JP4123483B2

JP4123483B2 - 通信システム、通信方法、データ処理装置、およびデータ処理方法

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Publication number: JP4123483B2
Application number: JP2004230991A
Authority: JP
Inventors: 勝之田中; 繁有沢; 進日下部; 章伊賀
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: JP2004350322A

Description

本発明は、通信システム、通信方法、データ処理装置、およびデータ処理方法に関し、特に、電磁波を用いて非接触でデータを通信し、その電磁波を整流して電源を生成するようにした通信システム、通信方法、データ処理装置、およびデータ処理方法に関する。

改札機、セキュリティシステム、電子マネーシステムなどにおいては、非接触でデータの交換を行うリーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）およびＩＣカードの導入が検討されている。

Ｒ／Ｗは、送信するデータで搬送波（キャリア）を所定の方式で変調し、変調した電磁波（例えば、磁界）をＩＣカードに向けて放射する。

ＩＣカードは、その電磁波を受信し、対応する復調方式で、受信した電磁波を元のデータに復調し、所定の電子回路でそのデータを処理する。そして、データを処理した後、ＩＣカードは、それに対する返答（データ）をＲ／Ｗに送信し、Ｒ／Ｗは、そのデータを受信する。

このようなＩＣカードの中には、バッテリを装備せずに、受信した電磁波を整流して、その電磁波の電力を直流電源として利用する所謂バッテリレス型のＩＣカードもある。

バッテリレス型のＩＣカードに対してデータを送信する場合、Ｒ／Ｗは、安定した直流に変換しやすい、変調波の振幅が一定であるPSK（Phase Shift Keying）やFSK（Frequency Shift Keying）などの変調方法を利用している。このように、変調波の振幅を一定にすることにより、ＩＣカードにおいて受信した電磁波を整流して得られる電源の電圧変動が小さくなり、安定した電力を電子回路に供給することができる。

しかしながら、PSKやFSKなどの変調方法を利用すると、送受信される電磁波の周波数スペクトルが広帯域に渡り、既存の通信システムや他の電子機器に影響を与える可能性があるという問題を有している。

また、電磁波が占有する周波数帯域を所定の範囲に制限することもできるが、そうした場合、高い通信レートで送受信を行うことが困難になるという問題を有している。例えば、上述の非接触カードシステムを改札機に利用した場合、処理に時間がかかり過ぎ、実用上問題が生じる可能性がある。

あるいは、他の方法として、Ｒ／Ｗが、電力供給のための電磁波と、データの通信のための電磁波の、２つの電磁波を、異なる周波数で放射する方法もあるが、この方法においては、２つの周波数帯域を利用するため占有する周波数帯域が広範囲に亘るという問題と、周波数の異なる２つの電磁波を送信または受信するので、回路規模が大きくなるという問題を有している。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、変調度が１未満のASK変調を利用して、占有帯域幅を狭くしたまま、高い通信レートで通信を行うとともに、ＩＣカードに良好な電源を供給するものである。

本発明の通信システムは、送受信装置が、所定の周波数の矩形波を搬送波として、データ処理装置に送信するデータを用いた差動変換を伴うBPSK変調により変調波を生成する符号化手段と、単一の周波数のキャリアを、帯域制限した上の変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調する変調手段と、データ送信時は、変調手段によって変調された電磁波を送信し、データ送信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を送信する送信手段と、送信手段によって送信され、データ処理装置によって変動されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波の電圧変動の変化を検出する検出手段と、検出手段の検出結果から、データ処理装置から送信された返信データを復調する復調手段とを含み、データ処理装置が、送信手段によって送信された電磁波をアンテナを用いて受信する受信手段と、受信手段によって受信された電磁波を整流して電源を生成する整流手段と、受信手段によって受信された電磁波から変調波を復調する復調手段と、復調手段によって復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている変調波を復号して送信するデータを得る復号手段と、復号手段によって復号された送信するデータを処理し、送受信装置に対して送信するための返信データを生成する生成手段と、返信データに対応し、アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を変動させてアンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、返信データを送信する変動手段とを含むことを特徴とする。

本発明の通信方法は、送受信装置における、所定の周波数の矩形波を搬送波として、データ処理装置に送信するデータを用いた差動変換を伴うBPSK変調により変調波を生成する符号化ステップと、送受信装置における、データ送信時は、単一の周波数のキャリアを、帯域制限した上の変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調した電磁波を送信し、データ送信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を送信する送信ステップと、データ処理装置における、送信ステップの処理で送信された電磁波をアンテナを用いて受信する受信ステップと、データ処理装置における、受信ステップの処理で受信された電磁波を整流して電源を生成する整流ステップと、データ処理装置における、受信ステップの処理で受信された電磁波から変調波を復調する復調ステップと、データ処理装置における、復調ステップの処理で復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている変調波を復号して送信するデータを得る復号ステップと、データ処理装置における、復号ステップの処理で復号された送信するデータを処理し、送受信装置に対して送信するための返信データを生成する生成ステップと、データ処理装置における、返信データに対応し、アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を変動させてアンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、返信データを送信する変動ステップと、送受信装置における、送信ステップの処理で送信され、変動ステップの処理で変動されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波の電圧変動の変化を検出する検出ステップと、送受信装置における、検出ステップの処理結果から返信データを復調する復調ステップとを含むことを特徴とする。

本発明のデータ処理装置は、データ受信時は、送受信装置で、所定の周波数の矩形波が搬送波とされて、送受信装置からデータ処理装置に送信するデータによる差動変換を伴うBPSK変調によって変調波が生成され、単一の周波数のキャリアが、帯域制限した上の変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調された電磁波を受信し、データ受信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を受信するアンテナと、アンテナにより受信された電磁波を整流して電源を生成する整流手段と、アンテナにより受信された電磁波から変調波を復調する復調手段と、復調手段によって復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている変調波を復号して送信されるデータを得る復号手段と、復号手段によって復号された送信されるデータに対する処理を行う処理手段と、処理手段の処理結果であるデータに対応し、アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を変動させてアンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、データを送信する送信手段とを含むことを特徴とする。

本発明のデータ処理方法は、データ受信時は、送受信装置で、所定の周波数の矩形波が搬送波とされて、送受信装置からデータ処理装置に送信するデータによる差動変換を伴うBPSK変調によって変調波が生成され、単一の周波数のキャリアが、帯域制限した上の変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調された電磁波を、データ受信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波をアンテナを用いて受信する受信ステップと、アンテナにより受信された電磁波を整流して電源を生成する整流ステップと、アンテナにより受信された電磁波から変調波を復調する復調ステップと、復調ステップの処理で復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている変調波を復号して送信されるデータを得る復号ステップと、復号ステップの処理で復号された送信されるデータに対する処理を行う処理ステップと、処理ステップの処理結果であるデータに対応し、アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を変動させてアンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、データを送信する送信ステップとを含むことを特徴とする。

本発明の通信システムおよび通信方法においては、送受信装置により、所定の周波数の矩形波が搬送波として、データ処理装置に送信するデータにより差動変換を伴ってBPSK変調されて変調波が生成され、データ送信時は、単一の周波数のキャリアが、帯域制限した上の変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調された電磁波が送信され、データ送信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波が送信される。そして、データ処理装置により、送信された電磁波がアンテナを用いて受信され、受信された電磁波が整流されて電源が生成される。また、受信された電磁波から変調波が復調され、復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている変調波が復号されて送信するデータが得られ、復号された送信するデータが処理されて返信データを生成され、返信データに対応し、アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波が変動されてアンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、返信データが送信される。

本発明のデータ処理装置および方法においては、データ受信時は、送受信装置で、所定の周波数の矩形波が搬送波とされて、送受信装置からデータ処理装置に送信するデータによる差動変換を伴うBPSK変調によって変調波が生成され、単一の周波数のキャリアが、帯域制限した上の変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調された電磁波が、データ受信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波がアンテナを用いて受信され、受信された電磁波が整流されて電源が生成される。また、受信された電磁波から変調波が復調され、復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている変調波が復号され、復号された送信されるデータに対する処理の処理結果であるデータに対応し、アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波が変動されてアンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、データが送信される。

本発明によれば、占有帯域幅を狭くしたまま、高い通信レートで通信を行うとともに、ＩＣカードに良好な電源を供給することが可能となる。

図１は、非接触カードシステムの一構成例を示している。この非接触カードシステムは、ＩＣカード１およびリーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）４１で構成されている。

本発明のデータ処理装置の一実施例であるＩＣカード１は、バッテリレス型のＩＣカードであり、例えばクレジットカードのような平板形状を呈し、所定の基板またはフィルム上に、Ｒ／Ｗ４１から放射された磁界の一部を電気信号に変換するループコイル（Ｌ_C）１１（受信手段）と、各種処理を行う電子回路が集積でされているＩＣ（Integrated Circuit）１２を有している。

図２は、ＩＣ１２の一構成例を示している。

整流回路２１（整流手段、復調手段）は、ダイオードＤ、コンデンサＣ₁、および、抵抗Ｒ₁で構成されている。この整流回路２１においては、ダイオードＤのアノード端子が、ループコイル１１の一端に接続され、ダイオードＤのカソード端子が、コンデンサＣ₁の一端および抵抗Ｒ₁の一端に接続されている。さらに、コンデンサＣ₁の他端および抵抗Ｒ₁の他端が、ループコイル１１の他端に接続されている。

そして、ダイオードＤのカソード端子、コンデンサＣ₁の一端、および、抵抗Ｒ₁の一端が、レギュレータ２２（安定化手段）、ハイパスフィルタ（HPF）２３（復調手段）、および、変調回路２７（送信手段）のインピーダンスＺの一端に接続されている。また、ループコイル１１の他端、コンデンサＣ₁の他端、および、抵抗Ｒ₁の他端は、変調回路２７のFETのソース端子に接続されるとともに、接地点に接続されている。

この整流回路２１は、ループコイル１１より供給された電気信号（Ｒ／Ｗ４１により生成されたASK変調波に対応する）を整流および平滑して搬送波を抑制した後（即ち、包絡線検波した後）、処理した信号をレギュレータ２２およびHPF２３に出力するようになされている。

レギュレータ２２は、整流回路２１より供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化させた後、直流電力として、シーケンサ２４（処理手段）に供給するようになされている。このようにして、シーケンサ２４などの誤動作の原因となる、ＩＣカード１の位置が動くことにより発生する電圧変動、および、ＩＣカード１内部の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。

HPF２３は、コンデンサＣ₂および抵抗Ｒ₂で構成されている。このHPF２３においては、コンデンサＣ₂の一端が、整流回路２１（ダイオードＤのカソード端子）と接続され、コンデンサＣ₂の他端が、抵抗Ｒ₂の一端および復調器２５（第２の復調手段）に接続されている。そして、抵抗Ｒ₂の他端が接地点に接続されている。

このHPF２３は、整流回路２１より供給された信号の直流成分を抑制し、Ｒ／Ｗ４１から送信されてきたデータ（SPU（Signal Processing Unit）６２が生成したデータに対応する）を抽出し、そのデータを復調器２５に出力するようになされている。即ち、整流回路２１およびHPF２３により、ASK変調波の復調を行う。

復調器２５は、HPF２３より供給されたデータ（BPSK（Binary phase Shift Keying）変調信号（後述））を復調し、復調したデータをシーケンサ２４に出力するようになされている。

シーケンサ２４は、復調器２５より供給されたデータに対応して、所定の処理を行うようになされている。そして、シーケンサ２４は、Ｒ／Ｗ４１に対してデータを送信する場合、そのデータを変調回路２７のFET（Field Effect Transistor）のゲート端子に出力するようになされている。

メモリ２６は、シーケンサ２４が処理を行うとき、一時的に、処理途中のデータを記憶するようになされている。また、メモリ２６に、データの保持に電力を必要としない不揮発性のメモリを使用することにより、処理結果などのデータを保持させておくこともできる。

変調回路２７は、FETおよびインピーダンスＺで構成されている。この変調回路２７においては、インピーダンスＺの一端が整流回路２１（ダイオードＤのカソード端子）に接続され、インピーダンスＺの他端が、FETのドレイン端子に接続されている。また、FETのソース端子は、接地点に接続され、FETのゲート端子は、シーケンサ２４に接続されている。

この変調回路２７は、シーケンサ２４より供給されたデータ信号の電圧に応じて、FETをスイッチング動作させ、整流回路２１の両端にかかる負荷を変動させるようになされている。即ち、FETがオン状態になると、インピーダンスＺが、整流回路２１の負荷に加わる。

このように、整流回路２１の負荷を変動させることにより、ループコイル１１の端子電圧が変動する。即ち、実質的に、ASK変調を行うことになる。さらに、その電圧変動が、ループコイル１１と磁気的に結合しているＲ／Ｗ４１のループコイル（Ｌ_RW）６４（送受信手段）を介して変復調器６３（変調手段、復調手段）に伝達される。

次に、本発明の送受信装置の一実施例であるＲ／Ｗ４１について説明する。

図１のＲ／Ｗ４１は、ＩＣカード１との通信を行うようになされている。Ｒ／Ｗ４１においては、入力部６１は、SPU６２（第２の変調手段）に指令を与えるときに操作される。SPU６２は、内蔵するプログラムに従って、各種処理を行い、例えば、ＩＣカード１に送信するデータをBPSK変調した後、変調したデータを変復調器６３に出力するようになされている。

また、SPU６２は、所定のデータをディスプレイ６５に表示させることができる。さらに、SPU６２は、所定の外部装置と、データの授受を行うことができる。

変復調器６３は、SPU６２より供給されたデータ（BPSK変調信号）で、単一のキャリア周波数の搬送波をASK（Amplitude Shift Keying）変調し、変調した搬送波（変調波）をループコイル６４に出力するようになされている。また、変復調器６３は、ループコイル６４が検出した、ＩＣカード１からの信号（ASK変調波）を復調し、復調したデータをSPU６２に出力するようになされている。

ループコイル６４は、変復調器６３より供給された変調波に対応した磁界を発生するとともに、ＩＣカード１のループコイル１１の負荷変動を検出するようになされている。

即ち、データを受信するときにおいては、ループコイル６４と磁気的に結合しているＩＣカード１のループコイル１１の負荷の変動に対応して、ループコイル６４の端子電圧が変動するので、ＩＣカード１のループコイル１１の負荷変動が検出される。

次に、図３のフローチャートおよび図４のタイミングチャートを参照して、ＩＣカード１およびＲ／Ｗ４１の動作について説明する。

最初にステップＳ１において、Ｒ／Ｗ４１は、ループコイル６４から所定の磁界を放射して、ループコイル６４の負荷状態を監視し、ＩＣカード１が接近し、負荷状態の変化が検出されるまで待機する。なお、ステップＳ１においては、Ｒ／Ｗ４１は、所定の短いパターンのデータでASK変調した磁界を放射してＩＣカード１への呼びかけを、ＩＣカード１からの応答が一定時間において得られるまで繰り返すようにしてもよい。

ステップＳ１において、Ｒ／Ｗ４１がＩＣカード１の接近を検出した場合（図４の時刻ｔ₀）、ステップＳ２に進み、Ｒ／Ｗ４１のSPU６２は、図５（ａ）に示すような所定の周波数（例えば、データのクロック周波数の２倍の周波数）の矩形波を搬送波として、ＩＣカード１に送信するデータ（例えば、図５（ｂ）に示すデータ）で、BPSK変調を行い、生成した変調波（BPSK変調信号）（図５（ｃ））を変復調器６３に出力する。

このように、直流成分を含まない変調波をデータとして送信することにより、復調時の２値化処理におけるＳ／Ｎ比特性が向上する。

なお、BPSK変調時においては、差動変換を利用して、図５（ｃ）に示すように、値が０のデータが現れた場合、直前のBPSK変調信号（「１」「０」または「０」「１」）と同じものをBPSK変調信号とし、値が１のデータが現れた場合、直前のBPSK変調信号の位相を反転させたもの（「１」を「０」に反転させ、「０」を「１」に反転させたもの）をBPSK変調信号としている。

このように差動変換を利用して、変調波の位相の変化でデータを保持させることにより、BPSK変調信号が反転した場合も、元のデータに復調されるので、復調するとき変調波の極性を配慮する必要が無くなる。従って、復調回路（復調器２５）の回路構成を簡単にすることができる。

なお、図５（ｄ）に示すように、値が１であるデータを、「１」「０」というBPSK変調信号に変換させ、値が０であるデータを、位相を反転させた「０」「１」というBPSK変調信号に変換させるようにすることもできる。この場合、受信側においては、受信したBPSK変調信号の極性（位相）を考慮して復調を行う必要がある（位相を考慮しないと、データが反転して復調されることがある）ので、復調回路の構成に多少の制約が生じる。

そして、変復調器６３は、そのBPSK変調信号で、所定の搬送波をASK変調させ、生成された変調波（ASK変調波）をループコイル６４に印加させて、データをＩＣカード１に送信する（図４の時刻ｔ₀乃至時刻ｔ₁の間）。

図６は、ASK変調して生成された変調波の一例を示している。変復調器６３は、SPU６２より供給されたデータＶｓに対応して、１未満の所定の変調度ｋ（ｋ＜１）でキャリア周波数ｆｃの搬送波をASK変調する。なお、変調度ｋは、データＶｓの振幅と搬送波の振幅の比であり、変調度ｋが１未満であるので、図６に示すように、ゼロではない２つのレベル（ローレベルとハイレベル）のいずれかを最大振幅とするASK変調波が生成される。このように、ローレベルにおいても変調波の最大振幅がゼロにならないので、切れ間なく、ＩＣカード１に電力を供給することができる。

また、送信を行わないとき、変復調器６３は、２つのレベルのうちの高い方のレベル（ハイレベル）で変調波を生成するようになされている。

また、変調度が１未満であるので、変調信号の周波数スペクトルは、例えば図７に示すように、搬送波のキャリア周波数ｆｃに電力が集中した形となる。このとき、上側波帯と下側波帯の電力の合計は、キャリア周波数ｆｃの電力（キャリア電力）のｋ²倍となるので、キャリア電力は、変調波の全電力の１／（１＋ｋ²）倍となる。従って、変調度ｋを１０．０％以下にすることにより、キャリア電力を、全電力の９９％（≒１／（１＋０．１００²））以上にすることができる。このように、キャリア電力は、変調度ｋのみに依存し、送信するデータの通信レートには依存しない。従って、通信レートに関係なく、変調度ｋを設定することができる。

なお、送信データＶｓ（図６）の波形を正弦波に置き換えた場合、上側波帯と下側波帯の電力の合計は、キャリア電力のｋ²／２倍となるので、キャリア電力は、全電力の１／（１＋ｋ²／２）倍となる。この場合、変調度ｋを１４．１％以下にすると、キャリア電力が、全電力の９９％（≒１／（１＋０．１４１²／２））以上になる。従って、変調波を帯域制限する（データＶｓの波形が正弦波に近づく）ことにより、変調度ｋの最大値は、その帯域制限の度合いに応じて約１０．０％乃至約１４．１％の範囲内の値に設定される。

次にステップＳ３において、ＩＣカード１は、ループコイル１１で、Ｒ／Ｗ４１のループコイル６４が放射した磁界の一部を電気信号に変換する。そして、整流回路２１は、ループコイル１１により変換された信号を整流および平滑し、キャリア周波数成分を抑制して（データ成分は平滑せずに）、レギュレータ２２およびHPF２３に出力する。

なお、このとき、ループコイル１１の端子電圧Ｖ₀は、例えば次のようになる。
Ｖ₀＝Ｖ₁₀（１＋ｋ×Ｖｓ（ｔ））ｃｏｓ（ωｔ）

ここで、Ｖ₁₀は、搬送波成分の振幅を示している。

また、整流後の電圧Ｖ₁におけるローレベルの値Ｖ_LRは、例えば次のようになる。
Ｖ_LR＝Ｖ₁₀（１＋ｋ×（−１））−Ｖｆ

ここで、Ｖｆは、整流回路２１のダイオードＤにおける電圧降下を示している。通常Ｖｆは０．７ボルト程度である。

そして、レギュレータ２２は、整流回路２１により整流および平滑された信号を安定化し、直流電力として、シーケンサ２４に供給する。変調度ｋが１未満であるので、整流後の電圧変動（ハイレベルとローレベルの差）が小さい。従って、レギュレータ２２は、直流電力を容易に生成することができる。一方、HPF２３は、整流回路２１からの信号の直流成分を抑制し、交流成分（データ成分）を復調器２５に出力する。なお、このとき、ＩＣカード１の位置が動くことにより発生する電圧Ｖ₁の低周波の変動も、同様に抑制される。

例えば、変調度ｋが５％の変調波を、Ｖ₁₀が３ボルト以上になるように受信した場合、整流後のローレベル電圧Ｖ_LRは、２．１５（＝３×（１−０．０５）−０．７）ボルト以上となり、レギュレータ２２は、電源として充分な電圧（例えば２ボルト）をシーケンサ２４に供給することができるとともに、整流後の電圧Ｖ₁の交流成分（データ成分）の振幅２×ｋ×Ｖ₁₀（Peak-to-Peak値）は、０．３（＝２×０．０５×３）ボルト以上になり、復調器２５は、十分高いＳ／Ｎ比でデータの復調を行うことができる。

このように、変調度ｋが１未満であっても、データを高いＳ／Ｎ比で復調することができ、エラーレートの低い通信が可能であるとともに、電源として充分な直流電圧をシーケンサ２４に供給することができる。

図８は、受信データまたは送信データと、整流回路２１の出力電圧Ｖ₁およびHPF２３の出力電圧Ｖ₂との対応関係を示している。

例えば、図８（ａ）に示すような整流回路２１の出力電圧Ｖ₁がHPF２３に出力された場合、HPF２３は、その直流成分（低周波成分）を抑制し、図８（ｂ）に示すように極性を有するデータ信号を抽出し、そのデータ信号を復調器２５に出力する。

復調器２５は、その極性を有するデータ信号を、ゼロクロスコンパレータを利用して、図８（ｃ）に示すように、値が１または０のデジタルデータに変換し、そのデータ（BPSK変調信号）を復調した後、復調後のデータをシーケンサ２４に出力する。

そして、ステップＳ４において、シーケンサ２４は、供給されたデータに対応した処理を行う（図４の時刻ｔ₁乃至時刻ｔ₂の間）。なお、この期間、即ちＩＣカード１からの返答を受信するまでの間、Ｒ／Ｗ４１は、値が１のデータを送信したまま待機している。従って、この期間（図８の時刻ｔ₁乃至時刻ｔ₂の間）、出力電圧Ｖ₁の値は、値が１のデータを受信している状態となる。

次に、ステップＳ５において、シーケンサ２４は、処理結果などのデータを、変調回路２７に出力する。そして、変調回路２７は、そのデータをＲ／Ｗ４１に送信する（図４の時刻ｔ₂乃至時刻ｔ₃の間）。

変調回路２７は、そのデータ（信号）の電圧値に応じて、FETをスイッチング動作させ、整流回路２１の負荷状態を変化させる。例えば、図８（ｄ）に示すようなデータを変調回路２７のFETに出力すると、FETのスイッチング動作により整流回路２１に負荷変動が生じ、整流回路２１の出力電圧Ｖ₁は、図８（ａ）に示すように、データに対応して変動する。

このとき、送信時のＶ₁のローレベル電圧Ｖ_LSは、受信時のＶ₁のローレベル電圧Ｖ_LR以上になるように（即ち、送信時の電圧変動が、受信時の電圧変動より小さくなるように）、インピーダンスＺの値を設定し、シーケンサ２４の電源電圧を確保する。このようにすることにより、送信時においても、レギュレータ２２は、良好な電力をシーケンサ２４に供給することができる。

なお、Ｒ／Ｗ４１においては、検出される信号の振幅の変化が大きいほど、送信したデータの復調時のＳ／Ｎ特性が良好となるので、結局、Ｖ_LSがＶ_LR以上になり、かつ、Ｖ_LSとＶ_LRが同程度になるように、Ｖ_LS（即ち、インピーダンスＺ）を設定することが好ましい。

ステップＳ６において、Ｒ／Ｗ４１の変復調器６３は、ＩＣカード１からのデータの受信時においても、値が１のデータを送信を継続する。そして、変復調器６３は、ＩＣカード１のループコイル１１と磁気的に結合しているループコイル６４の端子電圧の微小な変動（例えば、数十マイクロボルト）から、ＩＣカード１の整流回路２１の負荷変動（電圧変動）を検出する。

そして、変復調器６３は、検出した信号（ASK変調波）を高利得の増幅器で増幅した後、復調し、生成されたデジタルデータをSPU６２に出力する。

なお、ＩＣカード１からＲ／Ｗ４１にデータを送信する場合、ＩＣカード１のシーケンサ２４によりBPSK変調を行い、Ｒ／Ｗ４１のSPU６２により、BPSK変調された信号を復調するようにしてもよい。

そして、ステップＳ７において、SPU６２は、そのデータに対して、所定の処理を行う（図４の時刻ｔ₃乃至時刻ｔ₄の間）。

さらに、ステップＳ８において、SPU６２は、処理結果に応じて、通信を終了するか否かを判断し、再度、通信を行うと判断した場合、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２乃至ステップＳ７で、次のデータの通信を行う（図４の時刻ｔ₄乃至時刻ｔ₈）。一方、通信を終了すると判断した場合、Ｒ／Ｗ４１は、ＩＣカード１との通信を終了する。

以上のように、ＩＣカード１とＲ／Ｗ４１で構成される非接触システムにおいては、変調度ｋが１未満であるASK変調を利用して、安定した直流電力をＩＣカード１に供給するとともに、通信レートを低くすることなく、占有周波数帯域を狭くすることができる。

なお、上記実施例においては、送信するデータを一旦、BPSK変調した後で、さらにASK変調して送信しているが、BPSK変調を利用せずに、データをASK変調して送信することも可能である。その場合、復調時のＳ／Ｎ特性が若干低下する可能性がある。

図９は、非接触カードシステムの他の構成例を示している。この非接触カードシステムにおいては、ＩＣカード１は、図１のループコイル１１の代わりに平板電極８１を有し、Ｒ／Ｗ４１は、図１のループコイル６４の代わりに平板電極１０１を有している。そして、電界の変化を利用して、これらの平板電極８１，１０１を介して、ＩＣカード１とＲ／Ｗ４１の間の通信が行われる。

その他の構成要素、および、システムの動作は、図１の非接触カードシステムと同様であるので、その説明を省略する。

図１０は、非接触カードシステムのさらに他の構成例を示している。この非接触カードシステムにおいては、ＩＣカード１は、図１のループコイル１１の代わりに半波長ダイポールアンテナ８６を有し、Ｒ／Ｗ４１は、図１のループコイル６４の代わりに半波長ダイポールアンテナ１０６を有している。そして、マイクロ波または準マイクロ波を利用して、これらの半波長ダイポールアンテナ８６，１０６を介して、ＩＣカード１とＲ／Ｗ４１の間の通信が行われる。

なお、半波長ダイポールアンテナ８６，１０６の代わりに１波長ループアンテナを使用してもよい。

なお、上記の非接触カードシステムは、例えば、改札機、セキュリティシステム、電子マネーシステムに応用することができる。

本発明のデータ処理装置の一実施例であるＩＣカードおよび本発明の送受信装置の一実施例であるリーダ／ライタを利用した非接触カードシステムの一例を示すブロック図である。図１のＩＣ１２の一構成例を示すブロック図である。図１の非接触カードシステムの動作を説明するフローチャートである。図１の非接触カードシステムの動作の一例を説明するタイミングチャートである。 BPSK変調の一例を説明する図である。図１の変復調器６３の動作を説明する図である。Ｒ／Ｗ４１が生成する変調波の周波数スペクトルの一例を示す図である。送受信時の、ＩＣカード１の各点における電圧波形の一例を示す図である。非接触カードシステムの他の構成例を示すブロック図である。非接触カードシステムのさらに他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ＩＣカード，１１ループコイル（Ｌ_C），１２ＩＣ，２１整流回路，２２レギュレータ，２３ハイパスフィルタ（HPF），２４シーケンサ，２５復調器，２６メモリ，２７変調回路，４１リーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ），６１入力部，６２ SPU，６３変復調器，６４ループコイル（Ｌ_RW），６５ディスプレイ，８１平板電極，８６半波長ダイポールアンテナ，１０１平板電極，１０６半波長ダイポールアンテナ

Claims

非接触でデータ通信を行う送受信装置とデータ処理装置から構成される通信システムにおいて、
前記送受信装置は、
所定の周波数の矩形波を搬送波として、前記データ処理装置に送信するデータを用いた差動変換を伴うBPSK変調により変調波を生成する符号化手段と、
単一の周波数のキャリアを、帯域制限した上の前記変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調する変調手段と、
データ送信時は、前記変調手段によって変調された電磁波を送信し、前記データ送信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を送信する送信手段と、
前記送信手段によって送信され、前記データ処理装置によって変動されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる前記電磁波の電圧変動の変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果から、前記データ処理装置から送信された返信データを復調する復調手段とを含み、
前記データ処理装置は、
前記送信手段によって送信された前記電磁波をアンテナを用いて受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された前記電磁波を整流して電源を生成する整流手段と、
前記受信手段によって受信された前記電磁波から前記変調波を復調する復調手段と、
前記復調手段によって復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている前記変調波を復号して前記送信するデータを得る復号手段と、
前記復号手段によって復号された前記送信するデータを処理し、前記送受信装置に対して送信するための前記返信データを生成する生成手段と、
前記返信データに対応し、前記アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる前記電磁波を変動させて前記アンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、前記返信データを送信する変動手段とを含む
ことを特徴とする通信システム。
非接触でデータ通信を行う送受信装置とデータ処理装置から構成される通信システムの通信方法において、
前記送受信装置における、所定の周波数の矩形波を搬送波として、前記データ処理装置に送信するデータを用いた差動変換を伴うBPSK変調により変調波を生成する符号化ステップと、
前記送受信装置における、データ送信時は、単一の周波数のキャリアを、帯域制限した上の前記変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調した電磁波を送信し、前記データ送信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を送信する送信ステップと、
前記データ処理装置における、前記送信ステップの処理で送信された前記電磁波をアンテナを用いて受信する受信ステップと、
前記データ処理装置における、前記受信ステップの処理で受信された前記電磁波を整流して電源を生成する整流ステップと、
前記データ処理装置における、前記受信ステップの処理で受信された前記電磁波から前記変調波を復調する復調ステップと、
前記データ処理装置における、前記復調ステップの処理で復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている前記変調波を復号して前記送信するデータを得る復号ステップと、
前記データ処理装置における、前記復号ステップの処理で復号された前記送信するデータを処理し、前記送受信装置に対して送信するための返信データを生成する生成ステップと、
前記データ処理装置における、前記返信データに対応し、前記アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる前記電磁波を変動させて前記アンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、前記返信データを送信する変動ステップと、
前記送受信装置における、前記送信ステップの処理で送信され、前記変動ステップの処理で変動されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる前記電磁波の電圧変動の変化を検出する検出ステップと、
前記送受信装置における、前記検出ステップの処理結果から前記返信データを復調する復調ステップと
を含むことを特徴とする通信方法。
送受信装置と非接触でデータの受信または送信を行うデータ処理装置において、
データ受信時は、前記送受信装置で、所定の周波数の矩形波が搬送波とされて、前記送受信装置から前記データ処理装置に送信するデータによる差動変換を伴うBPSK変調によって変調波が生成され、単一の周波数のキャリアが、帯域制限した上の前記変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調された電磁波を受信し、前記データ受信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波を受信するアンテナと、
前記アンテナにより受信された電磁波を整流して電源を生成する整流手段と、
前記アンテナにより受信された電磁波から前記変調波を復調する復調手段と、
前記復調手段によって復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている前記変調波を復号して前記送信されるデータを得る復号手段と、
前記復号手段によって復号された前記送信されるデータに対する処理を行う処理手段と、
前記処理手段の処理結果であるデータに対応し、前記アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる前記電磁波を変動させて前記アンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、前記データを送信する送信手段と
を含むことを特徴とするデータ処理装置。
送受信装置と非接触でデータの受信または送信を行うデータ処理装置のデータ処理方法において、
データ受信時は、前記送受信装置で、所定の周波数の矩形波が搬送波とされて、前記送受信装置から前記データ処理装置に送信するデータによる差動変換を伴うBPSK変調によって変調波が生成され、単一の周波数のキャリアが、帯域制限した上の前記変調波により、変調度の範囲が１０乃至１４．１％でASK変調された電磁波を、前記データ受信時以外の時は、ハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる電磁波をアンテナを用いて受信する受信ステップと、
前記アンテナにより受信された電磁波を整流して電源を生成する整流ステップと、
前記アンテナにより受信された電磁波から前記変調波を復調する復調ステップと、
前記復調ステップの処理で復調された、差動変換を伴ってBPSK変調されている前記変調波を復号して前記送信されるデータを得る復号ステップと、
前記復号ステップの処理で復号された前記送信されるデータに対する処理を行う処理ステップと、
前記処理ステップの処理結果であるデータに対応し、前記アンテナにより受信されたハイレベルの振幅を維持したキャリアからなる前記電磁波を変動させて前記アンテナの端子間の負荷変動を生じさせることにより、前記データを送信する送信ステップと
を含むことを特徴とするデータ処理方法。