JP2004056205A - Ｂｐｓｋ信号の認識方法およびその認識方法を用いる非接触式ｉｃカードの端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触式のＩＣカードリーダライタ装置として実現されるＢＰＳＫ信号の復調回路において、複数のＩＣカードからの応答信号を正確に認識する。
【解決手段】リーダライタ装置は、ステップＳ１１で初期応答用のデータ列を送信し、ステップＳ１２でレスポンスデータ列を受信すると、ステップＳ１３で衝突があるかどうか判定し、衝突が発生した場合は再度ステップＳ１１に戻り、衝突が発生しなかった場合には、ステップＳ１４で個々に識別できたＩＣカードのうち、必要なものは活性化し、不必要なものはＨＡＬＴ状態とするコマンドデータ列を送信する。その後、ステップＳ１５，Ｓ１６において、再び前記ステップＳ１１，Ｓ１２と同様に、初期応答用のデータ列を送信し、レスポンスデータ列を受信するか否かを判断する。したがって、距離の違い等でレスポンスデータ列を搬送するエネルギが異なっていても、複数枚のＩＣカードを確実に認識できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）方式で位相変調された信号を用いて、複数のＩＣチップと読取り／書込み端末との間で実現されるデータの通信の際に、各ＩＣチップを認識するための方法およびその認識方法を用いる非接触式ＩＣカードの端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な物にＩＣチップを埋込み、非接触で通信を行うことで、埋込まれた物品や、それを携帯する人物の情報を読取ることが従来から行われている。特に、前記ＩＣチップをカードに埋込んで、既に定期券などとして実用化されている。そのようなＩＣカードの分野において、非接触で読取り／書込み端末（以下、リーダライタ装置と称す）にデータを通信する方式として、ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３に、ＢＰＳＫ変調を用いた通信方式が規定されている。なお、ＩＣカードをリーダライタ装置に取込んで、端子を接触させて書込み／読出しを行うことができるとともに、無線によって前記非接触で書込み／読出しを行うことができるコンビ型と称されるＩＣカードも、前記非接触での通信にはＢＰＳＫ変調が用いられる。
【０００３】
前記ＢＰＳＫ変調とは、リーダライタ装置から送信されたキャリア波に対して、ＩＣカードがサブキャリア波の負荷を加えるか否かで変調するものであり、リーダライタ装置は、変調されたキャリア波から位相変化の点を検出することでデータを復調する。前記ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３では、周波数１３．５６ＭＨｚのキャリア波に対して、周波数８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調するようになっている。
【０００４】
このように構成されるＩＣカードシステムにおいて、たとえば１枚のカードを個人認証用として使用し、他のカードをカード内アプリケーション起動用として使用するようなシステムなどで、リーダライタ装置から送られてくる電磁波の到達範囲内に、複数のＩＣカード１が存在する場合がある。その場合、それら複数のＩＣカードが活性化され、初期応答等の信号のやり取りを開始すると、信号の衝突が発生する危険性がある。このため、ＩＣカードの国際規格である前記ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３には、初期応答および衝突防止の手順が、ＩＳＯ／ＩＥＣ−１４４４３−３として規格化されている。
【０００５】
その規格によると、通常、リーダライタ装置の動作磁界内にＩＣカードが存在するかどうかを確認するとき、リーダライタ装置は初期応答用のデータ列を送信する。その動作磁界内に存在するＩＣカードは、そのデータ列を受信するとレスポンスデータ列をリーダライタ装置に対して送信する。これによって、リーダライタ装置はＩＣカードが動作磁界内に存在すると認識し、ＩＣカードを活性化またはＨＡＬＴ状態にする。
【０００６】
前記活性化とは、ＩＣカードが、通常処理用のコマンドデータ列を受信可能な状態にすることである。また、前記ＨＡＬＴ状態とは、ＩＣカードを待機状態にし、該ＨＡＬＴ状態を解除するためのコマンドを受信しない限り、どんなコマンドデータ列を受信しても応答しない状態である。１度活性化またはＨＡＬＴ状態にされたＩＣカードは、再び初期応答用のデータ列が受信されてもレスポンスデータ列を送信することはない。
【０００７】
そして、複数枚のＩＣカードがリーダライタ装置の動作磁界内に存在する場合には、初期応答用のデータ列を受信すると、各ＩＣカードからそのレスポンスデータ列が一斉に返却される。ここで、同時にレスポンスデータが返却されると、衝突が起り、リーダライタ装置は個々のＩＣカードのレスポンスデータを認識することはできない。そこで、複数枚のＩＣカードから送信されるレスポンスデータ列の衝突防止手段として、次に示すタイムスロット方式とスロットマーカーコマンド方式とが規定されている。
【０００８】
前記タイムスロット方式は、以下に示すような仕組みである。前記初期応答用のデータ列を受信したＩＣカードは、指定されたスロット数の範囲内で乱数を生成し、その乱数に応じて決まる一定期間後にレスポンスデータ列を返却する。したがって、生成された乱数が複数のＩＣカード間で一致しない限り、レスポンスデータ列を同時に返却してしまい、衝突するようなことはなく、個々のＩＣカードを認識することができる。そして、衝突が発生しない間は、各ＩＣカードを順次、活性化またはＨＡＬＴ状態にする。衝突が発生した場合は、再度、初期応答用のデータ列を送信し、新たに生成された乱数で決まる一定期間後にレスポンスデータ列を返却する処理を、衝突が発生しなくなるまで繰返す。
【０００９】
これに対して、前記スロットマーカーコマンド方式は、以下に示すような仕組みである。前記初期応答用のデータ列を受信したＩＣカードは、前記タイムスロット方式と同様に、指定されたスロット数の範囲内で乱数を生成する。その後、スロットマーカーコマンドを受信し、そのスロットマーカーコマンドで指定される数値とＩＣカード内で発生しておいた乱数とが一致するまで待機し、一致したタイミングでレスポンスデータ列を返却する。以降同様に、レスポンスデータ列を返却してきたＩＣカードを活性化またはＨＡＬＴ状態にし、別の数値を指定したスロットマーカーコマンドを送信し、次のＩＣカードを活性化またはＨＡＬＴ状態にしてゆくという処理を順次繰返す。
【００１０】
これらの手順を採用することで、複数のＩＣカード内で発生する乱数が一致しない限り、レスポンスデータ列を同時に返却してしまい、衝突するようなことはなく、個々のＩＣカードを認識することができる。衝突が発生した場合は、再度、初期応答用のデータ列を送信し、衝突が発生しなくなるまでこの手順を繰返す。
【００１１】
図４は、上述のようなタイムスロット方式またはスロットマーカーコマンド方式を採用したリーダライタ装置において、動作磁界内に存在する複数枚のＩＣカードを認識するための初期応答処理の従来の手順を示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１で、リーダライタ装置は、初期応答用のデータ列を送信する。もし、その時点で、リーダライタ装置の動作磁界内にＩＣカードが存在する場合は、ステップＳ２でＩＣカードからのレスポンスデータ列を受信する。このレスポンスデータ列の送信手順は、先述のタイムスロット方式またはスロットマーカーコマンド方式によって行われる。リーダライタ装置の動作磁界内にＩＣカードが存在しない場合は、前記レスポンスデータ列は受信されず、前記ステップＳ１に戻って初期応答用のデータ列を再送信する。
【００１２】
レスポンスデータ列を受信すると、リーダライタ装置は、ステップＳ３で衝突があるかどうか判定し、衝突が発生した場合は、再度ステップＳ１に戻り、初期応答用のデータ列を送信する。これに対して、衝突が発生しなかった場合には、ステップＳ４で、個々に識別できたＩＣカードのうち、必要なものは活性化し、不必要なものはＨＡＬＴ状態とするコマンドデータ列を送信する。
【００１３】
こうして、個々のＩＣカードの認識を終了すると、ステップＳ５で、個々のＩＣカードに所望とする動作を行わせるコマンドデータ列を送信する。このようにして、衝突防止処理を実行することによって、複数枚のＩＣカードがリーダライタ装置の動作磁界内に存在する場合でも、衝突を回避し、個々のＩＣカードを認識し、所望とする信号のやり取りが行われている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、衝突と判定できるのは、各ＩＣカードからのレスポンスデータ列に微妙な時間差がある場合であり、全く同時にレスポンスデータ列としてのサブキャリアが送られてきた場合、衝突と判定されず、しかも相対的に小さいエネルギのサブキャリアは大きいエネルギのサブキャリアにマスクされてしまい、最も大きいエネルギのサブキャリアによるレスポンスデータ列しか認識されないという問題がある。つまり、上述の従来の認識方法では、複数枚のＩＣカードがリーダライタ装置の動作磁界内に存在したとしても、そのうちの一部のカードを認識できない可能性がある。この点について、以下に詳述する。なお、前記エネルギの差は、たとえばリーダライタ装置と各ＩＣカードとの距離が異なっていた場合に発生する。
【００１５】
図５は前記ＢＰＳＫ方式での位相変調を説明するための波形図であり、図５（ａ）はキャリア波を示し、図５（ｂ）はサブキャリア波を示す。前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波に対して、時刻ｔ０から、８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調が開始されている。したがって、サブキャリア波の周期はキャリア波の周期の１６倍で、半周期を１ビットとすると、１ビットの間隔は、８周期分となる。
【００１６】
そして、たとえば１０６ｋｂｐｓで通信する等倍速通信の場合、１つのデータは、図６（ａ）で示すような「１０１０１０１０１０１０１０１０」と、１８０°位相が異なり、図６（ｂ）で示すような「０１０１０１０１０１０１０１０１」との２通りのデータ列で表現される。１つのデータが０か１かは、この図６の位相変化点がハイかローかによって決定される。
【００１７】
ここで、２枚のＩＣカードＡとＢとを考え、それらから相互にエネルギの異なるレスポンスデータ列が全く同時（位相が等しい）に返却された場合、リーダライタ装置の受信するそれらの合成波には、図７と図８とのケースが考えられる。
図７および図８には、ＩＣカードＡとＩＣカードＢとによって負荷変調されたキャリア波および変調波であるサブキャリア波を示すとともに、それらによる合成波およびそれを前記ローパスフィルタ１１を通過させて得られるサブキャリア波の成分を示す。
【００１８】
図７は、データの値が相互に等しい、すなわちサブキャリア波の位相が相互に等しい場合であり、合成波から得られたサブキャリア波の成分は増幅されている。すなわち、サブキャリア波の成分は高低差がより大きく、エネルギの大きいレスポンスデータ列となっている。
【００１９】
これに対して、図８は、データの値が相互に異なる、すなわちサブキャリア波の位相が相互に異なる場合であり、合成波から得られたサブキャリア波の成分は、相対的にエネルギの大きいＩＣカードＡのサブキャリア波の成分が減衰されて、エネルギのより小さいレスポンスデータ列となっている。
【００２０】
このようにして、ＢＰＳＫ方式で、複数枚のＩＣカードから全く同じタイミングでレスポンスデータ列が返却されると、前述のように相対的に小さいエネルギのサブキャリアは大きいエネルギのサブキャリアにマスクされてしまい、最も大きいエネルギのサブキャリアによるレスポンスデータ列しか認識されなくなってしまうことが理解される。
【００２１】
本発明の目的は、複数のＩＣチップと、そのデータの読取り／書込み端末との間で、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を用いて読取り／書込みを行うにあたって、複数のＩＣチップからの応答信号を正確に認識することができるＢＰＳＫ信号の認識方法およびその認識方法を用いる非接触式ＩＣカードの端末装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明のＢＰＳＫ信号の認識方法は、複数のＩＣチップと、そのデータの読取り／書込み端末との間で、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を用いて前記読取り／書込みを行うに際に該読取り／書込み端末側で実施されるＢＰＳＫ信号の認識方法において、前記読取り／書込み端末から初期応答信号を発信するステップと、前記初期応答信号を受信したＩＣチップから発信される応答信号を受信するステップと、前記複数のＩＣチップからの応答信号が衝突しているか否かを検出するステップと、前記応答信号が衝突していないと検出した場合、その受信した応答信号のＩＣチップを認識するとともに、認識したＩＣチップに応答を禁止する信号を送信するステップとを繰返すことを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、非接触型ＩＣカードなどの複数のＩＣチップと、その読取り／書込み端末との間で、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を用いて前記読取り／書込みを行う際に実現される信号の認識方法において、初期応答信号に対して、複数のＩＣチップからの応答信号に相互にタイミングにずれがある場合は衝突していると判断することができ、読取り／書込み端末は、前記初期応答信号を再度送信し、これに応答して、各ＩＣチップが相互に異なるタイムスロットで応答信号を返信することで、該読取り／書込み端末は、各ＩＣチップを順次認識してゆくことができる。
【００２４】
これに対して、前記初期応答信号に対して、複数のＩＣチップからの応答信号のタイミングが相互に一致している場合は、このＢＰＳＫ方式の信号では、エネルギの小さい信号が大きい信号にマスクされてしまい、前記衝突とは判定されない。そこで、先ず受信されたエネルギの大きい応答信号のＩＣチップを活性化またはＨＡＬＴ状態などのように応答しないようにする信号を送信し、そのエネルギの大きい応答信号が返信されないようにした後に、再び前記初期応答信号の送信から応答信号の受信および認識…の処理を、応答信号が検出されなくなるまで繰返す。
【００２５】
これによって、複数のＩＣチップが読取り／書込み端末の動作磁界内に存在しても、総てのＩＣチップを順次的確に認識してゆき、所望とするＩＣチップから所望とするデータを読取り、または所望とするＩＣチップへ所望とするデータを書込むことができる。
【００２６】
また、本発明の非接触式ＩＣカードの端末装置は、前記の認識方法を用いることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、非接触式ＩＣカードは、前記ＢＰＳＫ信号を用いて読取り／書込みが行われるＩＣチップがカード内に埋込まれるとともに、該ＩＣチップがカード外周部に埋込まれるアンテナコイルと接続されて構成されるので、本発明を好適に実施することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００２９】
図２は、本発明が実施される非接触式のＩＣカード１と、そのリーダライタ装置２との一構成例を示すブロック図である。ＩＣカード１の外周部にはアンテナコイル３が埋込まれており、そのアンテナコイル３に前記リーダライタ装置２からの前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波が加えられると、起電力を生じる。この起電力は、コンデンサ４を介して、ＩＣチップモジュール５に電源として供給され、該ＩＣカード１は自動的に活電状態となり、その後、初期応答等の信号のやり取りを開始する。ＩＣチップモジュール５は、必要に応じてデータの書込み／読出しを行い、送信すべきデータに対応して、アンテナコイル３から、前記キャリア波を前記８４７ｋＨｚのサブキャリア波で負荷変調する。
【００３０】
リーダライタ装置２では、制御回路６からの信号に応答して、送信回路７がアンテナコイル８から前記キャリア波を発生する。該アンテナコイル８で受信された信号は、受信回路９で復調され、復調されたデータは前記制御回路８に取込まれ、必要に応じて、通信ポート１０を介して、ホスト装置等に転送される。
【００３１】
図３は、前記受信回路９の一構成例を示すブロック図である。この受信回路９は、大略的に、ローパスフィルタ１１と、増幅器１２と、コンパレータ１３と、復調回路１４と、基準電圧を生成する直列抵抗１５，１６とを備えて構成される。
【００３２】
前記受信信号はローパスフィルタ１１に与えられ、前記１３．５６ＭＨｚのキャリア波成分が除去され、情報となる前記８４７ｋＨｚのサブキャリア波成分が抽出される。前記サブキャリア波成分は、増幅器１２において増幅され、コンパレータ１３の一方の入力に入力される。前記コンパレータ１３の他方の入力には、電源電圧を前記直列抵抗１５，１６で分割して発生された基準電圧が与えられており、該コンパレータ１３は、前記サブキャリア波成分が基準電圧よりも電位が高ければ「１」、低ければ「０」と判定することで、デジタルデータを得る。
こうして、「０」と「１」とを繰返すデータ列が得られることになる。このデータ列が復調回路１４に入力され、１８０°の位相変調の有無から、データが復調される。
【００３３】
図１は、本発明の実施の一形態の複数枚のＩＣカードを認識するための初期応答処理のフローチャートである。この初期応答処理は、前述のタイムスロット方式またはスロットマーカーコマンド方式を採用したリーダライタ装置に実施される。
【００３４】
先ず、ステップＳ１１で、リーダライタ装置は、初期応答用のデータ列を送信する。もし、その時点で、リーダライタ装置の動作磁界内にＩＣカードが存在する場合は、ステップＳ１２でＩＣカードからのレスポンスデータ列を受信する。
このレスポンスデータ列の送信手順は、前述のタイムスロット方式またはスロットマーカーコマンド方式によって行われる。リーダライタ装置の動作磁界内にＩＣカードが存在しない場合は、前記レスポンスデータ列は受信されず、前記ステップＳ１１に戻って初期応答用のデータ列を再送信する。
【００３５】
レスポンスデータ列を受信すると、リーダライタ装置は、ステップＳ１３で衝突があるかどうか判定し、衝突が発生した場合は、再度ステップＳ１１に戻り、初期応答用のデータ列を送信する。これに対して、衝突が発生しなかった場合には、ステップＳ１４で、個々に識別できたＩＣカードのうち、必要なものは活性化し、不必要なものはＨＡＬＴ状態とするコマンドデータ列を送信する。
【００３６】
こうして、前記図４のステップＳ１〜Ｓ４と同様に１通りの認識を終了すると、注目すべきは、本発明では、ステップＳ１５、Ｓ１６において、再び前記ステップＳ１１，Ｓ１２と同様に、初期応答用のデータ列を送信し、レスポンスデータ列を受信するか否かを判断することである。前記レスポンスデータ列を受信した場合は前記ステップＳ１３に戻って、衝突があるかどうかを判定し、衝突が発生しなかった場合はステップＳ１４で、新たに識別できたＩＣカードのうち、必要なものは活性化し、不必要なものはＨＡＬＴ状態とするコマンドデータ列を送信する。
【００３７】
前記ステップＳ１６において、レスポンスデータ列を受信しなくなると、リーダライタ装置の動作磁界内に、未だ認識されていないＩＣカードは存在しないと判断して認識処理を終了し、ステップＳ１７において、前記ステップＳ５と同様に、個々のＩＣカードに所望とする動作を行わせるコマンドデータ列を送信する。このような初期応答の処理は、複数枚のＩＣカードを認識しても、数ｍｓｅｃ程度で終了する。
【００３８】
このようにして、前記タイムスロット方式またはスロットマーカーコマンド方式による衝突防止処理とともに、レスポンスデータ列が受信される限り認識を繰返すことで、距離の違い等でレスポンスデータ列を搬送するエネルギが異なっていても、確実に、リーダライタ装置の動作磁界内に存在する複数枚のＩＣカードを認識することができる。よって、本願のように簡単な手順を追加することで、実用性を増大することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のＢＰＳＫ信号の認識方法は、以上のように、非接触型ＩＣカードなどの複数のＩＣチップと、その読取り／書込み端末との間で、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を用いて前記読取り／書込みを行う際に実現される信号の認識方法において、初期応答信号に対して、先に受信されたエネルギの大きい応答信号のＩＣチップを活性化またはＨＡＬＴ状態などのように応答しないようにする信号を送信し、そのエネルギの大きい応答信号が返信されないようにした後に、再び前記初期応答信号の送信から応答信号の受信および認識…の処理を、応答信号が検出されなくなるまで繰返す。
【００４０】
それゆえ、複数のＩＣチップが読取り／書込み端末の動作磁界内に存在しても、総てのＩＣチップを順次的確に認識してゆき、所望とするＩＣチップから所望とするデータを読取り、または所望とするＩＣチップへ所望とするデータを書込むことができる。
【００４１】
また、本発明の非接触式ＩＣカードの端末装置は、以上のように、前記の認識方法を用いる。
【００４２】
それゆえ、本発明が特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の複数枚のＩＣカードを認識するための初期応答処理のフローチャートである。
【図２】本発明が実施される非接触式のＩＣカードと、そのリーダライタ装置との一構成例を示すブロック図である。
【図３】図２で示すリーダライタ装置における受信回路の一構成例を示すブロック図である。
【図４】複数枚のＩＣカードを認識するための従来技術の初期応答処理のフローチャートである。
【図５】ＢＰＳＫ方式での位相変調を説明するための波形図である。
【図６】ＢＰＳＫ方式で等倍速通信の場合のデータを示す波形図である。
【図７】２枚のＩＣカードから全く同時にレスポンスデータ列が返却された場合のキャリア波およびサブキャリア波を示す波形図である。
【図８】２枚のＩＣカードから全く同時にレスポンスデータ列が返却された場合のキャリア波およびサブキャリア波を示す波形図である。
【符号の説明】
１　　ＩＣカード
２　　リーダライタ装置
３，８　アンテナコイル
５　　ＩＣチップモジュール
６　　制御回路
７　　送信回路
９　　受信回路
１０　　通信ポート
１１　　ローパスフィルタ
１２　　増幅器
１３　　コンパレータ
１４　　復調回路
１５，１６　　直列抵抗

Claims (2)

1. 複数のＩＣチップと、そのデータの読取り／書込み端末との間で、ＢＰＳＫ方式で位相変調された信号を用いて前記読取り／書込みを行うに際に該読取り／書込み端末側で実施されるＢＰＳＫ信号の認識方法において、
   前記読取り／書込み端末から初期応答信号を発信するステップと、
   前記初期応答信号を受信したＩＣチップから発信される応答信号を受信するステップと、
   前記複数のＩＣチップからの応答信号が衝突しているか否かを検出するステップと、
   前記応答信号が衝突していないと検出した場合、その受信した応答信号のＩＣチップを認識するとともに、認識したＩＣチップに応答を禁止する信号を送信するステップとを繰返すことを特徴とするＢＰＳＫ信号の認識方法。
2. 前記請求項１記載の認識方法を用いることを特徴とする非接触式ＩＣカードの端末装置。

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