JP2015106892A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】より通信性能が高い通信システムを提供する。【解決手段】第１の磁界を出力する出力装置と、第２の磁界を出力し前記第２の磁界を用いて外部装置との間で通信を行う通信装置と、を備え、前記出力装置と前記通信装置とは、少なくとも前記第１の磁界および前記第２の磁界それぞれの一部が重なり合うように配置された、通信システムが提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、通信システムに関する。

近日、外部機器からデータを受信する通信装置を備えた通信システムに関する技術として様々な技術が開示されている。例えば、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグに記録されたデータをリーダによって読み取る通信システムに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−５６７７２号公報

しかしながら、より通信性能が高い通信システムが提供されることが望ましい。

本開示によれば、第１の磁界を出力する出力装置と、第２の磁界を出力し前記第２の磁界を用いて外部装置との間で通信を行う通信装置と、を備え、前記出力装置と前記通信装置とは、少なくとも前記第１の磁界および前記第２の磁界それぞれの一部が重なり合うように配置された、通信システムが提供される。

以上説明したように本開示によれば、より通信性能が高い通信システムが提供される。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

一般的な通信システムを示す概略図である。 一般的な通信装置を示す回路構成図である。 一般的な外部装置を示す回路構成図である。 外部装置における動作モードの遷移例を示す図である。 通信装置および外部装置の距離と外部装置において検出される磁界強度との関係の例を示す図である。 一般的な技術において通信装置からの磁界検出から通信装置からのポーリング受信までの平均時間の測定結果を示す図である。 一般的な技術において通信装置の端部に外部装置を載置した場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。 一般的な技術において通信装置の端部に外部装置を載置して搖動させた場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。 本開示の実施形態に係る通信システムを示す概略構成図である。 本開示の実施形態に係る出力装置を示す回路構成図である。 本開示の実施形態において出力装置からの磁界検出から通信装置からのポーリング受信までの平均時間の測定結果を示す図である。 本開示の実施形態に係る通信システム１において通信装置および出力装置の間に外部装置を載置した場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。 本開示の実施形態に係る通信システムにおいて通信装置および出力装置の間に外部装置を載置して搖動させた場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。 第１の手法を採用した場合における通信システムの動作例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットまたは数字を付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．一般的な通信システムの概要
２．一般的な通信装置の構成
３．一般的な外部装置の構成
４．本開示の実施形態の概要
５．本開示の実施形態の詳細
６．むすび

［１．一般的な通信システムの概要］
まず、図１を参照して、一般的な通信システムの概略構成について説明する。図１は、一般的な通信システムを示す概略図である。

図１に示すように、一般的な通信システムは、通信装置１０と、外部装置２０とが非接触通信するためのシステムである。非接触通信は、所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ、４．９１５ＭＨｚ）の高周波磁界を媒体として用いた近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＮＦＣ）であってよい。この非接触通信は、例えば、通信距離が２ｍｍ程度までの密着型（国際規格：ＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６）、数ｃｍ〜１０ｃｍ程度の近接型（国際規格：ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３）、５０ｃｍ〜１ｍ程度の近傍型（国際規格：ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３）のＮＦＣを含む。

なお、以下の説明では、外部装置２０として、非接触ＩＣカードを用いる例について説明するが、外部装置２０はかかる例に限定されない。外部装置２０は、非接触通信回路とアンテナコイルを用いた非接触通信機能を備えた装置であれば、例えば、ＲＦＩＤタグ、携帯端末（例えば、携帯型音楽／映像プレーヤ、携帯型ゲーム機、ＩＣレコーダ、ＰＤＡ）、ゲーム機、撮像装置（例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ）、電子財布、パーソナルコンピュータなど、任意の電子機器に適用できる。

図１に示すように、通信装置１０は、外部装置２０と非接触通信することで、外部装置２０からデータを読み出したり、外部装置２０にデータを書き込んだりするための装置である。かかる通信装置１０は、外部装置２０と非接触通信するためのアンテナ１１と、アンテナ１１に接続された基板１２とを備えている。アンテナ１１は、例えば、金属製のアンテナコイルからなるループアンテナであり、ＲＦ信号となり得る電磁界Ｍを発生させる。

通信装置１０は、制御装置５０（ホスト装置）と有線接続されるとともに、交流電源、バッテリなどの外部電源にも接続されている。通信装置１０は、制御装置５０により制御され、外部電源からの電力を用いて通信動作を行う。外部装置２０の用途の多様化に伴って、通信装置１０が搭載される制御装置５０（ホスト装置）の種類も多様化している。制御装置５０は、例えば、自動改札機、店舗に設置される会計装置、入退室管理装置、パーソナルコンピュータ、情報家電、携帯端末、各種の商品や乗車券用の自動販売機、ＰＯＳ端末、キオスク端末、金融機関のＡＴＭなど、様々な端末装置として利用される。なお、通信装置１０は、これらの制御装置５０に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。

外部装置２０は、ユーザが携帯可能な大きさを有するカード型の非接触通信装置であってもよい。外部装置２０は、薄型のカード外装内に、通信装置１０と非接触通信するためのアンテナ２１と、所定の演算処理を実行可能な集積回路（ＩＣ）が搭載されたＩＣチップ２２とを備えている。外部装置２０のアンテナ２１も、通信装置１０のアンテナ１１と同様、例えば、金属製のアンテナコイルからなるループアンテナである。

かかる外部装置２０は、通信装置１０との間で、電磁波を用いて非接触通信することが可能である。従って、外部装置２０を、通信装置１０の通信可能範囲内（通信装置１０が発する電磁波の有効範囲内）に位置づける、即ち、外部装置２０を通信装置１０にかざすだけで、通信装置１０は外部装置２０内のデータを読み書きすることができる。かかる外部装置２０は、通信装置１０にかざすだけでデータ通信できるので使い易く、迅速にデータを送受信でき、改造・変造しにくいため安全性が高く、データを書き換えることでカード自体を何度も再利用可能であるといった利点がある。そのため、外部装置２０の用途は多様化しており、例えば、電子マネーカード、交通機関カード、個人認証用カード、ポイントカード、クーポンカード、電子チケットカード、電子決済カードなどに用いられている。

上記通信装置１０と外部装置２０との間で行われる非接触通信は、例えば数ｃｍ〜１０ｃｍ程度の近接無線通信である。かかる非接触通信は、例えば、キャリア（搬送波）として所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の周波数帯を利用し、２１２ｋｂｐｓの通信速度で行われ、副搬送波を使用しない対称通信である。また、変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式、符号化方式としては、例えばマンチェスター符号化方式を使用できる。このような非接触通信によって、例えば、通信装置１０が制御装置５０からの命令に従って外部装置２０に対して各種のコマンドを発行し、外部装置２０がこのコマンドに対して応答する方式でトランザクションが繰り返され、所定のサービスに関する情報が送受信される。

ここで、通信装置１０と外部装置２０との間の非接触通信動作について説明する。まず、通信装置１０の基板１２は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電磁波からなるキャリアを送信データで変調し、該変調したキャリアを、アンテナ１１を用いて送信する。ここで、送信データは、通信装置１０から外部装置２０に送信されるデータ（第１のデータ）であり、例えば、各種のコマンドやサービスデータである。

次いで、外部装置２０のＩＣチップ２２は、通信装置１０から送信されたキャリアをアンテナ２１で受信し、当該アンテナ２１に誘起した受信電圧の直流成分を駆動電圧として利用し、受信電圧の交流成分を送信データとして取り出す。そして、外部装置２０のＩＣチップ２２は、この送信データに基づいて所定の処理を行い、通信装置１０に返信する返信データを生成する。ここで、返信データは、外部装置２０から通信装置１０に返信されるデータ（第２のデータ）であり、例えば、各種のコマンドやサービスデータである。

さらに、外部装置２０のＩＣチップ２２は、該返信データに基づいてアンテナ２１のインピーダンス（負荷）を変化（例えばオン／オフ）させる負荷変調を行う。この結果、外部装置２０のアンテナ２１に流れる電流によって反磁界が発生し、該反磁界は、通信装置１０のアンテナ１１内を通過すると、電流に変換され、アンテナ１１に流れる電流に重畳される。通信装置１０の基板１２は、当該アンテナ１１に流れる電流の微細な変化を検波することで、外部装置２０からの返信データを得ることができる。

このように、外部装置２０は、通信装置１０から発生されるキャリアの電磁界を電力に変換して電源として利用するとともに、アンテナ２１を用いた負荷変調により、通信装置１０に対して応答信号（返信データ）を返信する。このため、外部装置２０は、電源を具備していなくとも、通信装置１０と通信することが可能である。

［２．一般的な通信装置の構成］
次に、図２を参照して、一般的な通信装置１０および外部装置２０それぞれの構成について詳細に説明する。図２は、一般的な通信装置１０を示す回路構成図である。また、図３は、一般的な外部装置２０を示す回路構成図である。

まず、通信装置１０の構成について説明する。図２に示すように、通信装置１０は、概略的にはアンテナ１１と基板１２とを備える。

アンテナ１１は、例えば、ＲＦ信号を送受信するためのループアンテナで構成され、所定のインダクタンスを有するコイルＬ３（インダクタ）と、所定の静電容量を有するキャパシタＣ３を備える。アンテナ１１は、キャリア信号生成部１３が生成したキャリア信号に応じたキャリアを外部装置２０に送信し、外部装置２０からの応答信号を受信する。図２の例のアンテナ１１は、コイルＬ３とキャパシタＣ３とからなる共振回路で構成されているが、さらに抵抗Ｒを備えてもよい。

次に、通信装置１０の基板１２の各部について説明する。基板１２は、キャリア信号生成部１３と、復調部１４と、制御／データ処理部１５と、記憶部１６を備える。

キャリア信号生成部１３は、制御／データ処理部１５からのキャリア信号生成命令を受け、該命令に応じたキャリア信号を生成する。図２の例では、キャリア信号生成部１３は、発振器１３３からのキャリア信号を送信データでＡＳＫ変調する変調回路１３１と、該変調回路１３１から出力されたキャリア信号を増幅する増幅回路１３２とを含んで構成されている。なお、キャリア信号生成部１３が生成するキャリア信号には、例えば、外部装置２０に対する各種処理命令や処理するデータ（送信データ）を含めることができる。

復調部１４は、例えば、アンテナ１１のアンテナ端における電圧の振幅変化を包絡線検波し、検波した信号を増幅器により２値化することによって、外部装置２０からの応答信号を復調する。なお、復調部１４は、例えば、アンテナ１１のアンテナ端における電圧の位相変化を用いて応答信号を復調することもできる。なお、図２では示していないが、アンテナ１１と復調部１４との間にフィルタリングを行うためのフィルタ回路を設けてもよい。

制御／データ処理部１５は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算処理装置で構成される。制御／データ処理部１５は、例えば、制御装置５０と接続されており、制御装置５０からの指示に応じて、通信装置１０の各種動作を制御する。また、制御／データ処理部１５は、復調部１４が復調したデータを制御装置５０へ送信し、また、該データに基づいてキャリア信号生成命令を生成する。

記憶部１６は、制御／データ処理部１５を動作させるためのプログラム、制御装置５０や外部装置２０から取得したデータ、制御／データ処理部１５によって演算されたデータなどといった各種データを記憶する。記憶部１６は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリ（ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ ｍｅｍｏｒｙ）とを備える。ＲＯＭは、制御／データ処理部１５が使用するプログラムや演算パラメータなどの制御用データを記憶する。ＲＡＭは、制御／データ処理部１５により実行されるプログラム、演算結果、実行状態などのデータを一時記憶する。不揮発性メモリは、非接触通信を用いた各種サービスに関するデータなどを保存する。

なお、通信装置１０は、制御装置５０などの外部装置と接続するための不図示のインターフェースを備えている。該インターフェースは、例えば、ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）や、ネットワーク端子などである。

［３．一般的な外部装置の構成］
次に、図３を参照して、外部装置２０の構成について説明する。図３に示すように、外部装置２０は、概略的にはアンテナ２１とＩＣチップ２２とを備える。

アンテナ２１は、ＲＦ信号を送受信するためのループアンテナで構成され、所定のインダクタンスを有するコイルＬ１（インダクタ）と、所定の静電容量を有するキャパシタＣ１を備える。このように、図３の例のアンテナ２１は、コイルＬ１とキャパシタＣ１とからなる共振回路で構成されているが、さらに抵抗Ｒを備えてもよい。該アンテナ２１は、キャリアの受信に応じて電磁誘導により誘起電圧を生じさせ、所定の共振周波数で誘起電圧を共振させた受信電圧を出力する。ここで、アンテナ２１における共振周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚなどキャリアの周波数に合わせて設定される。かかる構成のアンテナ２１は、通信装置１０からキャリアを受信する。また、アンテナ２１は、ＩＣチップ２２の負荷変調部２９による負荷変調によって、応答信号を通信装置１０に送信する。通信装置１０は、当該負荷変調によって生じるアンテナ２１のインピーダンスの変化を、外部装置２０からの応答信号として検出する。

次に、外部装置２０のＩＣチップ２２の各部について説明する。ＩＣチップ２２は、キャリア検出部２３と、整流部２４と、レギュレータ２５と、復調部２６と、データ処理部２７と、記憶部２８と、負荷変調部２９とを備える。なお、図３では示していないが、ＩＣチップ２２は、例えば、過電圧や過電流がデータ処理部２７に印加されることを防止するための保護回路（図示せず。）をさらに備えてもよい。該保護回路としては、例えば、ダイオード等で構成されたクランプ回路を用いることができる。

キャリア検出部２３は、アンテナ２１から伝達される受信電圧に基づいて、例えば矩形の検出信号を生成し、当該検出信号をデータ処理部２７へ伝達する。データ処理部２７は、上記検出信号をデータ処理のための処理クロックとして用いる。ここで、上記検出信号は、アンテナ２１から伝達される受信電圧に基づくものであるので、通信装置１０から送信されるキャリアの周波数と同期することとなる。従って、外部装置２０は、キャリア検出部２３を備えることによって、各種の処理を通信装置１０と同期して行うことができる。

整流部２４は、例えば、上記コイルＬ１に直列接続されるダイオードＤ１と、コイルＬ１に並列接続されるキャパシタＣ２とを含んで構成される。該整流部２４は、アンテナ２１で受信したキャリアの受信電圧を整流する。レギュレータ２５は、整流部２４により整流された受信電圧を平滑、定電圧化し、駆動電圧としてデータ処理部２７に出力する。このように、レギュレータ２５は、該受信電圧の直流成分から、データ処理部２７の駆動電圧を生成する。

復調部２６は、乗算器２６１およびＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２６２を用いて、整流部２４により整流された受信電圧に基づいて、通信装置１０から送信されたキャリア信号を復調して、該キャリア信号に含まれる送信データ（例えば、ハイレベルとローレベルとの２値化されたデータ信号）を出力する。このように、復調部２６は、当該受信電圧の交流成分に基づいて、通信装置１０から送信されたキャリアに含まれる送信データを得る。

データ処理部２７は、例えば、ＭＰＵなどの演算処理装置で構成される。データ処理部２７は、レギュレータ２５から出力される駆動電圧を電源として駆動し、復調部２６において復調されたデータを処理する。また、データ処理部２７は、処理結果に応じて、通信装置１０に応答信号（返信データ）を送信するために、負荷変調部２９による負荷変調を制御するための制御信号を生成して、負荷変調部２９に出力する。

記憶部２８は、データ処理部２７を動作させるためのプログラム、通信装置１０から取得したデータ、データ処理部２７によって演算されたデータなどといった各種データを記憶する。記憶部２８は、例えば、ＲＯＭと、ＲＡＭと、不揮発性メモリとを備える。ＲＯＭは、データ処理部２７が使用するプログラムや演算パラメータなどの制御用データを記憶する。ＲＡＭは、データ処理部２７により実行されるプログラム、演算結果、実行状態などのデータを一時記憶する。不揮発性メモリは、非接触通信を用いた各種サービスに関するデータなどを保存する。不揮発性メモリとしては、例えば、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などが用いられる。

負荷変調部２９は、外部装置２０から通信装置１０に対する応答信号に応じて、アンテナ２１の負荷（インピーダンス）を変化させる負荷変調を行う。ここで、負荷変調は、外部装置２０が通信装置１０に、返信データを表す応答信号を送信するために、外部装置２０がアンテナ２１のインピーダンス（負荷）を選択的に変化させる変調方式である。

詳細には、負荷変調部２９は、例えば、アンテナ２１の共振回路と並列に接続される負荷ＺとスイッチＳＷ１を備える。負荷Ｚは、例えば、所定の抵抗値を有する抵抗で構成される。また、スイッチＳＷ１は、例えば、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される。負荷変調部２９は、データ処理部２７からの制御信号に基づき、スイッチＳＷ１を用いて負荷Ｚをオン／オフする。これにより、アンテナ２１のコイルＬ１に流れる電流が変化するため、電磁誘導により該アンテナ２１から反磁界が発生する。かかる反磁界により、外部装置２０から通信装置１０に応答信号（返信データ）が送信される。通信装置１０は、当該反磁界の影響によってアンテナ１１のアンテナ端に生じる電圧の変化を検出することによって、上記外部装置２０から送信された応答信号を受信する。

以上説明したように、一般的な通信システムでは、通信装置１０がキャリアを送信し、外部装置２０が負荷変調を行うことによって、通信装置１０と外部装置２０との間で非接触通信が行われる。なお、通信装置１０と外部装置２０との間の通信効率は、例えば、通信装置１０のアンテナ１１を構成するコイルＬ３と、外部装置２０のアンテナ２１を構成するコイルＬ１との結合係数Ｋ（ｄ）によって変動する。具体的には、当該通信効率は、例えば、結合係数Ｋ（ｄ）に比例する。ここで、ｄは、コイルＬ３とコイルＬ１の間の距離を表し、結合係数Ｋ（ｄ）は、距離ｄに反比例し、透磁率μ_ｘに比例する。

［４．本開示の実施形態の概要］
以上に説明したような仕組みにより、通信装置１０と外部装置２０とは通信を行うことが可能である。通信装置１０においては、ＲＦ信号となり得る電磁界を常時出力し、所定の周期ごとにポーリングを行い、ポーリングに対する応答を外部装置２０から受信することにより外部装置２０を検出する。一方、外部装置２０においては、動作モードがリスンモードであれば、通信装置１０からのポーリングに対する応答を行うことが可能である。しかし、外部装置２０においては、動作モードが常時リスンモードであるとは限らない。

例えば、外部装置２０は、所定の期間に磁界を検出した場合には、ポーリングモードをスキップしてリスンモードに移行するが、所定の期間に磁界を検出しない場合には、ポーリングモードを継続した後にリスンモードに移行する場合がある。以下においては、外部装置２０がＮＦＣデバイスである場合の具体例について説明する。

図４は、外部装置２０における動作モードの遷移例を示す図である。外部装置２０がＮＦＣデバイスである場合などにおいては、外部装置２０にＲＦＣＡ（ＲＦ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）機能が搭載され得る。外部装置２０は、ＲＦＣＡ機能が実現されている間に通信装置１０から磁界を検出した場合、ポーリングモードをスキップしてリスンモードに移行する。一方、図４に示すように、ＲＦＣＡ機能が実現されている間に磁界を検出しない場合には、ポーリングモードを継続した後にリスンモードに移行する。

ポーリングモードが継続されている間には、外部装置２０は、通信装置１０からのポーリングに対する応答を行うことができないため、リスンモードに移行するまでは通信装置１０との通信を開始させることができない。例えば、外部装置２０が通信装置１０からの磁界を検出可能な位置に存在するにも関わらず、通信装置１０と外部装置２０との間の通信が開始されないという状況が起こり得る。以下、かかる状況についてさらに詳細に説明する。

図５は、通信装置１０および外部装置２０の距離と外部装置２０において検出される磁界強度との関係の例を示す図である。図５に示すように、外部装置２０において検出される磁界強度が閾値Ｔｈ１を超える範囲においては、通信装置１０からの磁界を検出することが可能であり、磁界強度が閾値Ｔｈ２を超える範囲においては、通信装置１０との通信が可能である場合を想定する。図５に示したように、通信装置１０と外部装置２０との距離が距離Ｄｉの場合、外部装置２０において検出される磁界強度は、閾値Ｔｈ１より小さい磁界強度Ｍ（Ｄｉ）である。

ここで、ＲＦＣＡ機能の終了時に、通信装置１０と外部装置２０との距離がまだ距離Ｄｉである場合、ＲＦＣＡ機能が実現されている間に磁界が検出されないため、ポーリングモードを継続した後にリスンモードに移行する。かかる場合、図５に示したように、通信装置１０と外部装置２０との距離が通信可能範囲内となったとしても、ポーリングモードの期間は通信が不可能となってしまう。ポーリング期間は１００ｍｓ程度にもなり得るため、通信装置１０に対する外部装置２０のアプローチ速度が５００ｍｍ／ｓであると仮定しても、通信が不可能なまま外部装置２０が通信装置１０に５０ｍｍ程度近づくことになる。

図６は、一般的な技術において通信装置１０からの磁界検出から通信装置１０からのポーリング受信までの平均時間の測定結果を示す図である。図６に示したように、一般的な技術においては、外部装置２０において、通信装置１０からの磁界検出から通信装置１０からのポーリング受信までの平均時間は、１７．６ｍｓと測定されており、磁界検出からポーリング受信までの時間が比較的短くなってしまっていることが把握される。

また、図７は、一般的な技術において通信装置１０の端部に外部装置２０を載置した場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。図７に示したように、一般的な技術において通信装置１０の端部に外部装置２０を載置した場合、通信エラーは発生しないことが把握される。

また、図８は、一般的な技術において通信装置１０の端部に外部装置２０を載置して搖動させた場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。図８に示したように、一般的な技術において通信装置１０の端部に外部装置２０を載置して搖動させた場合、通信エラーの発生は比較的少ないことが把握される。

［５．本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態に係る通信システム１について説明する。図９は、本開示の実施形態に係る通信システム１を示す概略構成図である。上記のように、外部装置２０は、ポーリングモードが継続されている間、通信装置１０からのポーリングに対する応答を行うことができないため、リスンモードに移行するまでは通信装置１０との通信を開始させることができない。

そこで、本開示の実施形態に係る通信システム１は、通信装置１０の他に、磁界Ｍ１（以下、「第１の磁界Ｍ１」とも言う。）を出力する出力装置６０を備える。出力装置６０は、第１の磁界Ｍ１のみを出力してよい。また、通信装置１０は、上記と同様に、磁界Ｍ２（以下、「第２の磁界Ｍ２」とも言う。）を出力し、第２の磁界Ｍ２を用いて外部装置２０との間で通信を行う。以下、上記した一般的な技術と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

このように、第１の磁界Ｍ１を出力する出力装置６０を設けることによって、ＲＦＣＡ機能が実現されている間に出力装置６０から第１の磁界Ｍ１が検出されずにポーリングモードを継続したとしても、ポーリング期間をより早い時間にシフトさせることが可能となる。これにより、通信装置１０と外部装置２０との距離が通信可能範囲内となる前に、ポーリング期間を終わらせる可能性が高まり、通信装置１０と外部装置２０との通信性能がより高まることが期待される。

また、図９に示すように、出力装置６０と通信装置１０とは、少なくとも第１の磁界Ｍ１および第２の磁界Ｍ２それぞれの一部が重なり合うように配置されるのがよい。外部装置２０において第１の磁界Ｍ１を検出した後、第２の磁界Ｍ２を検出するまでに時間が経過してしまうと、その時間に外部装置２０のリスンモードが解除されてしまう可能性があるからである。

次に、図１０を参照して、本開示の実施形態に係る出力装置６０の構成について詳細に説明する。図１０は、本開示の実施形態に係る出力装置６０を示す回路構成図である。図１０に示すように、出力装置６０は、概略的にはアンテナ６１と基板６２とを備える。

アンテナ６１は、例えば、第１の磁界を出力するためのループアンテナで構成され、所定のインダクタンスを有するコイルＬ３（インダクタ）と、所定の静電容量を有するキャパシタＣ３を備える。アンテナ６１は、磁界生成部６３が生成した第１の磁界を外部装置２０に出力する。図１０の例のアンテナ６１は、コイルＬ３とキャパシタＣ３とからなる共振回路で構成されているが、さらに抵抗Ｒを備えてもよい。

次に、出力装置６０の基板６２の各部について説明する。基板６２は、磁界生成部６３と、制御／データ処理部６５と、記憶部６６を備える。

磁界生成部６３は、制御／データ処理部６５からの磁界生成命令を受け、該命令に応じた磁界を生成する。図１０の例では、磁界生成部６３は、発振器６３３からの磁界をＡＳＫ変調する変調回路６３１と、該変調回路６３１から出力された第１の磁界を増幅する増幅回路６３２とを含んで構成されている。

制御／データ処理部６５は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算処理装置で構成される。制御／データ処理部６５は、例えば、制御装置５０と接続されており、制御装置５０からの指示に応じて、出力装置６０の各種動作を制御する。

記憶部６６は、制御／データ処理部６５を動作させるためのプログラム、制御装置５０から取得したデータ、制御／データ処理部６５によって演算されたデータなどといった各種データを記憶する。記憶部６６は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリ（ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ ｍｅｍｏｒｙ）とを備える。ＲＯＭは、制御／データ処理部６５が使用するプログラムや演算パラメータなどの制御用データを記憶する。ＲＡＭは、制御／データ処理部６５により実行されるプログラム、演算結果、実行状態などのデータを一時記憶する。不揮発性メモリは、非接触通信を用いた各種サービスに関するデータなどを保存する。

なお、出力装置６０は、制御装置５０などの外部装置と接続するための不図示のインターフェースを備えている。該インターフェースは、例えば、ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）や、ネットワーク端子などである。

図１１は、本開示の実施形態において出力装置６０からの磁界検出から通信装置１０からのポーリング受信までの平均時間の測定結果を示す図である。図１１に示したように、本開示の実施形態においては、外部装置２０において、出力装置６０からの磁界検出から通信装置１０からのポーリング受信までの平均時間は、７４．５ｍｓと測定されており、磁界検出からポーリング受信までの時間が比較的長くなっていることが把握される。したがって、通信装置１０からのポーリング受信の前に、外部装置２０におけるポーリング期間を終わらせる可能性が高まることが期待される。

以上に説明したように、本開示の実施形態に係る通信システム１によれば、通信性能が向上されることが期待される。しかし、出力装置６０から出力される第１の磁界Ｍ１と通信装置１０から出力される第２の磁界Ｍ２とが重なる領域においては、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２との両方が混在した状態で検出され得る。そのため、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２とが重なる領域においては、通信エラーの発生率が上昇してしまう可能性がある。

図１２は、本開示の実施形態に係る通信システム１において通信装置１０および出力装置６０の間に外部装置２０を載置した場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。図１２に示したように、本開示の実施形態に係る通信システム１において通信装置１０および出力装置６０の間に外部装置２０を載置した場合、通信エラーの発生率が上昇してしまうことが把握される。

また、図１３は、本開示の実施形態に係る通信システム１において通信装置１０および出力装置６０の間に外部装置２０を載置して搖動させた場合における通信エラーの発生状況の測定結果を示す図である。図１３に示したように、本開示の実施形態に係る通信システム１において通信装置１０および出力装置６０の間に外部装置２０を載置して搖動させた場合、通信エラーの発生率が上昇してしまうことが把握される。そこで、本明細書においては、かかる通信エラーの発生率を低減することが可能な技術も以下に提案する。

まず、通信エラーの発生率を低減するための手法として、第１の手法を提案する。第１の手法においては、制御装置５０は、通信装置１０によって外部装置２０が検出された場合、第１の磁界Ｍ１の出力の停止命令を出力装置６０に出力する。かかる構成によれば、通信装置１０によって外部装置２０が検出された場合には、出力装置６０から第１の磁界Ｍ１が出力されなくなるため、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２との両方が混在した状態で検出される可能性が低減され、通信エラーの発生率が低減され得る。

また、制御装置５０は、通信装置１０による外部装置２０との間の通信が完了した場合、第１の磁界Ｍ１の再出力の開始命令を出力装置６０に出力してもよい。かかる構成によれば、通信装置１０による外部装置２０との間の通信が完了した場合、出力装置６０からの第１の磁界Ｍ１の再出力が開始されるため、再び通信性能が向上されることが期待される。

図１４は、第１の手法を採用した場合における通信システム１の動作例を説明するための図である。図１４に示したように、出力装置６０においては、第１の磁界Ｍ１の出力が開始される。一方、通信装置１０においては、第２の磁界Ｍ２の出力が開始され、ポーリング送信も開始される。ここで、通信装置１０において、ポーリング応答を受信すると、外部装置２０の検出通知を制御装置５０に出力する（Ｓ１１）。制御装置５０においては、外部装置２０の検出通知が入力されると、第１の磁界Ｍ１の出力の停止命令を出力装置６０に出力する（Ｓ１２）。

出力装置６０においては、第１の磁界Ｍ１の出力の停止命令が入力されると、第１の磁界Ｍ１の出力を停止する。一方、通信装置１０においては、外部装置２０との通信を行い、外部装置２０との通信が完了すると、外部装置２０との通信完了通知を制御装置５０に出力し（Ｓ１３）。制御装置５０においては、外部装置２０との通信完了通知が入力されると、第１の磁界Ｍ１の再出力の開始命令を出力装置６０に出力する（Ｓ１４）。出力装置６０においては、第１の磁界Ｍ１の再出力の開始命令が入力されると、第１の磁界Ｍ１の出力を開始する。

以降の動作は、同様に繰り返され得る。通信装置１０においては、外部装置２０との通信完了通知を制御装置５０に出力すると、第２の磁界Ｍ２の出力が開始され、ポーリング送信も開始される。ここで、通信装置１０において、ポーリング応答を受信すると、外部装置２０の検出通知を制御装置５０に出力する（Ｓ１５）。制御装置５０においては、外部装置２０の検出通知が入力されると、第１の磁界Ｍ１の出力の停止命令を出力装置６０に出力する（Ｓ１６）。

出力装置６０においては、第１の磁界Ｍ１の出力の停止命令が入力されると、第１の磁界Ｍ１の出力を停止する。一方、通信装置１０においては、外部装置２０との通信を行う。通信装置１０は、外部装置２０との通信が完了すると、外部装置２０との通信完了通知を制御装置５０に出力してよい。

続いて、通信エラーの発生率を低減するための手法として、第２の手法を提案する。第２の手法においては、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２との位相を異ならせる。かかる構成によれば、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２とが重なる領域においても、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２とを区別することが可能となるため、通信エラーの発生率が低減され得る。第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２との位相をどの程度異ならせるかは特に限定されないが、９０度異ならせるのがより望ましい。以下にその理由を説明する。

まず、通信装置１０においては変調方式としてＡＳＫ変調方式が用いられることを想定し、通信装置１０におけるベースバンド信号をＡＳＫ（ｔ）と表現すると、通信装置１０から出力される第２の磁界Ｍ２は、以下の式（１）のように表現される。

ＡＳＫ（ｔ）＊ｓｉｎ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）・・・式（１）

ただし、周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されない。また、第２の磁界Ｍ２との位相のずれをφとして表現すると、出力装置６０から出力される第１の磁界Ｍ１は、以下の式（２）のように表現される。

Ｂ＊ｓｉｎ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ＋φ）・・・式（２）

そこで、第１の磁界Ｍ１と第２の磁界Ｍ２とが重なる領域において検出される信号は、以下の式（３）のように表現される。

ＡＳＫ（ｔ）＊ｓｉｎ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）
＋Ｂ＊ｓｉｎ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ＋φ）・・・式（３）

式（３）を整理すると、式（４）のように表現される。

（ＡＳＫ（ｔ）＋Ｂ＊ｃｏｓ（φ））＊ｓｉｎ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）
＋Ｂ＊ｓｉｎ（φ）＊ｃｏｓ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）・・・式（４）

式（４）によって表現される信号がアンテナ２１によって検出されるが、かかる信号が復調部２６において復調されるに際しては、乗算器２６１によって、式（４）の両辺にｓｉｎ（２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）が乗算される。かかる乗算により、以下の式（５）で表現されるように、ＡＳＫ（ｔ）の項が抽出され得る。

−１／２＊（ＡＳＫ（ｔ）＋Ｂ＊ｃｏｓ（φ））
＊｛ｃｏｓ（２＊２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）−１｝＋
１／２＊Ｂ＊ｓｉｎ（φ）＊ｓｉｎ（２＊２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）・・・式（５）

式（５）において、ｃｏｓ（２＊２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）およびｓｉｎ（２＊２π＊１３．５６ＭＨｚ＊ｔ）は、ＬＰＦ２６２において削除されるため、ＬＰＦ２６２を通過した後は、以下の式（７）のように表現される。

１／２＊（ＡＳＫ（ｔ）＋Ｂ＊ｃｏｓ（φ））・・・式（７）

式（７）において、ＡＳＫ（ｔ）の項以外のＢ＊ｃｏｓ（φ）は、ノイズに相当し得る。したがって、φを９０度とすれば、Ｂ＊ｃｏｓ（φ）がゼロとなり、通信装置１０におけるベースバンド信号ＡＳＫ（ｔ）が抽出され得るため、通信エラーの発生率がさらに低減され得る。

＜６．むすび＞
以上説明したように、第１の磁界Ｍ１を出力する出力装置６０と、第２の磁界Ｍ２を出力し第２の磁界Ｍ２を用いて外部装置２０との間で通信を行う通信装置１０と、を備え、出力装置６０と通信装置１０とは、少なくとも第１の磁界Ｍ１および第２の磁界Ｍ２それぞれの一部が重なり合うように配置された、通信システム１が提供される。かかる構成によれば、通信装置１０と外部装置２０との通信性能がより高まることが期待される。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
第１の磁界を出力する出力装置と、
第２の磁界を出力し前記第２の磁界を用いて外部装置との間で通信を行う通信装置と、を備え、
前記出力装置と前記通信装置とは、少なくとも前記第１の磁界および前記第２の磁界それぞれの一部が重なり合うように配置された、
通信システム。
（２）
前記第１の磁界および前記第２の磁界は、位相が異なっている、
前記（１）に記載の通信システム。
（３）
前記第１の磁界および前記第２の磁界は、位相が９０度異なっている、
前記（２）に記載の通信システム。
（４）
前記通信システムは、前記通信装置によって前記外部装置が検出された場合、前記第１の磁界の出力の停止命令を前記出力装置に出力する制御装置を備える、
前記（１）に記載の通信システム。
（５）
前記制御装置は、前記通信装置による前記外部装置との間の通信が完了した場合、前記第１の磁界の再出力の開始命令を前記出力装置に出力する、
前記（４）に記載の通信システム。
（６）
前記通信装置は、所定の周期ごとにポーリングを行い、前記ポーリングに対する応答を前記外部装置から受信することにより前記外部装置を検出する、
前記（４）または前記（５）に記載の通信システム。
（７）
前記外部装置は、所定の期間に磁界を検出しない場合には、ポーリングモードを継続した後にリスンモードに移行する、
前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の通信システム。
（８）
前記外部装置は、前記所定の期間に磁界を検出した場合には、ポーリングモードをスキップして前記リスンモードに移行する、
前記（７）に記載の通信システム。
（９）
前記出力装置は、前記第１の磁界のみを出力する、
前記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の通信システム。

１ 通信システム
１０ 通信装置
２０ 外部装置
５０ 制御装置
６０ 出力装置
Ｍ１ 第１の磁界
Ｍ２ 第２の磁界

Claims (9)

1. 第１の磁界を出力する出力装置と、
   第２の磁界を出力し前記第２の磁界を用いて外部装置との間で通信を行う通信装置と、を備え、
   前記出力装置と前記通信装置とは、少なくとも前記第１の磁界および前記第２の磁界それぞれの一部が重なり合うように配置された、
   通信システム。
2. 前記第１の磁界および前記第２の磁界は、位相が異なっている、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第１の磁界および前記第２の磁界は、位相が９０度異なっている、
   請求項２に記載の通信システム。
4. 前記通信システムは、前記通信装置によって前記外部装置が検出された場合、前記第１の磁界の出力の停止命令を前記出力装置に出力する制御装置を備える、
   請求項１に記載の通信システム。
5. 前記制御装置は、前記通信装置による前記外部装置との間の通信が完了した場合、前記第１の磁界の再出力の開始命令を前記出力装置に出力する、
   請求項４に記載の通信システム。
6. 前記通信装置は、所定の周期ごとにポーリングを行い、前記ポーリングに対する応答を前記外部装置から受信することにより前記外部装置を検出する、
   請求項４に記載の通信システム。
7. 前記外部装置は、所定の期間に磁界を検出しない場合には、ポーリングモードを継続した後にリスンモードに移行する、
   請求項１に記載の通信システム。
8. 前記外部装置は、前記所定の期間に磁界を検出した場合には、ポーリングモードをスキップして前記リスンモードに移行する、
   請求項７に記載の通信システム。
9. 前記出力装置は、前記第１の磁界のみを出力する、
   請求項１に記載の通信システム。
   
   

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