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
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Abstract
【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
【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)
- 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。 - 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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