JP2008294610A - 通信システム並びに通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスポンダとリーダライタ間で、アプリケーション毎な最適な通信距離で通信を行なうとともに、近隣に存在する端末からの傍受を適宜的に防ぐ。
【解決手段】リーダライタは、トランスポンダに対してデータの読み書きを行なうアプリケーションを起動すると、アプリケーション（又はその種別）に応じたサービス許可レベルを設定して、ビーコン・フレーム中に該レベルを記載する。トランスポンダは、ビーコン・フレームを受信して、その内容を解釈すると、当該ビーコンの受信信号レベルがサービス許可レベルに達しているかどうかに応じてリーダライタからのアクセス可否を決定する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、自ら電波の発生源を持たない通信端末（トランスポンダ）が無線で通信相手となる装置（リーダライタ）との間でデータ伝送を行なう非接触の通信システム、並びに非接触通信システムにおいてトランスポンダ又はリーダライタとして動作する通信装置に係り、特に、反射波読取器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側におけるアンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用した反射波伝送方式によりデータ通信を行なう通信システム並びに通信装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、最適な通信距離に置かれたトランスポンダとリーダライタ間でデータ通信を行なう通信システム並びに通信装置に係り、特に、トランスポンダとリーダライタ間でアプリケーション毎な最適な通信距離で通信を行なうとともに、近隣に存在する端末からの傍受を防いで伝送データのセキュリティを保つ通信システム並びに通信装置に関する。

自ら電波の発生源を持たず無線でデータを送信する通信システムとしてＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と呼ばれる非接触通信システムが知られている。ＲＦＩＤの他の呼び方として、「ＩＤシステム」や「データ・キャリア・システム」などがあるが、世界的に共通なのがＲＦＩＤシステム、略してＲＦＩＤである。日本語に訳すると「高周波（無線）を使用した認識システム」となる。ＲＦＩＤシステムは、タグとも呼ばれるトランスポンダと、トランスポンダにアクセスするリーダライタとから構成され、トランスポンダはリーダライタ側から電波をエネルギ源として受動的に動作し、リーダライタはトランスポンダ内に格納された情報の読み取りや情報の書き込みを行なう。

ＲＦＩＤシステムにおける非接触の通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。このうち電波通信方式のＲＦＩＤシステムでは、トランスポンダは無変調キャリアに対し変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器を備え、リーダライタは反射器からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読取器を備え、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送を行なう。反射器は、反射波読取器から無変調キャリアが送られてくると、アンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づいてその反射波に変調を施してデータを重畳する。すなわち、反射器側ではキャリア発生源が不要であることから、低消費でデータ伝送動作を駆動する。そして、反射波読取器側では、このような変調反射波を受信し、復調並びに復号処理して伝送データを取得することができる。

反射器は、基本的には、入射する連続波の電波を反射させるアンテナと、送信データの発生回路と、送信データに対応させてアンテナの負荷インピーダンスを変化させるインピーダンス変化回路で構成される（例えば、特許文献１を参照のこと）。インピーダンス変化回路は、例えばアンテナの終端をオープン／グランドに切り替えるアンテナ・スイッチである。このアンテナ・スイッチを、回路モジュールに組み込んでＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタで構成することもできるが、回路モジュールとは切り離して、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成することで、低消費電力で高速な切り替え動作が可能となる。後者の場合、反射波変調によるデータ伝送レートが向上するとともに、その消費電力は数１０μＷ以下に抑制される。したがって、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では通信時に数百ｍＷ〜数Ｗ程度の電力を消費することを考慮すると、反射波通信は一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると圧倒的な性能差を持つと言える（例えば、特許文献２を参照のこと）。

反射器を搭載したトランスポンダは、受信電波を反射する動作を行なうだけであるから、無線局とはみなされず、電波通信に課される法規制の対象外として扱われるという利点もある。また、旧来の非接触通信システムでは数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ（例えば１３．５６ＭＨｚ）の周波数を用いるのに対し、反射波伝送方式では例えばＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｏｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｂａｎｄ）と呼ばれる２．４ＧＨｚ帯（マイクロ波）の高帯域を用いた高速なデータ伝送を実現することができる。

非接触システムの１つの典型的な利用形態として、図８に示すように、反射器などのトランスポンダを内蔵したホスト機器を、反射波読取装置などのリーダライタが備える読み取り面上に載置して、トランスポンダに対して情報の読み取りや書き込みを行なうことが挙げられる。

トランスポンダは、リーダライタが送出するキャリアを整流して電力を得ることができるが、高帯域で大容量データ伝送を行なうには不十分である。すなわち、トランスポンダは、送信時においてキャリアを発生する電力は不要であるが、反射波に変調処理を施す送信動作や、リーダライタからの変調信号を復調・復号する受信動作のための受信動作のための電力はホスト機器本体から供給される。

例えば、デジタルカメラや、カメラ付き携帯電話などの携帯情報端末、携帯型音楽再生装置といった、消費電力を極力抑えたいモバイル系の端末機器にトランスポンダを組み込み、テレビ、モニタ、プリンタ、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、ＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ Ｔａｐｅ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）プレイヤなど、据え置き型の家電製品などからなる情報機器にリーダライタを組み込む。そして、トランスポンダとリーダライタ間を近接させることで、カメラ付き携帯電話やデジタルカメラで撮った画像データを、非接触通信によりＰＣにアップロードし、画像データの蓄積や表示出力、プリントアウトなどを行なうことができる。

また、反射器などのトランスポンダ機能を備えたメモリカードについて提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。デジタルカメラや携帯電話機など、このようなメモリカードが差し込まれたホスト機器は、有線インターフェースを介してメモリカードへのアクセス動作を行なうことができる。他方、ＰＣやプリンタといった外部機器は、メモリカードを装着しているホスト機器とは独立して、メモリカードからのデータ読み出し動作を反射波伝送路経由で行なうことができる。すなわち、非接触通信動作をメモリカードを装着したホスト機器による制御外で制御することができるので、メモリカードが外部機器と接続するために、ホスト機器側では非接触通信制御用のドライバ・ソフトウェアを導入する必要がない。

また、トランスポンダとリーダライタ間でデータ伝送を行なう際には、両者間で接続を確立する必要がある。通信確立手順の１つとして、リーダライタがある一定の間隔でビーコン・フレームを送信することにより、自局のサービス・エリアを報知するという、というサービス・エントリ・シーケンスが提案されている（例えば、本出願人に既に譲渡されている特願２００６−２７０３６５号明細書を参照のこと）。

図９には、上述したサービス・エントリ・シーケンスを利用して、トランスポンダとリーダライタ間において反射波伝送を行なうための通信制御シーケンスを示している。

リーダライタは、ビーコン・フレームを定期的に送信することにより、自局のサービス・エリアを報知する。また、リーダライタは、ビーコン・フレームの送信後に設けられるエントリ期間において、トランスポンダを動作させるための無変調キャリアを送出し続ける。

一方、トランスポンダは、ビーコン・フレームを受信することによりリーダライタの存在を知り、エントリ期間内に受信した無変調キャリアを利用して、ビーコン・フレームに応答するエントリ・フレームを返信する。

また、図１０には、リーダライタとトランスポンダ間において、図９に示したサービス・エントリ・シーケンスを利用して通信動作を開始する際のシーケンスを示している。

リーダライタは、一定の時間間隔でビーコン・フレームの送信を間欠的に行なう。トランスポンダは、電波到達範囲外ではビーコン・フレームを受信することはできないが、電波到達範囲内に入り、ビーコン・フレームが到来するとその受信処理を実行する。

トランスポンダは、受信したビーコン・フレームのペイロードに記載されている情報に基づいて、使用する通信周波数チャネルの情報やリーダライタの固有ＩＤなどの情報を取得する。そして、リーダライタとの接続したい場合には、エントリ期間にわたってリーダライタから送出される無変調キャリア（前述）を利用して、変調反射波信号からなるエントリ・フレームを返す。

リーダライタは、トランスポンダから受け取ったエントリ・フレームの記載内容に基づいて、トランスポンダの固有ＩＤや、設定可能な通信パラメータの情報などを取得する。そして、トランスポンダと通信したいときには、通信パラメータなどの指定情報をペイロードに記載した接続要求フレームをさらに送信する。これに対し、トランスポンダは、接続要求に応じるときには、接続結果などをペイロードに記載した接続応答フレームを返し、これによって接続が確立する。接続が確立している期間は、リーダライタからのコマンド・フレームの送信と、これに応じたトランスポンダによるレスポンス・フレームの返信の繰り返しにより、トランスポンダに対する情報の読み取りや書き込みが実行される。

リーダライタは、常に一定の時間間隔でビーコン・フレームを送信し続ける必要はない。例えば、リーダライタは、トランスポンダから情報を読み取りたいタイミングにおいて（より具体的には、トランスポンダに対してデータの読み書きを行なうアプリケーションを起動する毎に）、ビーコン・フレーム（あるいは不定期の送信要求信号）を送信するようにしてもよく、トランスポンダから応答が返されると、上述と同じ接続要求／応答シーケンスを経て接続を確立することができる。すなわち、リーダライタは、不要なビーコン・フレームや、エントリ期間中の無変調キャリアの送信を抑制することができる。

また、図１０に示した通信シーケンスでは、リーダライタとトランスポンダ間でビーコン・フレームとエントリ・フレームを用いてハンドシェイクを行なった後、リーダライタ側から接続要求フレームを送信しこれに対しトランスポンダが接続応答フレームを返すように構成されているが、逆に、トランスポンダから接続要求フレームを送信しこれに対しリーダライタが接続応答フレームを返すようにしてもよい。

現在、上述したような非接触通信システムは、トランスポンダとリーダライタ間で非接触により情報の読み書きを行なうことから、利便性が高く、定期券、認証カードなど、従来の磁気式カードでの用途、あるいは物流システムなどにおいて、その利用範囲を拡大している。

ここで、無線通信は、有線通信とは異なり、傍受による情報漏洩の危険に晒されていることから、その対策として通信路を暗号化する必要がある。例えば、非接触通信システムを、電子マネーによる決済など価値情報の読み書きや入退室管理に使用する場合などには、トランスポンダとリーダライタの近傍に存在する端末と交信できてしまうとセキュリティ上大きな問題となる。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１などの無線ＬＡＮシステムでは、制御局が管理するＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ内でＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｒｉｖａｃｙ）キーやＰＳＫ（Ｐｒｅ Ｓｈａｒｅｄ Ｋｅｙ）などの暗号鍵を共通に持つ仕組みが導入され、ネットワークに収容された端末局は暗号化による安全な通信路を確保することができる。しかしながら、安価に構成することを１つの特徴とする非接触通信システムにこのようなメカニズムを実装することは現実的ではない。

また、電磁誘導方式の非接触通信システムでは、誘導電界が距離の３条に反比例して減衰することから、近隣の端末から傍受されてしまう危険は比較的少ない。しかしながら、トランスポンダが例えばデジタルカメラや、カメラ付き携帯電話、携帯型音楽再生装置などの情報源となる機器に搭載され、表示装置や音声出力装置側のリーダライタに情報コンテンツを伝送して画像・音声出力するといったアプリケーションにおいては、通信距離がごく至近距離に限られることは不便である。

反射波伝送方式の非接触通信は、距離に反比例して減衰する電波を媒介とすることから、比較的通信距離が長く使い勝手がよいが、価値情報の伝送時などにおいて十分なセキュリティ対策が必要となる。

特開平１−１８２７８２号公報 特開２００５−６４８２２号公報 特開２００６−２１６０１１号公報

本発明の目的は、自ら電波の発生源を持たないトランスポンダとリーダライタ間で好適に非接触データ伝送を行なうことができる優れた通信システム、並びに当該通信システムにおいてトランスポンダ又はリーダライタとして好適に動作することができる優れた通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、反射波伝送方式により非接触データ伝送を行なうことができる優れた通信システム、並びに当該通信システムにおいてトランスポンダ又はリーダライタとして好適に動作することができる優れた通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、最適な通信距離に置かれたトランスポンダとリーダライタ間で好適にデータ通信を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、トランスポンダとリーダライタ間でアプリケーション毎な最適な通信距離で通信を行なうとともに、近隣に存在する端末からの傍受を防いで伝送データのセキュリティを保つことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、自ら電波の発生源を持たないトランスポンダがリーダライタとの間でデータ伝送を行なう通信システムであって、
前記リーダライタから前記トランスポンダに対して、サービスを受けることを許可する受信信号レベルに関するサービス許可レベルを通知するサービス許可レベル通知手段と、
前記トランスポンダにおいて、前記リーダライタからの受信信号レベルが前記の通知されたサービス許可レベルに達するか否かに応じて前記リーダライタからのアクセスの可否を決定するアクセス制御手段と、
を具備することを特徴とする通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない（以下、同様）。

非接触通信システムは、トランスポンダとリーダライタ間で非接触により情報の読み書きを行なうことから、利便性が高く、定期券、認証カードなど、従来の磁気式カードでの用途、あるいは物流システムなどにおいて、その利用範囲を拡大している。

例えば、電波通信を利用した反射波変調方式の非接触通信システムは、電磁誘導などの他の方式に比べると、例えば２．４ＧＨｚ体などの高帯域を用いた高速なデータ伝送を実現することができる、通信距離を長くすることができユーザにとって利便性が高いといった特徴がある。

しかしながら、有線通信とは異なり、無線通信には傍受される危険が高く、電子マネーによる決済など価値情報の読み書きや入退室管理などのアプリケーションにはセキュリティを確保する必要がある。他方、通信距離をごく至近距離に限定すると、例えばデジタルカメラで撮影した画像をテレビで画面表示するなどのエンターテインメント的なアプリケーションにおいては、ユーザの使い勝手がよくない。

これに対し、本発明に係る通信システムは、反射波伝送などの非接触通信方式を適用してトランスポンダとリーダライタで構成されるが、リーダライタ側でアプリケーション毎にトランスポンダとの通信可能エリアの制御を行なうようになっている。したがって、価値情報の伝送などセキュリティを確保する必要があるアプリケーションにおいては通信可能範囲を制限する一方、エンターテインメント的なアプリケーションにおいては通信可能範囲を大きく採ることでユーザの使い勝手を良くすることができる。

本発明に係る通信システムでは、例えば、リーダライタが所定の時間間隔でビーコン・フレームを報知し、これに対し、トランスポンダは、ビーコン・フレームを送信した後に設けられる所定のエントリ期間を利用してビーコンに対する応答フレームを返すというサービス・エントリ・シーケンス（図９〜図１０を参照のこと）が採用されている。

リーダライタは、トランスポンダに対してサービスを提供するアプリケーションに応じてサービス許可レベルを設定すると、ビーコン・フレームを通じてサービス許可レベルをトランスポンダに通知することができる。これに対し、トランスポンダ側では、リーダライタから受信したビーコン・フレーム（若しくはその他の受信フレーム）の受信信号レベルが、ビーコン・フレームにより通知されたサービス許可レベルに達するか否かに応じて前記リーダライタからのアクセスの可否を決定するようになっている。

したがって、リーダライタは、トランスポンダに対してサービスを提供するアプリケーションに応じてサービス許可レベルを設定することで、トランスポンダに対してサービスを提供する各アプリケーションに応じて、トランスポンダとの通信可能エリアの制御を行なうことができる。

例えば、秘匿性の高いデータ通信を行なうアプリケーションを起動したときには、リーダライタは、サービス許可レベルを高く設定してビーコン・フレームを送信し、これに対し、トランスポンダはビーコン受信信号レベルが高いとき、言い換えればリーダライタが至近距離にあるときしかリーダライタからのアクセスを許可しないので、近隣に存在する端末からの傍受を回避することができる。

他方、秘匿性の低い画像や音響などのデータ通信を行なうアプリケーションを起動したときには、傍受を気にする必要はなくなるので、リーダライタは、サービス許可レベルを低く設定してビーコン・フレームを送信し、これに対し、トランスポンダはビーコン受信信号レベルが低いとき、言い換えればリーダライタとの通信距離が比較的長い場合であってもアクセスを許可するので、使い勝手が良い。

本発明によれば、自ら電波の発生源を持たないトランスポンダとリーダライタ間で反射波伝送方式により好適に非接触データ伝送を行なうことができる優れた通信システム、並びに当該通信システムにおいてトランスポンダ又はリーダライタとして好適に動作することができる優れた通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、トランスポンダとリーダライタ間でアプリケーション毎な最適な通信距離で通信を行なうとともに、近隣に存在する端末からの傍受を防いで伝送データのセキュリティを保つことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。

本発明に係る通信システムでは、リーダライタ側でアプリケーション毎にトランスポンダとの通信可能エリアの制御を行なうようになっている。例えば、リーダライタがビーコン・フレームを送信して自局のサービス・エリアを報知し、これに対しトランスポンダが所定のエントリ期間内にエントリ・フレームを返信するといった「サービス・エントリ・シーケンス」（図９〜図１０を参照のこと）を採用する通信システムに適用することができる。リーダライタは、トランスポンダに対してデータの読み書きを行なうアプリケーションを起動すると、アプリケーション（又はその種別）に応じたサービス許可レベルを設定して、ビーコン・フレーム中に該レベルを記載する。トランスポンダは、ビーコン・フレームを受信して、その内容を解釈すると、当該ビーコンの受信信号レベルがサービス許可レベルに達しているかどうかに応じてリーダライタからのアクセス可否を決定する。したがって、価値情報の伝送などセキュリティを確保する必要があるアプリケーションにおいては通信可能範囲を制限する一方、エンターテインメント的なアプリケーションにおいては通信可能範囲を大きく採ることでユーザの使い勝手を良くすることができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示している。図示の通信システムは、トランスポンダ（図示しない）を内蔵したメモリカード１００と、このメモリカード１００が専用スロットに差し込まれたホスト機器１２０と、トランスポンダとは非接触のデータ伝送を行なうリーダライタ３００で構成される。ホスト機器１２０は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などの、メモリカード１００を受容するモバイル機器を想定している。そして、トランスポンダはリーダライタ３００側からの電波をエネルギ源として受動的に動作し、リーダライタ３００はトランスポンダ内に格納された情報の読み取りや情報の書き込みを行なう。

トランスポンダとリーダライタ３００との非接触の通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられるが、以下では電波通信方式を適用することを想定し、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送を行なうものとする。反射波伝送方式は、例えば反射器側からの送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することができるという特徴がある。

トランスポンダは無変調キャリアに対し変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器を備え、リーダライタ３００は反射器からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読取器を備える。反射器は、反射波読取器から無変調キャリアが送られてくると、アンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づいてその反射波に変調を施してデータを重畳する。反射波読取器側では、このような変調反射波を受信し、復調並びに復号処理して伝送データを取得する。

アンテナ負荷インピーダンスの切り替えスイッチをガリウム砒素のＩＣで構成することで、低消費電力で高速な切り替え動作が可能となり、その消費電力は数１０μＷ以下に抑制される。また、２．４ＧＨｚ帯（マイクロ波）の高帯域を用いた高速なデータ伝送を実現することができる。

トランスポンダは、リーダライタ３００が送出するキャリアを整流して電力を得ることができるが、高帯域で大容量データ伝送を行なうには不十分である。すなわち、トランスポンダは、送信時においてキャリアを発生する電力は不要であるが、反射波に変調処理を施す送信動作や、リーダライタ３００からの変調信号を復調・復号する受信動作のための受信動作のための電力はホスト機器１２０側から供給される。

図２には、トランスポンダを内蔵したメモリカード１００の内部構成例を示している。図示のメモリカード１００は、記憶手段を構成するフラッシュ・メモリ１０３と、端子部１０１と、メモリ／通信制御部１０２と、無線部１０４と、アンテナ１０５で構成される。

端子部１０１の接点部分はケースの外面に露出しており、通常のメモリカードと同様にホスト機器１２０側と接続可能である。フラッシュ・メモリ１０３は、データを電気的に書き換え可能に格納することができる。メモリ／通信制御部１０２は、ホスト機器１２０とフラッシュ・メモリ１０３の間で端子部１０１を介してデータを転送するとともに、フラッシュ・メモリ１０２のデータを無線部１０４、アンテナ１０５を介してリーダライタ７００に反射波で送信する。無線部１０４は非接触通信システムにおけるトランスポンダに相当する。

図３には、図２に示したメモリカード１００内の無線部１０４の内部構成例を示している。図示の無線部１０４は、非接触システムにおけるトランスポンダに相当するが、ここでは反射波伝送における反射器として動作することができる。

参照番号２００はＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ／Ｄｏｕｂｌｅ−Ｔｈｒｏｗ Ｓｗｉｔｃｈ：単極／双投スイッチ）のアンテナ・スイッチであり、反射波の生成と送受信の切り替えを兼用する。図中、端子ｃはメモリカード１００内のアンテナ１０５に接続される。アンテナ・スイッチ２００は、他のＣＭＯＳ回路モジュールとは分離して、例えばガリウム砒素のＩＣで構成される。

無線部１０４から送信するときには、端子ｂはベースバンド制御部（図示しない）からの制御信号（ＴＸ／ＲＸ）によりオフに制御される。そして、ベースバンド制御部より送信データ（ＴＸ＿ＤＡＴＡ）が端子ａに加えられる。図中、左端のスイッチは端子ｄを接地しているため、送信データが１のときはアンテナ１０５の終端がグランドにショートとなるが、送信データが０のときはアンテナ１０５の終端がオープンとなる。このように、送信データのビット・イメージに基づいてアンテナ・スイッチ２００の切り替え動作（すなわち、アンテナ１０５終端のスイッチング動作）によって、アンテナ１０５より受信された無変調キャリアに対して位相変調が施され、内蔵アンテナ１０５より変調反射波信号として放射される。

一方、無線部１０４で受信するときには、端子ｂは、図示しないベースバンド制御部よりオン状態に保たれる。したがって、アンテナ１０５で受信されたＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｎｉｇｔ）変調信号は、端子ｅを経由してＡＳＫ受信部２０１に送られ、ここで復調され受信データ（ＲＸ＿ＤＡＴＡ）に変換される。このようにして、受信データは図示しないベースバンド制御部に渡される。

また、図４には、図３に示した無線部１０４の通信相手となる反射波読取装置としてのリーダライタ３００の内部構成を模式的に示している。図示のリーダライタ３００は、アンテナ３０１と、サーキュレータ３０２と、受信部３０３と、送信部３０４と、ベースバンド制御部３０５で構成される。

送信部３０４は、ベースバンド部３０５の指示により、無変調キャリアを生成する。この無変調キャリアは、サーキュレータ３０２を経由してアンテナ３０１より無線部１０４に向けて放射される。ここで、サーキュレータ３０２は送受信を同時に行なう際に、送信波と受信波を分離するために用いられる。

上述したように、無線部１０４では、リーダライタ３００からの無変調キャリアに対して反射波が生成され、この反射波には読み取りデータに応じた位相変調が施されるから、リーダライタ３００には変調反射波として戻ってくる。この変調反射波は、アンテナ３０１とサーキュレータ３０２を経由して受信部３０３で受信されると、ｉｎ位相（Ｉ）とその直角位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ：Ｑ）からなるベースバンドＩＱ信号に変換され、ベースバンド制御部３０５で復調される。

また、リーダライタ３００から無線部１０４にデータや制御コマンドを送信する場合には、ベースバンド制御部３０５からの送信データに従って送信部３０４でＡＳＫ変調波を生成して、同様にアンテナ３０１より放射される。

ベースバンド制御部３０５は他の機器とのインターフェースを備えており、例えば読み取った画像データをデコードしてテレビ（図示しない）にビデオ信号として接続し画像表示をしたり、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒａｉｌ Ｂｕｓ）接続されたＰＣ（図示しない）に画像転送したりすることが可能である。

本実施形態では、トランスポンダとリーダライタ３００の通信制御には、図９〜図１０に示したサービス・エントリ・シーケンスが適用されるものとする。すなわち、リーダライタ３００はビーコン・フレームを送信して自局のサービス・エリアを報知し、これに対しトランスポンダが所定のエントリ期間内にエントリ・フレームを返信し、さらに接続要求及び接続応答シーケンスを経て両者間の接続が確立する。

リーダライタ３００は、常に一定の時間間隔でビーコン・フレームを送信し続ける必要はないが、トランスポンダから情報を読み取りたいタイミングにおいて（より具体的には、トランスポンダに対してデータの読み書きを行なうアプリケーションを起動する毎に）ビーコン送信動作を開始する。リーダライタ３００は、例えば、１０〜１００ミリ秒毎にビーコン・フレームを送信する。

また、本実施形態では、リーダライタ３００は、トランスポンダに対してデータの読み書きを行なうアプリケーションを起動したときに、アプリケーション（又はその種別）に応じたサービス許可レベルを設定して、ビーコン・フレーム中に該レベルを記載する。これに対し、トランスポンダは、ビーコン・フレームを受信して、その内容を解釈すると、当該ビーコンの受信信号レベルがサービス許可レベルに達しているかどうかに応じてリーダライタからのアクセス可否を決定するようになっている。

ここで、リーダライタは一定の送信電力でビーコン・フレームを送信し、トランスポンダは基本的に直接波でビーコンを受信するものとし（見通し内通信）、トランスポンダ側での受信信号レベルはリーダライタとの通信距離に対応することを前提とする。

例えば、秘匿性の高いデータ通信を行なうアプリケーションを起動したときには、リーダライタ３００は、サービス許可レベルを高く設定してビーコン・フレームを送信し、これに対し、トランスポンダはビーコン受信信号レベルが高いとき、言い換えればリーダライタ３００が至近距離にあるときしかリーダライタ３００からのアクセスを許可しないように振る舞うので、近隣に存在する端末からの傍受を回避することができる。

他方、リーダライタ３００が秘匿性の低い画像や音響などのデータ通信を行なうアプリケーションを起動したときには、傍受を気にする必要はなくなる。そこで、リーダライタ３００は、サービス許可レベルを低く設定してビーコン・フレームを送信し、これに対し、トランスポンダはビーコン受信信号レベルが低いとき、言い換えれば、リーダライタ３００との通信距離が比較的長い場合であってもトランスポンダはアクセスを許可するので、ユーザは機器同士を至近距離に近づける必要がないので、使い勝手が良い。

図５には、本実施形態に係る通信システムにおいて利用されるビーコン信号のフレーム・フォーマット例を示している。

ビーコン・フレーム５００は、プリアンブル５０１と、ユニーク・ワード５０２と、読取装置のＩＤ５０３と、サービス許可レベル５０４と、報知情報５０５と、誤り検定符号(ＣＲＣ)５０６などの情報要素で構成される。

プリアンブル５０１は、復調の際のビット（シンボル）同期をおこなうために使用され、ユニーク・ワード５０２は、データの開始位置を示すものである。また、ＩＤ５０３は読取装置毎にユニークに付与された識別子である。また、報知情報５０５は、通信に関する各種パラメータや、サービス情報が格納される。また、ビーコン周期もこの報知情報５０５内の情報要素となる。また、誤り検定符合５０６は、当該ビーコン・フレームのＩＤ５０３から報知情報５０５までのデータに対して付与されるＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｏｄｅ：冗長巡回符号）パリティである。

サービス許可レベル５０４は、トランスポンダとの通信を行なう際に、リーダライタ３００がアプリケーション毎に対応した通信可能エリアを制御するために、本実施形態において新規に追加された情報要素であり、リーダライタ３００からのビーコン信号の受信レベルがどの程度なければいけないかを示すようになっている。

例えば、サービス許可レベル５０４として６０［ｄＢμＶ］と表示されたとする。この場合、リーダライタ３００からのビーコン信号を５０［ｄＢμＶ］で受信したときには、トランスポンダはリーダライタ３００に対して接続要求は行なえない。また、リーダライタ３００からのビーコン信号を６５［ｄＢμＶ］で受信することができたときには、トランスポンダはリーダライタ３００に対して接続要求信号を送信してもよいこととなる。

したがって、リーダライタ３００は、秘匿性の高いデータ通信を行なうアプリケーションを起動したときには、サービス許可レベル５０４を高く設定してビーコン・フレームを送信することにより、トランスポンダは、リーダライタ３００が至近距離にあるときしかリーダライタ３００からのアクセスを許可しないように振る舞うので、近隣に存在する端末からの傍受を回避することができる。

他方、リーダライタ３００が秘匿性の低い画像や音響などのデータ通信を行なうアプリケーションを起動したときには傍受を考慮する必要はないので、リーダライタ３００は、サービス許可レベル５０４を低く設定してビーコン・フレームを送信する。この場合、トランスポンダは比較的長い通信距離であってもアクセスを許可するので、ユーザは機器同士を至近距離に近づける必要がないので、使い勝手が良い。

トランスポンダ側では、ビーコン・フレーム中のサービス許可レベル５０４に従い、ビーコン・フレーム（若しくはリーダライタ３００から受け取ったその他のフレーム）の受信信号強度に応じてリーダライタ３００からのアクセス可否を制御する。

このため、例えばトランスポンダ内の無線部１０４は受信信号強度（Ｒｅｃｉｅｖｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：ＲＳＳＩ）を測定する手段を備え、メモリ／通信制御部１０２はこのＲＳＳＩ測定結果に基づいて、リーダライタ３００に対して接続要求フレームを送信してもよいか否か（若しくは、リーダライタ３００からの接続要求フレームに対して接続応答フレームを返信してもよいかどうか）を判断する。

図６には、ＲＳＳＩ測定結果をメモリ／通信制御で１０２に伝える手段を備えた無線部１０４の構成例を示している。図３に示した構成例との相違点は、ＡＳＫ受信部２０１に受信電界強度（ＲＳＳＩ）をメモリ／通信制御部１０２に伝える手段を設けたことにある。もともとＡＳＫの受信を行なうため、受信レベルの測定は容易である。

図７には、本実施形態に係る通信システムにおいて、トランスポンダとリーダライタ３００間で実施される通信シーケンス例を示している。なお、同図では省略しているが、トランスポンダは、リーダライタ３００からのビーコン・フレームに対してエントリ・フレームを返すものとする。また、トランスポンダが接続要求フレームやその他の信号を送信する際には、リーダライタ３００から無変調キャリアが供給されているものとする。

トランスポンダは、ビーコン・フレーム４００を受信した後、このビーコン・フレーム４００内のサービス許可レベル５０４を読み出して記憶する。さらに、ビーコン・フレーム４００の受信レベルを測定して（６０１）、以上であるかどうかの判断を行なう（６０２）。

ここで、受信レベルがサービス許可レベル５０４よりも大きければ、トランスポンダは、リーダライタ３００からの無変調キャリアに対する変調反射波信号として、接続要求フレーム４０１をリーダライタ３００に送信する。

これに対し、リーダライタ３００は、接続要求信号４０１を受信できたならば、接続応答フレーム４０２を返送する。これによって、トランスポンダとリーダライタ３００間の接続が確立し、通信状態４０３となる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、反射波伝送を行なう通信システムに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、静電結合方式や電磁誘導方式など、自ら電波の発生源を持たないトランスポンダがリーダライタと非接触によりデータ伝送動作を行なう他の通信方式を採用する通信システムであっても、リーダライタ側でアプリケーション毎にトランスポンダとの通信可能エリアの制御を行なう必要がある局面において、同様に本発明を適用することができる。あるいは、送受信側の双方の通信機がともに電波の発生源を持つ通信システムに対しても、同様に本発明を適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示した図である。 図２は、トランスポンダを内蔵したメモリカード１００の内部構成例を示した図である。 図３は、図２に示したメモリカード１００内の無線部１０４の内部構成例を示した図である。 図４は、図３に示した無線部１０４の通信相手となる反射波読取装置としてのリーダライタ３００の内部構成を模式的に示した図である。 図５は、本発明に係る通信システムにおいて利用されるビーコン信号のフレーム・フォーマット例を示した図である。 図６は、ＲＳＳＩ測定結果をメモリ／通信制御で１０２に伝える手段を備えた無線部１０４の構成例を示した図である。 図７は、本発明に係る通信システムにおいて、トランスポンダとリーダライタ３００間で実施される通信シーケンス例を示した図である。 図８は、反射器などのトランスポンダを内蔵したホスト機器を、反射波読取装置などのリーダライタが備える読み取り面上に載置して、トランスポンダに対して情報の読み取りや書き込みを行なう様子を示した図である。 図９は、サービス・エントリ・シーケンスを利用して、トランスポンダとリーダライタ間において反射波伝送を行なうための通信制御シーケンスを示した図である。 図１０は、リーダライタとトランスポンダ間において、図９に示したサービス・エントリ・シーケンスを利用して通信動作を開始する際のシーケンスを示した図である。

符号の説明

１００…メモリカード
１０１…端子部
１０２…メモリ／通信制御部
１０３…フラッシュ・メモリ
１０４…無線部
１０５…アンテナ
１２０…ホスト機器
２００…アンテナ・スイッチ
２０１…ＡＳＫ受信部
３００…リーダライタ
３０１…アンテナ
３０２…サーキュレータ
３０３…受信部
３０４…送信部
３０５…ベースバンド制御部

Claims (12)

1. 自ら電波の発生源を持たないトランスポンダがリーダライタとの間でデータ伝送を行なう通信システムであって、
   前記リーダライタから前記トランスポンダに対して、サービスを受けることを許可する受信信号レベルに関するサービス許可レベルを通知するサービス許可レベル通知手段と、
   前記トランスポンダにおいて、前記リーダライタからの受信信号レベルが前記の通知されたサービス許可レベルに達するか否かに応じて前記リーダライタからのアクセスの可否を決定するアクセス制御手段と、
   を具備することを特徴とする通信システム。
2. 前記トランスポンダは、アンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用した変調反射波信号によりデータを伝送する反射器であり、
   前記リーダライタは、無変調キャリアの送信と、前記反射器からの変調反射波信号の読み取りを行なう反射波読取装置である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記リーダライタは、前記トランスポンダに対してサービスを提供するアプリケーションに応じてサービス許可レベルを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記リーダライタが所定の時間間隔でビーコン・フレームを報知し、前記トランスポンダが該ビーコン・フレームを送信した後に設けられる所定のエントリ期間を利用してビーコンに対する応答フレームを返すサービス・エントリ・シーケンスが採用されており、
   前記サービス許可レベル通知手段は、前記リーダライタが送信するビーコン・フレームを通じてサービス許可レベルを前記トランスポンダに通知し、
   前記アクセス制御手段は、前記トランスポンダが前記リーダライタから受信したビーコン・フレームの受信信号レベルが前記サービス許可レベルに達するか否かに応じて前記リーダライタからのアクセスの可否を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 自ら電波の発生源を持たないトランスポンダがリーダライタとの間でデータ伝送を行なう通信システムにおいて、前記トランスポンダとして動作する通信装置であって、
   前記トランスポンダとして前記リーダライタとの間で送受信を行なう通信手段と、
   前記通信手段による通信動作を制御する通信制御手段を備え、
   前記通信制御手段は、前記リーダライタからサービスを受けることを許可する受信信号レベルに関するサービス許可レベルを設定し、前記リーダライタからの受信信号レベルが前記の通知されたサービス許可レベルに達するか否かに応じて前記リーダライタからのアクセスの可否を決定する、
   ことを特徴とする通信装置。
6. 前記通信手段は、アンテナ、及び該アンテナの終端操作に基づく受信電波の吸収と反射を利用した変調反射波信号によりデータを伝送する反射器を備える、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 前記通信制御手段は、前記リーダライタから通知されたサービス許可レベルを設定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
8. 前記通信システムでは、前記リーダライタが所定の時間間隔でビーコン・フレームを報知し、前記トランスポンダが該ビーコン・フレームを送信した後に設けられる所定のエントリ期間を利用してビーコンに対する応答フレームを返すサービス・エントリ・シーケンスが採用されており、
   前記通信制御手段は、前記トランスポンダが前記リーダライタから受信したビーコン・フレームの受信信号レベルが前記サービス許可レベルに達するか否かに応じて前記リーダライタからのアクセスの可否を決定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
9. 自ら電波の発生源を持たないトランスポンダがリーダライタとの間でデータ伝送を行なう通信システムにおいて、前記リーダライタとして動作する通信装置であって、
   前記リーダライタとして前記トランスポンダとの間で送受信を行なう通信手段と、
   前記通信手段による通信動作を制御する通信制御手段を備え、
   前記通信制御手段は、前記トランスポンダがサービスを受けることを許可する受信信号レベルに関するサービス許可レベルを通知するサービス許可レベルを設定して、前記通信手段を介して前記トランスポンダに通知する、
   ことを特徴とする通信装置。
10. 前記通信手段は、無変調キャリアの送信と、前記反射器からの変調反射波信号の読み取りを行なう反射波読取装置である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
11. 前記通信制御手段は、前記トランスポンダに対してサービスを提供するアプリケーションに応じて、前記トランスポンダがサービスを受けることを許可する受信信号レベルに関するサービス許可レベルを通知するサービス許可レベルを設定する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
12. 前記通信システムでは、前記リーダライタが所定の時間間隔でビーコン・フレームを報知し、前記トランスポンダが該ビーコン・フレームを送信した後に設けられる所定のエントリ期間を利用してビーコンに対する応答フレームを返すサービス・エントリ・シーケンスが採用されており、
    前記通信制御手段は、前記の設定した前記サービス許可レベルを前記ビーコン・フレームに載せて前記トランスポンダに通知する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の通信装置。