JP4720297B2 - 通信装置及び通信同期状態判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触通信方式のデータキャリアとの間で通信を行う通信装置、及び前記通信に関する同期状態を判定する方法に関する。

非接触通信方式のデータキャリアの１つであるＩＣカードは、カードリーダとの間で電波信号や電磁信号などを用いて通信を行うものであるから、カードリーダに対してはＩＣカードをかざすだけで通信が可能であり、利便性が極めて高い。例えば、特許文献１には、自動車のイグニッションキーに内蔵されるデータキャリアたるトランスポンダが、自動車側に設けられた送受信ＥＣＵとの間で非接触通信を行う構成が開示されている。
特開平９−１４２２５７号公報

その一方で、非接触で通信を行うＩＣカードには形状やサイズなどに制約が無く、例えば内部の通信を行うための回路を同様に構成することは比較的容易である。即ち、そのように構成すれば、カードリーダに対してＩＣカードと同様の応答信号を送信することが可能になってしまう。従って、カードリーダ側では、通信を行っているＩＣカードが正規のものかどうかが判別できない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、通信対象であるデータキャリアが正規に構成されたものであるか否かを、通信結果に基づいて判別することが可能となる通信装置、及び通信同期状態判定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、通信速度測定手段は、送信したコマンドに応じて非接触通信方式のデータキャリアが返信した応答データの通信速度を測定すると、同期判定手段は、データキャリアが正規の通信対象か否かを判定するため、測定された通信速度と所定の通信速度とを比較した結果に基づいて、前記応答データの返信が前記コマンドの送信に同期しているか否かを判定する。即ち、データキャリアが返信する応答データの通信速度は、コマンドを送信した場合の通信速度に関連した値を示すようになっているので、両速度の比較結果により応答データの返信がコマンドの送信に同期していると判断されれば、そのデータキャリアは通信装置が送信した搬送波を受信して応答を返したことになる。従って、通信対象が適正に構成されたものであるか否かを確実に判定することができる。

そして、通信速度測定手段は、データキャリアからの応答データが有しているプリアンブル部が受信されている期間内に通信速度を測定し、プリアンブル部に続いて配置される基準位置を検出すると、前記基準位置を基点として前記応答データを復調する。一般に、応答データの冒頭に配置されるプリアンブル部では、同一のデータ値が複数回送信されることが多い。従って、通信速度の測定を容易に行うことができると共に、通信速度を早期に測定して同期判定を迅速に行うことができる。

また、同期判定手段は、コマンド生成手段が送信コマンドの通信速度を変化させると、測定される通信速度が送信コマンドの通信速度の変化に応じて同期するか否かで判定を行う。即ち、データキャリアが、通信装置が送信した搬送波を受信して応答を返していれば、送信コマンドの通信速度が変化するのに応じて測定される値も変化するはずである。従って、斯様に判定を行うことで、同期判定を一層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、同期判定手段が「同期成立」と判断すると、受信した応答データを正規のデータと認識して受け入れるので、正規のデータキャリアが返信した応答データだけを以降の処理に使用することができる。
請求項３記載の通信装置によれば、同期判定手段が「同期不成立」と判断すると、受信した応答データを破棄するので、不正な装置が送信したデータを確実に排除することができる。
請求項４記載の通信装置によれば、同期判定手段が「同期不成立」と判断すると、警報手段に警報信号を出力させるので、不正な装置がデータを送信した場合に報知を行うことができる。

（第１実施例）
以下、本発明をデータキャリアたるＩＣカードに適用した場合の第１実施例について図１乃至図６を参照して説明する。図３は、ＩＣカードに対し、電波信号によりデータの読み書きを行うリーダライタの電気的構成を示す機能ブロック図である。リーダライタ（通信装置）１は、マイクロコンピュータで構成される処理回路（同期判定手段，コマンド生成手段）２によって制御される。動作電源回路３０は、アプリケーションに応じて商用交流電源若しくはバッテリより供給される電源より、リーダライタ１の動作電源を生成して出力する回路である。

処理回路２及び通信速度設定回路３１には、動作クロック出力回路３２より出力されるクロック信号が与えられている。通信速度設定回路３１は、前記クロック信号を適当な分周比（例えば、「６４」）で分周して符号化回路３に供給する。そして、符号化回路３は、処理回路２より出力される送信データを符号化して変調回路４に出力する。即ち、通信速度設定回路３１で分周されて出力されるクロック信号は、送信データの通信速度ｆcomを設定するものである。
変調回路（変調手段）４には、キャリア発生器（搬送波発生手段）５より出力されるキャリア（搬送波）が与えられるようになっている。変調回路４は、キャリアと、符号化・復号化回路３より出力される符号化された送信信号（変調信号）とを乗算することでＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調した被変調信号を増幅器６に出力し、増幅器６は、その信号を増幅してアンテナ（送受信手段）７に出力する。すると、電波信号がアンテナ７より外部に送信される。

アンテナ７には復調回路８の入力端子が接続されており、その復調回路８には、アンテナ７によって受信された電波信号が入力される。復調回路８によって復調された信号は復号化回路８ａに出力され、復号化回路８ａは、復調回路８によって復調されたアナログ受信信号を処理することで受信データを復号化し、デジタルデータとして処理回路２に出力する。通信速度測定器（通信速度測定手段）９は、復調されたアナログ受信信号の通信速度を測定し、測定結果を処理回路２に出力するようになっている。
また、リーダライタ１は警報装置（警報手段）１０を備えている。警報装置１０は、処理回路２によって制御され、音声メッセージや警報音を出力したり、或いは、文字メッセージをディスプレイに表示させたり警報灯を点灯させるなどして警報表示を行うものである。尚、これらの警報の内、何れか１つのみを行うものであっても良いし、２つ以上を組み合わせて行うものであっても良い。

図４は、非接触式ＩＣカード（データキャリア）１１の電気的構成を示すものである。ＩＣカード１１は、リーダライタ１より送信されたキャリアをアンテナ１２を介して受信すると、動作電源回路１３においてキャリアを整流して動作電源を生成し、マイクロコンピュータで構成される処理回路１４及びその他の構成要素に供給する。また、キャリアは通信速度抽出回路１５に与えられ、当該キャリアに重畳されているデータの通信速度が抽出される。クロック生成回路３３は、抽出された通信速度に応じた周波数のクロック信号を生成して処理回路１４及び符号化・復号化回路１６に出力する。

そして、キャリアに重畳されているリーダライタ１からの送信データは復調回路１７によって復調され、符号化・復号化回路１６において復号化されると、処理回路１４に出力される。処理回路１４は、動作電源が供給されて起動すると、リーダライタ１からの送信データを受けて内部メモリ１４ａに記憶されているデータを読み出し、また、ライトコマンドが送信された場合は、そのコマンドに伴って送信されたデータを書き込む。
処理回路１４より出力される送信データは符号化・復号化回路１６において符号化されると、変調回路１８に出力される。変調回路１８は、符号化されたデータによってキャリアを負荷変調した被変調信号をアンテナ１２に出力する。

図５は、リーダライタ１（Ｒ／Ｗ）とＩＣカード１１との間で行う通信シーケンスの一例を示すものである。リーダライタ１がＩＣカード１１に対してリクエストコマンドを送信すると、ＩＣカード１１は、自身に割り当てられている例えば２２バイトのＩＤデータをリーダライタ１側に返信する（ＩＤ応答）。また、リーダライタ１がＩＣカード１１に対してＲｅａｄコマンドを送信すると、ＩＣカード１１は、所定量（例えば２０６バイト）のデータをリーダライタ１側に返信する（データ応答）。
また、図６は、ＩＣカード１１の電気的構成を模擬して作成されるＩＣカード模擬装置２１の構成を想定したものである。即ち、ＩＣカード１１の動作電源回路１３及び通信速度抽出回路１５並びにクロック生成回路３３に替えて、キャリアの供給や送信コマンドの通信速度とは無関係に動作電源及び動作クロックを生成する回路２２及び２３が配置されている。従って、ＩＣカード模擬装置２１は、リーダライタ１が送信するキャリアの供給を受けずとも、独自に応答データを送信することが可能となる。

次に、本実施例の作用について図１及び図２も参照して説明する。図２は、リーダライタ１がＩＣカード１１の応答データを受信する場合に、処理回路２を中心として行われる制御内容を示すフローチャートである。また、図１は、図２の制御内容に対応するタイミングチャートであり、（ａ）はリーダライタ１が送信するコマンド、（ｂ）はそのコマンド送信に対してＩＣカード１１が返信する応答データの波形を示す。

上述したように、リーダライタ１が、コマンドをキャリアに重畳させてＩＣカード１１に送信すると、ＩＣカード１１は応答データを返信するが、その応答データの冒頭には、図１に示すように、例えばマンチェスタ符号でデータ「０」を連続して送信する「プリアンブル」が付加されている。そのプリアンブルに続いて、「同期コード（図１では、データ「１０００１０００」）」が送信される。そして、プリアンブル末尾のデータ「０」から、同期コード冒頭のデータ「１」に切替わった時点がデータ受信の基準位置（タイミング）となり、そこを基点として受信が開始される。

リーダライタ１の通信速度測定器９は、応答データのプリアンブルの受信を待つ（ステップＳ０）。そして、プリアンブルを受信すると、プリアンブルを受信している期間内に、データ通信速度を測定する（ステップＳ１）。例えば、プリアンブルが８ビット構成であれば、プリアンブルの送信時間を測定して「８」で除した値が通信速度となる。そして、処理回路２は、その通信速度が「ｆcom±α」であるか否かを判断する（ステップＳ２）。尚、「α」は許容誤差である。

ステップＳ２において、プリアンブルについて測定された通信速度が「ｆcom±α」とは異なる場合（「ＮＯ」）、その応答データは送信コマンドに同期していない、つまり、送信コマンドの受信に応じて生成されたデータではないノイズと判断され、ステップＳ０に戻る。
一方、ステップＳ２において、プリアンブルの通信速度が「ｆcom±α」である場合（「ＹＥＳ」）、その応答データはキャリアを分周したクロックに基づいて生成されたデータであり、送信コマンドに同期していると判断される。従って、処理回路２は、プリアンブルに続く基準位置を検出すると（ステップＳ３）、そこを基点として６４／ｆｃ毎に応答データの復号処理を行なう（ステップＳ４）。

そして、データ長情報で指定された長さのデータ受信が完了すると（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、データ本体に続いて付加されているチェックコード（例えば、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）など）を確認し（ステップＳ６）、その確認結果が「ＯＫ」であれば（ステップＳ７，「ＹＥＳ」）処理回路２は応答データを受け入れて（ステップＳ８）処理を終了する。一方、ステップＳ７において、チェックコードの確認結果が「ＮＧ」である場合（「ＮＯ」）は、図６に示すようなＩＣカード模擬装置２１によって送信されたデータである可能性が高い。従って、処理回路２は、その応答データの受け入れを拒否してデータを破棄する（ステップＳ９）。それから、警報装置１０を駆動して不正な装置によりアクセスが行われたことを警報すると（ステップＳ１０）処理を終了する。

以上のように本実施例によれば、リーダライタ１において、通信速度測定器９が、ＩＣカード１１により返信される応答データの通信速度を測定すると、処理回路２は、測定された通信速度と、自身が送信するコマンドの通信速度ｆcomとを比較した結果に基づいて応答データの返信が前記コマンドの送信に同期しているか否かを判定する。
即ち、ＩＣカード１１は、リーダライタ１がコマンドを送信すると、その通信速度に基づくクロック信号を生成し、そのクロック信号に基づき設定される通信速度で応答データを返信する。例えば、コマンドの通信速度が４０ｋｂｐｓであれば応答データの通信速度も４０ｋｂｐｓとなり、前者の通信速度が１６０ｋｂｐｓであれば後者の通信速度も１６０ｋｂｐｓとなる。そして、双方の通信速度が等しい場合、そのＩＣカード１１はリーダライタ１が送信したキャリアを受信して応答を返したことになるので、通信対象が適正に構成されたものであるか否かを確実に判定することができる。

また、処理回路２は、「同期成立」と判断すると受信した応答データを正規のデータと認識して受け入れ、「同期不成立」と判断すると受信した応答データを破棄すると共に警報装置１０に警報信号を出力させるようにした。従って、正規のＩＣカード１１が返信した応答データだけを以降の処理に使用し、ＩＣカード模擬装置２１のように不正な装置が送信したデータを確実に廃除することができる。そして、不正な装置がデータを送信した場合に、警報装置１０により報知を行うことができる。

（第２実施例）
図７は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例では、図１に括弧書きで示すように、リーダライタ１がＩＣカード１１に対してリクエストコマンドを送信した場合に、ＩＣカード１１が同期コードを返信するまでのタイミング（返信タイミング）を測定する。従って、第２実施例では、リーダライタ１に通信速度測定器９は不要となる。

図７は、処理回路（測定手段）２の制御内容を示すフローチャートである。先ず、リーダライタ１は、リクエストコマンドを送信すると（ステップＳ１１）、タイミング測定を開始する（ステップＳ１２）。送信されたリクエストコマンドを適正なＩＣカード１１が受信すれば、カード側の処理回路１４が内部処理を行った後、応答データの送信をプリアンブルから開始する。
そして、ＩＣカード１１は、同期コードに続いてＩＤ応答データを送信するが、処理回路２は、基準位置たる同期コード冒頭のデータ「１」を受信すると（ステップＳ１３，「ＹＥＳ」）タイミング測定を停止する（ステップＳ１４）。それから、測定したタイミングが送信コマンドの通信速度ｆcomに等しいか否かを判断し（ステップＳ１５）、等しければ（「ＹＥＳ」）ステップＳ４へ、等しくなければ（「ＮＯ」）ステップＳ９へ夫々移行する。

即ち、リーダライタがリクエストコマンドを送信してから、ＩＣカードがその応答を返すまでのタイミング（返信タイミング）は、独自に規定されている通信プロトコルに従って定められている。そして、返信タイミングが上記規定を満たすためには、応答データの通信速度が送信コマンドの通信速度に等しくなっていることが必要である。故に、ステップＳ１５で「ＹＥＳ」と判断した場合、応答データは送信コマンドに同期していると判断することができる。従って、ステップＳ１２〜Ｓ１４で返信タイミングを測定することは、応答データの通信速度を間接的に測定することに等しい。

以上のように第２実施例によれば、処理回路２は、リクエストコマンドが搬送波に重畳されて送信された時点から、ＩＤ応答データが返信された場合の返信タイミングを測定して、応答データと送信コマンドとが同期しているか否かを判断する。即ち、返信タイミングの測定結果に基づいて応答データの通信速度を間接的に取得することができ、同期判定を行うことができる。

（第３実施例）
図８及び図９は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。図８に示すように、第３実施例のリーダライタ３４は、処理回路２，通信速度設定回路３１に替わる処理回路（同期判定手段，コマンド生成手段）３５，通信速度設定回路３６を備えて構成されている。通信速度設定回路３６は、送信コマンドの通信速度をｆcom1，ｆcom2に切替えて出力可能であり、その切替え制御は処理回路３５が行うようになっている。

図９は、処理回路３５によって行われる制御内容を示すフローチャートである。処理回路３５は、先ず、通信速度設定回路３６がコマンド通信速度をｆcom1に設定し（ステップＳ２１）、その通信速度ｆcom1でＩＣカード１１との通信を行う（ステップＳ２２）。そして、ＩＣカード１１が返信した応答データが、通信速度をｆcom1に同期しているか否かを判断する（ステップＳ２３）。ここでの判断は、例えば第１実施例のステップＳ１,Ｓ２やステップＳ６，Ｓ７、また、第２実施例のステップＳ１５の何れかを行えば良い。

ステップＳ２３において、ＩＣカード１１の応答が通信速度ｆcom1に同期していなければ（「ＮＯ」）非同期と判定されるので（ステップＳ２８）、ステップＳ１０と同様に警報装置１０を駆動して警報出力を行う（ステップＳ２９）。また、ステップＳ２３において、ＩＣカード１１の応答が通信速度ｆcom1に同期している場合（「ＹＥＳ」）、処理回路３５は、通信速度設定回路３６がコマンド通信速度をｆcom2に設定するように選択を行い（ステップＳ２４）、その通信速度ｆcom2でＩＣカード１１との通信を行う（ステップＳ２５）。
そして、処理回路３５は、ＩＣカード１１が返信した応答データが、通信速度ｆcom2に同期しているか否かを判断し（ステップＳ２６）、同期していなければ（「ＮＯ」）ステップＳ２８に移行する。一方、応答データが通信速度ｆcom2に同期していれば（「ＹＥＳ」）、この時点でＩＣカード１１の応答がキャリアに確実に同期していると判定される（ステップＳ２７）。

以上のように第３実施例によれば、処理回路３５は、通信速度設定回路３６が送信コマンドの通信速度を変化させた場合に、例えば、通信速度測定器９で測定される通信速度が送信コマンドの通信速度の変化に応じて変化するか否かを確認して同期判定を行う。即ち、ＩＣカード１１が、リーダライタ３１が送信したコマンドを受信して応答を返していれば、送信コマンドの通信速度が変化するのに応じて測定される通信速度も変化するはずである。従って、同期判定を一層確実に行うことができる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形が可能である。
通信装置は、データを読み出す機能だけを備えるカードリーダであっても良い。
警報装置１０は、必要に応じて設ければ良い。
データキャリアはＩＣカード１１に限ることなく、ＲＦＩＤタグやこれらと同様の機能を備えている携帯電話機などであっても良い。
通信プロトコルは、実施例で示したものに限らず、各アプリケーションに応じて使用されるものに基づけば良い。
応答タイミングを測定するための特定コードは、同期コードに限ることはなく、例えば、プリアンブル（の末尾のビット）や、同期コードの次に受信されるデータ（の冒頭のビット）などでも良い。
例えば、通信装置が車両用のイモビライザに適用されている場合は、警報装置として、車両のホーンを鳴動させたり、ライト等を点滅させたりしても良い。

本発明をＩＣカードに適用した場合の第１実施例であり、（ａ）はリーダライタ１が送信するコマンド、（ｂ）はそのコマンド送信に対してＩＣカードが返信する応答データの波形を示す図 リーダライタがＩＣカードの応答データを受信する場合に、処理回路を中心として行われる制御内容を示すフローチャート リーダライタの電気的構成を示す機能ブロック図 非接触式ＩＣカードの電気的構成を示す機能ブロック図 リーダライタとＩＣカードとの間で行う通信シーケンスの一例を示す図 ＩＣカードの電気的構成を模擬して作成されるＩＣカード模擬装置の構成を想定した図 本発明の第２実施例を示す図２の一部相当図 本発明の第３実施例を示す図３相当図 図２相当図

符号の説明

図面中、１はリーダライタ（通信装置）、２は処理回路（同期判定手段，コマンド生成手段，通信速度測定手段）、４は変調回路（変調手段）、５はキャリア発生器（搬送波発生手段）、７はアンテナ（送受信手段）、９は通信速度測定器（通信速度測定手段）、１１は接触式ＩＣカード（データキャリア）、１０は警報装置（警報手段）、３１は通信速度設定回路、３４はリーダライタ（通信装置）、３５は処理回路（同期判定手段，コマンド生成手段）、３６は通信速度設定回路を示す。

Claims (5)

1. 搬送波を発生させる搬送波発生手段と、
   非接触通信方式のデータキャリアに所定の応答データを返信させるため、所定の通信速度で送信されるコマンドを生成するコマンド生成手段と、
   前記コマンドを前記搬送波に重畳させる変調手段と、
   前記搬送波を非接触通信方式のデータキャリアに送信すると共に、当該データキャリアからの応答信号を受信する送受信手段と、
   前記データキャリアからの応答データの通信速度を測定する通信速度測定手段と、
   前記データキャリアが正規の通信対象か否かを判定するため、前記測定された通信速度と前記所定の通信速度とを比較した結果に基づいて、前記応答データの返信が、前記コマンドの送信に同期しているか否かを判定する同期判定手段とを備え、
   前記データキャリアからの応答データはプリアンブル部を有し、
   前記通信速度測定手段は、前記プリアンブル部が受信されている期間内に通信速度を測定し、
   前記プリアンブル部に続いて配置される基準位置を検出すると、前記基準位置を基点として前記応答データを復調し、
   前記データキャリアが、受信したコマンドの通信速度に従って応答時の通信速度を決定するものを通信対象として、
   前記コマンド生成手段は前記コマンドの通信速度を２段階以上に変更可能に構成され、
   前記同期判定手段は、前記コマンド生成手段が送信コマンドの通信速度を変化させると、前記通信速度測定手段によって測定される通信速度が前記送信コマンドの通信速度の変化に応じて同期するか否かを判定することを特徴とする通信装置。
2. 前記同期判定手段が「同期成立」と判断すると、受信した応答データを正規のデータと認識して受け入れることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記同期判定手段が「同期不成立」と判断すると、受信した応答データを破棄することを特徴とする請求項１又は２記載の通信装置。
4. 音響又は光による警告信号を発生させる警告手段を備え、
   前記同期判定手段が「同期不成立」と判断すると、前記警告手段に前記警告信号を出力させることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の通信装置。
5. 搬送波を発生し、
   非接触通信方式であり、受信したコマンドの通信速度に従って応答時の通信速度を決定するデータキャリアを通信対象として、
   前記データキャリアに所定の応答データを返信させるため、所定の通信速度で送信されるコマンドを生成して前記コマンドを前記搬送波に重畳し、
   前記搬送波を非接触通信方式のデータキャリアに送信すると共に、当該データキャリアからの応答信号を受信し、
   前記データキャリアからの応答データがプリアンブル部を有する場合、前記プリアンブル部が受信されている期間内に前記データキャリアからの応答データの通信速度を測定し、
   前記データキャリアが正規の通信対象か否かを判定するため、前記送信コマンドの通信速度を２段階以上に変化させると、測定される通信速度が前記送信コマンドの通信速度の変化に応じて同期するか否かを判定し、
   前記プリアンブル部に続いて配置される基準位置を検出すると、前記基準位置を基点として前記応答データを復調することを特徴とする通信同期状態判定方法。

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