JP2013062605A - 負荷変調通信制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不感帯領域を少なく抑えることができる負荷変調通信制御装置を提供する。
【解決手段】通常状態のときは、受信アンプ２０ｉ，２０ｑの利得を高い初期値に設定して広い通信エリアを確保しておく。受信エラー監視部２４は、Ｉ相信号又はＱ相信号が存在するもののビット判定が失敗したことを確認すると、負荷変調信号を受信できているが、受信強度が強すぎると判断する。このとき、レジスタ設定部２５は、レジスタ２２を書き換えることにより、可変式の受信アンプ２０ｉ，２０ｑの利得を下げて、受信の信号判定における負荷変調信号の振幅を低くする。そして、通信再実行部２６は、受信アンプ利得が低い状態において通信を再実行し、負荷変調通信を成立させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷変調によって通信を行う負荷変調通信制御装置に関する。

従来、無線通信技術として、RFID（Radio Frequency IDentification）を用いた通信システム（RFIDシステム）が周知である（特許文献１，２等参照）。RFIDシステムは、電磁界や電波等を用いた近距離（通信距離：数cm〜10数cm）の無線通信によって、リーダライタ及び通信端末の２者が双方向にて情報をやり取りする通信システムの一種であって、車両や流通など種々の分野に広く普及している。

このRFIDシステムでは、通信エリア内で局所的に通信できない場所、いわゆる不感帯を少なく抑えることがニーズとしてある。不感帯の発生原因は、通信端末からの応答としてリーダライタが取得する負荷変調信号の振幅が「０」になってしまう領域が存在し、このときリーダライタで応答を確認することができなくなるためと考えられる。そこで、特許文献１は、リーダライタにおける受信信号をＩ相信号及びＱ相信号に分離し、振幅のみならず位相も確認することで、不感帯をなくすことができると提案している。

特開２００８−２５０９００号公報 特開２００９−２３９８４２号公報

ところで、この種のリーダライタにおいては、遠方に位置する通信端末とでも通信が成立するように、微弱な受信信号を増幅できるよう、受信回路の定数や受信アンプの利得を設定している。しかし、リーダライタの設計によっては、通信エリア内の所定地点で受信強度が大きくなり過ぎ、増幅された負荷変調信号が想定を上回ることが確認された。こうなると、負荷変調信号がリーダライタ内の判定回路でレンジオーバーしてエラーになる現象、つまり不感帯が生じてしまう問題があった。

本発明の目的は、不感帯領域を少なく抑えることができる負荷変調通信制御装置を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、通信端末と双方向により通信し、自身が送信する搬送波信号に前記通信端末の応答信号が重畳した負荷変調信号を読み取ることにより、前記通信端末からの信号を受信する負荷変調通信制御装置において、受信強度に関係するパラメータと、前記通信端末と通信の通信状態を監視する通信状態監視手段と、前記通信状態監視手段の監視結果を基に前記パラメータを切り換えて受信強度を変化させることにより、前記負荷変調信号の振幅を調整して、通信成立を確保する調整手段とを備えたことを要旨とする。

本発明の構成によれば、負荷変調通信制御装置において通信端末との通信状態が監視され、その監視結果を基にパラメータが切り換えられる。このように、パラメータが切り換えられると、負荷変調通信制御装置の受信強度が切り換えられ、結果、負荷変調通信制御装置が受信信号として取り込む負荷変調信号の振幅が好適な値に調整される。これにより、ある距離において、元は通信成立しない状況となっていても、負荷変調信号の振幅が信号判定可能な所定範囲内に収まる状態に切り換えられることにより、受信信号を正常に所得することが可能となる。よって、負荷変調通信において不感帯領域を少なく抑えることが可能となる。

本発明では、前記調整手段は、前記負荷変調信号の強度が信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができない状況下のとき、受信エラーと認識し、前記パラメータの調整を実行することを要旨とする。この構成によれば、負荷変調信号の強度が信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができるかどうかを確認することにより、通信が不感帯領域にあるか否かを判定する。このため、簡素な判定方式によって、通信が不感帯領域にあるか否かを判定することが可能となる。

本発明では、前記負荷変調信号の強度が信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができない状況は、当該負荷変調信号が受信判定の最大振幅を超えて飽和した状態に起因することを要旨とする。この構成によれば、負荷変調信号の飽和を要因として、ある距離において元は通信が不感帯となってしまっていても、パラメータの切り換えによって、通信成立する状態に調整される。このため、負荷変調信号の飽和に起因する不感帯領域を少なく抑えることが可能となる。

本発明では、前記通信端末から受信した受信信号をＩ相及びＱ相に分離し、Ｉ相信号又はＱ相信号の少なくともいずれか一方の信号を基に前記受信信号を取り込む受信手段を備え、前記通信状態監視手段は、前記Ｉ相信号又は前記Ｑ相信号の少なくとも一方の強度が、信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができないと判断したとき、受信エラーと認識し、前記調整手段に前記パラメータの調整を実行させることを要旨とする。この構成によれば、Ｉ相信号やＱ相信号を確認して通信状態を判定するので、通信成立の可否を精度よく判定することが可能となる。

本発明では、前記調整手段は、通常状態のとき、前記パラメータを初期値に設定しておくことにより、受信強度を高く設定しておき、前記通信端末との通信が成立しないとき、前記パラメータを他の値に変化させることにより、受信強度を低くすることを要旨とする。この構成によれば、通常状態のときは、負荷変調通信制御装置の受信感度を高めに設定しておくことにより、広い通信エリアを確保しておき、通信が不感帯領域にあるときは、受信感度を低めに切り換えて、不感帯領域でも通信を可能とする。このため、広い通信エリアの確保と不感帯の発生防止とを、両立することが可能となる。

本発明では、前記調整手段による前記パラメータの切り換え後、通信を再実行させる通信再実行手段を備えたことを要旨とする。この構成によれば、パラメータの切り換え後、通信が再実行されるので、この再通信にて通信端末との通信を自動で成立させることが可能となる。

本発明では、前記パラメータは、受信信号を増幅する可変式の受信アンプであり、前記調整手段は、前記可変式の受信アンプの利得を切り換えることにより、前記負荷変調信号の振幅を低下させることを要旨とする。この構成によれば、可変式の受信アンプの利得を調整するという簡素な処理によって、負荷変調信号の振幅を低下させることが可能となる。

本発明では、前記パラメータは、前記通信端末からの信号を受信する受信部に設けられた受信電圧を調整する可変式の抵抗であり、前記調整手段は、前記可変式の抵抗の値を変化させることにより、前記負荷変調信号の振幅を低下させることを要旨とする。この構成によれば、受信部に設けた可変式の抵抗を調整するという簡素な処理によって、負荷変調信号の振幅を低下させることが可能となる。

本発明によれば、負荷変調通信において不感帯領域を少なく抑えることができる。

第１実施形態のRFIDシステムの構成図。 負荷変調通信の通信方式を説明する概念図。 受信アンプ利得及び通信距離の組み合わせとその通信成否との関係を示す表。 受信アンプ利得が初期値で通信距離が0〜20，34〜43mmのときのＩ相信号及びＱ相信号の波形図。 受信アンプ利得が初期値で通信距離が22〜32mmのときのＩ相信号及びＱ相信号の波形図。 受信アンプ利得が低い値に切り換えられ、通信距離が22〜32mmのときのＩ相信号及びＱ相信号の波形図。 （ａ）はキャリア信号及び負荷変調信号の電圧−通信距離の変化特性を示す波形図、（ｂ）はキャリア信号及び負荷変調信号の振幅比−通信距離の変化特性を示す波形図、（ｃ）はアンテナインピーダンスの動きを示すスミスチャート。 第２実施形態のRFIDシステムの構成図。 （ａ）はキャリア信号及び負荷変調信号の電圧−通信距離の変化特性を示す波形図、（ｂ）はキャリア信号及び負荷変調信号の振幅比−通信距離の変化特性を示す波形図、（ｃ）はアンテナインピーダンスの動きを示すスミスチャート。 第３実施形態のRFIDシステムの構成図。 受信アンプ利得及び通信距離の組み合わせとその通信成否との関係を示す表。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した負荷変調通信制御装置の第１実施形態を図１〜図７に従って説明する。

図１に示すように、車両には、キー照合を無線通信により行う電子キーシステムとして、通信距離が近距離（通信距離：数cm〜10cm程度）のRFID（Radio Frequency IDentification）システム１が搭載されている。本例のRFIDシステム１は、通信電波に磁界（磁界結合）を用いた電磁誘導方式であって、通信周波数が13.56MHzとなっている。また、RFIDシステム１の通信規格としては、例えばNFC（Near Field Communication）が使用されている。

RFIDシステム１には、RFIDシステム１の通信マスタとなる電波送受信可能なリーダライタ２と、近距離によりリーダライタ２と双方向通信する通信端末３とが設けられている。本例のRFIDシステム１は、電池レスの通信端末３がリーダライタ２からの電波を電源にして動くパッシブ型、通信端末３が電池を有するものの通信起動がパッシブ型をとるセミアクティブ型のいずれでもよい。

本例のRFIDシステム１は、負荷変調によってリーダライタ２と通信端末３とが通信する。図２に、負荷変調通信の通信概念を示す。同図に示すように、まずリーダライタ２からキャリア信号Ｓcrが送信される。キャリア信号Ｓcrには、無変調の搬送波信号Ｓhsと、通信端末３への問合せデータである送信信号（質問コマンド）Ｓtrとが交互に含まれる。通信端末３は、搬送波信号Ｓhsを電源に起動し、送信信号Ｓtrを読み取る。そして、通信端末３は、送信信号Ｓtrに対する応答を返信する際、内部の負荷をオン／オフすることにより、リーダライタ２から見たインピーダンスを変化させて電圧変化を生じさせ、これを応答信号Ｓrsとしてリーダライタ２に取得させる。

このとき、図２の破線で示すように、応答信号Ｓrsがリーダライタ２の送信電波電流に重畳され、これがリーダライタ２において負荷変調信号Ｓfhとして現れる。よって、リーダライタ２は、この負荷変調信号Ｓfhを読み取ることにより、通信端末３からの応答信号Ｓrsを受信する。

図１に示すように、リーダライタ２には、リーダライタ２の動作を統括制御する制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４が設けられている。制御ＥＣＵ４には、例えば専用のＩＣ（Integrated Circuit）からなる通信回路５が接続されている。

リーダライタ２には、電波を送受信するアンテナ６が設けられ、アンテナ６がマッチング回路７及びフィルタ回路８を介して通信回路５に接続されている。アンテナ６は、例えば１つのインダクタンスＬthから構成されるとともに、両端がマッチング回路７に接続されている。

マッチング回路７は、アンテナ６のインピーダンスを整合する回路であって、対称配置された一対のＣ回路９ａ，９ｂを備える。第１Ｃ回路９ａ及び第２Ｃ回路９ｂは、ともに２つのキャパシタンスＣ１，Ｃ２を有し、キャパシタンスＣ１がフィルタ回路８に接続され、キャパシタンスＣ１，Ｃ２の中点Ｐ１がインダクタンスＬthに接続されている。

フィルタ回路８は、送信電波から13.56MHz以外の電波をカットする回路であって、対称配置された一対のＬＣ回路１０ａ，１０ｂを備える。ＬＣ回路１０ａ，１０ｂは、ともにインダクタンスＬ０及びキャパシタンスＣ０を有する。第１ＬＣ回路１０ａは、インダクタンスＬ０が通信回路５の第１送信端子TX１に接続され、インダクタンスＬ０及びキャパシタンスＣ０の中点Ｐ２が第１Ｃ回路９ａのキャパシタンスＣ１に接続され、キャパシタンスＣ０が通信回路５のグランド端子TVSSとキャパシタンスＣ２，Ｃ２の中点Ｐ３とに接続されている。第２ＬＣ回路１０ｂは、インダクタンスＬ０が通信回路５の第２送信端子TX２に接続され、インダクタンスＬ０及びキャパシタンスＣ０の中点Ｐ２が第２Ｃ回路９ｂのキャパシタンスＣ１に接続され、キャパシタンスＣ０がグランド端子TVSS及び中点Ｐ３に接続されている。

通信回路５は、電波送信の際、第１送信端子TX１及び第２送信端子TX２からフィルタ回路８に交互にパルス信号を供給する。そして、このパルス信号がフィルタ回路８にてフィルタリングされるとともに、マッチング回路７にてインピーダンスが整合された後、アンテナ６から13.56MHzの交流電波として送信される。

リーダライタ２には、リーダライタ２において電波を受信する受信部１１が設けられている。受信部１１は、受信信号の電圧を分圧出力する分圧抵抗回路１２と、２つのキャパシタンスＣrx，Ｃvnとから構成されている。分圧抵抗回路１２は、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路からなる。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、中点Ｐ４が通信回路５の受信端子ＲＸに接続されている。このため、受信端子ＲＸは、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された受信電圧を受信信号をとして取り込む。中点Ｐ４と抵抗Ｒ２との間には、キャパシタンスＣrxが接続されている。受信部１１は、抵抗Ｒ１とキャパシタンスＣvnとの中点Ｐ５が通信回路５の基準電圧端子Ｖbsに接続されている。基準電圧端子Ｖbsは、受信部１１で電波受信する際に必要な基準電圧を受信部１１に供給する。

通信回路５には、受信部１１で受信した電波を読み取る受信回路１３が設けられている。本例の受信回路１３は、受信電波をＩ相（振幅成分）とＱ相（位相成分）とに分離し、振幅及び位相の両方を確認することで受信電波を読み取る方式をとる。なお、受信回路１３が受信手段に相当する。

受信回路１３には、受信電波からＩ相成分を取り出して符号化するＩ相処理回路１４と、受信電波からＱ相成分を取り出して符号化するＱ相処理回路１５と、Ｉ相処理回路１４及びＱ相処理回路１５の出力を基に受信可否を判定する受信判定部１６とが設けられている。受信回路１３には、受信電波と略同一の周波数を有する搬送波を生成する局部発振器１７と、局部発振器１７から出力された搬送波の位相を９０度（π／２）ずらす移相器１８とが設けられている。なお、受信判定部１６が通信状態監視手段を構成する。

Ｉ相処理回路１４は、受信電波と搬送波とをミキシングしてベースバンド信号を生成するミキサ１９ｉと、ベースバンド信号を増幅する受信アンプ（増幅器）２０ｉと、増幅信号を符号化するデコーダ２１ｉとが設けられている。Ｑ相処理回路１５も、Ｉ相処理回路１４と同様に、ミキサ１９ｑ、受信アンプ２０ｑ及びデコーダ２１ｑが設けられている。なお、受信アンプ２０ｉ，２０ｑがパラメータを構成する。

受信部１１が電波受信した際、Ｉ相処理回路１４は、局部発振器１７から入力した搬送波と受信電波とをミキサ１９ｉにてミキシングすることによりＩ相ベースバンド信号を生成し、これを受信アンプ２０ｉで増幅した後、デコーダ２１ｉに通すことにより、振幅変調成分としてＩ相信号（検出符号）を生成する。また、受信部１１が電波受信した際、Ｑ相処理回路１５は、局部発振器１７から移相器１８を介して入力した９０度位相がずれた搬送波と受信電波とをミキサ１９ｑにてミキシングすることによりＱ相ベースバンド信号を生成し、これを受信アンプ２０ｑで増幅した後、デコーダ２１ｑに通すことにより、位相変調成分としてＱ相信号（検出符号）を生成する。

受信判定部１６は、Ｉ相処理回路１４から入力するＩ相信号と、Ｑ相処理回路１５から入力するＱ相信号とを基に、受信可否を判定する。受信判定部１６は、Ｉ相信号及びＱ相信号の両方でエラーチェック（ビットエラーの有無）を確認し、受信エラーがない方を選択することにより受信電波を取得する。受信判定部１６は、Ｉ相信号やＱ相信号を取得した際、Ｉ相信号やＱ相信号（負荷変調信号Ｓfh）の振幅が、信号判定における振幅の最大許容値であるレンジＥ（図４に図示）の範囲内に収まっていれば、これら信号を正常に取得することが可能である。

本例のリーダライタ２には、Ｉ相信号及びＱ相信号の両方で受信エラー（読み取りエラー）となった際、リーダライタ２の受信強度（受信レベル）を切り換えることにより、受信エラーを解消する受信強度可変機能が設けられている。本例の受信強度可変機能は、受信エラーとなった際、受信回路１３に内蔵された受信アンプ２０ｉ，２０ｑの利得を下げることにより、リーダライタ２の受信強度を調整して、負荷変調信号Ｓfhを受信判定部１６の信号判定用のレンジＥ内に収めるようにする。なお、信号判定用のレンジＥが受信判定の最大振幅に相当する。

ここで、図３に、通信回路５の受信端子ＲＸにおける各利得（以降、受信アンプ利得RxGainと示す）のそれぞれの通信距離での通信成否の試験結果を示す。なお、同図では、通信が成功した場合に「○」と記し、通信が失敗の場合に「×」と記す。同図に示されるように、受信アンプ利得RxGainが高めの利得（38dBや43dB）のときに通信が失敗していても、利得を低く（33dB）にすれば、通信失敗していた距離でも通信が成立することが分かる。よって、仮に受信エラーとなってしまっても、受信アンプ利得RxGainを下げれば、通信が成立する状態になるので、本例では、この原理を使用して通信の不感帯領域を極力減らすようにする。

本例の場合、Ｉ相の受信アンプ２０ｉとＱ相の受信アンプ２０ｑは、ともに利得を切り換えることが可能な可変式である。また、通信回路５には、Ｉ相の受信アンプ２０ｉの利得やＱ相の受信アンプ２０ｑの利得を設定するレジスタ２２が設けられている。よって、Ｉ相の受信アンプ２０ｉやＱ相の受信アンプ２０ｑは、レジスタ２２の値に準じた利得に設定される。

通信回路５には、受信判定部１６の判定結果を基に受信エラーの有無を監視する受信エラー監視部２４が設けられている。受信エラー監視部２４は、Ｉ相信号やＱ相信号が所定の受信強度をとっていてこれら信号が存在するにもかかわらず、信号を正常に復調できないことを確認すると、このときの電波受信を受信エラーと判定する。本例の受信エラー監視部２４は、Ｉ相信号やＱ相信号が存在するにもかかわらず受信信号のビット判定に失敗（ビットエラー）すると、受信エラーを認識し、受信強度が強すぎると判定する。なお、受信エラー監視部２４が通信状態監視手段を構成する。

通信回路５には、受信エラーの際、レジスタ２２の値を書き換えることにより受信アンプ利得RxGainを下げるレジスタ設定部２５が設けられている。レジスタ設定部２５は、受信エラーの際、受信アンプ利得RxGainを所定の低い値に下げることにより、受信信号の振幅を低くして、受信信号が受信判定部１６のレンジＥ内に収まるようにする。本例の場合、通常状態時、受信アンプ利得RxGainを高い値に設定しておき、受信エラーが判定された際、受信アンプ利得RxGainを低い値にして、負荷変調信号Ｓfhの振幅を低くする。これは、通常状態時、受信アンプ利得RxGainを高い値とすることで広い通信エリアを確保しておき、受信エラーが発生した際に、負荷変調信号Ｓfhの振幅を下げて不感帯領域を解消するためである。なお、レジスタ設定部２５が調整手段を構成する。

通信回路５には、レジスタ２２を書き換えて受信アンプ利得RxGainを下げた後、通信端末３との通信を再実行させる通信再実行部２６が設けられている。通信再実行部２６は、レジスタ２２を書き換えて利得を下げた後、リーダライタ２に通信端末３との双方向通信を、受信アンプ利得RxGainが低い値で再実行させる。受信アンプ利得RxGainを下げるべく書き換えられたレジスタ２２は、通信を再実行させた後、元の初期値に戻される。なお、通信再実行部２６が通信再実行手段に相当する。

次に、本例のRFIDシステム１の動作を、図４〜図７を用いて説明する。
通常状態時、レジスタ設定部２５は、レジスタ２２を初期値に設定することにより、受信アンプ利得RxGainを初期値（例えば、38dB）に設定する。よって、通常状態では、受信アンプ利得RxGainが高めに設定されるので、通信距離が広く設定される。このため、通信端末３が遠い位置にあっても、リーダライタ２との通信を確立させることが可能となる。

このとき、リーダライタ２と通信端末３との通信距離が例えば０〜20［mm］や34〜42［mm］であれば、図４に示すように、Ｉ相信号における負荷変調信号Ｓfhの振幅は、受信判定部１６のレンジＥのピーク値Ｖmxに収まる状態（飽和していない状態）となる。即ち、負荷変調信号Ｓfhとキャリア信号Ｓcr（搬送信号Ｓhs）との比が飽和していない状態となる。よって、Ｉ相信号が受信エラーではなく、正常に取得される。なお、図４の例のように、Ｑ相信号における負荷変調信号Ｓfhの振幅も飽和していない場合には、Ｑ相信号も受信エラーせず、正常に取得される。なお、判定種類によっては、Ｉ相及びＱ相のいずれかで正常受信できればよいという方式もあるので、Ｑ相信号を受信できるか否かは、実際のところどちらでもよい。このように、受信アンプ利得RxGainが初期値をとる状況下で、通信距離が０〜20［mm］、34〜42［mm］にあれば、通信は問題なく成立する。

一方、図５に示すように、受信アンプ利得RxGainが初期値をとる状況下で、リーダライタ２と通信端末３との通信距離が22〜32［mm］の場合、Ｉ相信号における負荷変調信号Ｓfhの振幅は、受信判定部１６のレンジＥのピーク値Ｖmxをレンジオーバーする状態（飽和する状態）となる。また、送信信号Ｓtrの後に、負荷変調信号Ｓfhが現れない箇所も生じる。よって、Ｉ相信号を正常に受信することができず、受信エラーとなる。また、Ｑ相信号における負荷変調信号Ｓfhも、振幅が飽和することがある。このとき、Ｑ相信号も正常に受信することができず、受信エラーとなる。

このとき、受信エラー監視部２４は、Ｉ相信号やＱ相信号が存在するにもかかわらず、ビットエラーの判定にて受信エラーを認識することから、負荷変調信号Ｓfhを受信できているが、受信強度が高すぎると判断する。よって、受信エラー監視部２４は、レジスタ設定部２５にレジスタ書換要求を出力する。レジスタ設定部２５は、受信エラー監視部２４からレジスタ書換要求を受信すると、この要求により、レジスタ２２を書き換えて、受信アンプ２０ｉ，２０ｑの利得（受信アンプ利得RxGain）を低い値（例えば、33dB）に下げる。そして、受信アンプ利得RxGainを下げた後、通信再実行部２６が通信を再実行させる。

これにより、図６に示すように、通信距離が22〜32［mm］であっても、受信アンプ利得RxGainを下げれば、Ｉ相信号及びＱ相信号の両方とも、負荷変調信号Ｓfhの振幅が、レンジＥ内に収まる状態、つまり飽和していない状態の受信となる。このため、Ｉ相信号及びＱ相信号が受信エラーせず、正常に取得される。よって、通信端末３が仮に不感帯領域に位置していても、レジスタ２２の切り換えにより受信アンプ利得RxGainを下げて通信を再実行させることにより、通信を成立させることが可能となる。

受信アンプ利得RxGainが初期値のとき、ある通信距離（本例では、22〜32［mm］の範囲）に不感帯領域が発生するのは、本例のリーダライタ２がマッチング回路７でインピーダンス調整を行って、リーダライタ２の通信距離を確保していることが一要因であると推定される。マッチング回路７でのインピーダンス調整では、低い電圧で通信距離を確保するために、ダンプ抵抗でＱ値（Quality factor）を低く抑えるのではなく、マッチング回路７においてインピーダンスを調整する。

マッチング回路７による調整方式の場合、図７（ａ）に示すように、キャリア信号Ｓcrの電圧（振幅のピーク電圧）と負荷変調信号Ｓfhの電圧（振幅のピーク電圧）は、通信距離が短くなるに連れて高くなっていく変化をとる。これは、図７（ｃ）に示すように、アンテナインピーダンス（通信回路５から見たアンテナ６のインピーダンス）Ｚ０が、通信距離が短くなるに連れて、通信回路５の内部インピーダンスに近づいていくからである。

また、図７（ｂ）に示すように、キャリア信号Ｓcrの振幅と負荷変調信号Ｓfhの振幅との比率は、通信距離が22〜32［mm］の範囲のときに大きくなる傾向をとる。これは、マッチング回路７による調整方式の場合、アンテナ６のＱ値が高いままであるので、キャリア信号Ｓcrや負荷変調信号Ｓfhの電圧の変化量が、200〜900［mVpp］と大きいことが要因であると推測される。よって、キャリア信号Ｓcrと負荷変調信号Ｓfhとの電圧差が大きくなる通信距離の範囲が生じ、これが不感帯領域となって現れてしまうことになる。

そこで、本例の場合、Ｉ相信号やＱ相信号の強度が受信判定するのに充分に大きいにもかかわらずビット判定に失敗した場合には、レジスタ２２を切り換えて受信アンプ利得RxGainを下げ、通信が再実行される。このため、マッチング回路７によってインピーダンス調整する本例のリーダライタ２の場合、通常状態では通信が成立しない不感帯領域に通信端末３が位置しても、受信アンプ利得RxGainを低くし、この状態で通信を再実行させるので、通信を問題なく成立させることが可能となる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）Ｉ相信号やＱ相信号の強度が受信判定するのに充分に大きいにもかかわらずビット判定に失敗した場合、レジスタ２２を切り換えることにより受信アンプ利得RxGainを下げ、アンテナ６の受信感度を下げた状態で通信を再実行させる。これにより、通常状態では不感帯となっていた領域でも通信を成立させることができる。よって、負荷変調通信において不感帯領域を少なく抑えることができる。

（２）通信可否の判定は、負荷変調信号Ｓfhの強度が受信判定するのに充分に大きいか否かを確認しつつ、これがビット判定可能か否かによって行う。このため、簡単な判定方法によって、通信が不感帯領域にあるか否かを判定することができる。

（３）負荷変調信号Ｓfhの飽和を要因として、ある距離（38dB：22〜32［mm］、43dB：20〜36［mm］）のとき、通常状態では通信が不感帯となってしまっていても、受信アンプ利得RxGainを低くすることによって、通信成立する状態に切り換えることができる。このため、負荷変調信号Ｓfhの飽和に起因する不感帯領域を少なく抑えることができる。

（４）リーダライタ２における受信信号をＩ相信号とＱ送信号とに分離し、これら信号のうち読み取れる方の信号で受信信号を取得するので、通信成立性を確保することができる。また、通信可否の判定は、単に受信信号を見るのではなく、振幅と位相とにそれぞれ分けたＩ相信号やＱ相信号を確認して通信状態を判定するので、通信成立の可否を精度よく判定することができる。

（５）通常状態のときは、受信アンプ利得RxGainを高い初期値に設定して広い通信エリアを確保し、この状態で通信端末３が不感帯領域にあるときは、受信アンプ利得RxGainを低くして、通常状態では不感帯領域であった距離を通信可能な領域に切り換える。このため、通常時は広い通信エリアを確保しておき、通信が不感帯となったときのみ、受信アンプ利得RxGainを調整するので、広い通信エリアの確保と不感帯の発生防止とを、両立することができる。

（６）通信が不感帯の際、受信アンプ利得RxGainを下げた後、通信が再実行されるので、この再通信にてリーダライタ２と通信端末３との通信を自動で成立させることができる。

（７）不感帯の解消は、可変式の受信アンプ２０ｉ，２０ｑの利得を調整することによって行うので、受信アンプ利得RxGainを調整するという簡素な処理によって、負荷変調通信の成立性を確保することができる。

（８）マッチング回路７によってインピーダンス調整する本例のリーダライタ２の場合、実験結果から判明したように、通信範囲において所定ポイントに不感帯が発生してしまう。そこで、本例の場合は、通信が不感帯となっている際、受信アンプ利得RxGainを下げて通信成立するように調整するので、本例のタイプのリーダライタ２を用いても、通信成立性を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図８及び図９に従って説明する。本例は、リーダライタ２のインピーダンス調整方式が第１実施形態と異なっており、他の基本的な構成は第１実施形態と同様である。よって、第１実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。

図８に示すように、本例のリーダライタ２の場合、アンテナ６のインダクタンスＬthの両側には、アンテナ６のＱ値を低く抑えるためのダンプ抵抗３１，３１が接続されている。本例の場合、ダンプ抵抗３１，３１を設けるとともに、通信回路５の出力インピーダンスを高くすることにより、アンテナ６側とマッチング回路７側とのインピーダンスを調整する。ところで、Ｑ値は、（２πｆＬ）／Ｒの式によって算出されるので、ダンプ抵抗３１を大きくすれば、Ｑ値を低く抑えられることが分かる。よって、ダンプ抵抗３１によってＱ値を低く抑えることにより、変調波形のなまりが防止され、ビットの判定性が確保される。

ダンプ抵抗３１によるインピーダンス調整方式の場合、図９（ａ）に示すように、キャリア信号Ｓcrの電圧（振幅のピーク電圧）と負荷変調信号Ｓfhの電圧（振幅のピーク電圧）は、通信距離が短くなるに連れて低くなっていく変化をとる。これは、リーダライタ２のインピーダンスを、通信端末３がない状態でインピーダンスマッチングするように調整しているため、遠い距離で電流が流れやすくなるのに対し、通信端末３がリーダライタ２に近づくと、図９（ｃ）に示すように、リーダライタ２のアンテナインピーダンス（通信回路５から見たアンテナ６のインピーダンス）Ｚ０が小さくなるため、通信回路５側とのマッチングがとれなくなり、電流が流れ難くなるためである。

また、図９（ｂ）に示すように、キャリア信号Ｓcrの振幅と負荷変調信号Ｓfhの振幅との比率は、通信距離が変化しても、さほど変わらない傾向をとることが分かる。これは、アンテナ６のＱ値をダンプ抵抗３１，３１によって低く抑えているので、キャリア信号Ｓcrや負荷変調信号Ｓfhの電圧の変化量が、400〜80［mVpp］と小さく済むことが要因であると推測される。よって、キャリア信号Ｓcrと負荷変調信号Ｓfhと振幅の比が、通信距離が変化しても大きく変わらず、結果、通信距離の範囲内では不感帯領域が発生しないと考えられる。

しかし、ダンプ抵抗３１によるインピーダンス調整方式であっても完全に不感帯領域が発生しない訳ではなく、例えば通信距離が最小値付近で不感帯が発生することもあることが実験により分かった。このため、本例の場合、通信距離が最小値付近の際、受信エラーが検出されるので、レジスタ２２の切り換えにて受信アンプ利得RxGainが下げられ、この低い利得にて通信が再実行される。よって、通信距離が最小値付近や最大値付近で受信エラーが発生しても、利得を下げた後の再通信によって、通信端末３との通信を確立させることが可能となる。

本実施形態の構成によれば、第１実施形態に記載の（１）〜（７）に加え、以下の効果を得ることができる。
（９）ダンプ抵抗３１によるインピーダンス調整方式の場合に、通信に不感帯領域が発生したとしても、この不感帯領域を通信可能な領域に切り換えることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図１０及び図１１に従って説明する。本例は、受信エラー時における負荷変調信号Ｓfhの振幅を、受信部１１の抵抗値を切り換えることにより行う点が第１実施形態と異なっている。よって、本例も第１実施形態と異なる部分についてのみ詳述する。

図１０に示すように、通信回路５の外部に設けられた抵抗Ｒ２は、抵抗値を自由に切り換え可能な可変式となっている。また、通信回路５には、受信エラーの際、抵抗Ｒ２の値を調整して分圧抵抗回路１２の値を切り換える抵抗値設定部３５が設けられている。本例の抵抗値設定部３５は、受信エラーの際、抵抗Ｒ２の値を増加させることにより、負荷変調信号Ｓfhの振幅を下げるようにする。また、抵抗値設定部３５は、通常状態時、抵抗Ｒ２を初期値に設定して通信範囲を広くとっておき、受信エラーの際、抵抗Ｒ２を増加させて受信強度を低くする。なお、抵抗値設定部３５が調整手段を構成し、抵抗Ｒ２がパラメータを構成する。

通常状態時、抵抗値設定部３５は、抵抗Ｒ２を初期値に設定することにより、分圧抵抗回路１２（即ち、抵抗Ｒ２）を初期値に設定する。ここで、受信端子ＲＸの電圧（受信電圧Ｖrx）は、｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝×Ｖp2により求まる（なお、Ｖp2は中点Ｐ２における電圧）。よって、Ｒ２を小さくすれば、受信電圧Ｖrxが大きくなる。即ち、受信信号を大きくすることができるので、遠くの信号を判別することが可能となる。このため、通信端末３が遠い位置にあっても、リーダライタ２との通信を確立させることが可能となる。

一方、受信エラー監視部２４は、Ｉ送信号又はＱ相信号の強度が受信判定するのに充分に大きいにもかかわらず受信信号のビット判定に失敗した場合、負荷変調信号Ｓfhを受信できてはいるものの、受信強度が強すぎると判断する。よって、抵抗値設定部３５は、抵抗Ｒ２を高い値に切り換え、負荷変調信号Ｓfhの振幅を低くする。そして、通信再実行部２６は、抵抗Ｒ２が高い値に切り換えられた後、通信を再実行する。このため、負荷変調信号Ｓfhが飽和しなくなるので、問題なく受信信号を取得することが可能となる。

図１１に、抵抗Ｒ２の各値のそれぞれの通信距離での通信成否の試験結果を示す。同図に示されるように、抵抗Ｒ２の値が低い値（例えば２ｋΩ）のときに通信が失敗していても、抵抗値を高い値（例えば2.7や3.3ｋΩ）にすれば、通信失敗していた距離でも通信が成立することが分かる。よって、通常状態時、仮に受信エラーとなってしまっても、抵抗Ｒ２を増加させれば、通信が成立する状態になるので、本例の場合も不感帯領域を減少させることが可能となる。

本実施形態の構成によれば、各実施形態に記載の（１）〜（６），（８），（９）に加え、以下の効果を得ることができる。
（１０）不感帯の解消は、受信部１１の可変抵抗Ｒ２を調整することによって行うので、抵抗値を調整するという簡素な処理によって、負荷変調通信の成立性を確保することができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・各実施形態において、負荷変調信号Ｓfhの振幅を下げて通信を再実行した際、通信が未だ成立しない場合は、負荷変調信号Ｓfhの振幅を更に下げて再通信し、この処理を通信が成立するまで繰り返し行ってもよい。

・各実施形態において、通信可否の判定は、Ｉ相信号やＱ相信号を確認してビット判定できるか否かを判定する方式に限定されない。要は、受信部１１にて負荷変調信号Ｓfhの強度が受信判定に充分な大きさを有しているにもかかわらず正常に復調できないことを確認することができれば、他の方式に変更してもよい。

・各実施形態において、受信回路１３は、受信信号をＩ相とＱ相とに分離して信号判定する形式に限定されず、例えば受信信号をＩ相とＱ相とに分離せず、受信信号をそのまま判定する形式でもよい。

・各実施形態において、通信が不感帯となってしまう要因は、負荷変調信号Ｓfhの飽和に限定されず、他の事象を要因としてもよい。
・各実施形態において、通信端末３は、例えば携帯電話、電子キー、ＩＣカードなど、種々の端末が使用可能である。

・第１実施形態において、レジスタ２２は、１つを２つの受信アンプ２０ｉ，２０ｑで共用することに限定されず、それぞれ個別に設けてもよい。
・各実施形態において、パラメータは、受信アンプ利得RxGainや可変抵抗Ｒ２に限定されず、負荷変調信号Ｓfhの振幅を変えることできるものであれば何でもよい。

・各実施形態において、リーダライタ２は、通常状態時、パラメータ（受信アンプ利得RxGain、抵抗Ｒ２）が初期値をとり、不感帯領域にあるときにのみ、パラメータ（受信アンプ利得RxGain、抵抗Ｒ２）を切り換える方式をとることに限定されない。例えば、通信状態を逐次監視し、パラメータ（受信アンプ利得RxGain、抵抗Ｒ２）を、その時々の通信状態に応じた値に適宜設定するものでもよい。

・各実施形態において、RFIDシステム１は、磁界型で周波数が13.56MHzのシステムに限定されない。例えば、RFIDシステム１は、13.56MHz以外の周波数を採用してもよい。
・各実施形態において、RFIDシステム１は、車両に搭載されることに限定されず、他の機器や装置に適用可能である。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）請求項１〜８のいずれかにおいて、ダンプ抵抗を用いるのではなく、アンテナに接続されたマッチング回路のインピーダンスを調整することにより、変調信号のビット波形を確保する。

（ロ）請求項１〜８のいずれかにおいて、アンテナに接続されたダンプ抵抗によってＱ値を調整することにより、変調信号のビット波形を確保する。

３…通信端末、１１…受信部、１３…受信手段としての受信回路、１６…通信状態監視手段を構成する受信判定部、２０ｉ，２０ｑ…パラメータを構成する可変式の受信アンプ、２４…通信状態監視手段を構成する受信エラー監視部、２５…調整手段を構成するレジスタ設定部、２６…通信再実行手段としての通信再実行部、３５…調整手段を構成する抵抗値調整部、Ｓhs…搬送波信号、Ｓrs…応答信号、Ｓfh…負荷変調信号、Ｒ２…パラメータを構成する抵抗、Ｅ…受信判定の最大振幅に相当する受信判定用レンジ、RxGain…受信アンプ利得、Ｖrx…受信電圧。

Claims (8)

1. 通信端末と双方向により通信し、自身が送信する搬送波信号に前記通信端末の応答信号が重畳した負荷変調信号を読み取ることにより、前記通信端末からの信号を受信する負荷変調通信制御装置において、
   受信強度に関係するパラメータと、
   前記通信端末と通信の通信状態を監視する通信状態監視手段と、
   前記通信状態監視手段の監視結果を基に前記パラメータを切り換えて受信強度を変化させることにより、前記負荷変調信号の振幅を調整して、通信成立を確保する調整手段と
   を備えたことを特徴とする負荷変調通信制御装置。
2. 前記調整手段は、前記負荷変調信号の強度が信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができない状況下のとき、受信エラーと認識し、前記パラメータの調整を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の負荷変調通信制御装置。
3. 前記負荷変調信号の強度が信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができない状況は、当該負荷変調信号が受信判定の最大振幅を超えて飽和した状態に起因する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷変調通信制御装置。
4. 前記通信端末から受信した受信信号をＩ相及びＱ相に分離し、Ｉ相信号又はＱ相信号の少なくともいずれか一方の信号を基に前記受信信号を取り込む受信手段を備え、
   前記通信状態監視手段は、前記Ｉ相信号又は前記Ｑ相信号の少なくとも一方の強度が、信号判定に必要な大きさを有しているにもかかわらず復調ができないと判断したとき、受信エラーと認識し、前記調整手段に前記パラメータの調整を実行させる
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の負荷変調通信制御装置。
5. 前記調整手段は、通常状態のとき、前記パラメータを初期値に設定しておくことにより、受信強度を高く設定しておき、前記通信端末との通信が成立しないとき、前記パラメータを他の値に変化させることにより、受信強度を低くする
   ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の負荷変調通信制御装置。
6. 前記調整手段による前記パラメータの切り換え後、通信を再実行させる通信再実行手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の負荷変調通信制御装置。
7. 前記パラメータは、受信信号を増幅する可変式の受信アンプであり、前記調整手段は、前記可変式の受信アンプの利得を切り換えることにより、前記負荷変調信号の振幅を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の負荷変調通信制御装置。
8. 前記パラメータは、前記通信端末からの信号を受信する受信部に設けられた受信電圧を調整する可変式の抵抗であり、前記調整手段は、前記可変式の抵抗の値を変化させることにより、前記負荷変調信号の振幅を低下させる
   ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の負荷変調通信制御装置。