JP2005229512A - データ通信システム、データ通信装置、非接触通信媒体およびデータ通信装置制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】データ通信装置からの変調波による電力供給効率を高め、非接触通信媒体において、初期に受信した変調波を精度良く復調するのに好適なデータ通信システム、データ通信装置及び非接触通信媒体を提供する。
【解決手段】ＲＦＩＤシステム１を、アンテナコイル２ａと、第１のデータ受信部２ｂと、第１のデータ受信部２ｃと、第１のデータ制御部２ｄと、第１のデータ記憶部２ｅと、を含むデータ通信装置２と、アンテナコイル３ａと、第２のデータ受信部３ｂと、第２のデータ送信部３ｃと、第２のデータ制御部３ｄと、第２のデータ記憶部３ｅと、駆動電力生成部３ｆと、を含む非接触識別タグ３とから構成とし、第１のデータ制御部２ｄにおいて、送信データの負論理のデジタル信号を生成し、これを第１のデータ送信部２ｃで変調して送信するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触通信媒体を利用したデータ通信に係り、特に、データ通信装置からの変調波による電力供給効率を高め、非接触通信媒体において、初期に受信した変調波を精度良く復調するのに好適なデータ通信システム、データ通信装置及び非接触通信媒体に関する。

従来、電子式データキャリアと、リーダあるいはリーダ・ライタ等のデータ通信装置との間のデータの送受信を非接触で行うシステムとして、ＲＦＩＤシステムがある。ＲＦＩＤシステムにおいては、データ通信装置がデータに加えてデータキャリアを駆動させるための電力を非接触で送信する方式のものがある。
このようなＲＦＩＤシステムにおいては、データ通信装置からデータキャリアへのデータ通信方式として、代表的なものにＡ型及びＢ型の２つの型がある。Ａ型は、１００％ＡＳＫ（振幅シフトキーイング）と呼ばれる変調方式により生成した変調波により電力の供給及びデータの伝送を行うものである。１００％ＡＳＫは、変調度０％の変調波（変調波そのもの）とポーズと呼ばれる変調度１００％の変調波（変調波無し）との組み合わせに対して、送信するデジタルデータの「論理０」と「論理１」とを対応させる。

一方、Ｂ型は、１０％（実際は８％〜１４％の範囲）ＡＳＫと呼ばれる変調方式により生成した変調波により電力の供給及びデータの伝送を行うものである。１０％ＡＳＫは、変調度０％の変調波（変調波そのもの）と変調度１０％の変調波とに対して、送信するデジタルデータの「論理０」と「論理１」とを対応させる。つまり、変調度０％の変調波を「論理１」に対応させ、変調度１０％の変調波を「論理１」に対応させる。

なお、上記した、ＲＦＩＤシステムについては、非特許文献１に詳しく記載されている。
ＲＦＩＤハンドブック Klaus Finkenzeller著，ソフト工学研究所訳，日刊工業新聞社

しかしながら、上記Ｂ型のデータ伝送方式においては、送信データに対して正論理により生成したデジタル信号を変調して、Ｂ型に対応したデータキャリアに送信するため、Ｂ型のデータキャリアにおいては、データ通信装置の通信領域に入ってすぐに受信した変調波の復調処理を行ったときに、変調波を受信してから回路の駆動電力が安定するまでの期間において、復調して得たデータ信号の波形の振幅レベルが十分では無く波形が崩れてしまう恐れがあった。これは、Ｂ型のデータ通信方式においては、送信データのスタートビットとして「論理０」のデジタル信号を変調して送信するためである。

そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、データ通信装置からの変調波による電力供給効率を高め、非接触通信媒体において、初期に受信した変調波を精度良く復調するのに好適なデータ通信システム、データ通信装置及び非接触通信媒体を提供することを目的としている。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１に係るデータ通信システムは、データ通信装置と非接触通信媒体とを含み、前記データ通信装置と前記非接触通信媒体との間で無線のデータ通信を行うデータ通信システムであって、
前記データ通信装置は、
送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成する負論理信号生成手段と、
前記生成されたデジタル信号を利用して搬送波を変調しデータ送信波を生成するデータ送信波生成手段と、
前記データ送信波を送信するデータ送信波送信手段と、を備え、
前記非接触通信媒体は、
前記データ送信波を受信するデータ送信波受信手段と、
前記データ送信波から駆動用電力を生成する駆動電力生成手段と、
前記受信したデータ送信波を復調するデータ送信波復調手段と、を備えることを特徴としている。

このような構成であれば、データ通信装置は、負論理信号生成手段によって送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成することが可能であり、データ送信波生成手段によって前記生成されたデジタル信号を利用して搬送波を変調しデータ送信波を生成することが可能であり、データ送信波送信手段によって前記データ送信波を送信することが可能である。

また、非接触通信媒体は、データ送信波受信手段によって前記データ送信波を受信することが可能であり、駆動電力生成手段によって前記データ送信波から駆動用電力を生成することが可能であり、データ送信波復調手段によって前記受信したデータ送信波を復調することが可能である。
従って、データ通信装置において送信データを負論理のデジタル信号として生成し、当該負論理のデジタル信号を利用して搬送波を変調するようにしたので、例えば、データのスタートビットに論理０が続くようなシステムに本発明を利用したときに、非接触通信媒体への初期の電力供給効率を向上することが可能であり、これにより非接触通信媒体において初期に受信した変調波を精度良く復調することができるという効果が得られる。

ここで、非接触通信媒体とは、ＲＦＩＤシステムにおける非接触識別タグのように、データ通信装置との間で非接触によるデータ通信が可能な媒体である。非接触識別タグとは、一般にデータキャリアなどとも呼ばれている。その形状には、ラベル型、カード型、コイン型、スティック型等の様々なものがある。これらの形状はアプリケーションと密接な関係があり、例えば、人が持つものは、カード形あるいはラベル形をキーホルダ形状に加工したものがある。また、半導体のキャリアＩＤとしてはスティック形が主流となっている。なお、リネン関連の服に縫い込まれるものはコイン形が主流となっている。

また、非接触識別タグは、データ読取専用、あるいは、データの読み書きが自由に行える記憶領域を備えており、更に、アンテナ側からの非接触電力伝送により電池が無くても動作可能なものがある。
また、ＲＦＩＤシステムとは、媒体に電波・電磁波を用いたＩＤシステムであり、非接触識別タグが、(1) 携帯容易な大きさであること、(2) 情報を電子回路に記憶すること、(3) 非接触通信により交信することの３つの特徴を備えている。

従って、ＲＦＩＤシステムは、非接触識別タグを持つ人・物・車などと、その情報とを一元化させる目的で使用される。つまり、人・物・車がある場所で随時、必要な情報を取り出すことができ、かつ必要に応じて新たな情報を書き込むことができる。
また、ＲＦＩＤシステムの代表的な種類としては、主に、交流磁界によるコイルの相互誘導を利用して非接触識別タグとの交信を行なう電磁結合方式、 主に、２５０ｋＨｚ以下、あるいは、１３．５６ＭＨｚ帯の長・中波帯の電磁波を利用して非接触識別タグとの交信を行なう電磁誘導方式、リーダ／ライタ側のアンテナと非接触識別タグ間で、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波によりデータ交信を行なうマイクロ波方式、光の発生源としてＬＥＤを、受光器としてはフォトトランジスタ等を配置し、光の空間伝送を利用して非接触識別タグとの交信を行なう光方式の４つがある。

また、アクセス方式は、主に、シングルアクセスモード、ＦＩＦＯ（First In First Out）アクセスモード、マルチアクセスモード、セレクティブアクセスモードの４つがある。
シングルアクセスモードは、アンテナ交信領域内に存在する非接触識別タグは１個であり、複数の非接触識別タグがアンテナの交信領域内にあると交信エラーとなり、交信できなくなる。

ＦＩＦＯアクセスモードは、アンテナの交信領域内に順番に入ってくる非接触識別タグと順番に交信することができる。交信を終了した非接触識別タグにはアクセス禁止処理を行なうので、交信終了したタグがアンテナの交信領域内に複数存在しても、新たなタグが１個だけアンテナの交信領域内に入ってくれば交信ができる。同時に非接触識別タグが交信領域内にはいると、交信エラーとなり交信できなくなる。アクセス禁止された非接触識別タグは、交信領域外にでると再び交信が可能となる。

マルチアクセスモードは、アンテナの交信領域内に複数の非接触識別タグが存在しても、全ての非接触識別タグと交信ができる。
セレクティブアクセスモードは、交信領域内にある複数の非接触識別タグのうち、特定の非接触識別タグと交信ができるもので、交信領域内の非接触識別タグに番号を割り当てるコマンドと、割り当てた番号をもとに、特定の非接触識別タグとの交信を行なうコマンドで実現される。

〔発明２〕 更に、発明２のデータ通信システムは、発明１のデータ通信システムにおいて、前記データ送信波生成手段は、前記デジタル信号における論理０及び論理１の波形に、異なる２つの振幅レベルの前記搬送波を対応させる振幅変調を行うことを特徴としている。
このような構成であれば、前記データ送信波生成手段によって、前記デジタル信号における論理０及び論理１の波形に、異なる２つの振幅レベルの前記搬送波を対応させる振幅変調を行うことが可能である。

従って、論理０の波形（負論理なので高いレベルのデジタル波形）に高い方のレベルの搬送波を対応させ、論理１の波形に低い方のレベルの搬送波を対応させることにより、例えば、伝送データのスタートビットに論理０が続くようなシステムに本発明を適用したときに、非接触通信媒体への初期の電力供給効率を向上することが可能であり、これにより非接触通信媒体において初期に受信した変調波を精度良く復調することができるという効果が得られる。

〔発明３〕 更に、発明３のデータ通信システムは、発明１又は２のデータ通信システムにおいて、前記データ通信装置は、
前記非接触通信媒体から送信された応答データ送信波を受信する応答データ送信波受信手段と、
前記受信した応答データ送信波を復調する応答データ送信波復調手段と、を備え、
前記非接触通信媒体は、
所定データを記憶するデータ記憶手段と、
前記データ送信波復調手段の復調結果及び前記データ記憶手段の記憶内容に基づき応答信号を生成する応答信号生成手段と、
前記応答信号を利用して搬送波を変調し応答データ送信波を生成する応答データ送信波生成手段と、
前記応答データ送信波を送信する応答データ送信波送信手段と、を備えることを特徴としている。

このような構成であれば、データ通信装置は、応答データ送信波受信手段によって前記非接触通信媒体から送信された応答データ送信波を受信することが可能であり、応答データ送信波復調手段によって、前記受信した応答データ送信波を復調することが可能である。

また、非接触通信媒体は、データ記憶手段によって所定データを記憶することが可能であり、応答信号生成手段によって前記データ送信波復調手段の復調結果及び前記データ記憶手段の記憶内容に基づき応答信号を生成することが可能であり、応答データ送信波生成手段によって前記応答信号を利用して搬送波を変調し応答データ送信波を生成することが可能であり、応答データ送信波送信手段によって前記応答データ送信波を送信することが可能である。

従って、データ通信装置と非接触識別媒体との間でデータの送受信を行うことができ、更に、非接触通信媒体がデータ記憶手段を有するので、本発明をＲＦＩＤシステム等に容易に適用することができるという効果が得られる。

〔発明４〕 更に、発明４のデータ通信システムは、発明１乃至３のいずれか１のデータ通信システムにおいて、前記非接触通信媒体は、固有の識別情報を記憶する識別情報記憶手段を備えることを特徴としている。
このような構成であれば、データ通信装置の通信範囲内に複数の非接触通信媒体が存在しても非接触通信媒体の有する識別情報によって、データ通信装置が通信相手を容易に選択することができるという効果が得られる。また、本発明のＲＦＩＤシステムへの適用が容易であるという効果も得られる。

〔発明５〕 一方、上記目的を達成するために、発明５に係るデータ通信装置は、発明１のデータ通信システムに適用可能なデータ通信装置であって、
送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成する負論理信号生成手段と、
前記生成されたデジタル信号を利用して搬送波を変調しデータ送信波を生成するデータ送信波生成手段と、
前記データ送信波を送信するデータ送信波送信手段と、を備えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１に適用可能なデータ通信装置であり、その作用効果は重複するので記載を省略する。

〔発明６〕 更に、発明６のデータ通信装置は、発明５のデータ通信装置において、前記データ送信波生成手段は、前記デジタル信号における論理０及び論理１の波形に、異なる２つの振幅レベルの前記搬送波を対応させる振幅変調を行うことを特徴としている。
ここで、本発明は、発明２に適用可能なデータ通信装置であり、その作用効果は重複するので記載を省略する。

〔発明７〕 更に、発明７のデータ通信装置は、発明５又は６のデータ通信装置において、前記非接触通信媒体から送信された応答データ送信波を受信する応答データ送信波受信手段と、
前記受信した応答データ送信波を復調する応答データ送信波復調手段と、
前記復調結果に基づき所定の処理を行う処理手段と、を備えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明３に適用可能なデータ通信装置であり、その作用効果は重複するので記載を省略する。

〔発明８〕 一方、上記目的を達成するために、発明８に係る非接触通信媒体は、発明１のデータ通信システムに適用可能な非接触通信媒体であって、
前記データ送信波を受信するデータ送信波受信手段と、
前記データ送信波から駆動用電力を生成する駆動電力生成手段と、
信号の立ち下がりをトリガとして駆動し、前記受信したデータ送信波を復調するデータ送信波復調手段と、を備えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１に適用可能な非接触通信媒体であり、その作用効果は重複するので記載を省略する。

〔発明９〕 更に、発明９の非接触通信媒体は、発明８の非接触通信媒体において、所定データを記憶するデータ記憶手段と、
前記データ送信波復調手段の復調結果及び前記データ記憶手段の記憶内容に基づき応答信号を生成する応答信号生成手段と、
前記応答信号を利用して搬送波を変調し応答データ送信波を生成する応答データ送信波生成手段と、
前記応答データ送信波を送信する応答データ送信波送信手段と、を備えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明３に適用可能な非接触通信媒体であり、その作用効果は重複するので記載を省略する。

〔発明１０〕 更に、発明１０の非接触通信媒体は、発明９の非接触通信媒体において、前記非接触通信媒体は、固有の識別情報を記憶する識別情報記憶手段を備えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明４に適用可能な非接触通信媒体であり、その作用効果は重複するので記載を省略する。

〔発明１１〕 一方、上記目的を達成するために、発明１１のデータ通信装置制御プログラムは、発明５のデータ通信装置を制御するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、
送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成する負論理信号生成ステップと、
前記デジタル信号を利用して搬送波を変調しデータ送信波を生成するデータ送信波生成ステップと、
前記データ送信波を送信するデータ送信波送信ステップと、を備えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明５のデータ通信装置を制御するためのプログラムであって、その効果は重複するので記載を省略する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図６は、本発明に係るデータ通信システムを用いたＲＦＩＤシステムの実施の形態を示す図である。
まず、本発明に係るＲＦＩＤシステムの概略構成を図１に基づいて説明する。図１は、本発明に係るＲＦＩＤシステム１の概略構成を示す図である。
ＲＦＩＤシステム１は、図１に示すように、データ通信装置２と、複数の非接触識別タグ３と、を含んだ構成となっている。

データ通信装置２は、図１に示す通信範囲２００内に入った非接触識別タグ３と電磁誘導結合により非接触でデータ通信を行う機能を有したもので、非接触識別タグ３との間のデータ送受信に加えて、非接触識別タグ３に電力の供給も行う。また、データの送信時には、送信データに基づき負論理のデジタル信号を生成し、このデジタル信号を振幅変調して送信するようになっている。なお、詳細な構成は後述する。

非接触識別タグ３は、データ通信装置２から送信された変調波を受信し、この変調波から駆動電力を生成する機能と、生成した駆動電力によって自己の各機能部を駆動し、受信した変調波を復調する機能を有している。更に、変調波を復調して抽出した送信データに基づき応答信号を生成し、これを変調して送信する機能を有している。なお、詳細な構成は後述する。

更に、図２に基づき、データ通信装置２の詳細な構成を説明する。図２は、データ通信装置２の詳細構成を示すブロック図である。
データ通信装置２は、図２に示すように、アンテナコイル２ａと、第１のデータ受信部２ｂと、第１のデータ受信部２ｃと、第１のデータ制御部２ｄと、第１のデータ記憶部２ｅと、を含んだ構成となっている。

アンテナコイル２ａは、導体をスパイラル形状に構成したものであり、これにより磁束を発生して、非接触識別タグ３の後述するアンテナコイル３ａとの間で電磁誘導結合をし、非接触識別タグ３との間で電力供給及びデータ通信を行う。
第１のデータ受信部２ｂは、アンテナコイル２ａを介して電磁誘導結合方式によって受信した非接触識別タグ３からの応答データの変調波を復調し、応答データを抽出する機能を有したものであり、抽出した応答データは、データ制御部２ｄに出力される。

第１のデータ送信部２ｃは、データ制御部２ｄからの制御命令に応じて、送信データのデジタル信号に基づき搬送波を振幅変調し、この変調波をアンテナコイル２ａを介して送信する機能を有したものである。
第１のデータ制御部２ｄは、第１のデータ送信部２ｃに対してデータ送信に係る制御命令を与えたり、第１のデータ記憶部２ｅから読み出した送信データ（非接触識別タグ３の制御コマンド等）から、負論理のデジタル信号を生成したりする機能を有する。更に、受信した応答データを第１のデータ記憶部２ｅに記憶したり、受信した応答データに対する送信データを第１のデータ記憶部２ｅから読み出して負論理のデジタルデータを生成したりする機能を有する。つまり、データ送信処理や受信したデータに対する各処理など、データ通信装置において取り扱う各種データを制御する機能を有したものである。

第１のデータ記憶部２ｅは、非接触識別タグ３の制御コマンド等の送信データを記憶したり、非接触識別タグ３から受信した応答データを記憶したりするなどデータ通信装置２において必要なデータを記憶するものである。
ここで、データ通信装置２は、図示しないが、上記各部の処理を制御するためのプログラムの記憶された記憶媒体と、プログラムを実行するためのプロセッサと、プログラムの実行に必要なデータを一時記憶するＲＡＭと、上記各部間のデータの授受を行うためのデータ伝送路であるバスと、を備えている。そして、記憶媒体に記憶された制御プログラムをプロセッサにより実行することにより上記各部の処理を行うようになっている。なお、プログラムによる制御に限らず、上記各部の処理をロジック回路により実現する構成としても良い。

また、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。

更に、図３に基づき、非接触識別タグ３の詳細な構成を説明する。図３は、非接触識別タグ３の詳細構成を示すブロック図である。
非接触識別タグ３は、図３に示すように、アンテナコイル３ａと、第２のデータ受信部３ｂと、第２のデータ送信部３ｃと、第２のデータ制御部３ｄと、第２のデータ記憶部３ｅと、駆動電力生成部３ｆと、を含んだ構成となっている。

アンテナコイル３ａは、導体をスパイラル形状に構成したものであり、これにより磁束を発生して、上記データ通信装置２のアンテナコイル２ａとの間で電磁誘導結合により変調波の送受信を行う。
第２のデータ受信部３ｂは、アンテナコイル３ａを介して電磁誘導結合方式によって受信したデータ通信装置２からの送信データの変調波を復調し、送信データを抽出する機能を有したものであり、抽出した送信データはデータ制御部３ｄに出力される。

第２のデータ送信部３ｃは、データ制御部３ｄからの制御命令に応じて、応答データのデジタル信号に基づき搬送波を振幅変調し、この変調波をアンテナコイル３ａを介して送信する機能を有したものである。
第２のデータ制御部３ｄは、第２のデータ送信部３ｃに対してデータ送信に係る制御命令を与えたり、受信した送信データを第２のデータ記憶部３ｅに記憶したり、受信した送信データを解析し、送信データに対する応答データを第１のデータ記憶部２ｅから読み出したりする機能を有する。つまり、データ送信処理や受信したデータに対する各処理など、非接触識別タグ３において取り扱う各種データを制御する機能を有したものである。

第２のデータ記憶部３ｅは、システムの適用される分野に応じたデータ（例えば、位置情報、期限情報、金額情報等）を記憶したり、受信した送信データを記憶したり、固有の識別番号を記憶したりするなど非接触識別タグ３において必要なデータを記憶するものである。ここで、本実施の形態においては、固有の識別番号の記憶された領域は書き込み禁止となるようにマスク処理が施されている。

駆動電力生成部３ｆは、アンテナコイル３ａに誘起する電流を整流し調整した後で、これにより発生する電力を非接触識別タグ３の各構成要素に供給するものである。本実施の形態において、非接触識別タグ３は、電池等の電源を有していないため、駆動電力生成部３ｆにおいて生成された電力が各構成要素に供給されるまでは動作しない。従って、非接触識別タグ３は、通信範囲２００に入ってから、最初に受信した変調波から自己に電力を供給し、各構成要素を起動する必要がある。

ここで、非接触識別タグ３は、図示しないが、上記各部の処理を制御するためのプログラムの記憶された記憶媒体と、プログラムを実行するためのプロセッサと、プログラムの実行に必要なデータを一時記憶するＲＡＭと、上記各部間のデータの授受を行うためのデータ伝送路であるバスと、を備えている。そして、記憶媒体に記憶された制御プログラムをプロセッサにより実行することにより上記各部の処理を行うようになっている。なお、プログラムによる制御に限らず、上記各部の処理をロジック回路により実現する構成としても良い。

また、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。

更に、ＲＦＩＤシステム１のより具体的な動作を説明する。ここで、本システム１を鉄道の自動改札に適用した例を説明する。つまり、データ通信装置２が自動改札機に組み込まれており、非接触識別タグ３が定期券やプリペイドカードに組み込まれているものとする。
まず、データ通信装置２は、所定周期で、非接触識別タグ３に対する応答要求コマンドを送信する。この送信処理の流れは、まず、第１のデータ制御部２ｄにおいて、第１のデータ記憶部２ｅから応答要求コマンドを読み出し、読み出した応答要求コマンドから負論理のデジタル信号を生成する。ここで、負論理のデジタル信号とは、例えば、応答要求コマンドが「０００１」といった４桁の２進数で表現されるとすると、デジタル信号における高い電圧レベルの波形に対して上記２進数の０を対応させ、一方、低い電圧レベルの波形に対して上記２進数の１を対応させる。つまり、上記応答要求コマンドは、デジタル信号の高い電圧レベルの波３つに低い電圧レベルの波１つにより構成される。但し、実際は、応答要求コマンドに、スタートビット「０」等が付加される。このようにして生成されたデジタル信号は、制御命令と共に第１のデータ送信部２ｃに送られる。

次に、第１のデータ送信部２ｃでは、第１のデータ制御部２ｄからのデジタル信号に対して振幅変調を行う。本実施の形態においては、搬送波の高いレベルの波形をデジタル信号の高いレベルに対応させ、一方、低いレベルの波形をデジタル信号の低いレベルに対応させるように振幅変調を行う。例えば、変調なしの搬送波の波形をデジタル信号の高いレベルに対応させ、１０％変調させた搬送波の波形をデジタル信号の低いレベルに対応させる。このようにして変調された搬送波は、アンテナコイル２ａを介して通信範囲２００に送信される。

一方、上記したように所定周期で応答要求コマンドを含む変調波が送信される通信範囲２００内に非接触識別タグ３が入ると、アンテナコイル３ａにおいて上記変調波を受信することになる。受信された変調波により、アンテナコイル３ａには電流が誘起する。駆動電力生成部３ｆは、アンテナコイル３ａに誘起した電流を整流且つ調整して駆動電力を生成し、この電力を非接触識別タグ３の各構成要素に供給する。電力が供給されると、各構成要素は起動し、動作を開始する。ここで、本実施の形態においては、データ通信装置２において、送信データを負論理のデジタル信号に変換しているので、論理「０」のデジタル信号は搬送波の最大レベルの波形となる。従って、スタートビット「０」の部分の搬送波によってアンテナコイル３ａに誘起する電流は最大のものとなり、大きな駆動電力を生成することが可能である。

更に、駆動電力の供給により動作した第２のデータ受信部３ｂによって、受信した応答要求コマンドを含む変調波の復調処理が行われ、応答要求コマンドが抽出される。抽出された応答要求コマンドは同じく駆動電力により動作した第２のデータ制御部３ｄに伝送され、そこでコマンド内容が解析され、この解析結果から応答要求コマンドであることが解かるので、このコマンドに対する応答データを第２のデータ記憶部３ｅから読み出す。そして、読み出した応答データからデジタル信号を生成し、制御命令と共に生成したデジタル信号を第２のデータ送信部３ｃに伝送する。ここで、本実施の形態において、応答要求コマンドに対する応答データとして、非接触識別タグ３が定期券に組み込まれているならば、固有の識別番号及び定期券の有効期限のデータを第２のデータ記憶部から読み出し、一方、非接触識別タグ３がプリペイドカードに組み込まれている場合は、固有の識別番号及び残金のデータを第２のデータ記憶部から読み出して応答データのデジタル信号を生成する。第２のデータ送信部３ｃでは、応答データのデジタル信号に基づき搬送波を振幅変調して変調波を生成し、これをアンテナコイル３ａを介して送信する。

一方、データ通信装置２は、アンテナコイル２ａを介して非接触識別タグ３からの応答データを含む変調波を受信すると、この変調波を第１のデータ受信部２ｂにおいて復調し、応答データを抽出する。抽出された応答データは、第１のデータ制御部２ｄにおいて解析され、この解析結果に対する処理が行われる。例えば、応答データに定期券の有効期限が含まれていた場合は、この期限が有効か否かを判断し、有効であれば、図示しないシャッタを開いて自動改札を通過可能とし、一方、有効でなければシャッタを閉じた状態で警告音等を鳴らす。また、例えば、応答データにプリペイドカードの残金が含まれていた場合は、残金から初乗り運賃分の料金を引くか、あるいは、乗車区間分の料金を引いて、その差し引き金額情報を、第１のデータ記憶部２ｅから読み出したデータ書き込みコマンドに付加して、これらのデータから負論理のデジタル信号を生成し、制御命令と共に第１のデータ送信部２ｂに伝送する。

そして、第１のデータ送信部２ｂは、上記同様に第１のデータ制御部２ｄからのデジタル信号を振幅変調して、アンテナコイル２ａを介して送信する。ここで、非接触識別タグ３から固有情報を得ているので、この固有情報を用いて相手の非接触識別タグ３を指定したデータの送信を行うようにしても良い。また、固有の識別番号及び処理結果の情報は図示しないネットワーク接続された情報端末に送られ、そこで管理される。つまり、本実施の形態においては、固有の識別番号と顧客情報とが対応付けられている。

更に、非接触識別タグ３は、データ通信装置２からの書き込みコマンド及び差し引き金額情報を含む変調波を、アンテナコイル３ａを介して受信すると、上記同様に、受信した変調波を、第２のデータ受信部３ｂにおいて復調し書き込みコマンド及び差し引き金額情報を抽出する。第２のデータ制御部３ｄは、抽出された書き込みコマンド及び差し引き金額情報を解析し、この解析結果に基づき、第２のデータ記憶部３ｅに記憶された残金情報を差し引き金額情報に書き換える。

ここで、非接触識別タグ３は、上記一連の送受信処理において、常に、駆動電力生成部３ｆにおいて、受信した変調波から駆動電力を生成し、各構成要素に駆動電力を供給する。
更に、図４に基づき、初期における実際の電力供給効率向上の効果を確かめるために、従来のデータ通信装置と非接触識別タグとから構成されるシステムと、本発明のＲＦＩＤシステム１との非接触識別タグにおける復調波形の比較を行った実施例を説明する。ここで、図４（ａ）、（ｃ）及び（ｂ）、（ｄ）は、従来のシステム及び本システム１において、データ通信装置からの搬送波の変調度を３０％及び５０％にしたときの、データ通信装置からの送信データの波形及び変調波と非接触識別タグにおける復調波との関係を示した図である。また、本実施例では、従来と本発明との違いが明確となるように３０％及び５０％振幅シフトキーイングによりそれぞれ変調度の異なる２種類の変調波を復調する。

図４に示すように、変調度３０％及び５０％のときの、従来システムにおける送信データの波形と、本システム１における送信データの波形とを見比べてみると、それぞれ論理が反転していることが解かる。これは上記説明したように、本発明のＲＦＩＤシステム１において、送信データを負論理のデジタル信号に変換しているためである。これは、変調波にも言えることで、デジタル信号の論理が反転しているため変調波の形状も両者が対称的なものとなっている。

更に、従来システムと本システムとの非接触識別タグにおける復調波を見てみる。図４（ａ）、（ｃ）に示すように、従来システムの復調波の波形は、初期段階の電力の供給が十分ではないため、最初のいくつかの波形において振幅レベルが低くなってしまい、送信データの波形を正確に復調することが出来ていない。特に、５０％振幅シフトキーイングにより変調された波形に関しては、波形の崩れ方が著しく非接触識別タグ側でデータの論理を誤って認識する恐れがある。一方、図４（ｂ）、（ｄ）に示すように、本システムの復調波の波形は、初期段階の電力供給が十分であるため、３０％及び５０％振幅シフトキーイングによる変調波の復調波は、いずれも送信データの波形を十分に復調できている。

更に、図５に基づき、ＲＦＩＤシステム１におけるデータ通信装置２の動作処理の流れを説明する。図５は、データ通信装置２の動作処理を示すフローチャートである。
図５に示すように、まずステップ１００に移行し、電源がオンされ電力の供給を受け、各構成要素を起動させてステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、第１のデータ記憶部２ｅから応答要求コマンドを読み出してステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、読み出した応答要求コマンドから送信用のデジタル信号を生成してステップＳ１０６に移行する。ここで、送信用のデジタル信号は負論理のデジタル信号として生成され、制御命令と共に第１のデータ送信部２ｃに伝送される。
ステップＳ１０６では、第１のデータ送信部２ｃにおいて、第１のデータ制御部２ｄからの制御命令に応じて、送信用のデジタル信号に基づき搬送波を振幅変調してステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０８では、第１のデータ送信部２ｃにおいて、アンテナコイル２ｃを介して搬送波を振幅変調した変調波を送信してステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、所定時間が経過したか否かを判定し、経過したと判定された場合(Yes)はステップＳ１０２に移行し、そうでない場合(No)はステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１２に移行した場合は、第１のデータ受信部２ｂにおいて、非接触識別タグ３からの応答データを含む変調波を受信したか否かを判定し、受信したと判定された場合(Yes)はステップＳ１１４に移行し、そうでない場合(No)はステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１４に移行した場合は、第１のデータ制御部２ｄにおいて、応答要求コマンドの送信処理を停止してステップＳ１１６に移行する。

ステップＳ１１６では、第１のデータ受信部２ｂにおいて、アンテナコイル２ａを介して受信した変調波を復調して応答データを抽出してステップＳ１１８に移行する。
ステップＳ１１８では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、上記抽出した応答データを解析してステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１２０では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、解析結果に基づき、応答データに対する返信が必要か否かを判定し、必要であると判定した場合(Yes)はステップＳ１２２に移行し、そうでない場合(No)はステップＳ１３０に移行する。ここで、上記した自動改札システムにおいては、プリペイドカードの時に応答が必要となり、定期券のときには応答を必要としない。

ステップＳ１２２に移行した場合は、第１のデータ制御部２ｄにおいて、第１のデータ記憶部２ｅから書き込みコマンドを読み出し且つ応答データを生成してステップＳ１２４に移行する。ここで、応答データの生成は、上記した自動改札システムにおいて、プリペイドカードを使用したときの差し引き金額の情報と書き込みコマンドとを合わせたデータを生成することである。

ステップＳ１２４では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、上記生成されたデータに基づき負論理のデジタル信号を生成して、これを制御命令と共に第１のデータ送信部２ｃに伝送してステップＳ１２６に移行する。
ステップＳ１２６では、第１のデータ送信部２ｃにおいて、非接触識別タグ３への応答データを含むデジタル信号を振幅変調してステップＳ１２８に移行する。

ステップＳ１２８では、第１のデータ送信部２ｃにおいて、上記生成された非接触識別タグ３への応答データを含む変調波をアンテナコイル２ａを介して送信する。
ステップＳ１３０では、第１のデータ制御部２ｄにおいて、停止中の応答要求コマンドの送信処理を再開してステップＳ１０２に移行する。
なお、上記フローチャートにおいては、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０８において、応答要求データを読み出し、このデータから負論理のデジタル信号を生成し、この生成されたデジタル信号に基づき搬送波を変調し、この変調波を送信するといった一連の処理を所定時間毎に繰り返し行うようにしているが、これに限らず、一度生成されたデジタル信号を保持しておき、搬送波の変調処理から繰り返し行うようにしても良い。

更に、図６に基づき、ＲＦＩＤシステム１における非接触識別タグ３の動作処理の流れを説明する。図６は、非接触識別タグ３の動作処理を示すフローチャートである。ここで、図６のフローチャートは、非接触識別タグ３の駆動電力生成部３ｆにおいて、駆動電力を生成し各構成要素に供給された後の動作処理の流れを示すものである。
図６に示すように、まずステップＳ２００に移行し、第２のデータ受信部３ｂにおいて、アンテナコイル３ａにおいて変調波を受信したか否かを判定し、受信したと判定した場合(Yes)はステップＳ２０２に移行し、そうでない場合(No)は受信するまで待機する。

ステップＳ２０２に移行した場合は、第２のデータ受信部３ｂにおいて、アンテナコイル３ａを介して受信した変調波を復調して、送信データを抽出しステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、第２のデータ制御部３ｄにおいて、上記抽出した送信データを解析してステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０６では、第２のデータ制御部３ｄにおいて、上記解析結果に基づき、抽出した送信データが応答要求コマンドであるか否かを判定し、応答要求コマンドである場合(Yes)はステップＳ２０８に移行し、そうでない場合(No)はステップＳ２１６に移行する。
ステップＳ２０８に移行した場合は、第２のデータ記憶部３ｅから応答データを読み出しステップＳ２１０に移行する。

ステップＳ２１０では、第２のデータ制御部３ｄにおいて、上記読み出した応答データに基づきデジタル信号を生成して、これを制御命令と共に第２のデータ送信部３ｃに伝送してステップＳ２１２に移行する。
ステップＳ２１２では、第２のデータ送信部３ｃにおいて、上記制御命令に応じて、デジタル信号に基づき搬送波を変調して変調波を生成しステップＳ２１４に移行する。

ステップＳ２１４では、第２のデータ送信部３ｃにおいて、上記生成した変調波をアンテナコイル３ａを介して送信してステップＳ２００に移行する。
一方、ステップＳ２０６において、受信した送信データが応答要求コマンドでなくステップＳ２１６に移行した場合は、第２のデータ制御部３ｄにおいて、受信した送信データを第２のデータ記憶部３ｅに記憶してステップＳ２００に移行する。

以上、データ通信装置２において、送信データのデジタル信号生成時に、負論理のデジタル信号を生成し、これを変調して非接触識別タグ３に送信することが可能である。これにより、上記したように非接触識別タグ３における駆動電力の供給効率が向上する。
また、非接触識別タグ３は、データ通信装置２から送信された負論理のデジタル信号の変調波を受信し、この変調波から駆動電力を生成することが可能である。

また、非接触識別タグ３は、データ通信装置２から送信された負論理のデジタル信号の変調波を受信し、これを復調し、復調された送信データを用いて各処理を行うことが可能である。
つまり、本システムは、非接触識別タグ３における各構成部の起動時間を短縮できるので、自動改札のように短い時間でデータの読み書きを行う必要のあるシステムにおいて効力を発揮する。

ここで、図２に示す、第１のデータ制御部２ｄにおける負論理のデジタル信号の生成処理は、発明１または５の負論理信号生成手段に対応し、第１のデータ送信部における負論理のデジタル信号に基づき搬送波を変調して変調波を生成する処理は、発明１、２、３、５、６及び９のいずれか１のデータ送信波生成手段に対応し、第１のデータ送信部２ｃによるアンテナコイル２ａを介した変調波の送信処理は、発明１、３、５及び９のいずれか１のデータ送信波送信手段に対応し、アンテナコイル２ａ及び第１のデータ受信部２ａによる非接触識別タグ３からの変調波の受信処理は、発明３または６の応答データ送信波受信手段に対応し、第１のデータ受信部２ｂにおける受信した変調波の復調処理は、発明３または６の応答データ送信波復調手段に対応する。

また、図３に示す、アンテナコイル３ａ及び第２のデータ受信部３ｂによる変調波の受信処理は、発明１、３、７及び８のいずれか１のデータ送信波受信手段に対応し、駆動電力生成部３ｆは、発明１または８の駆動電力生成手段に対応し、第２のデータ受信部３ｂにおける受信した変調波の復調処理は、発明１、３、６、８及び９のいずれか１のデータ送信波復調手段に対応し、第２のデータ記憶部３ｅは、発明３、８及び９のいずれか１のデータ記憶手段に対応し、第２のデータ制御部３ｄ及び第２のデータ記憶部２ｅにおけるデータ通信装置２からの送信データに対する応答データのデジタル信号を生成する処理は、発明３または９の応答信号生成手段に対応し、第２のデータ送信部３ｃにおけるデジタル信号に基づき搬送波を変調して変調波を生成する処理は、発明３または９の応答データ送信波生成手段に対応し、第２のデータ送信部３ｃ及びアンテナコイル３ａによる変調波の送信処理は、発明３または９の応答データ送信波送信手段に対応し、第２のデータ記憶部３ｅに記憶された固有の識別番号は、発明４または１０の固有の識別情報に対応する。

なお、上記実施の形態においては、本システムを鉄道の自動改札に適用した例を説明したが、これに限らず、本システムは、通信範囲内において非接触でデータの読み書きを行う様々なシステムへの適用が可能である。

本発明に係るＲＦＩＤシステム１の概略構成を示す図である。 データ通信装置２の詳細構成を示すブロック図である。 非接触識別タグ３の詳細構成を示すブロック図である。 従来のシステム（図中（ａ）、（ｃ）が対応）及び本システム１（図中（ｂ）、（ｄ）が対応）において、データ通信装置からの搬送波の変調度を３０％及び５０％にしたときの、データ通信装置からの送信データの波形及び変調波と非接触識別タグにおける復調波との関係を示した図である。 データ通信装置２の動作処理を示すフローチャートである。 非接触識別タグ３の動作処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ＲＦＩＤシステム、２…データ通信装置、２ａ…アンテナコイル、２ｂ…第１のデータ受信部、２ｃ…第１のデータ送信部、２ｄ…第１のデータ制御部、２ｅ…第１のデータ記憶部、３…非接触識別タグ、３ａ…アンテナコイル、３ｂ…第２のデータ受信部、３ｃ…第２のデータ送信部、３ｄ…第２のデータ制御部、３ｅ…第２のデータ記憶部、３ｆ…駆動電力生成部、２００…通信範囲

Claims (11)

1. データ通信装置と非接触通信媒体とを含み、前記データ通信装置と前記非接触通信媒体との間で無線のデータ通信を行うデータ通信システムであって、
   前記データ通信装置は、
   送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成する負論理信号生成手段と、
   前記デジタル信号を利用して搬送波を振幅変調しデータ送信波を生成するデータ送信波生成手段と、
   前記データ送信波を送信するデータ送信波送信手段と、を備え、
   前記非接触通信媒体は、
   前記データ送信波を受信するデータ送信波受信手段と、
   前記データ送信波から駆動用電力を生成する駆動電力生成手段と、
   前記受信したデータ送信波を復調するデータ送信波復調手段と、を備えることを特徴とするデータ通信システム。
2. 前記データ送信波生成手段は、前記デジタル信号における論理０及び論理１の波形に、異なる２つの振幅レベルの前記搬送波を対応させる振幅変調を行うことを特徴とする請求項１記載のデータ通信システム。
3. 前記データ通信装置は、
   前記非接触通信媒体から送信された応答データ送信波を受信する応答データ送信波受信手段と、
   前記受信した応答データ送信波を復調する応答データ送信波復調手段と、を備え、
   前記非接触通信媒体は、
   所定データを記憶するデータ記憶手段と、
   前記データ送信波復調手段の復調結果及び前記データ記憶手段の記憶内容に基づき応答信号を生成する応答信号生成手段と、
   前記応答信号を利用して搬送波を変調し応答データ送信波を生成する応答データ送信波生成手段と、
   前記応答データ送信波を送信する応答データ送信波送信手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のデータ通信システム。
4. 前記非接触通信媒体は、固有の識別情報を記憶する識別情報記憶手段を備えることを特徴とする請求項３記載のデータ通信システム。
5. 請求項１記載のデータ通信システムに適用可能なデータ通信装置であって、
   送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成する負論理信号生成手段と、
   前記デジタル信号を利用して搬送波を変調しデータ送信波を生成するデータ送信波生成手段と、
   前記データ送信波を送信するデータ送信波送信手段と、を備えることを特徴とするデータ通信装置。
6. 前記データ送信波生成手段は、前記デジタル信号における論理０及び論理１の波形に、異なる２つの振幅レベルの前記搬送波を対応させる振幅変調を行うことを特徴とする請求項５記載のデータ通信装置。
7. 前記非接触通信媒体から送信された応答データ送信波を受信する応答データ送信波受信手段と、
   前記受信した応答データ送信波を復調する応答データ送信波復調手段と、を備えることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のデータ通信装置。
8. 請求項１記載のデータ通信システムに適用可能な非接触通信媒体であって、
   前記データ送信波を受信するデータ送信波受信手段と、
   前記データ送信波から駆動用電力を生成する駆動電力生成手段と、
   前記受信したデータ送信波を復調するデータ送信波復調手段と、を備えることを特徴とする非接触通信媒体。
9. 所定データを記憶するデータ記憶手段と、
   前記データ送信波復調手段の復調結果及び前記データ記憶手段の記憶内容に基づき応答信号を生成する応答信号生成手段と、
   前記応答信号を利用して搬送波を変調し応答データ送信波を生成する応答データ送信波生成手段と、
   前記応答データ送信波を送信する応答データ送信波送信手段と、を備えることを特徴とする請求項とする請求項８記載の非接触通信媒体。
10. 前記非接触通信媒体は、固有の識別情報を記憶する識別情報記憶手段を備えることを特徴とする請求項９記載の非接触通信媒体。
11. 請求項５記載のデータ通信装置を制御するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、
    送信用データに基づき負論理のデジタル信号を生成する負論理信号生成ステップと、
    前記デジタル信号を利用して搬送波を変調しデータ送信波を生成するデータ送信波生成ステップと、
    前記データ送信波を送信するデータ送信波送信ステップと、を備えることを特徴とするデータ通信装置制御プログラム。

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