JP6963290B2 - 通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラム - Google Patents

通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。
スマートフォン等の携帯通信端末と店舗等に設置された小型端末（リーダライタ）との間で近接通信を行う技術が知られている。近接通信を行う技術の一例として、送信側が情報を乗せた音を送信し、受信側が受け取った音から信号を取り出すことで情報を受信する、言い換えると、音を伝送媒体として情報を送受信する方法がある。
特許文献１には、ホームページのＵＲＬ（Uniform Resource Locator）等の文字情報を、音圧振動の情報（信号音）に変換し、スピーカを介して発信する発信装置が開示されている。発信装置が設置された施設を訪れた客は、自分の携帯電話の所定のアプリケーションを実行することにより、マイクを介して受信した信号音に基づいて、発信装置から発信された情報をディスプレイに表示する。
特開２００７−１３２７４号公報
特許文献１のように、音声を伝送媒体として使用した通信では、携帯通信端末等の動きによる周波数フェージング、スピーカやマイクの周波数特性の影響を受ける。また、音波の伝搬速度は電波の伝播速度の約９０万分の１であるため、音声を伝送媒体として使用した通信は、反射波、遅延波の影響を受けやすい。さらに、通常の生活空間においては、受信側のマイクに信号音以外の音も入るため、信号音以外の音がノイズとなってしまい、音声から正確な情報を復元することが困難である。
このような理由から、通信速度を速くした場合、安定した通信を確保することが難しく、音声を伝送媒体とした通信においては通信速度の高速化には限界があった。このため、送受信するデータ量が少なくて済む用途、例えば、特許文献１のようにホームページのＵＲＬの告知、友人間の携帯電話の電話帳データの交換等に用いられることが多かった。
本発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、音声を伝送媒体とした高速近接通信において、安定した通信を可能とする通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る通信システムは、
第１の通信端末と第２の通信端末とを含む通信システムであって、
前記第１の通信端末は、
第１の変調方式と第２の変調方式とを用いて送信データを変調することにより、前記送信データを信号に変換する変換部と、
前記変換部にて変換された信号を音声として発する発音部と、
を備え、
前記第２の通信端末は、
音声を集音する集音部と、
前記集音部が集音した音声から取り出した信号のうち第１の変調方式で変調された部分を第１の変調方式で復調し、第２の変調方式で変調された部分を第２の変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する変換部と、
を備える。
第１の変調方式は、周波数変調方式であり、第２の変調方式は、位相変調方式であってもよい。
前記第２の通信端末の前記変換部は、
前記集音部が集音した音声から取り出した信号において、ペアになっているサブキャリアのどちらが用いられているかを判定することにより、第１の変調方式で変調されたデータを復調し、
前記信号におけるサブキャリアの位相を判別することにより、第２の変調方式で変調されたデータを復調してもよい。
前記第２の通信端末の前記変換部は、
前記集音部が集音した音声から取り出した信号のうち第１の変調方式で変調された部分を第１の変調方式で復調したデータと、第２の変調方式で変調された部分を第２の変調方式で復調したデータとが、それぞれ所定の品質を満たすかどうか判定し、
所定の品質を満たすと判定されたデータに基づいて、前記信号を受信データに変換してもよい。
前記第１の通信端末の前記変換部は、
送信データを所定の大きさのデータに分割し、分割したデータを所定のルールに基づいて並び替え、並び替えたデータを第１の変調方式又は第２の変調方式のいずれか一方を用いて変調し、前記分割したデータを並び替えずに、第１の変調方式又は第２の変調方式のいずれか他方を用いて変調することにより、当該送信データを音声信号に変換し、
前記第２の通信端末の前記変換部は、
前記集音部が集音した音声から取り出した音声信号を所定の期間毎に分割し、分割した前記音声信号を前記所定のルールに基づいて並び替えてもよい。
前記第１の通信端末の前記変換部は、
送信データを第１の音声信号及び第２の音声信号にそれぞれ乗せて、第１の音声周波数帯域の信号及び第２の音声周波数帯域の信号に変換し、
前記第２の通信端末の前記変換部は、
前記集音部が集音した音声から取り出した前記第１の音声周波数帯域の信号及び前記第２の音声周波数帯域の信号を受信データに変換してもよい。
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る通信装置は、
第１の変調方式と第２の変調方式とを用いて送信データを変調することにより、前記送信データを音声信号に変換する変換部と、
前記変換部にて変換された信号を音声として発する発音部と、
を備える。
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る通信装置は、
音声を集音する集音部と、
前記集音部が集音した音声から取り出した信号のうち第１の変調方式で変調された部分を第１の変調方式で復調し、第２の変調方式で変調された部分を第２の変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する変換部と、
を備える。
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る通信方法は、
第１の通信端末と第２の通信端末とが通信する通信方法であって、
前記第１の通信端末が、
第１の変調方式と第２の変調方式とを用いて送信データを変調することにより、前記送信データを音声信号に変換し、
変換された信号を音声として発し、
前記第２の通信端末が、
音声を集音し、
集音した音声から取り出した信号のうち第１の変調方式で変調された部分を第１の変調方式で復調し、第２の変調方式で変調された部分を第２の変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する。
上記目的を達成するため、本発明の第５の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
第１の変調方式と第２の変調方式とを用いて送信データを変調することにより、前記送信データを音声信号に変換する処理と、
変換された信号を音声として発する処理と、
集音した音声から取り出した信号のうち第１の変調方式で変調された部分を第１の変調方式で復調し、第２の変調方式で変調された部分を第２の変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する処理と、
を実行させる。
本発明によれば、第１の通信端末では、第１の変調方式と第２の変調方式とを用いて送信データを変調し、第２の通信端末では、集音した音声から取り出した信号のうち第１の変調方式で変調された部分を第１の変調方式で復調し、第２の変調方式で変調された部分を第２の変調方式で復調している。このため、音声を伝送媒体とした高速近接通信において、安定した通信を可能にする通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムを提供できる。
本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示す図である。 （ａ）は、携帯通信端末のハードウェア構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、送信順序定義情報のデータの一例を示す図である。 （ａ）は、送信部が有する回路の一例を示し、（ｂ）は、受信部が有する回路の一例を示す図である。 送信データのパケットのフォーマットの一例を示す図であって、（ａ）は、ヘッダ部を示し、（ｂ）は、データ部を示す図である。 決済端末のハードウェア構成を示すブロック図である。 決済サーバのハードウェア構成を示すブロック図である。 （ａ）は、周波数変調方式を用いてデータを送信する例、（ｂ）は、位相変調方式を用いてデータを送信する例、（ｃ）は、周波数変調方式と位相変調方式とを用いてデータを送信する例を示す図である。 音声信号の送信方法を説明するための図である。 携帯通信端末の表示画面の一例を示す図である。 （ａ）は、携帯通信端末の決済処理の流れ、（ｂ）は、決済端末の決済処理の流れ、（ｃ）は、決済サーバの決済処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る通信システムにおける音声信号の送信方法を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムの実施の形態について説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。
（実施の形態１）
図１〜図１０を参照して、本発明の実施の形態１に係る通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムについて説明する。ここでは、商品を購入するユーザ（顧客）が、電子マネーによる決済を行うことができる電子マネー決済システムを例に通信システム１を説明する。なお、本実施の形態に係る通信システムは、商品の購入の際におけるプリペイド型の電子マネーを用いた決済処理に限られず、あらゆるデータの送受信に用いることができる。例えば、本実施の形態に係る通信システムをユーザに対するクーポン、チラシの配布等に用いることもできる。
図１は、本発明の実施の形態に係る通信システム１の構成を示す。通信システム１は、ユーザが所持するスマートフォン等の携帯通信端末１００（第１の通信端末）と、店舗３に設置された決済端末２００（第２の通信端末）と、決済端末２００とネットワーク２を介して通信可能に接続された決済サーバ３００と、を備える。携帯通信端末１００と、決済端末２００とは、音声を伝送媒体として、すなわち、送信する情報で所定のキャリアを変調した信号（音声信号）を送受信する。このようにして、携帯通信端末１００と決済端末２００とは相互に通信する。音声を伝送媒体とした通信の詳細は後述する。
まず、商品の購入の際の決済の流れの概要を説明する。ここでは、プリペイド型の電子マネーを想定しており、ユーザは、例えば、電子マネー事業者が運営するオンライン上のシステムを経由して、クレジットカード等を使用して所望の金額をチャージ（入金）しておく。ユーザはチャージされている残高を上限として、電子マネーの加入店において商品等の購入の決済に、電子マネーを使用することができる。電子マネーによる決済の際には、携帯通信端末１００がユーザを識別する情報を決済端末２００に送信する。
商品購入の際に、ユーザが所持する携帯通信端末１００は、ユーザの操作に応答して、音声を使用した通信により、ユーザＩＤ（Identification）を決済端末２００に送信する。決済端末２００は、携帯通信端末１００からユーザＩＤを受信すると、ネットワーク２を介してユーザＩＤと決済金額を決済サーバ３００に送信する。決済サーバ３００は、ユーザＩＤに基づいて、ユーザが電子マネーの正当な利用者であるか否かを判別し（認証し）、ユーザの認証が成功すると、ユーザがチャージ済みの電子マネーの残高から決済金額を引き落とす処理（決済）を行う。その後、決済サーバ３００は、認証と決済の結果を、決済端末２００に通知する。
次に、各装置の構成を説明する。まず、図２を参照して、携帯通信端末１００の構成を説明する。以下、携帯通信端末１００としてはスマートフォンを想定する。図２（ａ）は、携帯通信端末１００のハードウェア構成を示すブロック図である。携帯通信端末１００は、スマートフォンが従来備える携帯電話としての機能、インターネットアクセスに関する機能等を備えるものとし、これらの機能については説明を省略する。
携帯通信端末１００は、操作部１１０と、表示部１２０と、集音部１３０と、発音部１４０と、記憶部１５０と、送受信部１６０、制御部１７０と、を備える。各部はバス１９０で相互に接続されている。
操作部１１０は、ユーザの操作を受け付け、受け付けた操作に対応する操作信号を制御部１７０に供給する。操作部１１０は、例えば、音量ボタン、タッチパネルを含む。
表示部１２０は、制御部１７０から供給される各種画像データや各種画面データ等に基づいて各種画像や各種画面等を表示する。表示部１２０は、例えば、表示パネルと表示パネル駆動回路によって構成される。表示パネル駆動回路は、制御部１７０から供給される画像データにしたがって表示パネルを駆動し、表示パネルに画像を表示させる。表示パネルは、例えば、液晶パネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルによって実現される。
なお、操作部１１０と表示部１２０とは、タッチパネルによって構成されてもよい。タッチパネルは、所定の操作を受け付ける操作画面を表示すると共に、操作画面においてユーザが接触操作を行った位置に対応する操作信号を制御部１７０に供給する。
集音部１３０は、マイク１３１を含み、空気の振動（音）を電気信号に変え、これをＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換して、デジタル化された音声のデータを受信部１６２に供給する。
発音部１４０は、送信部１６１から供給された送信対象のデジタルデータでキャリア信号を変調し、得られたデジタル信号をＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換して、スピーカ１４１に供給する。これにより、送信対象のデジタルデータは、空気振動（音）に変換され、出力される。
記憶部１５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、フラッシュメモリ等を備え、各種の情報、固定データ、アプリケーション、画面データ、端末ＩＤ、及び、制御部１７０が実行するためのプログラム等を記憶する。固定データは、例えば、携帯通信端末１００を所持するユーザのユーザＩＤ１５１を含む。また、記憶部１５０は、制御部１７０が処理を実行するためのワークメモリとして機能する。
また、記憶部１５０は、制御部１７０が実行する決済に係る処理を実行するための決済処理プログラム１５２を記憶する。さらに、記憶部１５０は、図２（ｂ）に示すように、データの送信順序を定義した送信順序定義情報１５３を記憶する。データの送信順序については後述する。
送受信部１６０は、送信部１６１と受信部１６２を含み、制御部１７０の制御にしたがって、携帯通信端末１００が、送受信する信号の信号処理を実行する。詳しくは後述するが、送受信部１６０は、制御部１７０と協働して、送信データを送信用の信号に変換し、受信した信号を受信データに変換する変換部として機能する。携帯通信端末１００は、送信する情報で所定のキャリアを変調した信号（音声信号）を送受信するが、送受信の際の信号の変調・復調等の処理については、有線、無線通信と同様の処理を行う。
本実施の形態においては、例えば、キャリアとして非可聴帯域の音声信号を使用する。したがって、携帯通信端末１００と決済端末２００とが出力する信号は、人間にはほぼ聞こえない。これは、可聴帯域の音声信号が送受信されると、ユーザにとって当該音声信号が雑音と感じられ、不快感を生じさせる可能性があるためである。
送信部１６１は、制御部１７０から供給されたデータでキャリアを変調し、変調した信号を発音部１４０に出力する。したがって、送信する情報で所定のキャリアを変調した信号（音声信号）がスピーカ１４１から出力される。
受信部１６２は、集音部１３０のマイク１３１から供給された音声信号から、受信した信号を復調し、受信データを制御部１７０に出力する。
ここで、携帯通信端末１００の音声を伝送媒体とした通信において採用する通信方式を説明する。携帯通信端末１００は、直行周波数分割多重変調（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）を採用する。ＯＦＤＭは、マルチキャリア伝送の一方式であり、所定の周波数の範囲内において、複数の搬送波を、隣接する搬送波と干渉しないように密に並べ、限られた周波数の範囲を効率よく利用する。ＯＦＤＭを使用することで、占有周波数帯域を肥大化させることなく、マルチキャリア化することができる。ＯＦＤＭの変調のためＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆フーリエ変換）が、復調のためＦＦＴ（Fast Fourier Transform：フーリエ変換）が使用されることが一般的である。このＩＦＦＴとＦＦＴは１シンボルごとに行う。
ＯＦＤＭはマルチキャリア伝送の方式であるため、各搬送波（サブキャリア）の変調方式（一次変調方式）として任意のものを選択することができる。本実施の形態では、後述する理由により、第１の変調方式である周波数変調方式（Frequency Shift Keying：ＦＳＫ）と、第２の変調方式である二位相偏移変調方式（Binary Phase Shift Keying：ＢＰＳＫ）とを使用して、各サブキャリアを変調する。
ＦＳＫでは、２つの周波数帯域の異なるサブキャリアを対にして使用し、それぞれに別の値を割り当てる。このため、ＦＳＫでは、１シンボルあたり２つのサブキャリアを使用して２値（１ビット）の情報を表すことができる。
ＢＰＳＫは、１８０°に分離された２つの位相の波を用いる位相変調方式（Phase Shift Keying：ＰＳＫ）であって、それぞれの位相に別の値を割り当てる。ＢＰＳＫでは、１シンボルあたり２値（１ビット）の情報を表すことができる。
上記構成を実現するため、送信部１６１、受信部１６２は、以下のような回路を有する。まず、図３（ａ）に、送信部１６１が有する回路の構成の一例を示す。送信部１６１は、マッピング回路１６１１、サブキャリア変調回路１６１２、ＩＦＦＴ回路１６１３、周波数変換回路１６１４を含む。
制御部１７０は、送信するデータ系列を処理して所定のサイズ（１ビット）のデータに分割し、分割した各データをマッピング回路１６１１に供給する。マッピング回路１６１１は、分割した各データを各サブキャリアの各シンボル区間にマッピングする。上述のように、サブキャリアはＦＳＫとＢＰＳＫとで変調されるため、１つのサブキャリアの１シンボル区間には１ビットが割り当てられる。その後、サブキャリア変調回路１６１２で、サブキャリアはＦＳＫとＢＰＳＫとで変調され、ＩＦＦＴ回路１６１３で逆離散フーリエ変換されて時間信号に変換されることで、周波数変換回路１６１４で対象の音声周波帯にコンバートされ、発音部１４０に出力される。
図３（ｂ）に、受信部１６２が有する回路の構成の一例を示す。受信部１６２は、周波数変換回路１６２１、ＦＦＴ回路１６２２、復調回路１６２３、デマッピング回路１６２４を含む。マイク１３１により集音された音声は、周波数変換回路１６２１で所定の周波数帯にコンバートされ、ＦＦＴ回路１６２２で離散フーリエ変換された周波数領域のデータに戻される。その後、復調回路１６２３で、サブキャリア信号をＦＳＫとＢＰＳＫとに対応する復調方式で復調し、デマッピング回路１６２４で、各サブキャリアと各シンボル区間に割り振られた所定のビット単位のデータを復元し、制御部１７０に出力する。
再び、図２（ａ）を参照する。制御部１７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、携帯通信端末１００の各部の制御を行う。制御部１７０は、記憶部１５０に記憶されている決済処理プログラム１５２を実行することにより、音声信号の通信を使用した決済に係る処理を実行する。
制御部１７０は、決済に係る処理において、送信部１６１を制御して、記憶部１５０に格納されているユーザＩＤ１５１を含む送信データを生成し、送信部１６１、発音部１４０を制御して、送信データを音声信号に変換して、音声をスピーカ１４１から出力する。制御部１７０が送信部１６１に供給する送信データのパケットのフォーマットの一例を図４に示す。
送信データは、ヘッダ部とデータ部とからなる。図４（ａ）に示すように、ヘッダ部は３２ビットのビット列とＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）から構成される。ｍｏｄｅは、送信データが、制御用のデータであるか否かを示す。ｖｅｒｓｉｏｎは、バージョン情報を示す。ｓｅｒｖｉｃｅは、サービス用に予約された領域である。ｒｅｓｅｒｖｅｄは、特別の用途のために予約された領域である。ｌｅｎｇｔｈは、データペイロードのバイト長を示す。ＣＲＣは、ヘッダ部（ｍｏｄｅからｌｅｎｇｔｈ）のデータの誤り検出のために付加されている。ここでは、ＣＲＣ１６を使用する。受信側では、ＣＲＣ１６によりヘッダ部の誤り検出を行う。
図４（ｂ）に示すように、データ部は、０〜２５５バイトの可変長のバイト列とＣＲＣから構成される。Ｄａｔａは、ペイロードを示す。なお、Ｄａｔａはバイト単位（８ビット単位）のデータからなる。ユーザＩＤ１５１を送信する際には、ＤａｔａにユーザＩＤ１５１を示す情報が埋め込まれる。ＣＲＣは、Ｄａｔａ（ペイロード）部分の誤り検出のために付加されている。ここでは、ＣＲＣ３２を使用する。受信側では、ＣＲＣ３２によりＤａｔａ部分の誤り検出を行う。
再び図１に戻り、決済端末２００の構成を説明する。決済端末２００は、店舗３のレジの横に設置されており、携帯通信端末１００と音声信号による通信を行う。例えば、決済端末２００は、ユーザが電子マネーでの支払いを希望した場合に、携帯通信端末１００からユーザＩＤ１５１を示す音声信号を受信する。決済端末２００は、携帯通信端末１００から受信したユーザＩＤ１５１と、店員の操作により入力された決済金額と、を決済サーバ３００に送信することで、決済サーバ３００に認証と決済の処理の実行を依頼する。決済端末２００は、決済サーバ３００からの認証と決済の処理の結果を受信すると、受信した結果をユーザが認識可能な態様で通知する。
図５は、決済端末２００のハードウェア構成を示すブロック図である。決済端末２００は、操作部２１０と、表示部２２０と、集音部２３０と、発音部２４０と、記憶部２５０と、送受信部２６０と、制御部２７０と、通信部２８０と、を備える。各部はバス２９０で相互に接続されている。
操作部２１０は、例えば、店員の操作を受け付け、受け付けた操作に対応する操作信号を制御部２７０に供給する。操作部２１０は、例えば、音量ボタン、タッチパネルを含む。タッチパネルは、例えば、図１に示すように、決済端末２００の前面に設けられていてもよい。また、操作部２１０は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルにより決済端末２００本体に接続された外付けのテンキー（図示なし）を含んでいてもよい。
表示部２２０は、制御部２７０から供給される各種画像データや各種画面データ等に基づいて各種画像や各種画面等を表示する。表示部２２０は、例えば、表示パネルと表示パネル駆動回路等によって構成される。表示パネル駆動回路は、制御部２７０から供給される画像データにしたがって表示パネルを駆動し、表示パネルに画像を表示させる。表示パネルは、例えば、液晶パネル、有機ＥＬパネルによって実現される。表示パネルは、例えば、図１に示すように、決済端末２００の前面に設けられたタッチパネルによって実現されてもよい。
集音部２３０は、マイク２３１を含み、空気の振動（音）を電気信号に変え、これをＡ／Ｄ変換して、デジタル化された音声のデータを受信部２６２に供給する。マイク２３１は、例えば、図１に示すように、決済端末２００の前面に設けられていてもよい。
発音部２４０は、制御部２７０の制御にしたがって、送信部２６１から供給された送信対象のデジタルデータをＤ／Ａ変換し、得られたアナログ信号でスピーカ２４１に供給する。これにより、送信対象のデジタルデータが空気振動（音）に変換され、出力される。スピーカ２４１は、例えば、決済端末２００の正面に設けられる。
記憶部２５０は、制御部２７０が動作するためのメインメモリ及びワークメモリとして機能する。記憶部２５０は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置を含む。記憶部２５０は、各種の情報、固定データ、アプリケーション、画面データ、及び、制御部２７０によって実行される動作プログラム等を記憶する。また、記憶部２５０は、決済端末２００と携帯通信端末１００との間で送受信されるデータ、決済端末２００と決済サーバ３００との間で送受信されるデータを一時的に記憶する。
また、記憶部２５０は、制御部２７０が実行する決済に係る処理を実行するための決済処理プログラム２５１を記憶する。さらに、記憶部２５０は、携帯通信端末１００と同様に、データの送信順序を定義した送信順序定義情報２５２を記憶する。
送受信部２６０は、送信部２６１と受信部２６２とを含み、制御部２７０の制御にしたがって送受信する信号の信号処理を実行する。送受信部２６０は、制御部２７０と協働して、送信データを送信用の信号に変換し、受信した信号を受信データに変換する変換部として機能する。
送信部２６１は、制御部２７０から供給された送信データでキャリアを変調し、変調した信号を発音部２４０に出力する。したがって、送信する情報で所定のキャリアを変調した信号（音声信号）がスピーカ２４１から出力される。受信部２６２は、マイク２３１から供給された電気信号から、受信した信号を復調し、復調した信号を制御部２７０に出力する。
決済端末２００の音声を伝送媒体とした通信方式は、携帯通信端末１００と同様である。決済端末２００は、音声信号を使用した通信においては、ＯＦＤＭを採用する。送信部２６１、受信部２６２は、図３（ａ）、（ｂ）に示した携帯通信端末１００の送信部１６１、受信部１６２と同様の構成を備える。
制御部２７０は、例えば、ＣＰＵ等を備え、決済端末２００の各部の制御を行う。制御部２７０は、記憶部２５０に記憶されている決済処理プログラム２５１を実行することにより、音声信号の通信を使用した決済に係る処理を実行する。
通信部２８０は、インターネット等の通信ネットワークに接続することが可能なインターフェースである。通信部２８０は、ネットワーク２を介して、後述の決済サーバ３００の通信部３１０と通信する。
再び図１に戻り、決済サーバ３００の構成を説明する。決済サーバ３００は、店舗３とは異なる場所に設置された装置、例えば、汎用コンピュータである。決済サーバ３００は、決済端末２００からネットワーク２を介して、ユーザＩＤ１５１と決済金額を受信すると、認証を含む決済の処理を実行し、処理の結果を決済端末２００に送信する。
図６は、決済サーバ３００のハードウェア構成を示すブロック図である。決済サーバ３００は、通信部３１０と、記憶部３２０と、制御部３３０と、を備える。各部はバス３９０で相互に接続されている。決済サーバ３００は、コンピュータが従来備えている機能を備えているものとし、従来の機能については説明を省略する。
通信部３１０は、インターネット等の通信ネットワークに接続することが可能なインターフェースである。通信部３１０は、ネットワーク２を介して、前述の決済端末２００の通信部２８０と通信する。
記憶部３２０は、制御部３３０が動作するためのメインメモリ及びワークメモリとして機能する。記憶部３２０は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置を含む。記憶部３２０は、各種の情報、固定データ、アプリケーション、画面データ、及び、制御部３３０によって実行される動作プログラム等を記憶する。
また、記憶部３２０は、制御部３３０が実行する決済に係る処理を実行するための決済処理プログラム３２１を記憶する。さらに、記憶部３２０は、決済の処理のため、通信システム１を利用するユーザの情報（ユーザＩＤ１５１、ユーザがチャージ済みの残高の金額等）を格納するユーザテーブル３２２を有する。なお、ユーザテーブル３２２には、最新のアカウントの情報が格納されている必要があるため、電子マネー事業者が運営する電子マネー決済システムが管理するデータと連携されている。
制御部３３０は、例えば、ＣＰＵ等を備え、決済サーバ３００の各部の制御を行う。制御部３３０は、記憶部３２０に記憶されている決済処理プログラム３２１を実行することにより、決済に係る処理を実行する。
次に、図７を参照して、本実施の形態に特徴的な構成を説明する。通信エラー低減のため、携帯通信端末１００及び決済端末２００は、以下のような構成を備える。以下、携帯通信端末１００を例に説明するが、決済端末２００も同様の構成を有する。
携帯通信端末１００は、音声を媒体とした通信であることを利用して、互いに独立した異なる特性を有する複数の変調方式を用いることにより、送信データを多重化して送信する。互いに異なる特性の複数の変調方式を用いるため、各データが同時に送信エラーを引き起こすおそれを低減できる。互いに独立した変調方式としては、例えば、ＦＳＫ、ＰＳＫ、振幅偏移変調（Amplitude-shift keying：ＡＳＫ）等がある。
以下、ＦＳＫ（第１の変調方式）とＢＰＳＫ（第２の変調方式）とを用いてサブキャリアを変調した場合を例に説明する。なお、異なる変調方式の組み合わせは上記の組み合わせに限定されず、例えば、ＰＳＫとＡＳＫとを用いてもよく、ＡＳＫとＦＳＫとを用いてもよい。また、ＰＳＫとして四位相偏移変調方式（Quadrature Phase Shift Keying：ＱＰＳＫ）、差動四位相偏移変調方式（Differential Quadrature Phase Shift Keying：ＤＱＰＳＫ）、差動二位相偏移変調方式（Differential Binary Phase Shift Keying：ＤＢＰＳＫ）等を用いてもよい。
ＦＳＫは、サブキャリアの周波数を変調させることでデータを伝送する変調方式である。サブキャリアの変調に位相を使用していないため、携帯通信端末１００の動き等に起因する通信環境の変化に強い。しかし、周波数を用いてサブキャリアを変調しているため、周波数の使用効率が低い。図７（ａ）は、ＯＦＤＭと組み合わせたＦＳＫにおいて２つのチャネル（以下、ｃｈ）を使用してデータの１と０を表現した具体例を示す。ｃｈ１を使用した場合が１、ｃｈ２を使用した場合が０である。ＦＳＫでは、図７（ａ）に示すように、２つのｃｈを用いて１シンボル区間当たり１ビット分の情報を送信できる。
ＢＰＳＫは、サブキャリアの位相を変調させることでデータを伝送する変調方式である。サブキャリアの変調に周波数を使用していないため、周波数の使用効率に優れているが、ＦＳＫと異なり携帯通信端末１００の動き等に起因する通信環境の変化に弱い。図７（ｂ）は、ＢＰＳＫで２種類の位相を使用してデータの１と０を表現した具体例を示す。サブキャリアが山から始まる場合が１、サブキャリアが谷から始まる場合が０である。ＢＰＳＫでは、図７（ｂ）に示すように、１つのｃｈで１シンボル区間当たり１ビット分の情報を送信できる。
図７（ｃ）は、ＦＳＫを用いてサブキャリアに情報を載せながら、ＢＰＳＫを用いてサブキャリアに異なる情報を載せて送信する例を示す。第１シンボル区間では、ｃｈ１のサブキャリアが山から始まっているため、ＦＳＫのデータは１であり、ＢＰＳＫのデータは１である。第２シンボル区間では、ｃｈ２のサブキャリアが山から始まっているため、ＦＳＫのデータは０であり、ＢＰＳＫのデータは１である。このようにして、ＦＳＫとＢＰＳＫとを用いてサブキャリアに異なるデータを載せて送信できる。図７（ｃ）から理解できるように、ＦＳＫとＢＰＳＫとを用いた場合、ＦＳＫとして１シンボル区間当たり０．５ビット／ｃｈ、ＢＰＳＫとして１シンボル区間当たり０．５ビット／ｃｈのデータを送信できる。
以下、送信部１６１が送信データに応じてＦＳＫとＢＰＳＫとを用いてサブキャリアを変調する処理について具体的に説明する。以下、サブキャリアの数が１２６である場合を例に説明する。
以下、理解を容易にするために、送信データのビット列をＢ１、Ｂ２、…、Ｂｎ、Ｂ１’、Ｂ２’、…、Ｂｎ’（ｎは自然数）とし、サブキャリアをＣ１、Ｃ２、…、Ｃ１２６とする。サブキャリアＣ１、Ｃ２、サブキャリアＣ３、Ｃ４、…、サブキャリアＣ１２５、Ｃ１２６をそれぞれペアとし、順番にペアＰ１、Ｐ２、…Ｐ６３とする。ここでは、データのマッピングにおいてビット列の順番は変更されないと仮定する。
マッピング回路１６１１は、ＦＳＫを用いて、第１シンボル区間において、ペアＰ１にビット列Ｂ１、ペアＰ２にビット列Ｂ２、…、ペアＰ６３にビット列Ｂ６３を順番に割り当てる。次いで、マッピング回路１６１１は、ＦＳＫを用いて、第２シンボル区間において、ペアＰ１にビット列Ｂ６４、ペアＰ２にビット列Ｂ６５、…、ペアＰ６３にビット列Ｂ１２６を順番に割り当てる。
また、マッピング回路１６１１は、ＢＰＳＫを用いて、第１シンボル区間において、ペアＰ１にビット列Ｂ１’、ペアＰ２にビット列Ｂ２’、…、ペアＰ６３にビット列Ｂ６３’を順番に割り当てる。次いで、マッピング回路１６１１は、ＢＰＳＫを用いて、第２シンボル区間において、ペアＰ１にビット列Ｂ６４’、ペアＰ２にビット列Ｂ６５’、…、ペアＰ６３にビット列Ｂ１２６’を順番に割り当てる。Ｂ１’、Ｂ２’、…、Ｂ１２６’は、それぞれＢ１、Ｂ２、…、Ｂ１２６と同一のビット列であってもよく、異なるビット列であってもよい。
その後、前述のとおり、サブキャリア変調回路１６１２は、各サブキャリアに割り当てられたデータに応じて、ＦＳＫとＢＰＳＫとを用いて各サブキャリアを変調する。
送信部１６１は、それぞれのペアＰ１、Ｐ２、…、Ｐ６３ごとにサブキャリアの一つを選択することにより、ＦＳＫを用いてデータを送信する。そして、送信部１６１は、選択されたサブキャリアの位相を変調することにより、ＢＰＳＫを用いてデータを送信する。送信部１６１は、ＦＳＫとＢＰＳＫとを用いて同一のデータを送信してもよく、ＦＳＫとＢＰＳＫとで異なるデータを送信してもよい。
このように、本実施の形態に係る通信方式では、通信環境の変化に対して異なる影響を受ける複数の変調方式を用いているため、データの通信エラーに強い。通信環境の変化が大きい場合、例えば、携帯通信端末１００の動きが大きい場合、集音した音声信号を環境の変化に強いＦＳＫで変調された部分を用いてデータを復調し、１シンボル区間当たり０．５ビット／ｃｈのデータを安定的に受信できればよい。一方、通信環境の変化が小さい場合、集音した音声信号からＢＰＳＫで変調された部分も追加で読み出すことにより、さらに１シンボル区間当たり０．５ビット／ｃｈのデータを追加できるため、合計で１シンボル区間当たり１ビット／ｃｈの情報を受信できる。
ところで、異なる変調方式を用いて多重化を行うには、異なるサブキャリアに対してそれぞれ異なる変調方式を採用することも考えられる。しかし、この場合、多数のサブキャリアを使用する必要があるため、広い周波数帯域が必要となる。また、送信部１６１の送信能力にも限界があるため、サブキャリアの数が増えることにより、サブキャリア当たりのエネルギーが小さくなる。本実施の形態に係る通信方式では、ＦＳＫとＢＰＳＫとを用いてサブキャリアを変調しているため、周波数の使用効率の向上できると共に、サブキャリアの送受信に使用するエネルギーの効率化も実現できる。
ここでは、携帯通信端末１００を例に説明したが、決済端末２００も上記と同様の構成を有している。
上述のように、携帯通信端末１００は、２つの変調方式を使用して同じデータを二重に送信することができる。さらに、次のような手法を採用してデータを送信する。通信の安定性を確保するために、通信環境の変化が大きい場合にあわせて常に通信速度を低下させると、通信時間が延びてしまい、ユーザの利便性が損なわれる。
そこで、多重化したデータの送信順序を工夫して送信することにより、環境の変化に合わせて通信速度を増減させる。図８は、ＦＳＫとＢＰＳＫを用いてデータを送信するイメージの一例を示す。図８の送信イメージにおいて、携帯通信端末１００が送信する送信データは、第１データＤ１、第２データＤ２、第３データＤ３、第４データＤ４、第５データＤ５、第６データＤ６から構成される。
携帯通信端末１００は、使用する変調方式によりデータＤ１〜Ｄ６の送信順序を変える。具体的には、図２（ｂ）に示す送信順序定義情報１５３に定義されている情報（ルール）に基づいて、送信する一連のデータを２分割（Ｄ１〜Ｄ３、Ｄ４〜Ｄ６）し、ＢＰＳＫで変調するデータは、２分割した後半のグループ（Ｄ４〜Ｄ６）を先に送信し、その後、分割した前半のグループ（Ｄ１〜Ｄ３）を送信する。一方、ＦＳＫで変調するデータは、順序を変えることなくデータＤ１〜Ｄ６を送信する。例えば、図８に示すように、第１シンボル区間では、ＦＳＫに第１データＤ１を、ＢＰＳＫに第４データＤ４を載せている。第２シンボル区間では、ＦＳＫに第２データＤ２を、ＢＰＳＫに第５データＤ５を載せている。
この構成によれば、通信状態が正常な場合、受信側は、ＦＳＫとＢＰＳＫのいずれからもデータの復調が可能であるため、通信の前半で、ＦＳＫでグループ（Ｄ１〜Ｄ３）を、ＢＰＳＫでグループ（Ｄ４〜Ｄ６）を受信した時点で、全データを受信できる。このため、後半の受信、復調等の処理が不用となる。したがって、より早く受信処理を終了し、結果として複数の変調方式から情報を復元できる場合、通信速度を速めることができる。
また、通信の前半で、バースト性のノイズ等により、ＦＳＫとＢＰＳＫのいずれからもデータの一部又は全部の復調ができない場合でも、通信の後半で、ＦＳＫとして受信したグループ（Ｄ４〜Ｄ６）と、ＢＰＳＫとして受信したグループ（Ｄ１〜Ｄ３）と、から正しく受信データを復元できるため、安定した通信を実現できる。
さらに、通信の前半と後半を通して、携帯通信端末１００の動き等に起因する通信環境の変化により、ＢＰＳＫでデータの復調ができない場合でも、ＦＳＫでデータを復調できるため、安定した通信を実現できる。
このように、本実施の形態に係る通信方式では、携帯通信端末１００の動き等に対する特性が異なる複数の変調方式を用いてデータを送信するため、携帯通信端末１００の動き等の通信環境の変化に応じて通信速度を増大させると共に、常に安定した通信を実現できる。
なお、上記の処理は、制御部１７０の制御にしたがって、受信部１６２が実行してもよい。
ここでは、携帯通信端末１００を例に説明したが、決済端末２００も上記と同様の構成を有している。
次に、携帯通信端末１００が実行する復調処理について説明する。携帯通信端末１００（制御部１７０）は、ＦＳＫ、ＢＰＳＫを用いて変調された信号から同一の情報を二重に受信するが、信号の復調の際において、受信データの品質を考慮して復調処理を実行する。
具体的には、携帯通信端末１００の受信部１６２は、ＦＳＫ、ＢＰＳＫを用いて変調した音声信号を受信し、当該音声信号のうちＦＳＫで変調された部分と、ＢＰＳＫで変調された部分と、をそれぞれ復調する。そして、受信部１６２は、当該音声信号がＦＳＫで変調された部分をＦＳＫで復調したデータと、ＢＰＳＫで変調された部分をＢＰＳＫで復調したデータとが、それぞれ所定の品質を満たすかどうか判定する。復調したデータが所定の品質を満たしているかどうかは、例えば、ＣＲＣ等のエラー検出符号を用いて判定されたデータの欠陥の有無、受信信号のＳ／Ｎ比（Signal-Noise Ratio）又は強度などが所定の値以上かどうか等に基づいて判定する。
そして、所定の品質を満たすと判定されたデータを用いて、音声信号を受信データに変換する。その後、制御部１７０は、受信部１６２を制御して、サブキャリアの復調、デマッピング等の後続する処理を実行する。
ここでは、携帯通信端末１００を例に説明したが、決済端末２００も同様の構成を有している。
通信システム１では、上記の構成を有することで、送信エラー等により一方の変調方式を用いて変調した音声信号からデータの一部又は全てを正確に復調できなかった場合であっても、他方の変調方式を用いて変調した音声信号を使用して、受信したデータを復調することができる。
次に、図９、図１０を参照しながら、携帯通信端末１００、決済端末２００、決済サーバ３００が協働して行う決済に係る一連の処理を説明する。
ここでは、店舗３内にいるユーザが、携帯通信端末１００を手に持った状態で、決済端末２００の前に立っており、商品を購入するため電子マネーによる決済を希望している場合を想定する。なお、以下の例においては、説明の簡略化のため、ユーザの周辺は静かであり、携帯通信端末１００と決済端末２００とは相互に良好な状態で音声信号を送受信できるものとする。
ユーザは、決済のため、携帯通信端末１００の表示部１２０に表示されているアイコンを操作して、決済処理プログラム１５２の起動を指示する。制御部１７０は、ユーザのアイコンの操作に応答して、記憶部１５０の決済処理プログラム１５２を実行する。
決済端末２００は電源が投入されると、制御部２７０は、記憶部２５０の決済処理プログラム２５１を起動し、マイク２３１からの音声信号の入力を待ち受ける。ここでは、店員の操作により決済端末２００にはあらかじめ電源が投入され、決済処理プログラム２５１が起動されていることを想定する。
携帯通信端末１００の制御部１７０は、決済処理プログラム１５２を起動すると、表示部１２０に決済用の音声出力画面を表示する。図９に示すように、決済用の音声出力画面では、ユーザに携帯通信端末１００を決済端末２００に近づけた状態で「音声出力」ボタンをタッチすることを指示するメッセージと、「音声出力」ボタンが表示されている。
図１０（ａ）を参照する。操作部１１０が、「音声出力」ボタンのタップを検出すると、すなわち、ユーザから認証用の音声信号の出力が指示されたと判別すると（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、制御部１７０は、送信データを生成する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部１７０は、記憶部１５０のユーザＩＤ１５１のデータを読み出し、ヘッダ等を追加して送信データを生成する。このとき、制御部１７０は、上述のように、ＢＰＳＫ用の送信データの前半部分と後半部分とを入れ替え、送信データを送信部１６１に供給する。操作部１１０が、ユーザから音声信号の出力が指示されていないと判別すると（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、例えば、所定の期間待ってから、再びステップＳ１０１に戻る。
次に、制御部１７０は、送信部１６１を制御して、各種信号処理を施して、送信データに応じてＦＳＫとＢＰＳＫとを用いてサブキャリアを変調する（ステップＳ１０３）。制御部１７０は、発音部１４０を制御して、変調データをスピーカ１４１から音声として出力する（ステップＳ１０４）。
このとき、スピーカ１４１からは、ＦＳＫとＢＰＳＫとで変調された音声信号が出力される。その後、制御部１７０は、ステップＳ１０５で、決済端末２００からの音声信号を待ち受ける。
続いて、図１０（ｂ）を参照して、音声信号を受信した決済端末２００が行う処理を説明する。決済端末２００の制御部２７０は、決済処理プログラム２５１を起動すると、マイク２３１からの音声の入力を待ち受けている。制御部２７０は、マイク２３１が音声を集音したと判別すると、すなわち、マイク２３１から音声が入力されたと判別すると（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２へ進む。一方、制御部２７０は、マイク２３１から音声が入力されていないと判別すると（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、例えば、所定の期間待ってから、再びステップＳ２０１に戻る。
制御部２７０は、マイク２３１から入力された音声信号を復調する（ステップＳ２０２）。まず、音声信号の復調に際して、制御部２７０は、受信した音声信号がＦＳＫにより変調されていると見なし、前半部分と後半部分とを入れ替える。
その後、制御部２７０は、音声信号を受信部２６２に供給する。次いで、受信部２６２は、受信した音声信号について、それぞれＦＳＫとＢＰＳＫとで変調された部分を復調し、制御部２７０は、復調されたそれぞれのデータが所定の品質を満たすかどうか判定する。次いで、受信部２６２は、制御部２７０の制御にしたがって、上記の判定結果に基づいて、供給された音声信号に各種信号処理を施し、音声信号を情報信号に復元し、制御部２７０に出力する。
制御部２７０は、受信部２６２から供給された情報信号（すなわち、携帯通信端末１００から送信されたデータ）に含まれるユーザＩＤ１５１と決済金額とを、ネットワーク２を介して、決済サーバ３００に送信する（ステップＳ２０３）。なお、このとき、制御部２７０は、決済の要求を示すリクエスト信号と共に、ユーザＩＤ（アカウントＩＤ）１５１、決済金額の情報を決済サーバ３００に送信してもよい。その後、制御部２７０は、決済サーバ３００からのデータ受信を待ち受ける（ステップＳ２０４）。
続いて、図１０（ｃ）を参照して、決済端末２００からデータを受信した決済サーバ３００の処理を説明する。決済サーバ３００の制御部３３０は、決済端末２００からデータを受信すると（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、ユーザＩＤ１５１に基づいて認証処理を行う（ステップＳ３０２）。一方、決済サーバ３００の制御部３３０は、決済端末２００からデータを受信しない場合（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、例えば、所定の期間待ってから、再びステップＳ３０１に戻る。
次に、制御部３３０は、記憶部３２０に格納されたユーザテーブル３２２に受信したユーザＩＤ１５１が存在するか否かを判別し、ユーザＩＤ１５１が示すユーザが有効なユーザであると判別すると、すなわち、認証が成功すると（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、ステップＳ３０４に進む。一方、認証が失敗すると（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、制御部３３０はステップＳ３０６に進み、決済端末２００に認証の結果を通知する（ステップＳ３０６）。ここでは、認証が失敗した旨を示すデータ、例えば、「認証：失敗，決済：ＮＵＬＬ」といったデータ、が決済端末２００に送信される。
認証成功後、制御部３３０は決済処理を行う（ステップＳ３０４）。具体的には、制御部３３０は、電子マネー事業者が運営する電子マネー決済システムにユーザＩＤ１５１、決済金額の情報を通知し、決済の実行を依頼する旨のリクエストを送信する。決済が成功すると（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）、すなわち、電子マネー決済システムから決済の実行が正常に完了した旨の通知を受信すると、制御部３３０は、現在のチャージ金額から決済金額を引いた残額で、ユーザテーブル３２２のチャージ金額を更新する。その後、制御部３３０は、結果を決済端末２００に通知する（ステップＳ３０６）。ここでは、決済が成功した旨を示すデータ、例えば、「認証：成功，決済：成功」といったデータ、が決済端末２００に送信される。
一方、例えば、当該ユーザのアカウントの現在のチャージ金額が決済金額を下回る場合、決済を行うことができず、決済が失敗する（ステップＳ３０５；Ｎｏ）。この場合、電子マネー決済システムから決済サーバ３００に対して決済が失敗した旨の通知がなされる。これに応答して、制御部３３０は、決済が失敗した旨を示すデータ、例えば「認証：成功，決済：失敗」を決済端末２００に通知する（ステップＳ３０６）。
再び図１０（ｂ）を参照して、決済サーバ３００からデータを受信した決済端末２００の処理を説明する。決済端末２００の制御部２７０は、ステップＳ２０４で、決済サーバ３００からのデータ受信を待ち受けているが、決済サーバ３００からデータを受信すると（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、受信したデータから、携帯通信端末１００に対する送信データを生成する（ステップＳ２０５）。一方、制御部２７０は、決済サーバ３００からデータを受信していないと判別すると（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、例えば、所定の期間待ってから、再びステップＳ２０４に戻る。
具体的には、制御部２７０は、決済サーバ３００から受信したデータから、認証の結果と決済の結果を示すデータを読み出し、ヘッダ等を追加して送信データを生成する。制御部２７０は、送信部２６１を制御して、各種信号処理を施して、送信データを変調する（ステップＳ２０６）。制御部２７０は、発音部２４０を制御して、変調されたデータをスピーカ２４１から音声として出力する（ステップＳ２０７）。
再び図１０（ａ）を参照して、決済端末２００から音声信号を受信した携帯通信端末１００が行う処理を説明する。携帯通信端末１００の制御部１７０は、ステップＳ１０５で、マイク１３１からの音声の入力を待ち受けているが、マイク１３１から音声が入力されると、すなわち、マイク１３１が音声を集音したと判別すると（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６へ進む。一方、制御部１７０は、マイク１３１から音声が入力されていないと判別すると（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、例えば、所定の期間待ってから、再びステップＳ１０５に戻る。
制御部１７０は、受信部１６２を制御して、マイク１３１から入力された音声信号を復調する（ステップＳ１０６）。まず、音声信号の復調に際して、制御部１７０は、受信した音声信号がＦＳＫで変調された部分について、音声信号の前半部分と後半部分とを入れ替える。
その後、制御部１７０は、音声信号を受信部１６２に供給する。次いで、受信部１６２は、受信した音声信号について、それぞれＦＳＫとＢＰＳＫとで変調された部分を復調し、制御部１７０は、復調されたそれぞれのデータが所定の品質を満たすかどうか判定する。受信部１６２は、制御部１７０の制御にしたがって、上記の判定結果に基づいて、供給された音声信号に各種信号処理を施し、音声信号を情報信号に復元し、制御部１７０に出力する。
その後、制御部１７０は、受信部１６２から供給された情報信号に基づいて、処理の結果を表示部１２０に表示する（ステップＳ１０７）。例えば、決済端末２００から携帯通信端末１００に「認証：成功，決済：成功」といったデータが送信された場合には、制御部１７０は、表示部１２０に「決済が完了しました。」というメッセージを表示してもよい。あるいは、決済端末２００から携帯通信端末１００に「認証：失敗，決済：ＮＵＬＬ」又は「認証：成功，決済：失敗」といったデータが送信された場合には、「決済を行うことができませんでした。詳しくは、電子マネーのサポートセンターにお問い合わせください。」といったメッセージを表示してもよい。
以上が、携帯通信端末１００、決済端末２００、決済サーバ３００が協働して行う決済に係る処理の流れである。
以上説明したように、実施の形態１に係る通信システム１においては、複数の異なる変調方式を用いてサブキャリアを変調しているため、通信環境の変化により一方の変調方式で受信した音声信号を復調できない場合であっても、他方の変調方式で受信した音声信号を復調し、受信データを正常に取得できる。このため、通信速度を高速化した場合であっても、通信の信頼性を向上させ、通信エラーの発生を低減できる。
また、実施の形態１に係る通信システム１においては、スマートフォン等が従来備えている、スピーカ、マイクを利用して通信を行うため、ハードウェアを新たに追加する必要がなく、所定のアプリケーションのインストールだけで、他の機器との通信が可能となる。
（実施の形態２）
図１１を参照して、実施の形態２に係る通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムについて説明する。実施の形態１では、例えば、同一のデータを載せたＦＳＫとＢＰＳＫとを用いることにより、送信データを二重に多重化して送信していたが、実施の形態２では、さらに異なる周波数帯域に同一のデータを送信することにより、送信データを四重に多重化して送信する。以下、両者の異なる部分を中心に説明する。
まず、周波数帯域の多重化について説明する。携帯通信端末１００は、音声を媒体とした通信のため、１５．９ｋＨｚ〜１７．９ｋＨｚ（第１の音声周波数帯域）、１７．９ｋＨｚ〜１９．９ｋＨｚ（第２の音声周波数帯域）の２つの帯域を使用する。上記の帯域は、スマートフォン等に標準的に搭載されているスピーカの周波数特性を考慮したものである。
携帯通信端末１００（制御部１７０）は、送信時には、ローバンドである１５．９ｋＨｚ〜１７．９ｋＨｚ、ハイバンドである１７．９ｋＨｚ〜１９．９ｋＨｚの２つの帯域において、それぞれ同じデータを送信する。つまり、１５．９ｋＨｚ〜１７．９ｋＨｚの信号、１７．９ｋＨｚ〜１９．９ｋＨｚの信号、をそれぞれ送信するデータで変調する。
具体的には、図３に示す周波数変換回路１６１４は、ＩＦＦＴ回路１６１３の出力を、ローバンドとハイバンドとにコンバートし、ローバンド、ハイバンドで同一のデータを送信する。発音部１４０のスピーカ１４１からは、１５．９ｋＨｚ〜１７．９ｋＨｚの帯域の音声信号（第１の音声信号）、１７．９ｋＨｚ〜１９．９ｋＨｚの帯域の音声信号（第２の音声信号）が出力される。
上述のように、携帯通信端末１００は、２つの周波数帯域を使用して同じデータを二重に送信するが、さらに、次のような手法を採用してデータを送信する。図１１は、２つの周波数帯域を用いることによるデータの多重化と、２つの変調方式を用いることによるデータの多重化を同時に行って、データを送信する例を示す。図１１において、例えば、Ｄ１（Ｄ２）は、ＦＳＫで送信されるデータがＤ１で、ＢＰＳＫで送信されるデータがＤ２であることを示す。
携帯通信端末１００は、例えば、送信データを第１データＤ１、第２データＤ２、第３データＤ３、第４データＤ４に分割して送信する。携帯通信端末１００は、使用する周波数帯域、変調方式によりデータＤ１〜Ｄ４の送信順序を変える。具体的には、送信順序定義情報１５３に定義されている情報に基づいて、ローバンドのＦＳＫでは、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ２の順番でデータを送信し、ローバンドのＢＰＳＫでは、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ３、Ｄ１の順番でデータを送信する。また、ハイバンドのＦＳＫでは、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ３の順番でデータを送信し、ハイバンドのＢＰＳＫでは、Ｄ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４の順番でデータを送信する。言い換えると、周波数帯域、変調方式ごとに、同一のタイミングで異なるデータを送信する。
この構成によれば、受信側は、通信状態が正常ならば、第１シンボル区間で、ローバンドでＤ１、Ｄ２を、ハイバンドでＤ３、Ｄ４を受信することにより、全データを受信できるため、第２シンボル区間以降の受信・復調などが不用である。
また、例えば、携帯通信端末１００の動きによりＢＰＳＫにより変調されたデータを復調できない場合であっても、音声信号がＦＳＫにより変調された部分を、第１シンボル区間で、ローバンドでＤ１、ハイバンドでＤ４を、第２シンボル区間で、ローバンドでＤ３、ハイバンドでＤ２を受信することにより、全データを受信できるため、第３シンボル区間以降の受信・復調などが不用である。
さらに、通信全体を通して周波数的な妨害があり、ローバンドとハイバンドのどちらか一方の帯域における伝送が不能となった場合でも、正常に伝送できるどちらか一方のバンドのみで正しく受信データを復元できる。例えば、ローバンドが正常に伝送できるとして、第１シンボル区間で、ＦＳＫでＤ１、ＢＰＳＫでＤ２を、第２シンボル区間で、ＦＳＫでＤ３、ＢＰＳＫでＤ４を受信し、全データを受信できるため、第３シンボル区間以降の受信・復調などが不用となる。
そして、通信全体を通して周波数的な妨害があり、さらに携帯通信端末１００の動きによりＢＰＳＫにより変調されたデータを復調できない場合であっても、正常に伝送できるどちらか一方のバンドのみでＦＳＫから正しく受信データを復元することができる。例えば、ローバンドが正常に伝送できるとして、ＦＳＫを用いてデータをＤ１、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ２の順番で受信できる。
なお、上記の処理は、制御部１７０の制御にしたがって、受信部１６２が実行してもよい。
ここでは、携帯通信端末１００を例に説明したが、決済端末２００も上記と同様の構成を有している。
次に、携帯通信端末１００が実行する復調処理について説明する。携帯通信端末１００（制御部１７０）は、異なる周波数帯域、異なる変調方式を用いて変調された信号から同一の情報を四重に受信するが、信号の復調の際において、受信データの品質を考慮して復調処理を実行する。
具体的には、携帯通信端末１００の受信部１６２は、音声信号を受信してサブキャリアの復調を行い、当該信号がＦＳＫで変調された部分を復調したデータと、ＢＰＳＫで変調された部分を復調したデータとが、それぞれ所定の品質を満たすかどうか判定する。また、携帯通信端末１００の受信部１６２は、ハイバンドの音声信号を復調したデータと、ローバンドの音声信号を復調したデータと、が、それぞれ所定の品質を満たすかどうか判定する。
そして、携帯通信端末１００の受信部１６２は、所定の品質を満たすと判定されたデータを用いて、音声信号を受信データに変換する。その後、制御部１７０は、受信部１６２を制御して、デマッピング等の後続する処理を実行する。復調したデータの品質判定とデマッピングの順序は上記の処理に限られず、デマッピングを行った後、品質判定を行ってもよい。
ここでは、携帯通信端末１００を例に説明したが、決済端末２００も同様の構成を有している。
以上説明したように、実施の形態２に係る通信システムでは、周波数的な妨害により一方の帯域において受信強度の低下によりデータの一部又は全てを正確に受信できなかった場合であっても、他方の帯域の音声信号を使用してデータを復調できる。また、携帯端末の動きがなく、周波数的な妨害もない場合、両バンドを使用してデータを復調できる。このため、通信環境の変化に応じて音声を媒体とした通信のさらなる高速化を実現できる。
そして、本発明はこれに限られず、以下に述べる変形も可能である。
（変形例）
上記実施の形態においては、変調方式、周波数帯域ごとに情報を１度だけ送信していたが、本発明はこれに限られない。各変調方式、各周波数帯域において同じ情報を２度以上送信してもよい。この場合、例えば、１度目のデータを送信した後、所定の時間を空けて２度目のデータを送信してもよい。
あるいは、受信側は、１度目のデータを復調し、１度目の送信データを正確に受信できたと判別した場合、又は信号の前半部分だけでデータを受信できた場合、その旨を送信側に通知し、この場合、送信側は２度目のデータや、後半のデータの送信を行わないようにしてもよい。この場合、送信側は同じデータを２度送信する必要がない。
あるいは、受信側は、復調処理を行う前に、１度目のデータの受信時の受信信号強度が所定の値以上である場合、データを正しく受信できたと判別し、その旨を送信側に通知してもよい。あるいは、データを正しく受信できたと判別した場合には、その旨を送信側に通知することなく、２度目に受信したデータについては復調処理等を行わないようにしてもよい。
上記実施の形態においては、異なる変調方式を用いて同一のデータを重複して送信していたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１の変調方式を用いて第１のデータを送信し、第２の変調方式を用いて第１のデータとは異なる第２のデータを送信してもよい。
上記実施の形態においては、音声信号を暗号化していなかったが、本発明はこれに限られない。例えば、認証情報の送受信のセキュリティを高めるため、携帯通信端末１００は、ユーザＩＤ１５１を暗号化した情報を、音声信号として決済端末２００に送信してもよい。また、決済端末２００が携帯通信端末１００に送信する情報も暗号化されたものであってもよい。さらに、決済端末２００と決済サーバ３００とは、相互に暗号化した情報を送受信してもよい。
また、携帯通信端末１００は、ユーザＩＤ１５１とともに、ワンタイムパスワードを送信してもよい。例えば、時刻同期式の場合、携帯通信端末１００は、時刻に基づいて所定のアルゴリズムによりワンタイムパスワードを生成する。ワンタイムパスワードを受信した決済端末２００は、時刻に基づいて所定のアルゴリズムにより生成したパスワードと、受信したワンタイムパスワードとが一致するか否かを判別する。
上記実施の形態においては、携帯通信端末１００としてスマートフォンの例を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、スピーカ、マイクを備える他の機器に対しても、上記の技術は応用可能である。例えば、ＭＰ３プレーヤといった携帯音楽機器、ＩＣ（Integrated Circuit）レコーダ、腕時計といったウェアラブル端末である（ただし、いずれも、スピーカとマイクを備えている必要がある。）。また、音声を出力するため、スピーカ以外の音響拡声装置を使用してもよく、音声を入力するためマイク以外の集音装置を使用してもよい。
また、上記実施の形態においては、キャリアとして使用する音声を、非可聴の帯域の音声とする例を説明したが、可聴帯域の音声をキャリアとして使用してもよい。可聴帯域の音声をキャリアとして使用することにより、ユーザはデータが送信されるタイミングを確認できるため、決済端末２００に対して携帯通信端末１００を意識的に静止させることができる。
上記実施の形態においては、携帯通信端末１００（制御部１７０）は、信号の復調の際に、異なる変調方式、異なる周波数帯域を用いて変調されたデータが所定の品質を満たすかどうかを判定し、所定の品質を満たすデータのみを用いて信号を受信データに変換していたが、本発明はこれに限られない。例えば、受信信号の強度、データの欠陥の有無等に基づいて通信の信頼性を評価し、通信の信頼性が高い方の変調方式、周波数帯域において受信した音声信号に比重を置いて復調処理を実行してもよい。復調処理は、通信の信頼性に基づいて重み付けを行い、重み付けされたデータの加重平均を算出することにより実行してもよい。
上記実施の形態２においては、携帯通信端末１００の動き等がなく、周波数的な妨害がない場合に、最初のシンボルの音（第１音）を使用してデータを復調していたが、本発明はこれに限られない。例えば、最初のシンボルの音がインパルスノイズ等により大きく破壊された場合、第２音以降に含まれるシンボルを使用して全データを受信してもよい。
より詳細に説明すると、制御部１７０は、他の信号処理を行う前に、受信したいわゆる生データにインパルスノイズが含まれているか否かを、その受信信号強度から検出する。例えば、制御部１７０は、Ａ／Ｄ変換後の受信信号を記憶部１５０に一旦記憶し、これを解析する。制御部１７０は、インパルスノイズを検出した場合、インパルスノイズの存在する時間帯を特定する。制御部１７０は、例えば、第１音にインパルスノイズが存在している場合、第１音を無視し、第２音の解析が可能かどうか判定する。上記のように構成することにより高いノイズ耐性を実現できる。
上記実施の形態では、ＢＰＳＫで変調するデータは、２分割した後半のグループ（Ｄ４〜Ｄ６）を先に送信し、その後、分割した前半のグループ（Ｄ１〜Ｄ３）を送信し、ＦＳＫで変調するデータは、順序を変えることなくデータＤ１〜Ｄ６を送信していたが、本発明はこれに限られない。ＢＰＳＫで変調するデータは、順序を変えることなくデータＤ１〜Ｄ６を送信し、ＦＳＫで変調するデータは、２分割した後半のグループ（Ｄ４〜Ｄ６）を先に送信し、その後、分割した前半のグループ（Ｄ１〜Ｄ３）を送信してもよい。
上記実施の形態においては、ＰＳＫとしてＢＰＳＫを用いていたが、本発明はこれに限られない。例えば、ＰＳＫとして、ＱＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、ＤＢＰＳＫを用いてもよい。例えば、ＤＱＰＳＫでは、４段階に位相をずらした４つの波を使用し、直前の波との差分それぞれに別の値を割り当てる。このため、ＤＱＰＳＫでは、１サブキャリアの１シンボル区間で４値（２ビット）の情報を表すことができる。
ＰＳＫとしてＤＱＰＳＫを用いる場合、ＦＳＫは、１シンボル区間２値であり、ＤＱＰＳＫは、１シンボル区間４値であるため、伝送速度が異なる変調方式の組み合わせとなる。このことを利用して、ＤＱＰＳＫで変調するデータを前半と後半に分割し、ＤＱＰＳＫで変調した前半のデータを正確に受信できた場合、それ以降の受信・復調を中止してもよい。
上記実施の形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな実施の形態が可能である。各実施の形態や変形例で記載した構成要素は自由に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した発明と均等な発明も本発明に含まれる。
１ 通信システム
２ ネットワーク
３ 店舗
１００ 携帯通信端末
１１０、２１０ 操作部
１２０、２２０ 表示部
１３０、２３０ 集音部
１３１、２３１ マイク
１４０、２４０ 発音部
１４１、２４１ スピーカ
１５０、２５０、３２０ 記憶部
１５１ ユーザＩＤ
１５２、２５１、３２１ 決済処理プログラム
１５３、２５２ 送信順序定義情報
１６０、２６０ 送受信部
１６１、２６１ 送信部
１６２、２６２ 受信部
１７０、２７０、３３０ 制御部
１９０、２９０、３９０ バス
２００ 決済端末
２８０、３１０ 通信部
３００ 決済サーバ
３２２ ユーザテーブル
１６１１ マッピング回路
１６１２ サブキャリア変調回路
１６１３ ＩＦＦＴ回路
１６１４、１６２１ 周波数変換回路
１６２２ ＦＦＴ回路
１６２３ 復調回路
１６２４ デマッピング回路

Claims (10)

  1. 第１の通信端末と第２の通信端末とを含む通信システムであって、
    前記第１の通信端末は、
    周波数変調方式を用いて第１の送信データを複数のサブキャリアに乗せると共に、位相変調方式を用いて第２の送信データを周波数変調方式で前記第１の送信データが乗せられたサブキャリアに乗せることにより、前記第１の送信データ及び前記第２の送信データを信号に変換する変換部と、
    前記変換部にて変換された信号を音声として発する発音部と、
    を備え、
    前記第２の通信端末は、
    音声を集音する集音部と、
    前記集音部が集音した音声から取り出した信号のうち周波数変調方式で変調された部分を周波数変調方式で復調し、位相変調方式で変調された部分を位相変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する変換部と、
    を備える通信システム。
  2. 前記第１の送信データ及び前記第２の送信データは、同一の送信データである、
    請求項１に記載の通信システム。
  3. 前記第２の通信端末の前記変換部は、
    前記集音部が集音した音声から取り出した信号において、ペアになっているサブキャリアのどちらが用いられているかを判定することにより、周波数変調方式で変調されたデータを復調し、
    前記信号におけるサブキャリアの位相を判別することにより、位相変調方式で変調されたデータを復調する、
    請求項２に記載の通信システム。
  4. 前記第２の通信端末の前記変換部は、
    前記集音部が集音した音声から取り出した信号のうち周波数変調方式で変調された部分を周波数変調方式で復調したデータと、位相変調方式で変調された部分を位相変調方式で復調したデータとが、それぞれ所定の品質を満たすかどうか判定し、
    所定の品質を満たすと判定されたデータに基づいて、前記信号を受信データに変換する、
    請求項２又は３に記載の通信システム。
  5. 前記第１の通信端末の前記変換部は、
    前記送信データを所定の大きさのデータに分割し、分割したデータを所定のルールに基づいて並び替え、並び替えたデータを周波数変調方式又は位相変調方式のいずれか一方を用いて変調し、前記分割したデータを並び替えずに、周波数変調方式又は位相変調方式のいずれか他方を用いて変調することにより、当該送信データを音声信号に変換し、
    前記第２の通信端末の前記変換部は、
    前記集音部が集音した音声から取り出した音声信号を所定の期間毎に分割し、分割した前記音声信号を前記所定のルールに基づいて並び替える、
    請求項２から４のいずれか１項に記載の通信システム。
  6. 前記第１の通信端末の前記変換部は、
    送信データを所定の大きさのデータに分割し、分割したデータが互いに異なる送信順序となるように並び替えた４つのデータ列を生成し、互いに異なる送信順序となるように並び替えられた４つのデータ列を、周波数変調方式及び位相変調方式のいずれか一方を用いて変調し、一対の音声周波数帯域の信号のいずれか一方に乗せることで、変調方式及び音声周波数体帯域の少なくとも一つが互いに異なる４つの信号に変換し、
    前記第２の通信端末の前記変換部は、
    前記集音部が集音した音声から取り出した変調方式及び音声周波数体帯域の少なくとも一つが互いに異なる４つの信号をそれぞれ受信データに変換する、
    請求項２から５のいずれか１項に記載の通信システム。
  7. 周波数変調方式を用いて第１の送信データを複数のサブキャリアに乗せると共に、位相変調方式を用いて第２の送信データを周波数変調方式で前記第１の送信データが乗せられたサブキャリアに乗せることにより、前記第１の送信データ及び前記第２の送信データを信号に変換する変換部と、
    前記変換部にて変換された信号を音声として発する発音部と、
    を備える通信装置。
  8. 音声を集音する集音部と、
    前記集音部が集音した音声から取り出した信号のうち周波数変調方式で変調された部分を周波数変調方式で復調し、位相変調方式で変調された部分を位相変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する変換部と、
    を備える通信装置。
  9. 第１の通信端末と第２の通信端末とが通信する通信方法であって、
    前記第１の通信端末が、
    周波数変調方式を用いて第１の送信データを複数のサブキャリアに乗せると共に、位相変調方式を用いて第２の送信データを周波数変調方式で前記第１の送信データが乗せられたサブキャリアに乗せることにより、前記第１の送信データ及び前記第２の送信データを音声信号に変換し、
    変換された信号を音声として発し、
    前記第２の通信端末が、
    音声を集音し、
    集音した音声から取り出した信号のうち周波数変調方式で変調された部分を周波数変調方式で復調し、位相変調方式で変調された部分を位相変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する、
    通信方法。
  10. コンピュータに、
    周波数変調方式を用いて第１の送信データを複数のサブキャリアに乗せると共に、位相変調方式を用いて第２の送信データを周波数変調方式で前記第１の送信データが乗せられたサブキャリアに乗せることにより、前記第１の送信データ及び前記第２の送信データを音声信号に変換する処理と、
    変換された信号を音声として発する処理と、
    集音した音声から取り出した信号のうち周波数変調方式で変調された部分を周波数変調方式で復調し、位相変調方式で変調された部分を位相変調方式で復調することにより、当該信号を受信データに変換する処理と、
    を実行させるプログラム。
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