うときよりも弱める方向に調整するようにしたので、無線タグ４との間の無線通信のセキュリティを向上させることができる。

（第２の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、無線通信装置１が、テーブル７０の記憶手段を有しており、このテーブル７０に、段階的に設定された信号強度レベルにそれぞれ関連付けて、送信データにより搬送波を変調して送信信号をアンテナに出力する送信部３０のパワーアンプ３５のゲインを設定している。また、無線タグ４からの応答信号の強度を測定するための強度測定用コマンドを所定の送信電力で無線送信し、さらに、この強度測定用コマンドに対する無線タグ４からの応答信号を受信してその応答信号の強度を測定して、その応答信号の強度レベルに関連付けられたゲインをテーブル７０から取得する。そして、パワーアンプ３５のゲインをテーブル７０から取得したゲインに変更することで、無線タグ４との通信時の送信電力を調整するようにしている。しかし、無線タグ４との通信時の送信電力を調整する手段は、これに限定されるものではない。次に、この調整手段を変更した第２の実施の形態について、図９〜図１１を用いて説明する。

この第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、テーブル７０のデータ構造と、制御部１０が実行するセキュリティ通信処理の処理手順であり、その他の構成は第１の実施の形態と同様なので、第１の実施の形態と同一の図面及び同一の符号を使用し、詳しい説明は省略する。

第２の実施の形態におけるテーブル７０のデータ構造を図９に示す。図示するように、テーブル７０には、“１”から“５”までの連続番号ｎに関連付けて、送信部３０におけるパワーアンプ３５のゲインデータ（１／５，２／５，３／５，４／５，５／５）を設定している。ゲインデータは、連続番号ｎが増加するほど送信電力が強くなるように、パワーアンプ３５のゲインを調整するためのＤＡコンバータ３３の値である。

通信部５０を介して接続された上位機器からの指令により、無線タグ４との通信事象が発生すると、制御部１０は、図３の流れ図に示す処理を開始する。すなわち、制御部１０は、ステップＳＴ１として、今回の無線タグ４との通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断する（ＳＴ１：判断手段）。

セキュリティ情報を含まない通信であると判断した場合には（ＳＴ１のＮＯ）、制御部１０は、ステップＳＴ２として通常通信処理を行う。これに対し、セキュリティ情報を含む通信であると判断した場合には（ＳＴ１のＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳＴ３としてセキュリティ通信処理を行う。セキュリティ通信処理の処理手順を、図１０の流れ図で示す。以下、この流れ図を用いて、セキュリティ通信処理について具体的に説明する。

セキュリティ通信処理を開始すると、制御部１０は、先ず、ステップＳＴ２１として番号カウンタｎを“０”にリセットする。次に、制御部１０は、ステップＳＴ２２としてこの番号カウンタｎを“１”だけカウントアップする。そして、ステップＳＴ２３として番号カウンタｎがテーブル７０に設定されている連続番号の最大値Ｎ（本実施の形態ではＮ＝５）を超えたか否かを判断する。

当初、番号カウンタｎは“１”なので、最大値Ｎを越えていない。この場合、制御部１０は、ステップＳＴ２４としてテーブル７０から番号カウンタｎに一致する番号に関連付けられたゲインデータを取得する。すなわち、ゲインデータ“１／５”を取得する。そして、ステップＳＴ２５としてこのゲインデータをＤＡコンバータ３３に出力して、パワーアンプ３５のゲインを調整する（調整手段）。

しかる後、制御部１０は、ステップＳＴ２６としてタグ応答監視用のダミーコマンドを送信する。そして、ステップＳＴ２７として無線タグ４からの応答信号を受信するのを待機する。このダミーコマンドは、暗号化に関わらない通信、すなわちセキュリティ情報を含まない通信のコマンドである。

ここで、所定時間を経過してもタグ応答信号を受信できない場合（ＳＴ２７のＮＯ）、制御部１０は、ステップＳＴ２２の処理に戻る。すなわち、番号カウンタｎをさらに“１”だけカウントアップする。そして、番号カウンタｎが最大値Ｎを越えたか否かを判断する。この場合、番号カウンタｎは“２”であり、最大値“５”を超えていない。したがって、制御部１０は、テーブル７０から番号カウンタｎに一致する番号に関連付けられたゲインデータを取得する。すなわち、ゲインデータ“２／５”を取得する。そして、このゲインデータをＤＡコンバータ３３に出力して、パワーアンプ３５のゲインを調整する（調整手段）。

しかる後、制御部１０は、タグ応答監視用のダミーコマンドを送信する。そして、無線タグ４からの応答信号を受信するのを待機する。

ここで、やはり、所定時間を経過してもタグ応答信号を受信できない場合、制御部１０は、ステップＳＴ２２の処理に戻って上記と同様な処理を繰り返す。すなわち、テーブル７０から番号“３”に対応したゲインデータ“３／５”を取得し、このゲインデータをＤＡコンバータ３３に出力して、パワーアンプ３５のゲインを調整したならば、タグ応答監視用のダミーコマンドを送信する。

一方、タグ応答監視用のダミーコマンドを送信した後、所定時間以内にタグ応答信号を受信した場合には（ＳＴ２７のＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳＴ２８として応答信号送信元の無線タグ４との間で、セキュリティ情報を含む通信を実行する。

なお、番号カウンタｎが最大値Ｎを越えた場合には（ＳＴ２３のＹＥＳ）、制御部１０は、セキュリティ情報を含む通信を実行することなく、今回の通信処理を終了する。

このように第２の実施の形態の無線通信装置１は、送信部３０におけるパワーアンプ３５のゲインを段階的に設定したテーブル７０を記憶する記憶手段を有している。そして制御部１０は、セキュリティ情報を含む通信であると判断されたとき、最初にテーブル７０から最低レベルのゲインデータを取得し、パワーアンプ３５のゲインをテーブル７０から取得したゲインデータの値に変更する。そして、セキュリティ情報を含まない通信（ダミーコマンドの送信）を行って無線タグ４からの応答信号を監視する。ここで、応答信号を受信できない場合には、テーブル７０から１段階上のレベルのゲインデータを取得し、パワーアンプ３５のゲインをテーブル７０から取得したゲインデータの値に変更する。そして、再びセキュリティ情報を含まない通信を行って無線タグ４からの応答信号を監視する。以後、応答信号を受信できるまで、パワーアンプ３５のゲインを段階的に増加させて、無線タグ４との通信時の送信電力を調整する。

パワーアンプ３５のゲイン調整の一例を図１１に示す。同図において、区間Ｐ１は、セキュリティ情報を含まない通信区間を示している。すなわち、この区間は、ゲインデータの初期値“１”でパワーアンプ３５のゲインが調整されている。したがってこの区間では、無線タグ４との通信時の送信電力は最大である。

区間Ｐ２は、送信電力の強度調整区間を示している。すなわち、この区間は、無線タグ４からの応答信号を受信できるまで、最小のゲイン“１／５”から段階的にゲインを上昇させて、タグ応答監視用のダミーコマンドを送信させる。したがってこの区間では、無線タグ４との通信時の送信電力は最低電力から段階的に上昇する。

区間Ｐ３は、セキュリティ情報を含む通信区間を示している。すなわち、この区間は、ゲイン“３／５”のときのタグ応答監視用のダミーコマンドに対して無線タグ４から応答があった場合であり、パワーアンプ３５のゲインは“３／５”に設定されている。したがってこの区間では、無線タグ４との通信時の送信電力は、セキュリティ情報を含まない通信区間と比較して低減される。すなわち、無線タグ４からの応答信号の到達領域が狭められる。

区間Ｐ４は、セキュリティ情報を含まない通信区間を示している。すなわち、この区間は、ゲインデータの初期値“１”でパワーアンプ３５のゲインが調整されている。

このように、本実施の形態によれば、無線タグ４からの応答信号の強度が無線通信装置１で受信可能な最低レベルとなるように無線タグ４との通信時の送信電力が調整されるので、第１の実施の形態と同様な効果を奏することができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、前記実施の形態では、無線通信装置１が、セキュリティ情報を含む通信を無線タグ４との間で行うとき、無線タグ４との通信時の送信電力を、セキュリティ情報を含まない通信を行うときよりも弱める方向に調整したが、セキュリティ情報を含まない通信を無線タグ４との間で行う際に、無線タグ４との通信時の送信電力を弱める方向に調整してもよい。例えば、多数の無線タグ４からそのメモリデータを読み取る場合、読取コマンドを送信する際に、第２の実施の形態のように、無線タグ４からの応答信号の強度が無線通信装置１で受信可能な最低レベルとなるように無線タグ４との通信時の送信電力を調整する。そうすることにより、アンテナ２から近い順に少しずつ無線タグ４のデータを読み取ることができるので、衝突の発生確率が低減され、処理効率を高めることができる。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。

本発明の一実施の形態である無線通信装置の要部構成を示すブロック図。 第１の実施の形態で使用するテーブルのデータ構造を示す模式図。 第１の実施の形態において、無線通信装置の制御部が無線タグと通信を行う際の処理手順を示す流れ図。 図３におけるセキュリティ通信処理の手順を具体的に示す流れ図。 無線通信装置の無変調搬送波，変調搬送波及び無線タグの応答波の一例を示す波形図。 無線タグの応答波の一部を拡大して示す波形図。 パワーアンプのゲインを初期値データ“１”で制御したときの通信と、同ゲインを初期値データの“３／５”で制御したときの通信とを交互に行った場合の信号波形の一例を示す波形図。 無線通信装置のアンテナから放射される電波が物理的に到達する領域と、パッシブ型の無線タグから放射される電波が物理的に到達する領域との対応関係を示す模式図。 本発明の第２の実施の形態で使用するテーブルのデータ構造を示す模式図。 第２の実施の形態におけるセキュリティ通信処理の手順を具体的に示す流れ図。 パワーアンプのゲイン調整の一例を示すタイミング図。 無線通信装置のアンテナから放射される電波が物理的に到達する領域と、パッシブ型の無線タグから放射される電波が物理的に到達する領域との従来の対応関係を示す模式図。

符号の説明

１…無線通信装置、２…アンテナ、４…無線タグ、１０…制御部、２０…デジタル信号処理部、２４…ＩＱ信号合成部、３０…送信部、３５…パワーアンプ、４０…受信部、５０…通信部、７０…テーブル。

Claims (7)

1. パッシブ型の無線タグと無線通信を行う無線通信装置において、
   前記無線タグとの間で行う通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断する判断手段と、
   この判断手段によりセキュリティ情報を含む通信であると判断されたとき、前記無線タグとの通信時の送信電力を、前記セキュリティ情報を含まない通信を行うときよりも弱める方向に調整する調整手段と、
   を具備したことを特徴とする無線通信装置。
2. パッシブ型の無線タグと無線通信を行う無線通信装置において、
   前記無線タグからの応答信号の強度を測定するための強度測定用コマンドを所定の送信電力で無線送信する送信手段と、
   前記強度測定用コマンドに対する前記無線タグからの応答信号を受信し、その応答信号の強度を測定する強度測定手段と、
   この強度測定手段により測定された前記応答信号の強度に応じて、前記無線タグとの通信時の送信電力を、前記強度測定用コマンド送信時よりも低減させる方向に調整する調整手段と、
   を具備したことを特徴とする無線通信装置。
3. 前記無線タグとの間で行う通信がセキュリティ情報を含む通信であるか否かを判断する判断手段、をさらに具備し、
   前記送信手段は、前記判断手段によりセキュリティ情報を含む通信であると判断された場合に実行することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 段階的に設定された信号強度レベルにそれぞれ関連付けて、送信データにより搬送波を変調して送信信号をアンテナに出力する送信系回路のパワーアンプのゲインを設定したテーブルを記憶する記憶手段、をさらに具備し、
   前記調整手段は、前記強度測定手段により測定された前記応答信号の強度レベルに関連付けられたゲインを前記テーブルから取得し、前記送信系回路のパワーアンプのゲインを前記テーブルから取得したゲインに変更することで、前記無線タグとの通信時の送信電力を調整することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
5. 前記強度測定手段は、前記無線タグからの応答信号の先頭に配置されるプリアンブル信号の振幅に基づいて測定することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
6. 前記調整手段は、前記判断手段によりセキュリティ情報を含む通信であると判断されたとき、前記無線タグからの応答信号の強度が前記無線通信装置で受信可能な最低レベルとなるように前記無線タグとの通信時の送信電力を調整することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 送信データにより搬送波を変調して送信信号をアンテナに出力する送信系回路のパワーアンプのゲインを段階的に設定したテーブルを記憶する記憶手段、さらに具備し、
   前記調整手段は、最初に前記テーブルから最低レベルのゲインを取得し、前記送信系回路のパワーアンプのゲインを前記テーブルから取得したゲインに変更してセキュリティ情報を含まない通信を行って前記無線タグからの応答信号を監視し、応答信号を受信できない場合には、前記テーブルから１段階上のレベルのゲインを取得し、前記送信系回路のパワーアンプのゲインを前記テーブルから取得したゲインに変更してセキュリティ情報を含まない通信を行って前記無線タグからの応答信号を監視し、以後、応答信号を受信できるまでゲインを段階的に増加させて、前記無線タグとの通信時の送信電力を調整することを特徴とする請求項６記載の無線通信装置。

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