JP6129726B2

JP6129726B2 - 携帯端末

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Publication number: JP6129726B2
Application number: JP2013244702A
Authority: JP
Inventors: 英治中山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: US20160277074A1; US9654186B2; JP2015104040A; WO2015080209A1

Description

本発明は、近距離無線通信機能を有する携帯端末に関する。

近年高機能化が進む携帯端末の中には、これまで非接触ＩＣカードが行っていたクレジットや電子マネー決済などの機能を実現するために、非接触ＩＣカードをエミュレートする機能（以下「カードエミュレーション機能」という。）を有するものがある。このような携帯端末は、非接触ＩＣカードとして動作し、ユーザによりリーダライタにかざされるとリーダライタとの間で近距離無線通信を行う（特許文献１参照）。ここで、携帯端末による信号の受信時に、フェージングの影響などにより携帯端末が受信する信号のレベルが過大となり、受信した信号から正常なデータの復元ができないことがある。このような場合、携帯端末が受信する信号レベルを適切な範囲に収めるために、ユーザが携帯端末の位置を動かして、携帯端末とリーダライタとの距離を適切にすることになる。しかしながら、携帯端末の位置を動かすことを強いられるのはユーザにとって不便である。

ここで、携帯端末における近距離無線通信用のＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が、受信する信号のゲインを調整する回路を備えていれば、上述のようなユーザにとっての不便さは生じない。しかしながら、一般に広く用いられている近距離無線通信用のＬＳＩは、上述のようなユーザにとっての不便さについてはあまり考慮されておらず、ゲインを調整する回路を備えていない。

このため、ゲインを調整するには、携帯端末にＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）を測定するためのＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）（特許文献２を参照）や回路を追加する必要がある。

特開２００８−２８３５９０号公報特開２００５−１３０２０３号公報

しかしながら、携帯端末にＲＳＳＩを測定するためのＩＣや回路を追加する場合、さらに、そのＲＳＳＩ値を用いてゲインを調整するための回路の追加、及びそれらを制御する制御プログラムを実行するプロセッサなども追加する必要があり、回路規模が増大してしまうという問題がある。
本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、ＲＳＳＩを測定するための回路等を用いるよりも簡易な構成により受信信号のゲインを調整することができる携帯端末を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る携帯端末は、アンテナと、自身が搬送波を出力するアクティブモードと他装置が出力する搬送波を利用するパッシブモードとの２つのモードを有し、前記２つのモードを交互に切り替えて前記アンテナを用いた電磁誘導による通信を試み、通信が成立している間はモードを切り替えずに通信する通信部と、前記通信部において前記２つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされる毎に、単位数ずつ変化する値を出力するＮ（Ｎは自然数）ビット計数部と、前記通信部が前記アンテナを用いて受信する信号のゲインを、前記Ｎビット計数部により出力された値に応じて変更するゲイン変更部とを備える。

上述の構成により、本発明に係る携帯端末は、簡易な構成によりゲイン調整を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの機能構成を示すブロック図通信が行われていない場合における主な信号等のタイミング図アクティブモードで通信が行われている場合における主な信号等のタイミング図パッシブモードで通信が行われている場合における主な信号等のタイミング図通信システムによる通信処理の手順を示すフローチャート本発明の一変形例に係る通信システムの機能構成を示すブロック図（ａ）本発明の一変形例に係る、波形整形回路が状態信号を生成する場合に各素子で生成される信号の一例を示す図、（ｂ）本発明の一変形例に係る、カウンタに入力される信号の一例を示す図

＜１．概要＞
以下、本発明の一実施形態に係る通信システム１について図面を参照しながら説明する。通信システム１は、図１に示すように、携帯端末２、ＮＦＣ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）タグ３、及びリーダライタ４を含んで構成される。
携帯端末２は、非接触ＩＣカードのリーダライタとして動作するリーダライタ機能と、非接触ＩＣカードとして動作するカードエミュレーション機能とを有する。携帯端末２は、リーダライタとして動作する場合には、ＮＦＣタグ３と通信を行って各種のデータを交換する。また、携帯端末２は、非接触ＩＣカードとして動作する場合には、リーダライタ４と通信を行って各種のデータを交換する。

ここで、携帯端末２は、ＲＳＳＩを測定する回路のような大規模な回路を使用せず、カウンタ、ＤＡコンバータ、分圧抵抗を組み合わせた簡易な回路により、通信における受信信号のゲイン調整を実現している。
＜２．携帯端末２＞
携帯端末２は、一例としてスマートフォンである。携帯端末２は、リーダライタ機能の実行と、カードエミュレーション機能の実行とを交互に繰り返す（図２参照）。携帯端末２は、５０ｍｓの間リーダライタ機能を実行し、２５０ｍｓの間カードエミュレーション機能を実行する。ただし、リーダライタ機能を実行している間にＮＦＣタグ３との通信が確立した場合、携帯端末２は、５０ｍｓが経過しても、一連の通信が終了するまでリーダライタ機能の実行を継続する。また、カードエミュレーション機能を実行している間にリーダライタ４との通信が確立した場合、携帯端末２は、２５０ｍｓが経過しても、一連の通信が終了するまでカードエミュレーション機能の実行を継続する。

携帯端末２は、リーダライタ機能を実行する場合に、アクティブモードで通信を行い、カードエミュレーション機能を実行する場合には、パッシブモードで通信を行う。アクティブモード及びパッシブモードでの通信の詳細については後述する。なお、携帯端末２は、上記の機能以外の他の一般的なスマートフォンが有する機能についても有する。
＜２−１．構成＞
携帯端末２は、主な機能構成として、図１に示すようにアンテナ２１、整合回路２２、コンデンサ２３、抵抗２４、カウンタ２５、ゲイン変更部２６、ＮＦＣ制御部２７、記憶部２８及び制御部２９を含んで構成される。

アンテナ２１は、導体を環状にしたコイルで実現されており、このコイルに流れる電流が変化することで電磁波を出力する。また、アンテナ２１としてのコイルを通る磁束が変化することで、アンテナ２１に電流が流れる。
整合回路２２は、インダクタ素子及びコンデンサ素子を組み合せて構成されており、アンテナ２１と、携帯端末２を構成する回路とのインピーダンスとを整合させる機能を有する。

コンデンサ２３は、コンデンサ素子で実現されており、直流成分をカットし、ＮＦＣ制御部２７の端子ＲＸに入力される受信信号に、端子ＶＭＩＤから出力されるバイアス電圧を加える機能を有する。
抵抗２４は、抵抗素子で実現される。抵抗２４の抵抗値は５００Ωである。
カウンタ２５は、Ｎ（一例としてＮ＝３）ビットカウンタＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）で実現され、０から「２のＮ乗−１」までの計数を繰り返し、計数値を外部に出力する機能を有する。計数値は、可変抵抗１２１の抵抗値を定めるのに用いられる。なお、可変抵抗１２１の抵抗値は計数値×１００Ωとなる。

カウンタ２５は、入力されるパルスの立ち下がりエッジを検出し、立ち下がりエッジを検出するごとに計数値を単位数（一例として１）ずつインクリメントし、計数値をゲイン変更部２６に出力する。ただし計数値が７である場合にパルスの立ち下がりエッジを検出すると、カウンタ２５は、計数値を単位数インクリメントせずに０に戻す。
ゲイン変更部２６は、カウンタ２５から出力される計数値に応じて、受信信号のゲインを変更する機能を有する。ゲイン変更部２６は、可変抵抗１２１、及びＤＡＣ１２２を含んで構成される。

可変抵抗１２１は、入力される信号の電圧値に応じて、抵抗値が変化する可変抵抗器で実現されている。抵抗値は、入力される信号の電圧値×１０００Ωとなる。例えば、入力される信号の電圧値が０Ｖ（ボルト）の場合、可変抵抗１２１の抵抗値は０Ωであり、入力される信号の電圧値が０．７Ｖの場合、可変抵抗１２１の抵抗値は７００Ωである。
可変抵抗１２１と抵抗２４とは、抵抗分圧回路を構成している。アンテナ２１から整合回路２２を介してＲＸに入力される信号は、抵抗分圧回路により分圧される。ここで、ＲＸに入力された信号は、ＮＦＣ制御部２７が内蔵するＡＤ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌ）コンバータでデジタル値に変換されてＮＦＣ制御部２７内で用いられる。このため、上述の抵抗分圧回路における抵抗２４及び可変抵抗１２１の抵抗値は、ＲＸに入力される信号がＡＤコンバータの入力範囲である０〜２Ｖに収まるように予め規定されている。

ＤＡＣ１２２は、ＤＡ（ＤｉｇｉｔａｌｔｏＡｎａｌｏｇ）コンバータＩＣで実現されており、デジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有する。ＤＡＣ１２２は、カウンタ２５から出力される計数値を取得し、取得した計数値に応じた電圧の信号を可変抵抗１２１に対し出力する。ＤＡＣ１２２が出力する信号の電圧値は、計数値×０．１Ｖである。

ＮＦＣ制御部２７は、アンテナ２１を用い、非接触ＩＣカード（一例としてＮＦＣタグ３）、及びリーダライタ（一例としてリーダライタ４）と近距離通信を行うための制御用ＩＣで実現される。ＮＦＣ制御部２７は、図１に示すように、信号端子としてＴＸ、ＲＸ、ＶＭＩＤ、ＳＴを有する。
ＴＸは、データを送信するための信号をアンテナ２１に対し出力する出力端子である。

ＲＸは、アンテナ２１により受信された信号が、抵抗２４と可変抵抗１２１とで分圧され、ＶＭＩＤから出力されるバイアス電圧でバイアスされて入力される入力端子である。
ＶＭＩＤは、バイアス電圧を出力する出力端子である。
ＳＴは、ＮＦＣ制御部２７が現在使用している通信モードがアクティブモードであるかパッシブモードであるかを示す動作デバッグ用の信号ＳＩＧ０を出力する出力端子である。ここで、アクティブモードは、ＮＦＣ制御部２７自身が搬送波を出力して通信するモードである。パッシブモードは、外部のリーダライタなどの通信相手が出力する電磁波を利用してデータの送受信を行うモードである。ＳＩＧ０は、通信モードがアクティブモードの場合にＨレベルになり、通信モードがパッシブモードの場合にＬレベルになる。携帯端末２では、ＳＩＧ０を動作デバッグに用いるのではなく、カウンタ２５へ入力するためのパルスとして用いる。

ＮＦＣ制御部２７は、主な機能として、アクティブモード及びパッシブモードを交互に用いて通信するための制御を行う通信制御機能を有する。通信制御機能については後述する。
記憶部２８は、ＦｅＲＡＭ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリで実現される。

制御部２９は、プロセッサ及びメモリを含んで構成されており、携帯端末２の全体動作を制御する機能を有する。ここで、制御部２９の有する各機能は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。制御部２９は、主な機能として、上述の携帯端末２におけるリーダライタ機能を実現するため制御、及びカードエミュレーション機能を実現するための制御を行う機能を有する。
＜２−２．ＮＦＣ制御部２７の通信制御機能＞
以下、ＮＦＣ制御部２７のアクティブモードによる通信機能、及びパッシブモードによる通信機能のそれぞれについて説明する。なお、アクティブモード及びパッシブモードで通信する場合、通信するデータにはＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）が付される。ＮＦＣ制御部２７は、通信相手から受信した受信データについてＣＲＣをチェックし、ＣＲＣが正しかった場合に受信が成功したと判断する。
＜２−２−１．アクティブモードによる通信機能＞
（１）アクティブモード
アクティブモードは、携帯端末２がリーダライタ機能を実行する場合に用いる通信モードである。アクティブモードで通信する場合、ＮＦＣ制御部２７は、自身が搬送波を出力して非接触ＩＣカードとの間でデータの送受信を行う。ここで、搬送波の周波数は、一例として１３．５６ＭＨｚであり、通信速度は２１２ｋｂｐｓ（ｋｉｌｏｂｉｔｓｐｅｒｓｅｃｏｎｄ）である。また、非接触ＩＣカードは、具体的には、ＮＦＣタグ３である。

アクティブモードでは、ＮＦＣ制御部２７は、制御部２９から指定される送信データを送信する場合、送信データをマンチェスタ符号化し、符号化された送信データに基づき搬送波をＡＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）１０％方式で変調して出力する。送信データの送信後、ＮＦＣ制御部２７は、所定期間、信号を出力し続ける。これによりアンテナ２１から搬送波が送信される。送信したデータに対する応答がある場合、通信相手であるＮＦＣタグ３は、応答として送信すべきデータに基づき負荷変調を行うことにより、携帯端末２に対しデータを送信する。この場合、ＮＦＣ制御部２７は、アンテナ２１を介して受信した受信信号をＡＳＫ方式で復調し、マンチェスタ符号化方式で復号することにより受信データを取り出し、取り出した受信データを制御部２９に対し出力する。
（２）携帯端末２とＮＦＣタグ３との間のデータ交換
携帯端末２は、アクティブモードで通信する場合、まず、周囲に存在する通信相手の特定を行うためにポーリング処理を行う。ポーリング処理として、携帯端末２は、ポーリングリクエストフレームを送信する。

ＮＦＣタグ３は、ポーリングリクエストフレームを受信した場合、自身のＮＦＣＩＤを例えば乱数によって決定し、そのＮＦＣＩＤを含むポーリングレスポンスフレームを携帯端末２に対し送信する。
携帯端末２は、ＮＦＣタグ３から送信されてくるポーリングレスポンスフレームを受信し、通信相手であるＮＦＣタグ３のＮＦＣＩＤを認識する。以上により、携帯端末２及びＮＦＣタグ３は、それぞれ通信相手を認識する。その後、携帯端末２及びＮＦＣタグ３は、相互に各種データの交換を行う。ポーリングリクエストフレーム及びポーリングレスポンスフレームについては、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２に規定されている。
＜２−２−２．パッシブモードによる通信機能＞
（１）パッシブモード
パッシブモードは、携帯端末２がカードエミュレーション機能を実行する場合に用いる通信モードである。パッシブモードで通信する場合、ＮＦＣ制御部２７は、外部のリーダライタが出力する電磁波を利用して、リーダライタとの間でデータの送受信を行う。ここで外部のリーダライタは、具体的には、リーダライタ４である。

パッシブモードでは、ＮＦＣ制御部２７は、リーダライタ４から、リーダライタ４が搬送波を変調することによりリーダライタ４から送信される信号を受信する。ＮＦＣ制御部２７は、受信した信号をＡＳＫ１０％方式で復調し、復調した信号をマンチェスタ符号化方式で復号することで、リーダライタ４が送信したデータを取り出す。ＮＦＣ制御部２７は、取り出したデータを制御部２９に出力する。

ここで、制御部２９は、取得したデータに対する応答をリーダライタ４に行う場合、ＮＦＣ制御部２７に対し、送信すべきデータを出力する。ＮＦＣ制御部２７は、制御部２９から取得したデータをマンチェスタ符号化方式で符号化する。次にＮＦＣ制御部２７は、符号化したデータに基づき、リーダライタ４が出力している搬送波を負荷変調することで、データをリーダライタ４に送信する。ここで、負荷変調に用いる変調方式はＡＳＫ方式である。
（２）携帯端末２とリーダライタ４との間のデータ交換
携帯端末２は、パッシブモードで通信する場合、まず、リーダライタ４からポーリングリクエストフレームが正常に受信できるのを待つ。携帯端末２は、ポーリングリクエストフレームを受信すると、自身のＮＦＣＩＤを例えば乱数によって決定し、そのＮＦＣＩＤを含むポーリングレスポンスフレームをリーダライタ４に対し送信する。リーダライタ４は、ポーリングレスポンスフレームを受信し、通信相手である携帯端末２のＮＦＣＩＤを認識する。以上により、携帯端末２及びリーダライタ４は、それぞれ通信相手を認識する。その後、携帯端末２及びリーダライタ４は、相互に各種データの交換を行う。
＜３．ＮＦＣタグ３＞
ＮＦＣタグ３は、非接触ＩＣカードである。ＮＦＣタグ３は、リーダライタから送信される電磁波から電力を生成してリーダライタと通信を行う機能を有する。ＮＦＣタグ３が通信するリーダライタは、具体的には、リーダライタ機能を実行することによりリーダライタとして動作する携帯端末２である。ＮＦＣタグ３は、携帯端末２が出力する電磁波から電磁誘導によって電力を取得して動作する。ＮＦＣタグ３は、主な機能構成として、図１に示すようにアンテナ３１、ＲＦＩ／Ｆ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｎｔｅｒＦａｃｅ）３２、記憶部３３及び制御部３４を含んで構成される。

アンテナ３１は、導体を環状にしたコイルで実現されており、このコイルに流れる電流が変化することで電磁波を出力する。また、アンテナ３１としてのコイルを通る磁束が変化することでアンテナ３１に電流が流れる。
ＲＦＩ／Ｆ３２は、アンテナ３１を用いてリーダライタと非接触通信を行うためのＩＣで実現される。ＲＦＩ／Ｆ３２は、主な機能として、データ受信機能、及びデータ送信機能を有する。

データ受信機能は、携帯端末２から搬送波を変調することにより送信されるデータを受信する機能である。ＲＦＩ／Ｆ３２は、受信したデータを制御部３４に出力する。ＲＦＩ／Ｆ３２は、アンテナ３１を介して信号を受信した場合に、受信した信号をＡＳＫ１０％方式で復調し、マンチェスタ符号化方式で復号することでデータを取り出す。
データ送信機能は、制御部３４により取得する送信すべきデータを、携帯端末２に対し送信する機能である。データの送信は、携帯端末２が送信する搬送波を負荷変調することにより行う。ＲＦＩ／Ｆ３２は、携帯端末２にデータを送信する場合、データをマンチェスタ符号化方式で符号化する。また、負荷変調は、符号化したデータに基づき、ＡＳＫ方式を用いて行う。

記憶部３３は、ＦｅＲＡＭ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリで実現される。
制御部３４は、プロセッサ及びメモリを含んで構成されており、ＮＦＣタグ３の全体動作を制御する機能を有する。ここで、制御部３４の有する各機能は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。

制御部３４は、ＲＦＩ／Ｆ３２を介してポーリングリクエストフレームを受信した場合、自身のＮＦＣＩＤを例えば乱数によって決定する。次に、制御部３４は、そのＮＦＣＩＤを含むポーリングレスポンスフレームを携帯端末２に対し送信するようＲＦＩ／Ｆ３２に指示する。
その後、制御部３４は、携帯端末２から受信するデータに応じた処理を実行する。例えば、制御部３４は、携帯端末２からＲＦＩ／Ｆ３２を介して受信したデータが、記憶部３３の所定領域に記憶しているデータの送信指示であった場合、記憶部３３の所定領域からデータを読み出す。そして、制御部３４は、読み出したデータを送信するようＲＦＩ／Ｆ３２に対し指示する。また、制御部３４は、ＲＦＩ／Ｆ３２を介して携帯端末２から受信したデータが、記憶部３３の所定領域への所定データの書き込み指示であった場合、記憶部３３の所定領域に所定データを書き込む。なお、所定データは、書き込み指示と共に携帯端末２から送信される。
＜４．リーダライタ４＞
リーダライタ４は、非接触ＩＣカードのリーダライタである。リーダライタ４は、非接触ＩＣカードと通信を行い、非接触ＩＣカードからのデータの読み出し、及び非接触ＩＣカードへのデータの書き込みを行う機能を有する。リーダライタ４が通信する非接触ＩＣカードは、具体的には、カードエミュレーションモードを実行することにより非接触ＩＣカードとして動作する携帯端末２である。リーダライタ４は、主な機能構成として、図１に示すようにアンテナ４１、ＲＦＩ／Ｆ４２、及び制御部４３を含んで構成される。

アンテナ４１は、導体を環状にしたコイルで実現されており、このコイルに流れる電流が変化することで電磁波を出力する。また、アンテナ４１としてのコイルを通る磁束が変化することでアンテナ４１に電流が流れる。
ＲＦＩ／Ｆ４２は、アンテナ４１を用いて非接触ＩＣカードと非接触通信を行うＩＣで実現される。ＲＦＩ／Ｆ４２は、主な機能として、データ送信機能、及びデータ受信機能を有する。

データ送信機能は、制御部４３により送信するよう指示されたデータを携帯端末２に対し送信する機能である。ＲＦＩ／Ｆ４２は、制御部４３から取得したデータを送信する場合、データをマンチェスタ符号化し、符号化されたデータに基づき搬送波をＡＳＫ１０％方式で変調して出力する。
データ受信機能として、ＲＦＩ／Ｆ４２は、上述のデータ送信機能によるデータの送信後、所定期間だけ搬送波を出力し続ける。送信したデータに対する応答が携帯端末２からある場合、搬送波が、携帯端末２により負荷変調される。ＲＦＩ／Ｆ４２は、負荷変調された搬送波を復調、復号することにより、携帯端末２により送信されたデータを取り出す。ここでＲＦＩ／Ｆ４２がデータを取り出す場合、復調をＡＳＫ方式で行い、復号をマンチェスタ符号化方式で行う。ＲＦＩ／Ｆ４２は、取り出したデータを制御部４３に対し出力する。

制御部４３は、プロセッサ及びメモリを含んで構成されており、リーダライタ４の全体動作を制御する機能を有する。ここで、制御部４３の有する各機能は、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。
制御部４３は、所定の時間間隔毎に、ポーリングリクエストフレームを送信するようＲＦＩ／Ｆ４２に指示する。また、制御部４３は、ポーリングリクエストフレームに対する応答として、ＮＦＣＩＤを含むポーリングレスポンスフレームを受信した場合、受信以降は、そのＮＦＣＩＤにより識別される通信相手、すなわち携帯端末２との間で、ＲＦＩ／Ｆ４２を介して各種のデータの交換を行う。
＜５．動作＞
＜５−１．通信処理手順＞
以上のように構成した通信システム１における通信処理の手順について、携帯端末２による処理を中心に図５を用いて説明する。

ステップＳ５０１において、ＮＦＣ制御部２７は、通信モードをアクティブモードに切り替えて、ＳＩＧ０をＨレベル（図２〜図４のＳＩＧ０におけるＰｏｌｌ）にする。
ステップＳ５０２において、ＮＦＣ制御部２７は、ポーリング処理を開始する。ＮＦＣ制御部２７は、ポーリングリクエストフレームの送信を行う。
ステップＳ５０３において、制御部２９は、ＮＦＣタグ３からの返答があるか否か判断する。返答があるか否かは、ＮＦＣ制御部２７が、所定期間（一例として５０ｍｓ）内に、ＮＦＣタグ３からポーリングレスポンスフレームを正常に受信できるか否かにより判断する。制御部２９は、所定期間内に返答があった場合、ＮＦＣ制御部２７を用いてＮＦＣタグ３と通信を行う（ステップＳ５２１）。通信完了後、ステップＳ５０１に進む。返答が無かった場合、ステップＳ５１１に進む。

ステップＳ５１１において、ＮＦＣ制御部２７は、通信モードをパッシブモードに切り替えて、ＳＩＧ０をＬレベル（図２〜図４のＳＩＧ０におけるＬｉｓｔｅｎ）にする。
ステップＳ５１２において、ＮＦＣ制御部２７は、リッスン処理を開始する。リッスン処理として、ＮＦＣ制御部２７は、リーダライタ４からポーリングリクエストフレームを受信するのを待つ。

ステップＳ５１３において、信号ＳＩＧ０のステップＳ５１１におけるＨレベルからＬレベルの変化を検出したカウンタ２５が、計数値をカウントアップする。ただし計数値が７である場合には、カウンタ２５は計数値をカウントアップせずに０に戻す。
ステップＳ５１４において、ＤＡＣ１２２は、ステップＳ５１３において計数値が変化したのに伴い、可変抵抗１２１に出力する電圧を計数値に応じた電圧に変更する。そうすると、可変抵抗１２１の抵抗値が、ＤＡＣ１２２が出力する電圧に応じて変化する。これにより、抵抗２４の抵抗値と可変抵抗１２１の抵抗値との比率が変わり、比率に応じてＲＸに入力される信号のゲインが変化する。

ステップＳ５１５において、制御部２９は、携帯端末２とリーダライタ４とが近接することにより、リーダライタ４から送信される信号（具体的にはポーリングリクエストフレーム）を、所定期間（一例として２５０ｍｓ）内にＮＦＣ制御部２７を介して正常に受信したか否か判断する。制御部２９は、受信した場合（ステップＳ５１５でＹＥＳ）、ＮＦＣ制御部２７を用いてリーダライタ４と通信を行う（ステップＳ５３１）。具体的には、ＮＦＣ制御部２７は、乱数からＮＦＣＩＤを生成し、ポーリングレスポンスフレームに含めてリーダライタ４に送信する。また、制御部２９は、ＮＦＣ制御部２７を制御し、カードエミュレーション機能を実行するのに必要なデータの交換をリーダライタ４との間で交換する。制御部２９は、受信していない場合（ステップＳ５１５でＮＯ）、ステップＳ５０１に進む。

以上で通信処理手順の説明を終える。次に、上述の通信処理を実行した場合に、状態信号（ＳＩＧ０）、カウンタ２５における計数値、ＤＡＣ１２２による出力電圧、及び可変抵抗１２１の抵抗値がそれぞれどのように変化するかについて説明する。
＜５−２．通信が成立しない場合＞
携帯端末２が、ＮＦＣタグ３及びリーダライタ４と近接しない場合など、ＮＦＣタグ３及びリーダライタ４のいずれとも通信が成立しないときの状態信号等の変化について、図２を用いて説明する。図２の横軸は時刻ｔである。

ＮＦＣ制御部２７は、ＳＩＧ０として２５０ｍｓの間、パッシブモードを示すＬレベルの信号（図２、ＳＩＧ０の「Ｌｉｓｔｅｎ」）を出力し、次いで５０ｍｓの間、アクティブモードを示すＨレベルの信号（図２のＳＩＧ０における「Ｐｏｌｌ」）を出力することを繰り返す。
カウンタ計数値は、カウンタ２５が計測し、ＤＡＣ１２２に出力する計数値を表す。

カウンタ計数値は、初期値が０であり、ＳＩＧ０がＬレベルからＨレベルに変化するごとに１ずつカウントアップする。ただし計数値が７である場合に、ＳＩＧ０がＬレベルからＨレベルに変化すると、計数値は０に戻る。
ＤＡＣ出力電圧は、ＤＡＣ１２２から出力される電圧を示しており、カウンタ計数値に応じて変化する。ＤＡＣ出力電圧は、計数値×０．１Ｖとなる。

可変抵抗値は、可変抵抗１２１の抵抗値を示し、ＤＡＣ出力電圧に応じて変化する。ＤＡＣ出力電圧値×１０００Ωとなる。
以上、通信が行われない場合には、可変抵抗１２１の抵抗値は、０Ωから１００Ω刻みで７００Ωまで増加し０Ωに戻るという変化を繰り返す。
＜５−３．アクティブモード時にＮＦＣタグ３との通信が成立する場合＞
携帯端末２が、ＮＦＣタグ３との通信が成立する場合の状態信号等の変化について図３を用いて説明する。以下、一例として、携帯端末２とＮＦＣタグ３との通信が、可変抵抗値が５００Ω以外の場合には成立せず、可変抵抗値が５００Ωになった場合に受信信号のゲインが適切な値となり、成立する場合について説明する。

図３が図２と異なるのは、カウンタ計数値が５である、すなわち可変抵抗値が５００Ωの部分である。すなわち、携帯端末２のＮＦＣ制御部２７は、通信が成立している間は、ＳＩＧ０のレベル（図３の場合Ｈレベル）を維持する。この場合に受信信号のゲインが適切な値に保たれる。
＜５−４．パッシブモード時にリーダライタ４との通信が成立する場合＞
携帯端末２とリーダライタ４との通信が成立する場合の状態信号等の変化について、図４を用いて説明する。以下、一例として、携帯端末２とリーダライタ４との通信が、可変抵抗値が４００Ω以外の場合には成立せず、可変抵抗値が４００Ωになった場合に受信信号のゲインが適切な値となり、成立する場合について説明する。

図４が図２と異なるのは、カウンタ計数値が４である、すなわち可変抵抗値が４００Ωの部分である。すなわち、携帯端末２のＮＦＣ制御部２７は、通信が成立している間は、ＳＩＧ０のレベル（図４の場合Ｌレベル）を維持している。この場合に受信信号のゲインが適切な値に保たれる。
＜６．変形例その他＞
以上、本発明に係る通信システムの実施形態を説明したが、例示した通信システムを以下のように変形することも可能であり、本発明が上述の実施形態で示した通りの通信システムに限られないことは勿論である。
（１）上述の実施形態では、カウンタ２５への入力信号として、ＮＦＣ制御部２７から出力される信号ＳＩＧ０を用いていたが、これに限らず、搬送波を用いて一連のデータを送信する期間又はデータを受信する期間程度の周期のパルスを用いれば足りる。

例えば、携帯端末２及びリーダライタ４のそれぞれが搬送波を出力している期間、第１のレベル（例えばＨレベル）となり、携帯端末２及びＮＦＣタグ３のいずれもが搬送波を出力していない期間、第２のレベル（例えばＬレベル）となる状態信号を、カウンタ２５へ入力することとしてもよい。
以下、本変形例に係る通信システム１ａについて、図６及び図７を用いて説明する。図６の通信システム１ａと、図１の通信システム１とで異なるのは、携帯端末に波形整形回路６００を加え、波形整形回路６００が出力する信号ＳＩＧ１０をカウンタ２５に入力している点である。

（波形整形回路６００）
波形整形回路６００は、端子ＴＸと整合回路２２との間の信号線Ｌ６０１に現れる信号を入力とする。Ｌ６０１には、携帯端末２が搬送波を送信したとき、及び、携帯端末２がリーダライタ４から搬送波を受信したときに、図７（ａ）のＳＩＧ１に示すように搬送波に対応する正弦波の波形が現れる。

波形整形回路６００は、ＳＩＧ１が入力されている期間はＨレベルになり、入力されていない期間はＬレベルになる、図７（ａ）のＳＩＧ１０のような波形を出力する機能を有する。
波形整形回路６００は、図６に示すように、直列的に接続されたダイオード６０１、遅延素子であるバッファ６０２〜６０５、及びＯＲ素子６０６で構成されている。

ダイオード６０１は、ＳＩＧ１の負の信号部分をカットして出力する。ダイオード６０１の出力（図７（ａ）のＳＩＧ２）は、バッファ６０２及びＯＲ素子６０６に入力される。ＯＲ素子６０６及びバッファ６０２において、ＳＩＧ２は、所定の閾値以上の部分がＨレベルと判断され、閾値未満の部分がＬレベルと判断される。すなわち、ＯＲ素子６０６及びバッファ６０２は、ＳＩＧ２が入力された場合、ＳＩＧ７が入力されたのと同じ動作をすることになる。

バッファ６０２〜バッファ６０５は、入力信号を時間ＤＴだけ遅延させた信号を出力する。バッファ６０２〜バッファ６０５が出力する信号は、それぞれ図７（ａ）のＳＩＧ３〜ＳＩＧ６のようになる。
ダイオード６０１、バッファ６０２〜バッファ６０５の出力であるＳＩＧ２〜ＳＩＧ６は、ＯＲ素子６０６に入力される。ＯＲ素子６０６は、ＳＩＧ７及びＳＩＧ３〜ＳＩＧ６を論理和演算したＳＩＧ１０を出力する。

以上のように、波形整形回路６００は、搬送波が入力された場合、搬送波が入力されている期間だけＨレベルとなる信号ＳＩＧ１０を出力することになる。
（Ｌ６０１に現れる信号）
本変形例に係る携帯端末２ａは、上述の実施形態の場合と同様に、アクティブモードによる通信と、パッシブモードによる通信とを交互に繰り返す。

携帯端末２ａは、アクティブモードで通信する場合、搬送波を出力する。この場合、端子ＴＸと整合回路２２との間の信号線Ｌ６０１に、アンテナ２１を用いて搬送波を送信するためにＮＦＣ制御部２７が出力する信号が現れる。Ｌ６０１に現れる信号は、一例として図７（ａ）のＳＩＧ１のような波形の信号となる。
また、携帯端末２ａが、パッシブモードを用いて動作しているときに、リーダライタ４から送信される搬送波を受信すると、Ｌ６０１に、アンテナ２１が受信した搬送波に応じた波形の信号が現れる。このとき、Ｌ６０１に現れる信号も、図７（ａ）のＳＩＧ１と同様の波形の信号となる。携帯端末２ａが、パッシブモードで動作しているときに、リーダライタ４と近接しておらず、リーダライタ４との通信が成立しない場合には、Ｌ６０１には、信号が現れない。

ここで、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２等の規格では、リーダライタ４が搬送波を出力する場合、携帯端末２ａが搬送波を出力するのを終了してから、所定期間の間隔を開けた後、送信しなければならないと規定されている。また、携帯端末２ａが搬送波を出力する場合も同様に、リーダライタ４が搬送波を出力するのを終了してから、所定期間の間隔を開けた後、送信しなければならないと規定されている。これらの場合、所定期間、Ｌ６０１には、信号が現れない状態となる。

以上より、Ｌ６０１には、携帯端末２ａと、リーダライタ４のいずれかが搬送波を出力している場合に、搬送波に応じた信号が現れる。また、携帯端末２ａによる搬送波の出力終了からリーダライタ４による搬送波の出力開始までの所定期間、リーダライタ４による搬送波の出力終了から携帯端末２ａによる搬送波の出力開始までの所定期間には、Ｌ６０１には、信号が現れない。
（波形整形回路６００が出力する信号（カウンタ２５に入力される信号））
携帯端末２ａが、アクティブモードでの通信とパッシブモードでの通信とを交互に行った場合に、波形整形回路６００が出力しカウンタ２５に入力される信号について、図７（ｂ）を参照しながら説明する。

（Ａ）まず携帯端末２ａは、アクティブモードを用い、搬送波を出力する。よって、波形整形回路６００は、アクティブモードが用いられている間Ｈレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１０に相当する。なお、搬送波は、実際には送信データに基づいて変調されたものである。
（Ｂ）次に携帯端末２ａは、パッシブモードを用いて通信する。このとき携帯端末２ａとリーダライタ４との通信が成立しないとする。この場合、携帯端末２ａは、搬送波を受信しない。よって、波形整形回路６００は、パッシブモードが用いられている間、Ｌレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１１に相当する。

（Ｃ）次に携帯端末２ａは、アクティブモードを用い、搬送波を出力する。このとき、Ｌ６０１に、搬送波に応じた波形の信号が現れる。よって、波形整形回路６００は、アクティブモードが用いられている間Ｈレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１２に相当する。
（Ｄ）次に携帯端末２ａは、パッシブモードを用いて通信する。このとき、携帯端末２ａとリーダライタ４との通信が成立するとする。ただし、リーダライタ４は、携帯端末２ａによる搬送波の送信が終了してから、所定期間、搬送波を送信しない。よって、波形整形回路６００は、所定期間、Ｌレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１３に相当する。

所定期間の経過後、リーダライタ４が搬送波を送信し、携帯端末２ａが受信する。このとき、Ｌ６０１に、搬送波に応じた波形の信号が現れる。よって、波形整形回路６００は、パッシブモードが用いられている間Ｈレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１４に相当する。
（Ｅ）次に携帯端末２ａは、アクティブモードを用いて通信するのであるが、上述の（Ｄ）において、リーダライタ４により搬送波が送信されている。よって、携帯端末２ａは、リーダライタ４による搬送波の送信が終了してから、所定期間、経過するのを待つ。このとき、Ｌ６０１には信号が現れない。よって、波形整形回路６００は、所定期間、Ｌレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１５に相当する。

そして、携帯端末２ａは、アクティブモードを用いて通信するため、搬送波を出力する。このとき、Ｌ６０１に、搬送波に応じた波形の信号が現れる。よって、波形整形回路６００は、アクティブモードが用いられている間Ｈレベルの信号を出力する。この信号は、図７（ｂ）の信号７１６に相当する。
以上のように、カウンタ２５には、図７（ｂ）のＳＩＧ１０に示すような、携帯端末２ａ及びリーダライタ４のいずれかが搬送波を出力している期間だけＨレベルになるパルス信号が入力されることになる。なお、このようなパルス信号をカウンタ２５が受け付けた場合の、カウンタ２５、ＤＡＣ１２２、及び可変抵抗１２１の動作は、上述の実施形態と同様である。
（２）上述の実施形態では、データの変調方式としてＡＳＫ方式、ＡＳＫ１０％方式を用いていたが、ＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）や、ＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの他の方式を用いることとしてもよい。また、振幅の変調度についても、１０％、１００％に限らず、３０％、５０％など好適なものを用いてもよい。

また、上述の実施形態では、データの符号化方式としてマンチェスタ符号化を用いていたが、他の符号化方式を用いてもよい。例えば、モディファイドミラー方式や、ＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎＺｅｒｏ）方式などを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、搬送波の周波数を１３．５６ＭＨｚ、データの通信速度を２１２ｋｂｐｓとしたが、他の値を用いてもよい。
（３）上述の実施形態では、可変抵抗１２１の抵抗値が０Ω〜７００Ωまで変化するよう、カウンタ２５、可変抵抗１２１及びＤＡＣ１２２が構成されていた。しかしながら、抵抗値は、ＲＸに入力される信号レベルが、ＲＸに入力された信号からデータを復元するためにＮＦＣ制御部２７が内蔵しているＡＤコンバータの入力範囲に収まるように定められていれば足りる。例えば可変抵抗１２１の抵抗値は７００Ωを超えるよう構成されていてもよいし、抵抗２４の抵抗値を５００Ω以外の値としてもよい。

また、上述の実施形態では、可変抵抗１２１の抵抗値は１００Ωずつ変化するよう構成されていたが、より小さい値（例えば５０Ω）ずつ変化するよう構成してもよいし、より大きい値（例えば２００Ω）ずつ変化するよう構成してもよい。
（４）上述の実施形態では、カウンタ２５を、所定の単位数として１ずつカウントアップする３ビットカウンタＩＣで実現していたが、カウントダウンする構成としてもよい。また、所定の単位数は１以外の値でもよい。

また、カウンタ２５は、計数値として生成すべき値（実施の形態では０〜７）のそれぞれを、おおよそ等確率で生成することができれば足りる。例えば、カウンタ２５は、パルスの立ち下がりエッジを検出する毎に、０〜７のいずれかの数値をランダムに生成するデバイスであってもよい。
また、カウンタ２５は、入力されるパルスの立ち下がりエッジを検出していたが、これに限らず、パルスの立ち上がりエッジを検出してもよいし、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方を検出することとしてもよい。
（５）上述の実施形態では、ＲＸに入力される信号の電圧を、ＤＡＣ１２２から出力される電圧に応じて分圧抵抗の分圧比を変更することにより調整していた。しかしながら、分圧抵抗を用いる以外にも、簡易な構成により、ＤＡＣ１２２から出力される電圧に応じ、ＲＸに入力される信号の電圧を調整できれば足りる。

例えば、ＤＡＣ１２２から出力される信号を制御用信号とし、制御用信号の電圧に応じて、入力信号の増幅率を変化させて出力するトランジスタや、オペアンプなどの素子を用い、これらの素子から出力される信号をＲＸに入力するよう構成してもよい。
（６）上述の実施形態では、携帯端末２が非接触ＩＣカードとして動作する場合に、携帯端末２とリーダライタ４とが通信するとき、リーダライタ４のみが搬送波を出力していた。より具体的には、携帯端末２がリーダライタ４にデータを送信する場合、リーダライタ４により出力される搬送波を携帯端末２が負荷変調することによりデータの送信を行っていた。しかしながら、携帯端末２は、データを送信する場合に、上述のように負荷変調を行うのに代えて、自身が搬送波を生成し、送信すべきデータを用いて搬送波を変調して、リーダライタ４に対し出力することによりデータを送信してもよい。

また、上述の実施形態では、携帯端末２とＮＦＣタグ３とが通信するとき、携帯端末２のみが搬送波を出力していた。より具体的には、ＮＦＣタグ３が携帯端末２にデータを送信する場合、携帯端末２により出力される搬送波をＮＦＣタグ３が負荷変調することによりデータの送信を行っていた。しかしながら、ＮＦＣタグ３は、搬送波を自ら生成し、生成した搬送波を用いてデータを送信する機能を有している場合、この機能を用いて携帯端末２に対しデータを送信することとしてもよい。
（７）上述の実施形態で示したリーダライタ機能を実現するための処理、カードエミュレーション機能を実現するための処理などの各処理を携帯端末２のプロセッサ、及びそのプロセッサに接続された各種回路に実行させるための機械語或いは高級言語のプログラムコードからなる制御プログラムを、記録媒体に記録すること、又は各種通信路等を介して流通させ頒布することもできる。このような記録媒体には、ＩＣカード、ハードディスク、光ディスク、フレキシブルディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等がある。流通、頒布された制御プログラムはプロセッサに読み出され得るメモリ等に格納されることにより利用に供され、そのプロセッサがその制御プログラムを実行することにより各実施形態で示したような各機能が実現されるようになる。なお、プロセッサは、制御プログラムを直接実行する他、コンパイルして実行或いはインタプリタにより実行してもよい。
（８）上述の実施形態で示した各機能構成要素（整合回路２２、ＮＦＣ制御部２７、制御部２９、ＲＦＩ／Ｆ３２、制御部３４、ＲＦＩ／Ｆ４２、及び制御部３４など）は、その機能を実行する回路として実現されてもよいし、１又は複数のプロセッサによりプログラムを実行することで実現されてもよい。
（９）上述の実施形態及び各変形例を、部分的に組み合せてもよい。

本発明の一形態に係る携帯端末は、非接触ＩＣカード、非接触ＩＣカードのリーダライタとして動作する機能を有する端末等として好適である。

１、１ａ通信システム
２携帯端末
３ＮＦＣタグ
４リーダライタ
２１、３１、４１アンテナ
２２整合回路
２３コンデンサ
２４抵抗
２５カウンタ
２６ゲイン変更部
２７ＮＦＣ制御部
２８、３３記憶部
２９、３４、４３制御部
３２、４２ＲＦＩ／Ｆ
１２１可変抵抗
１２２ＤＡＣ
６００波形整形回路
６０１ダイオード
６０２〜６０５バッファ
６０６ＯＲ素子

Claims

アンテナと、
自身が搬送波を出力するアクティブモードと他装置が出力する搬送波を利用するパッシブモードとの２つのモードを有し、前記２つのモードを交互に切り替えて前記アンテナを用いた電磁誘導による通信を試み、通信が成立している間はモードを切り替えずに通信する通信部と、
前記通信部において前記２つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされる毎に、単位数ずつ変化する値を出力するＮ（Ｎは自然数）ビット計数部と、
前記通信部が前記アンテナを用いて受信する信号のゲインを、前記Ｎビット計数部により出力された値に応じて変更するゲイン変更部と
を備えることを特徴とする携帯端末。
前記通信部は、前記アクティブモードに切り替えた場合に第１レベルとなり、前記パッシブモードに切り替えた場合に第２レベルとなる状態信号を前記Ｎビット計数部に出力し、
前記Ｎビット計数部は、前記状態信号が第２レベルから第１レベルに変わったときに、前記通信部において前記アクティブモードへの切り替えがなされ、前記状態信号が第１レベルから第２レベルに変わったときに、前記通信部において前記パッシブモードへの切り替えがなされたと判断する
ことを特徴とする請求項１記載の携帯端末。
前記通信部及び通信相手の一方が搬送波の出力を終了した場合、他方は、一方による搬送波の出力終了後、所定時間以上経過してから搬送波の出力を開始し、
前記Ｎビット計数部は、前記通信部及び通信相手が出力する搬送波を検出し、搬送波を検出していない状態から搬送波を検出している状態に変わったときに、前記２つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされたと判断する
ことを特徴とする請求項１記載の携帯端末。
前記ゲイン変更部は、分圧抵抗とＤＡコンバータとを含み、
前記分圧抵抗は、固定抵抗と、入力される信号レベルに応じて抵抗値が変化する可変抵抗とから成り、前記アンテナを用いて受信する信号の電圧を、前記固定抵抗の抵抗値と、前記可変抵抗の抵抗値との比率で分圧し、
前記ＤＡコンバータは、前記Ｎビット計数部により出力される値を入力として受け付け、受け付けた値に応じた信号レベルの信号を前記可変抵抗に出力する
ことを特徴とする請求項１記載の携帯端末。
前記Ｎビット計数部は、前記単位数ずつ変化する値として、一の端値から他の端値までの整数値で可変な、Ｎビットで表現される計数値を保持しており、前記通信部において前記２つのモードの少なくとも一方への切り替えがなされる毎に、前記計数値が２つの端値のうち第１の端値である場合には第２の端値に変更し、前記第１の端値でない場合には前記単位数ずつ変化させて、当該計数値を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の携帯端末。
前記Ｎビット計数部は、前記通信部における通信が成立している間は、出力する値を一定に保ち、
前記ゲイン変更部は、前記通信部における通信が成立している間、ゲインを一定に保つ
ことを特徴とする請求項１記載の携帯端末。