JP4650237B2 - 通信装置及び搬送波検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、単一周波数の搬送波をベースバンド信号によってＡＳＫ変調することで、データの送信を開始する側が、搬送波の出力を行うように規定されるプロトコルに準拠する通信装置、及びその通信装置において行われる搬送波検出方法に関する。

無線信号を用いて非接触方式の近接通信を行う規格の１つにＮＦＣ（Near Field Communication）通信があり、国際標準規格であるＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２においてＮＦＣＩＰ−１として開示されている。この規格にはアクティブモードとパッシブモードとの２つがあるが、前者は、自身が搬送波を送信することでデータの送信を行なうモードであり、後者は、他方の通信装置より送信された搬送波を負荷変調することでデータを送信するモードである（例えば、特許文献１参照）。

ここで、アクティブモードの場合は、互いが送信する電波が干渉することを回避するため、相手による搬送波の出力が確実に停止したことを確認してから、自身が搬送波を出力するように定められている。従って、アクティブモードに対応する通信装置は、相手により搬送波が出力されているか否かを判定する機能を備える必要がある。
例えば、特許文献２には、受信した電波信号を中間周波数に落とした復調前の信号に基づいてモニタ信号Ｓを生成し、そのモニタ信号Ｓと、当該信号を平均化処理した信号を基準として所定値Ｘを加えたレベルとを比較することで、通信相手によるキャリア出力の有無を判定するようにした構成が開示されている。
特開２００４−２１５２２５号公報 特開平１−３１６０１８号公報

しかしながら、特許文献２の構成では、通信相手より送信されたデータを受信するための回路に加えて、キャリア出力の有無を判定するための構成を大幅に付加する必要があり、回路構成が冗長になるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡単な構成で、相手による搬送波出力の有無を判定できる通信装置、及びその通信装置において行われる搬送波検出方法を提供することにある。

請求項１記載の通信装置によれば、搬送波をＡＳＫ変調した無線信号を用いて通信を行う場合に、搬送波検出手段は、相手側より送信される搬送波の出力が開始される場合、並びに出力が停止される場合に、復調回路により復調された後、受信データ波形を成形する２値化回路より２値化されて出力される搬送波断続パルスに基づいて、相手側の搬送波の出力状態を検出する。
即ち、通信を開始しようとするマスタ側の通信装置が搬送波を出力する場合は、きわめて短時間内ではあるが、その振幅レベルは次第に大きくなるように、又はそのマスタが通信を停止して搬送波の出力を停止する場合は次第に小さくなるように過渡的に変化する。そして、受信側となるスレーブの通信装置では、復調した信号から受信データが含まれている情報だけを取り出すためにフィルタを備えているが、上記のように搬送波の受信レベルが過渡的に変化する場合は、上記フィルタを通過する信号成分が発生する。
その結果、マスタが搬送波の出力を開始する場合、又は搬送波の出力を停止する場合、２値化回路からは、フィルタを通過した信号成分に基づき生成されるパルス信号が出力される。従って、搬送波検出手段は、搬送波断続パルスを検出すればマスタ側の搬送波の出力状態を検出することが可能となり、検出を行なうために付加すべき構成を最小にすることができる。

そして、２値化回路により出力される復調データのパルスと搬送波断続パルスとを異なるパルス幅で出力させる。即ち、２値化回路により出力されるパルス波形が復調されたデータのパルスか、搬送波断続パルスであるかは、基本的にその時点における通信シーケンスの進行状況に応じて判別が可能である。
一方、両者が異なるパルス幅のパルスとして出力されるのであれば、搬送波検出手段は通信シーケンス（時間）の管理が不要となるので、搬送波断続パルスの検出をより容易に行うことができるようになる。若しくは、搬送波検出手段が通信シーケンスも管理した上で異なるパルス幅の搬送波断続パルスを検出すれば、検出をより確実に行うことができる。

請求項２記載の通信装置によれば、通信制御手段は、送信待ち状態で搬送波検出手段により搬送波断続パルスが出力されたことが検出されるとデータ送信処理を開始し、受信待ち状態で搬送波検出手段により搬送波断続パルスが出力されたことが検出されると、通信先より送信されるデータの受信処理を開始する。即ち、上述したようにＮＦＣＩＰ−１に規定されたアクティブモードでは、通信を開始する側が自ら搬送波を出力することになっているため、他の通信装置による搬送波の出力状態を確認した上で自身がデータを送信するか、受信するかを決定する必要がある。従って、通信制御手段が上記のように送受信制御を行えば、ＮＦＣＩＰ−１のアクティブモード又はそれと同様な他の通信プロトコルを採用する通信装置に、本発明を有効に適用することができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、通信装置１における変復調回路部分の電気的構成を示すブロック図である。尚、通信装置１（及び７）は、ＮＦＣＩＰ−１に規定されたアクティブモードに対応した通信を行う構成である。ＩＣ化されている符号化回路２は、ＣＰＵ（搬送波検出手段，通信制御手段）３から送られた送信データをＮＲＺ（No Return to Zero）符号に変換したベースバンド信号Ｓｂを生成し、発振回路４から例えば周波数１３．５６ＭＨｚのクロックの供給を受けてキャリア信号Ｓｃとともに変調回路５に出力する。

変調回路５は、例えば単同調送信方式を採用しており、所定の変調度でＡＳＫ変調した信号をアンテナ６を介して他の通信装置７に送信する。一方、復調回路８は、アンテナ６を介して受信した信号を復調し、その復調信号は２値化回路９を介して符号化回路２に入力される。
復調回路８は、検波回路８ａ,バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８ｂ，増幅回路８ｃによって構成されている。即ち、検波回路８ａにより受信信号を検波・復調すると、その復調信号より、バンドパスフィルタ８ｂにより受信データの通信レート（例えば、２１２ｋｂｐｓ）を中心とする所定の帯域のみを通過させる。そして、フィルタ８ｂの出力信号を、増幅回路８ｃにより所定のゲインで増幅する。

２値化回路９は、復調回路８より出力される受信データ波形を所定のしきい値と比較することで２値化したパルスを、符号化回路２及びＣＰＵ３に出力する。ＣＰＵ３は、自身が通信相手の通信装置７により送信されたデータを受信している場合に、その搬送波出力が停止したか否かを、２値化パルスの出力により判別するようになっている。尚、復調回路８の出力は、ＣＰＵ３の割り込み信号入力端子、若しくは入力ポートに与えられている。後者の場合、ＣＰＵ３は２値化パルスの出力状態をポーリングして判別する。また、通信装置７も、通信装置１と同様に構成されているものとする。

ここで、図５は、現在広く普及している非接触式のＩＣカードに使用されている、パッシブモード（ＩＳＯ１４４４３ ＴＹＰＥ Ａ方式）における（ａ）搬送波を変調した送信波形並びに応答波形、（ｂ）送信側のベースバンド信号波形、（ｃ）図１に示す構成と同様の２値化回路９より出力される受信データ波形の一例を示すものである。
この場合、送信時の通信波形が受信側にも回り込むため、図５（ｃ）に示すように、１００％ＡＳＫ変調されて送信されたデータに対応する波形も、２値化回路９より出力される。ベースバンド信号によって１００％ＡＳＫ変調を行う場合、２値化パルスはそのベースバンド信号に対応して出力される。

そして、アクティブモードにおいて、マスタ側が通信を開始する場合には、搬送波の出力レベルが「０」から「最大」まで過渡的に変化し、また、その通信を停止する場合には、搬送波の出力レベルが「最大」からまで「０」過渡的に変化する。その場合にも、２値化回路９からはパルス信号が出力される。これは、図５（ｃ）に示す送信データ波形の場合とは若干異なり、搬送波の出力レベルが上記のように過渡的に変化することに伴って、定常的に出力される搬送波の帯域は阻止するように設定されているバンドパスフィルタ８ｂを通過する信号成分が発生するためであり、その信号成分に基づいて２値化パルスが出力されるからである。本実施例では、上記２値化パルスを、受信データパルスと区別するため「搬送波断続パルス」と称する。
また、受信データパルスと搬送波断続パルスとは、例えばバンドパスフィルタ８ｂの遮断周波数を適宜設定することで、夫々異なるパルス幅を有する波形として出力が可能であることを、発明者は実験により確認している。

次に、本実施例の作用について図２乃至図４も参照して説明する。図２は、２つの通信装置１，７が交互にマスタとなることで、互いにデータの送受信を行う場合の通信波形の一例を示すものである。また、図３は、マスタ側となる通信装置がコマンドを送信する場合の処理内容を示すフローチャートであり、図４は、スレーブ側となる通信装置がコマンドを受信する場合の処理内容を示すフローチャートである（何れも本発明の要旨に係る部分のみ示す）。

図３において、マスタとなる例えば通信装置１（図２では通信装置Ａ）のＣＰＵ３は、コマンドの送信時において、コマンドの最終キャラクタの送信が完了すると（ステップＭ１，「ＹＥＳ」）、自身が出力している搬送波の出力を停止（ＯＦＦ）させる（ステップＭ２，図２（ａ）参照）。それから、コマンド送信に対するスレーブ側（次回はマスタとなる）からのレスポンス（応答）の受信待ちを開始する（ステップＭ３）。即ち、上記スレーブ側である通信装置７（図２では通信装置Ｂ）が搬送波の出力を開始するかどうかを監視する（ステップＭ４）。例えば、ＣＰＵ３が搬送波検出を割込み入力で行なう場合は、その割り込みのマスクを解除して割込み入力を有効とする。

それから、ＣＰＵ３は、２値化回路９より搬送波断続パルスが出力されるまで待機し（ステップＭ５）、割り込みより当該パルスが出力されたことを認識すると（「ＹＥＳ」）、通信装置７が搬送波の出力を開始（ＯＮ）して送信を開始したことになるので、送信処理を終了して図４に示す受信処理（レスポンス受信）に移行する。

次に、図４に示すスレーブ側のコマンド受信処理について説明する。スレーブ側である通信装置７のＣＰＵ３は、コマンドの受信時において、コマンドの最終キャラクタの受信が完了すると（ステップＳ１，「ＹＥＳ」）、マスタ側である通信装置１が搬送波の出力を停止するかどうかを、ステップＭ４と同様にして監視する（ステップＳ２）。
そして、２値化回路９より搬送波断続パルスが出力されるまで待機し（ステップＳ３）、割り込みより当該パルスが出力されたことを認識すれば（「ＹＥＳ」）、通信装置１が搬送波の出力を停止したことになる。従って、通信プロトコルで規定されている所定時間の経過待ちを行った後、自身が搬送波の出力を開始して（ステップＳ４，図２（ｃ）参照）データ送信処理に移行する（ステップＳ５）。

以上のように本実施例によれば、通信装置１，７が搬送波をＡＳＫ変調した無線信号を用いて通信を行う場合、ＣＰＵ３は、相手側より送信される搬送波の出力が開始される場合、並びに出力が停止される場合に、復調回路８により復調された後、受信データ波形を成形する２値化回路９より２値化されて出力される搬送波断続パルスに基づいて、相手側の搬送波の出力状態を検出するようにした。
即ち、復調回路８並びに２値化回路９は、データの受信を行なうために通信装置１，７が予め備えている構成であるから、それらを利用することで検出を行なうために付加すべき構成を最小にして、搬送波の検出を極めて簡単に行うことができる。

そして、復調回路８におけるバンドパスフィルタ８ｂの遮断周波数を調整することで、２値化回路９により出力される復調データのパルスと搬送波断続パルスとを、異なるパルス幅（形態）で出力させるようにしたので、ＣＰＵ３は、検出をより確実に行うことができる。例えば、ステップＭ５，Ｓ３で搬送波断続パルスを検出する場合に、より幅広に出力される搬送波断続パルスだけが検出可能となるように、時定数を調整した積分回路を備えれば良い。
また、ＣＰＵ３は、送信待ち状態で搬送波断続パルスが出力されたことを検出するとデータ送信処理を開始し、受信待ち状態で搬送波断続パルスが出力されたことを検出すると、通信先より送信されるデータの受信処理を開始するので、ＮＦＣＩＰ−１のアクティブモードを採用する通信装置１，７に、本発明を有効に適用することができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
バンドパスフィルタ８ｂに替えて、ローパスフィルタを用いても良い。
また、受信データパルスと搬送波断続パルスとは、出力波形が同一であっても良い。
通信プロトコルは、ＮＦＣＩＰ−１のアクティブモードに限ることなく、搬送波の出力とそれに伴う制御が同様であれば、他の通信プロトコルを採用する通信装置であっても本発明を適用することができる。

本発明の一実施例であり、通信装置における変復調回路部分の電気的構成を示すブロック図 ２つの通信装置が交互にマスタとなることで、互いにデータの送受信を行う場合の通信波形の一例を示す図 マスタ側となる通信装置がコマンドを送信する場合の処理内容を示すフローチャート スレーブ側となる通信装置がコマンドを受信する場合の処理内容を示すフローチャート パッシブモードにおける、（ａ）搬送波を変調した送信波形並びに応答波形、（ｂ）送信側のベースバンド信号波形、（ｃ）２値化回路より出力される受信データ波形の一例を示す図

符号の説明

図面中、１は通信装置、３はＣＰＵ（搬送波検出手段，通信制御手段）、６はアンテナ、７は通信装置、８は復調回路、８ｂはバンドパスフィルタ、９は２値化回路を示す。

Claims (4)

1. 単一周波数の搬送波をベースバンド信号によってＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調する変調回路と、
   この変調回路によって変調された信号を電波信号として送信すると共に、外部より送信された電波信号を受信するアンテナと、
   このアンテナによって受信された信号を復調し、復調データを中心とする帯域の信号を通過させるフィルタを備える復調回路と、
   この復調回路によって復調された信号を、設定されたしきい値と比較して２値化する２値化回路と、
   この２値化回路により２値化されて出力される、相手側より送信される搬送波の出力が開始される場合、並びに出力が停止される場合に発生するパルス（搬送波断続パルス）に基づいて、前記搬送波の出力状態を検出する搬送波検出手段とを備え、
   前記２値化回路により出力される前記復調データのパルスと前記搬送波断続パルスとを、異なるパルス幅で出力させるように構成されていることを特徴とする通信装置。
2. 送信待ち状態において、前記搬送波検出手段により前記搬送波断続パルスが出力されたことが検出されると、通信先へのデータ送信処理を開始し、
   受信待ち状態において、前記搬送波検出手段により前記搬送波断続パルスが出力されたことが検出されると、通信先より送信されるデータの受信処理を開始する通信制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 単一周波数の搬送波をベースバンド信号によってＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調し、
   変調された信号を電波信号としてアンテナにより送信し、
   前記アンテナによって受信された信号を復調すると、復調データを中心とする帯域の信号をフィルタにより濾波して通過させ、
   前記フィルタより出力される信号を、設定されたしきい値と比較して２値化し、
   相手側より送信される搬送波の出力が開始される場合、並びに出力が停止される場合に、前記復調データのパルスと異なるパルス幅で発生させる２値化パルス（搬送波断続パルス）に基づいて、前記搬送波の出力状態を検出することを特徴とする搬送波検出方法。
4. 送信待ち状態において、前記搬送波断続パルスが出力されたことが検出されると、通信先へのデータ送信処理を開始し、
   受信待ち状態において、前記搬送波断続パルスが出力されたことが検出されると、通信先より送信されるデータのコマンド受信処理を開始することを特徴とする請求項３記載の搬送波検出方法。

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