JP6593349B2 - 受信装置および通信システム - Google Patents

Description

本開示は、負荷変調を用いた通信を行う受信装置および通信システムに関する。

無線通信技術として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）を用いた通信システム（ＲＦＩＤシステム）が知られている。この通信システムは例えば、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間で通信を行う。この通信システムでは、通信方向によって、リーダライタからカードへの通信と、カードからリーダライタへの通信の２種類に分けることができる。どちらの通信方向においても、リーダライタは常にキャリア周波数を発振し、カードはこのキャリア周波数から得られる電力を基に送信処理（応答処理）並びに受信処理を行う。

また、無線通信の通信規格としてＮＦＣ（Near Field Communication）が知られている。ＮＦＣとは国際標準規格として承認された近距離無線通信技術であり、交通系や課金、認証等でアジア圏を中心に普及が進んでいる技術である。近年は特にスマートフォンやウェアラブルデバイスへの適用が期待されており、機能を実現するための部品の小型化が期待されている。部品の中でも大きな面積を占めるのがアンテナであり、アンテナの小型化を実現する技術が注目されている。

特開２０１３−６２６０５号公報 特開２０１１−２５４１５６号公報

ＮＦＣによる通信では、磁界を利用しており、リーダライタ側からカード側への通信はＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調、カード側からリーダライタ側への通信は負荷変調が用いられている（特許文献１，２参照）。負荷変調の方式としては、パッシブ負荷変調が知られている。パッシブ負荷変調では、カード側から応答を返信する際、内部の負荷をオン／オフすることによってリーダライタ側から見たインピーダンスを変化させて、その変化をリーダライタ側で読み取ることによって変調を確認するという手法である。

しかしながら、パッシブ負荷変調では、アンテナの小型化が困難である。パッシブ負荷変調では、負荷を変化させることでリーダライタとカードとのアンテナ間の磁界を変化させているが、例えば通信距離が遠方になったり、アンテナが小さくなると結合係数が小さくなり、負荷を変化させることによる磁界の変化が小さくなる。そのため、ある一定以上の結合係数が必要となり、交通系のように一定以上の通信距離（例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度）が必要な場合では、アンテナのサイズは一定以上に制限される。実際にＮＦＣの通信可能距離はパッシブ負荷変調で律速しているケースが非常に多い。すなわちリーダライタ側からカード側への通信は通っているが、カード側からリーダライタ側への負荷変調通信が通っていないケースである。

負荷変調に対する対策としては、特許文献１に記載されている技術に代表されるように、受信側の工夫により性能を向上させるものがほとんどである。特許文献１に記載されている技術では、負荷変調レベルが大きいときにアンプ利得を下げることで性能を向上させるという内容であり、負荷変調強度そのものを向上させるものではない。既にあるリーダライタに対してカード側の工夫で通信性能を向上させるためには負荷変調のかけ方そのものを工夫する必要がある。

従って、通信特性を向上させることができるようにした受信装置および通信システムを提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係る受信装置は、リーダライタから送信されたキャリア信号に応答して、リーダライタにアクティブ負荷変調によるアクティブ負荷変調信号を返信する負荷変調部と、アクティブ負荷変調信号がリーダライタに届いたか否かを判断し、届かなかったと判断した場合に、アクティブ負荷変調信号のキャリア信号に対する位相を変化させた後に、アクティブ負荷変調信号の再送を行うよう、負荷変調部を制御する制御部とを備えたものである。

本開示の一実施の形態に係る通信システムは、キャリア信号を送信するリーダライタと、キャリア信号に応答して変調信号をリーダライタに返信する受信装置とを含み、受信装置が、リーダライタから送信されたキャリア信号に応答して、リーダライタにアクティブ負荷変調によるアクティブ負荷変調信号を返信する負荷変調部と、アクティブ負荷変調信号がリーダライタに届かなかったと判断される場合に、アクティブ負荷変調信号のキャリア信号に対する位相を変化させた後に、アクティブ負荷変調信号の再送を行うよう、負荷変調部を制御する制御部とを備えたものである。

本開示の一実施の形態に係る受信装置または通信システムでは、アクティブ負荷変調信号がリーダライタに届かなかったと判断される場合に、アクティブ負荷変調信号のキャリア信号に対する位相を変化させて再送する。

本開示の一実施の形態に係る受信装置または通信システムによれば、アクティブ負荷変調信号がリーダライタに届かなかったと判断される場合に、アクティブ負荷変調信号のキャリア信号に対する位相を変化させて再送するようにしたので、通信特性を向上させることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

パッシブ負荷変調を用いる通信システムにおいて、リーダライタからカードへの信号送信の概念を模式的に示す説明図である。 パッシブ負荷変調を用いる通信システムにおいて、カードからリーダライタへの信号送信の概念を模式的に示す説明図である。 アクティブ負荷変調を用いる通信システムの概念を模式的に示す説明図である。 アクティブ負荷変調を用いる通信システムにおいて、リーダライタからカードへの信号送信の概念を模式的に示す説明図である。 アクティブ負荷変調を用いる通信システムにおいて、カードからリーダライタへの信号送信の概念を模式的に示す説明図である。 共振回路における位相関係の概念を模式的に示す説明図である。 本開示の第１の実施の形態に係る通信システムの一構成例を示す回路図である。 第１の実施の形態に係る通信システムの通信動作の一例を示す流れ図である。 キャリア信号とアクティブ負荷変調信号の位相差と変調レベルとの関係の一例を示す説明図である。 図８に示した通信動作の具体例を示す流れ図である。 第２の実施の形態に係る通信システムの通信動作の一例を示す流れ図である。 カード側共振周波数と位相との関係の一例を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る通信システムの通信動作の一例を示す流れ図である。 第４の実施の形態に係る通信システムの一構成例を示す回路図である。 第４の実施の形態に係る通信システムの通信動作の一例を示す流れ図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．負荷変調を用いる通信システムの概要および課題（図１〜図６）
１．第１の実施の形態（図７〜図１０）
１．１ 構成
１．２ 動作
１．３ 効果
２．第２の実施の形態（図１１〜図１２）
３．第３の実施の形態（図１３）
４．第４の実施の形態（図１４〜図１５）
５．その他の実施の形態

＜０．負荷変調を用いる通信システムの概要および課題＞
まず、ＮＦＣ等に適用される負荷変調を用いる通信システムの概要および課題を説明する。

まず、図１および図２を参照して、パッシブ負荷変調を用いる通信システムの概要を説明する。この通信システムでは、リーダライタ１０と受信装置としてのトランスポンダとの間で双方向の通信を行う。トランスポンダは、非接触ＩＣカード等のカード２０である。図１は、リーダライタ１０からカード２０への信号送信の概念を模式的に示している。図２は、カード２０からリーダライタ１０への信号送信の概念を模式的に示している。

リーダライタ１０は、検出回路１１と、送信情報生成部１２と、キャリア信号生成部１３と、変調器１４と、送信アンプ１５と、抵抗１６と、キャパシタ１７と、アンテナコイル１８とを有している。

カード２０は、検出回路２１と、アンテナコイル２２と、キャパシタ２３と、抵抗２４と、負荷変調部２５と、送信情報生成部２６とを有している。

キャリア信号生成部１３は例えば１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数のキャリア信号を生成する。アンテナコイル１８とアンテナコイル２２は一対のトランスである。カード２０とリーダライタ１０との間では、アンテナコイル１８とアンテナコイル２２とにおける結合係数ｋの磁気結合による無線通信がなされる。

図１を参照して、リーダライタ１０からカード２０へのデータ送信処理について説明する。図１に示すようにリーダライタ１０は、２１２ｋｂｐｓの送信情報（信号Ｓ１ｂ）を１３．５６ＭＨｚのキャリア信号（信号Ｓ１ａ）に載せた変調信号（信号Ｓ１ｃ）を変調器１４によって生成する。変調方式としてはＡＳＫ変調方式が用いられる。変調器１４から出力された変調信号は、送信アンプ１５、抵抗１６、キャパシタ１７、およびアンテナコイル１８を介してカード２０に送信される。カード２０は、アンテナコイル２２、キャパシタ２３、および抵抗２４を介してリーダライタ１０からの信号Ｓ１ｄを受信する。

図２を参照して、カード２０からリーダライタ１０へのデータ送信処理について説明する。図２に示すようにリーダライタ１０は、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号（信号Ｓ２ａ）を、送信アンプ１５、抵抗１６、キャパシタ１７、およびアンテナコイル１８を介してカード２０に送信する。カード２０は、キャリア信号に応答して、２１２ｋｂｐｓの送信情報（信号Ｓ２ｂ）を負荷変調部２５で変調して生成した送信信号（信号Ｓ２ｃ）を、抵抗２４、キャパシタ２３、およびアンテナコイル２２を介してリーダライタ１０に送信する。リーダライタ１０はアンテナコイル１８を介してカード２０からの信号Ｓ２ｄを受信する。

カード２０からリーダライタ１０への通信においては、パッシブ負荷変調が用いられる。パッシブ負荷変調では、負荷変調部２５において負荷をオン／オフすることにより反磁界を発生させる。その変化をリーダライタ１０で読み取る（検波する）ことにより変調を確認することができる。

パッシブ負荷変調では、アンテナの小型化が困難である等の問題から、近年、アクティブ負荷変調による通信技術が注目されている。

図３は、アクティブ負荷変調を用いる通信システムの概念を模式的に示している。
この通信システムでは、リーダライタ１００と受信装置としての非接触ＩＣカード等のカード２００との間で双方向の通信を行う。

リーダライタ１００は、送信系１０１と、受信系１０２とを備えている。送信系１０１は、アンテナコイル１１１と、キャリア信号生成部１１２とを有している。受信系１０２は、アンテナコイル１１１を有している。

カード２００は、アンテナコイル２１１と、キャパシタ２１２と、送信情報生成部２１４を含む負荷変調部２１３とを有している。

リーダライタ１００において、キャリア信号生成部１１２は例えば１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数のキャリア信号Ｓ１を生成する。アンテナコイル１１１とアンテナコイル２１１は一対のトランスである。カード２００とリーダライタ１００との間では、アンテナコイル１１１とアンテナコイル２１１とにおいて結合係数ｋの磁気結合による無線通信がなされる。

図３において、カード２００からリーダライタ１００へのデータ送信処理について説明する。リーダライタ１００は、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号Ｓ１をアンテナコイル１１１を介してカード２００に送信する。カード２００は、キャリア信号Ｓ１に応答して、送信情報を負荷変調部２１３で変調して生成した送信信号を、キャパシタ２１２、およびアンテナコイル２１１を介してリーダライタ１００に送信する。リーダライタ１００はアンテナコイル１１１を介してリーダライタ１００からの送信信号を受信する。

カード２００からリーダライタ１００への通信においては、アクティブ負荷変調が用いられる。アクティブ負荷変調では、パッシブ負荷変調のようにある負荷（抵抗）をオン／オフするわけではなく、リーダライタ１００からのキャリア信号Ｓ１に同期したキャリア信号Ｓ１と同じ周波数のアクティブ負荷変調信号Ｓ２を、リーダライタ１００側に返信することにより、ある期間における磁束を変化させる。例えば、キャリア信号Ｓ１に同期したクロック信号ＣＬＫにおけるオンの期間にアクティブ負荷変調信号Ｓ２を返信する。パッシブ負荷変調と比較して、直接アンテナコイル２１１に電流を流すため、アンテナコイル２１１とアンテナコイル１１１との間の磁束を大きく変化させることができるという特徴がある。そのため、パッシブ負荷変調よりも通信性能を出すことができ、言い換えればアンテナコイル２１１とアンテナコイル１１１とを小型化しても、パッシブ負荷変調と同等の通信性能を保つことができる可能性がある。

しかしながら、アクティブ負荷変調には大きな課題がある。図４は、リーダライタ１００からカード２００への信号送信の概念を模式的に示している。リーダライタ１００からカード２００へのキャリア信号Ｓ１の送信は、ＡＳＫ変調により行われる。一方、図５には、カード２００からリーダライタ１００への信号送信の概念を模式的に示す。カード２００からリーダライタ１００へのアクティブ負荷変調信号Ｓ２の送信は、アクティブ負荷変調により行われる。アクティブ負荷変調では、キャリア信号Ｓ１とアクティブ負荷変調信号Ｓ２との合成信号Ｓ３が生成される。アクティブ負荷変調では、正弦波の合成定理により合成信号Ｓ３の振幅が変化して変調がつくというメカニズムとなっている。そのため、キャリア信号Ｓ１とアクティブ負荷変調信号Ｓ２との位相差によって変調度が大きく変化する。次の式（１）に正弦波の合成定理を示す。

式（１）より、Ａはリーダライタ１００の送信信号（キャリア信号Ｓ１）の振幅、Ｂはアクティブ負荷変調信号Ｓ２の振幅、θはリーダライタ１００の送信信号を基準としたときのアクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相である。すなわち、次の式（２）となる場合は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２が合成されても振幅が全く変化しない、すなわち振幅での変調が全く見えなくなることを意味する。

これを簡単化すると、次の式（３）で示す条件で振幅ＮＵＬＬが発生すると言える。

ｃｏｓθ＝−Ｂ／２Ａ ……（３）

このように、アクティブ負荷変調では、位相関係によって変調度が大きく変化することが分かる。

ここで、アンテナコイル１１１，２１１からなる結合係数ｋの共振回路３００における位相関係のメカニズムを図６に示す。図６において、リーダライタ１００からの送信信号（キャリア信号Ｓ１）を信号Ａ、共振回路３００を経た後のキャリア信号Ｓ１を信号Ａ’とする。また、カード２００からのアクティブ負荷変調信号Ｓ２を信号Ｂ、共振回路３００を経た後の合成信号Ｓ３を信号Ｂ’とする。

リーダライタ１００から共振回路３００を経た後の信号Ａ’は、位相がＸ°進む（または遅れる）。カード２００側では、共振回路３００の位相進み（遅れ）をＸ°としたときに、Ｘ°進んだ位相を基準としてアクティブ負荷変調信号Ｓ２を生成する。この場合、共振回路３００を経てリーダライタ１００側で信号が合成された後の合成信号Ｓ３の段階で、元のキャリア信号Ｓ１に対して位相が２＊Ｘ°進んでいることとなる。もしこの位相変化Ｘが固定であれば，式（２）より常に変調が大きな位相を選択するようにカード２００側は調整することができる。例えば信号周波数と共振周波数とが一致している理想的な並列共振回路では位相Ｘは９０°である。

しかしながら、ＮＦＣによる通信システムでは、共振回路３００は理想的な並列共振回路ではない。リーダライタ１００とカード２００との位置関係により結合係数ｋは変化し、各々の共振周波数も製造ばらつきや対向時の筐体金属影響で変化する。例えば簡易な並列共振モデルでシミュレーションを行うと、結合係数ｋが０．０１のときに位相遅れは約９０°であるが、結合係数ｋが０．５では位相遅れが５３°であった。また、受信側（カード側）共振周波数が±１ＭＨｚずれると±１０°の位相変化が見られた。送受信側で±１ＭＨｚ共振周波数がずれると位相変化は±２０％、つまり幅で４０％という大きな変化幅になり得る。この場合、一部のリーダライタ１００では固定位相で対応できる可能性がある。しかしながら、世界には多くのリーダライタ１００があるため意図的に共振周波数をずらすような特殊なリーダライタ１００があった場合に、固定位相では適切でない位相関係となってしまい、所望の通信特性が得られない可能性がある。

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 構成］
図７は、本開示の第１の実施の形態に係る通信システムの一構成例を示している。
本実施の形態に係る通信システムは、キャリア信号Ｓ１を送信するリーダライタ１と、キャリア信号Ｓ１に応答して変調信号をリーダライタ１に返信する受信装置とを備えている。受信装置は、非接触ＩＣカード等のカード２であってもよい。

リーダライタ１は、アンテナコイル３１と、キャリア信号生成部４１と、アンプ部４２と、キャパシタ４３と、復調回路４４とを有している。

カード２は、アンテナコイル３２と、負荷変調部５０と、キャパシタ５１と、復調回路５２と、制御部５３とを有している。負荷変調部５０は、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）回路５４と、位相調整部５５と、アンプ部５６と、スイッチング部５７とを有している。

リーダライタ１において、キャリア信号生成部４１は例えば１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数のキャリア信号Ｓ１を生成するようになっている。アンテナコイル３１とアンテナコイル３２は一対のトランスであり、図６と略同様の共振回路３００を構成している。カード２００とリーダライタ１００との間では、アンテナコイル３１とアンテナコイル３２において結合係数ｋの磁気結合による無線通信がなされる。

図７において、カード２からリーダライタ１へのデータ送信処理を行う際には、リーダライタ１は、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号Ｓ１を、アンプ部４２、キャパシタ４３、およびアンテナコイル３１を介してカード２に送信する。カード２は、キャリア信号Ｓ１に応答して、送信情報を負荷変調部５０で変調して生成した送信信号を、キャパシタ５１、およびアンテナコイル３２を介してリーダライタ１に送信する。リーダライタ１はアンテナコイル３１を介してカード２からの送信信号を受信し、復調回路４４で応答信号として復調する。

リーダライタ１からカード２へのキャリア信号Ｓ１の送信は、ＡＳＫ変調により行われる。カード２からリーダライタ１への通信においては、アクティブ負荷変調が用いられる。負荷変調部５０では、リーダライタ１からのキャリア信号Ｓ１に同期したキャリア信号Ｓ１と同じ周波数のアクティブ負荷変調信号Ｓ２を、リーダライタ１側に返信することにより、ある期間における磁束を変化させる。例えば、キャリア信号Ｓ１に同期したクロック信号ＣＬＫにおけるオンの期間にアクティブ負荷変調信号Ｓ２を返信する。アクティブ負荷変調の原理は、図５を用いた上記説明の通りである。

制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断される場合に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を変化させた後に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行うよう、負荷変調部５０を制御するようになっている。制御部５３は例えば、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を所定の値、例えば９０°だけ変化させるようになっている。

制御部５３は例えば、リーダライタ１からの再送要求を受信した場合、またはリーダライタ１からのアクティブ負荷変調信号Ｓ２に対する応答が一定時間無かった場合に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断するようになっている。

負荷変調部５０において、ＣＤＲ回路５４は、キャリア信号Ｓ１に同期したクロック信号ＣＬＫを生成するようになっている。位相調整部５５は、制御部５３からの制御に基づいて、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を可変するようになっている。なお、ＣＤＲ回路５４は、キャリア信号Ｓ１との同期をとるための回路の一例であり、これに限るものではない。例えばＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路であってもよい。また、位相調整部５５は、例えば可変遅延（variable delay）回路であってもよいが、位相を可変するものであれば、これには限らない。

［１．２ 動作］
図８を参照して、本実施の形態に係る通信システムにおいて、カード２からリーダライタ１へデータ送信する場合の処理動作の一例を説明する。

まず、ＡＳＫ変調により、リーダライタ１からキャリア信号Ｓ１のデータ送信が行われる（ステップＳ１１）。リーダライタ１は、キャリア信号Ｓ１がカード２において正しく受信されたか否かを判断する（ステップＳ１２）。リーダライタ１は、キャリア信号Ｓ１が正しく受信されなかったと判断した場合（ステップＳ１２；Ｎ）、ステップＳ１１の処理に戻る。

キャリア信号Ｓ１がカード２側において正しく受信された場合（ステップＳ１２；Ｙ）、次に、カード２側からアクティブ負荷変調による返信が行われる（ステップＳ１３）。このときのキャリア信号Ｓ１に対するアクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相のずれをＡ°とする。このときの位相Ａ°は、事前に調整された、もしくはモニタした値を基にした値であってもよい。

次に、制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたか否かを判断する（ステップＳ１４）。制御部５３は例えば、リーダライタ１からの再送要求を受信した場合、またはリーダライタ１からのアクティブ負荷変調信号Ｓ２に対する応答が一定時間無かった場合に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断する。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたと判断した場合（ステップＳ１４；Ｎ）、処理を終了する。

制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断した場合（ステップＳ１４；Ｙ）、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を上記位相Ａ°からさらに所定の値（＋Ｂ°）だけ変化させた後に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行うよう、負荷変調部５０を制御する。これにより、カード２側から返信として、位相が上記位相Ａ°からさらに所定の値（＋Ｂ°）だけずれたアクティブ負荷変調信号Ｓ２が再送される（ステップＳ１５）。

次に、制御部５３は、ステップＳ１４と同様にして、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたか否かを判断する（ステップＳ１６）。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたと判断した場合（ステップＳ１６；Ｎ）、処理を終了する。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断した場合（ステップＳ１６；Ｙ）、ステップＳ１５の処理に戻る。

ここで、具体的な位相変化の数値について述べる。
図９に、キャリア信号Ｓ１に対するアクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相と変調レベルとの関係の一例を示す。図９には具体的な数値として、キャリア信号Ｓ１およびアクティブ負荷変調信号Ｓ２の振幅（Ｖ）と、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相（°）と、キャリア信号Ｓ１とアクティブ負荷変調信号Ｓ２との合成信号Ｓ３の振幅（Ｖ）と、合成信号Ｓ３の変調レベル（Ｖ）とを示す。

図９では、アクティブ負荷変調の必要な遠方（リーダライタ１とカード２との距離が大きい場合）を想定しているため、合成信号Ｓ３の振幅がアクティブ負荷変調信号Ｓ２の振幅よりもかなり大きいことが想定される。このような場合は、図９に示したように、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相が９０°および２７０°のときに変調レベルが小さくなる。また位相が９０°おきに変調レベルが最大になったり最小になったりしているのが分かる。これは上記式（３）からも明らかである。

図１０は、カード２からリーダライタ１へデータ送信する場合に、上記図９の数値例に基づいてアクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を変更する場合の処理動作の一例を示している。

図１０において、ステップＳ１１〜ステップＳ１４までの処理は、上記図８と同様である。図１０の処理動作では、図８におけるステップＳ１５に代えてステップＳ１５Ａの処理を行う。ステップＳ１５Ａでは、制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を上記位相Ａ°からさらに所定の値として＋９０°だけ変化させた後に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行うよう、負荷変調部５０を制御する。これにより、カード２側から返信として、位相が上記位相Ａ°からさらに＋９０°だけずれたアクティブ負荷変調信号Ｓ２が再送される。

次に、制御部５３は、ステップＳ１４と同様にして、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたか否かを判断する（ステップＳ１６）。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたと判断した場合（ステップＳ１６；Ｎ）、処理を終了する。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断した場合（ステップＳ１６；Ｙ）、リーダライタ１側においてタイムアウトが発生し、通信が失敗したとみなし（ステップＳ１７）、処理を終了する。

リーダライタ１側のタイムアウトの時間の関係で、カード２側における位相の変更を時間的に１回しか変更できないことが想定される場合、図９に示した値の関係から、位相を＋９０°だけ変化させるのがよい。そうすれば振幅ＮＵＬＬのようなワーストケースを回避することができる。

［１．３ 効果］
以上のように、本実施の形態によれば、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断される場合に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を変化させて再送するようにしたので、通信特性を向上させることができる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態についても同様である。

＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

本実施の形態における通信システムの基本構成は、図７と略同様であってもよい。本実施の形態では、制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたと判断されるまで、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を所定のステップで複数回、変化させるよう、負荷変調部５０を制御する。

図１１を参照して、本実施の形態に係る通信システムにおいて、カード２からリーダライタ１へデータ送信する場合の処理動作の一例を説明する。

図１１において、ステップＳ１１〜ステップＳ１４までの処理は、上記図８と同様である。図１１の処理動作では、図８におけるステップＳ１５に代えてステップＳ１５Ｂの処理を行う。ステップＳ１５Ｂでは、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を上記位相Ａ°からさらに所定の値として所定のステップ（＋９０°／Ｃ）だけ変化させた後に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行う（Ｃは所定の分割数）。これにより、カード２側から返信として、位相が上記位相Ａ°からさらに所定のステップ（＋９０°／Ｃ）だけずれたアクティブ負荷変調信号Ｓ２が再送される。その後、図８におけるステップＳ１６と同様の処理を行う。

カード２側においてアクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を複数回変化させることができる余裕がある場合は、図１０のステップＳ１５Ａの処理のように位相を１回で＋９０°変更するのではなく、位相をある所定のステップで変更していき、最大で９０°変化させることが効率がよい。例えば位相を３回変更できる場合（Ｃ＝３の場合）は、位相を３０°ずつ変化させていくのがよい。

＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態について説明する。以下では、上記第１の実施の形態または上記第２の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

本実施の形態における通信システムの基本構成は、図７と略同様であってもよい。本実施の形態では、制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を所定の位相方向に所定の値だけ変化させた後、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断される場合に、さらに、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の位相を、所定の位相方向とは逆方向に所定の値だけ変化させるよう、負荷変調部５０を制御する。

図１３を参照して、本実施の形態に係る通信システムにおいて、カード２からリーダライタ１へデータ送信する場合の処理動作の一例を説明する。

図１３において、ステップＳ１１〜ステップＳ１４までの処理は、上記図８と同様である。図１３の処理動作では、図８におけるステップＳ１５に代えてステップＳ１５Ｃの処理を行う。ステップＳ１５Ｃでは、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を上記位相Ａ°からさらに所定の位相方向（＋方向）に所定の値（Ｄ°）だけ変化させた後、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行う。これにより、カード２側から返信として、位相が上記位相Ａ°からさらに＋Ｄ°だけずれたアクティブ負荷変調信号Ｓ２が再送される。その後、図８におけるステップＳ１６と同様の処理を行う。

制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたと判断した場合（ステップＳ１６；Ｎ）、処理を終了する。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断した場合（ステップＳ１６；Ｙ）、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を上記位相Ａ°からさらに所定の位相方向とは逆方向（−方向）に所定の値（Ｄ°）だけ変化させた後、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行う。これにより、カード２側から返信として、位相が上記位相Ａ°からさらに−Ｄ°だけずれたアクティブ負荷変調信号Ｓ２が再送される（ステップＳ１５Ｄ）。その後、処理を終了する。

図１２は、カード２側の共振周波数と位相との関係の一例を示している。図１２から、カード２側の共振周波数が１３．５６ＭＨｚを中心に逆に変化していることが分かる。共振周波数は、通信システムを構成する部品のばらつきによって変化する。通信システムを構成する部品のばらつきは一般的に±両方向にばらつく。このため、位相の変化が例えば８０°になるのか１００°になるのかは共振周波数のばらつき次第である。共振周波数がどちらに変化したかをＮＦＣ通信中に検知するのは難しい。そこで、上記した図１３の動作のように＋方向と−方向とに位相を変化させることにより通信性能が向上する可能性がある。

＜４．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態について説明する。以下では、上記第１ないし第３の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

図１４は、本開示の第４の実施の形態に係る通信システムの一構成例を示している。
本実施の形態における通信システムは、カード２が、図７における負荷変調部５０に代えて負荷変調部５０Ａを有している。

本実施の形態では、カード２における負荷変調部５０Ａが、キャリア信号Ｓ１に応答して、パッシブ負荷変調によるパッシブ負荷変調信号Ｓ４を返信するパッシブ負荷変調部６０をさらに含んでいる。パッシブ負荷変調部６０は、抵抗６１と、スイッチ６２とを有している。

制御部５３は、パッシブ負荷変調信号Ｓ４がリーダライタ１に届いたか否かを判断し、届かなかったと判断した場合に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２による返信を行うよう、負荷変調部５０Ａを制御する。

その他の構成は、図７と略同様であってもよい。

図１５を参照して、本実施の形態に係る通信システムにおいて、カード２からリーダライタ１へデータ送信する場合の処理動作の一例を説明する。

まず、ＡＳＫ変調により、リーダライタ１からキャリア信号Ｓ１のデータ送信が行われる（ステップＳ２１）。リーダライタ１は、キャリア信号Ｓ１がカード２において正しく受信されたか否かを判断する（ステップＳ２２）。リーダライタ１は、キャリア信号Ｓ１が正しく受信されなかったと判断した場合（ステップＳ２２；Ｎ）、ステップＳ２１の処理に戻る。

キャリア信号Ｓ１がカード２側において正しく受信された場合（ステップＳ２２；Ｙ）、次に、カード２側からパッシブ負荷変調による返信が行われる（ステップＳ２３）。このときのキャリア信号Ｓ１に対するパッシブ負荷変調の位相のずれをＡ°とする。このときの位相Ａ°は、事前に調整された、もしくはモニタした値を基にした値であってもよい。

次に、制御部５３は、パッシブ負荷変調信号Ｓ４がリーダライタ１に届いたか否かを判断する（ステップＳ２４）。制御部５３は例えば、リーダライタ１からの再送要求を受信した場合、またはリーダライタ１からのパッシブ負荷変調信号Ｓ４に対する応答が一定時間無かった場合に、パッシブ負荷変調信号Ｓ４がリーダライタ１に届かなかったと判断する。制御部５３は、パッシブ負荷変調信号Ｓ４がリーダライタ１に届いたと判断した場合（ステップＳ２４；Ｎ）、処理を終了する。

制御部５３は、パッシブ負荷変調信号Ｓ４がリーダライタ１に届かなかったと判断した場合（ステップＳ２４；Ｙ）、次に、カード２側からアクティブ負荷変調による返信が行われるよう、負荷変調部５０Ａを制御する（ステップＳ２５）。

次に、制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたか否かを判断する（ステップＳ２６）。制御部５３は例えば、リーダライタ１からの再送要求を受信した場合、またはリーダライタ１からのアクティブ負荷変調信号Ｓ２に対する応答が一定時間無かった場合に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断する。制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届いたと判断した場合（ステップＳ２６；Ｎ）、処理を終了する。

制御部５３は、アクティブ負荷変調信号Ｓ２がリーダライタ１に届かなかったと判断した場合（ステップＳ２６；Ｙ）、アクティブ負荷変調信号Ｓ２のキャリア信号Ｓ１に対する位相を上記位相Ａ°からさらに所定の値（＋９０°）だけ変化させた後に、アクティブ負荷変調信号Ｓ２の再送を行うよう、負荷変調部５０Ａを制御する。これにより、カード２側から返信として、位相が上記位相Ａ°からさらに所定の値（＋９０°）だけずれたアクティブ負荷変調信号Ｓ２が再送される（ステップＳ２７）。その後、処理を終了する。

なお、以上の説明では、最初にパッシブ負荷変調による送信を行い、それに失敗した場合に、アクティブ負荷変調による送信を行うものとしたが、逆の切り替えを行ってもよい。すなわち、最初にアクティブ負荷変調による送信を行い、それに失敗した場合に、パッシブ負荷変調による送信を行うようにしてもよい。

＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
リーダライタから送信されたキャリア信号に応答して、前記リーダライタにアクティブ負荷変調によるアクティブ負荷変調信号を返信する負荷変調部と、
前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届いたか否かを判断し、届かなかったと判断した場合に、前記アクティブ負荷変調信号の前記キャリア信号に対する位相を変化させた後に、前記アクティブ負荷変調信号の再送を行うよう、前記負荷変調部を制御する制御部と
を備える受信装置。
（２）
前記制御部は、前記アクティブ負荷変調信号の位相を所定の値だけ変化させる
上記（１）に記載の受信装置。
（３）
前記所定の値は９０°である
上記（１）または（２）に記載の受信装置。
（４）
前記制御部は、前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届いたと判断されるまで、前記アクティブ負荷変調信号の位相を所定のステップで複数回、変化させる
上記（１）に記載の受信装置。
（５）
前記制御部は、前記アクティブ負荷変調信号の位相を所定の位相方向に所定の値だけ変化させた後、前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届かなかったと判断される場合に、さらに、前記アクティブ負荷変調信号の位相を、前記所定の位相方向とは逆方向に所定の値だけ変化させる
上記（１）に記載の受信装置。
（６）
前記制御部は、
前記リーダライタからの再送要求を受信した場合、または前記リーダライタからの前記アクティブ負荷変調信号に対する応答が一定時間無かった場合に、前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届かなかったと判断する
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の受信装置。
（７）
前記負荷変調部は、
前記キャリア信号に応答して、パッシブ負荷変調によるパッシブ負荷変調信号を返信するパッシブ負荷変調部を含む
上記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の受信装置。
（８）
前記制御部は、
前記パッシブ負荷変調信号が前記リーダライタに届いたか否かを判断し、届かなかったと判断した場合に、前記アクティブ負荷変調信号による返信を行うよう、前記負荷変調部を制御する
上記（７）に記載の受信装置。
（９）
キャリア信号を送信するリーダライタと、
前記キャリア信号に応答して変調信号を前記リーダライタに返信する受信装置と
を含み、
前記受信装置は、
前記リーダライタから送信された前記キャリア信号に応答して、前記リーダライタにアクティブ負荷変調によるアクティブ負荷変調信号を返信する負荷変調部と、
前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届かなかったと判断される場合に、前記アクティブ負荷変調信号の前記キャリア信号に対する位相を変化させた後に、前記アクティブ負荷変調信号の再送を行うよう、前記負荷変調部を制御する制御部と
を備える通信システム。

本出願は、日本国特許庁において２０１５年２月１０日に出願された日本特許出願番号第２０１５−０２４０５３号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (9)

1. リーダライタから送信されたキャリア信号に応答して、前記リーダライタにアクティブ負荷変調によるアクティブ負荷変調信号を返信する負荷変調部と、
   前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届いたか否かを判断し、届かなかったと判断した場合に、前記アクティブ負荷変調信号の前記キャリア信号に対する位相を変化させた後に、前記アクティブ負荷変調信号の再送を行うよう、前記負荷変調部を制御する制御部と
   を備える受信装置。
2. 前記制御部は、前記アクティブ負荷変調信号の位相を所定の値だけ変化させる
   請求項１に記載の受信装置。
3. 前記所定の値は９０°である
   請求項２に記載の受信装置。
4. 前記制御部は、前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届いたと判断されるまで、前記アクティブ負荷変調信号の位相を所定のステップで複数回、変化させる
   請求項１に記載の受信装置。
5. 前記制御部は、前記アクティブ負荷変調信号の位相を所定の位相方向に所定の値だけ変化させた後、前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届かなかったと判断される場合に、さらに、前記アクティブ負荷変調信号の位相を、前記所定の位相方向とは逆方向に所定の値だけ変化させる
   請求項１に記載の受信装置。
6. 前記制御部は、
   前記リーダライタからの再送要求を受信した場合、または前記リーダライタからの前記アクティブ負荷変調信号に対する応答が一定時間無かった場合に、前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届かなかったと判断する
   請求項１に記載の受信装置。
7. 前記負荷変調部は、
   前記キャリア信号に応答して、パッシブ負荷変調によるパッシブ負荷変調信号を返信するパッシブ負荷変調部を含む
   請求項１に記載の受信装置。
8. 前記制御部は、
   前記パッシブ負荷変調信号が前記リーダライタに届いたか否かを判断し、届かなかったと判断した場合に、前記アクティブ負荷変調信号による返信を行うよう、前記負荷変調部を制御する
   請求項７に記載の受信装置。
9. キャリア信号を送信するリーダライタと、
   前記キャリア信号に応答して変調信号を前記リーダライタに返信する受信装置と
   を含み、
   前記受信装置は、
   前記リーダライタから送信された前記キャリア信号に応答して、前記リーダライタにアクティブ負荷変調によるアクティブ負荷変調信号を返信する負荷変調部と、
   前記アクティブ負荷変調信号が前記リーダライタに届かなかったと判断される場合に、前記アクティブ負荷変調信号の前記キャリア信号に対する位相を変化させた後に、前記アクティブ負荷変調信号の再送を行うよう、前記負荷変調部を制御する制御部と
   を備える通信システム。

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