JP3962540B2 - デジタルデータ変調装置、送信装置、送受信装置及びそれらの方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルデータ変調装置及び方法と、そのデジタルデータ変調装置及び方法を含み、その変調されたデジタルデータを送信する送信装置及び方法と、さらに、その送信装置に、変調されたデジタルデータを受信して復調する受信装置及び方法を加えた送受信装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金融システム、交通システム、物流システム等において、ＩＣカードの導入が進められている。ＩＣカードはメモリを内蔵しており、従来の磁気カードよりも多くのデータを記録できる。さらに、ＩＣカードにＣＰＵを取り付けることで、ＩＣカードに演算機能、判断機能を付加できる。以上の特徴により、ＩＣカードは、安全性の高い記録媒体や優れた認証機能を持つ記録媒体等として利用できる。
【０００３】
ＩＣカードのデータは、リードライタ（ＲＷ）装置によって読み出されたり、書き込まれたりする。この処理を、ＩＣカードの表面に金属端子を取り付け、その端子をＲＷ装置の接触ピンと機械的に接触させることによって行う場合、このＩＣカードを接触型ＩＣカードという。この接触型ＩＣカードには、使用頻度が高くなると、端子やピンに機械的な磨耗や破損が生じるといった問題がある。
【０００４】
一方、ＲＷ装置と接触させることなく電磁波を利用するＩＣカードを非接触型ＩＣカードという。非接触型ＩＣカードは、ＲＷ装置と機械的接触がないので、機械的破損等の問題がない。
【０００５】
これらのＩＣカードは、内蔵するメモリやＣＰＵを動作させるために電力を必要とする。接触型ＩＣカードは、端子を通して電力を得るが、非接触型ＩＣカードは、端子を通して電力を得ることができないので、電源として電池を内蔵する（電池式）か、または、ＲＷ装置から送信される電磁波を利用する（無電池式）。電池式ＩＣカードの場合、その使用期間は内蔵する電池の寿命によって制限される。従って、電池式ＩＣカードは、長期間の利用に適さないという欠点がある。一方、無電池式ＩＣカードは、電磁波を受信すればいつでも電力を得ることができる。以上のことから、非接触型無電池式ＩＣカードは、今後その普及が進むものと考えられる。
【０００６】
このように非接触型無電池式ＩＣカードは、ＲＷ装置から送信される電磁波からデータと電力とを得る。ＲＷ装置から送信される電磁波は、デジタルデータが変調された変調波である。ＲＷ装置が利用するデジタルデータ変調方式としては、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式、及び、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式が考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＳＫ変調方式やＰＳＫ変調方式による変調波は、振幅の時間的変化がないので、安定した電力を供給できる。しかし、変調波の周波数帯域が広く、他の電子機器から受ける影響が大きい。また、ＡＳＫ変調波の復調回路に比べて、ＦＳＫ変調波やＰＳＫ変調波の復調回路は規模が大きく、ＩＣカードにおける消費電力が大きいという問題がある。
【０００８】
一方、ＡＳＫ変調方式による変調波は、そのような問題はないが、変調度が高い場合には、変調波の振幅の小さい期間が存在することになり、電力供給が安定して行われない。そこで特開平１０−１３３１２号公報において、電力供給を安定させるために低い変調度で通信を行うことが提案されている。しかし、変調度が低いと、信号レベルの差が小さくなるために、復調が困難になる。
【０００９】
本発明は、変調度の高いＡＳＫ変調波を利用し、その変調波の振幅の小さい時間を可能な限り短縮することによって、復調が容易で、かつ、安定した電力供給が可能な変調波を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のデジタルデータ変調装置は、デジタルデータをミラーコード変調する変調手段と、変調手段により変調されたデジタルデータを微分する微分手段と、微分手段により微分されたデジタルデータを反転する反転手段とから成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のデジタルデータ送信装置は、デジタルデータをミラーコード変調する変調手段と、変調手段により変調されたデジタルデータを微分する微分手段と、微分手段により微分されたデジタルデータを反転する反転手段とから成る第１のデジタルデータ変調装置と、第１のデジタルデータ変調装置により変調されたデジタルデータをさらにＡＳＫ変調する第２のデジタルデータ変調装置と、第２のデジタルデータ変調装置により変調された電磁波を送信する送信手段とから成ることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の送受信装置は、送信装置が、さらに、ＡＳＫ変調された電磁波を受信する受信手段と、受信手段により受信された電磁波からデジタルデータを復調する復調手段とを含むことを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載のデジタルデータ変調方法は、デジタルデータをミラーコード変調する変調ステップと、変調ステップにより変調されたデジタルデータを微分する微分ステップと、微分ステップにより微分されたデジタルデータを反転する反転ステップとから成ることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の送信方法は、デジタルデータを変調するデジタルデータ変調方法であって、そのデジタルデータをミラーコード変調する変調ステップと、変調ステップにより変調されたデジタルデータを微分する微分ステップと、微分ステップにより微分されたデジタルデータを反転する反転ステップとから成る第１のデジタルデータ変調方法と、第１のデジタルデータ変調方法により変調されたデジタルデータをさらにＡＳＫ変調する第２のデジタルデータ変調方法と、第２のデジタルデータ変調方法により変調された電磁波を送信する送信ステップとから成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の送受信方法は、請求項５に記載の送信方法が、さらに、ＡＳＫ変調された電磁波を受信する受信方法と、受信方法により受信された電磁波からデジタルデータを復調する復調方法とを含むことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、リードライタ（ＲＷ）装置１０とＩＣカード２０とから成る非接触型ＩＣカードシステムの一例を示す。
【００１７】
ＲＷ装置１０は、アンテナ１１、搬送波発信部１２、変調部１４、復調部１５、通信制御部１６、及び、電源１７から成る。電源１７は、搬送波発信部１２と通信制御部１６に電力を供給する。通信制御部１６は、復調部１５から送られてきたデータや変調部１４に送るデータを処理し、搬送波発信部１２、変調部１４、及び、復調部１５を制御する。
【００１８】
ＩＣカード２０は、アンテナ２１、整流部２３、変調部２４、復調部２５、データ処理部２６、メモリ２７、電圧検知部２８、及び、電源部２９から成る。
【００１９】
ＲＷ装置１０からＩＣカード２０に送信を行う場合には、まず、搬送波発信部１２で搬送波が生成される。次に、その生成された搬送波が、変調部１４において送信データでＡＳＫ変調される。最後に、そのＡＳＫ変調波が、アンテナ１１によって電磁波として送信される。
【００２０】
ＲＷ装置１０からＩＣカード２０に対する送信のステップは、図２により理解できる。まず、ＲＷ装置１０からＩＣカード２０に対して、デジタルデータの２つの信号レベルのうち、より高い信号レベル（Ｈレベル）の信号が無変調で送信される。ＲＷ装置１０は、ＩＣカード２０の存在を（電磁波の状態変化によって、または、センサー等の他の機能によって）検知すると、ＩＣカード２０にタイミングを取るためのクロックを送信する。ＩＣカード２０は、このクロックにより同期クロックを生成する。その後、ＲＷ装置１０は、送信データでＡＳＫ変調された電磁波をＩＣカード２０に送信する。
【００２１】
ここで、送信データとは、通信制御部１６に含まれるデジタルデータ変調装置３０によって変調された変調データである。以下にその変調方法について詳細に説明する。
【００２２】
図３は、デジタルデータ変調装置３０の構成を示すブロック図である。このデジタルデータ変調装置３０は、ミラーコード変調回路３１、微分回路３２、および、反転回路３３から成る。無変調デジタルデータ１０１は、各々の回路により、順に信号１０２、１０３、１０４に変換される。
【００２３】
このデジタルデータ変調装置３０に、例えば、図４（１）で示される無変調デジタルデータが入力されるとする。この無変調デジタルデータ１０１は、まず、図３のミラーコード変調回路３１に入力され、デジタルデータ１０２に変換される。
【００２４】
ここで、ミラーコード変調は、変調の対象となるデータ「１」を、対応する変調データビットの中間における変化として表わし、変調の対象となるデータ「０」を、対応する変調データビットとその直前のデータビットとの切れ目における変化、または、対応する変調データビットにおいてその直前の出力状態を維持することとして表わす。つまり、変調対象のデータが「１」の場合には、変調データにおけるその「１」に対応したビットの中間で、そのビットの直前の出力状態（Ｈレベル、または、Ｌレベル）が変化（ＨレベルからＬレベルへの変化、または、ＬレベルからＨレベルへの変化）される。一方、変調対象のデータが「０」の場合には、そのデータの直前のデータによって、以下の異なる２つの方法で変換が行われる。まず、変調対象のデータ「０」の直前のデータが「１」のときは、変調データにおけるその「０」に対応した１ビットの区間で、そのビットの直前の出力状態（Ｈレベル、または、Ｌレベル）が維持される。また、変調対象のデータ「０」の直前のデータが「０」のときは、変調データにおけるその「０」に対応したビットとその直前のビットとの切れ目で信号（Ｈレベル、または、Ｌレベル）が変化（ＨレベルからＬレベルへの変化、または、ＬレベルからＨレベルへの変化）する。以上のことから、ミラーコード変調は、２ビットのデータとその直前の出力状態により一義的に決定される。
【００２５】
また、ミラーコード変調されたデジタルデータの途中で、信号の変化しないビットが２ビット以上続くことはない。この変換により、無変調デジタルデータの直流成分及び低周波成分が減ぜられる。
【００２６】
得られるデータ１０２の一例を図４（２）に示す。
【００２７】
次に、そのデータ１０２は、図３の微分回路３２に入力され、信号１０３に変換される。この微分回路３２は、入力されるデジタルデータの変化する部分（ＬレベルからＨレベル、または、ＨレベルからＬレベル）を、全て正のパルス信号に変換する。出力される信号１０３は、図４（３）に示される。
【００２８】
更に、その信号１０３は、反転回路３３に入力される。最終的に得られる反転信号１０４は、図４（４）で示される。
【００２９】
図４（４）の信号で、２つの信号レベルのうち、より低い信号レベル（Ｌレベル）が維持される時間は、図４（１）で示される無変調データにおけるそれと比較して、より短いことが明らかである。
【００３０】
更に、図５において、上記の反転信号でＡＳＫ変調した搬送波の波形の一部が示される。図５（１）は、ＡＳＫ変調に用いた反転信号であり、図４（４）と同一である。図５（２）は、図５（１）の１区間が拡大されたものであり、この図５（２）に示される部分でＡＳＫ変調された搬送波の波形が図５（３）に示される。
【００３１】
この図５（３）に示される波形において、振幅が小さい時間（図５（２）においてＬレベルを示す時間）をＴｗとする。
【００３２】
時間Ｔｗとそれ以外の時間における振幅の差は変調度により異なる。変調度とは、データの振幅と搬送波の振幅の比（データの振幅／搬送波の振幅）である。従って、変調度が１のときに、時間Ｔｗとそれ以外の時間における振幅差は最大となり、時間Ｔｗにおける変調波の振幅はゼロとなる。
【００３３】
本発明のＲＷ装置１０は、以上の方法で得られる変調度の高いＡＳＫ変調波を送信する。ＡＳＫ変調波は、変調度が高いほど、２つの信号レベルの差が大きくなるので、受信側であるＩＣカード２０において、そのＡＳＫ変調波の復調がより容易である。また、変調度の高いＡＳＫ変調波は雑音に強くなるので、ＩＣカード２０は、より正確なデータを受信できる。
【００３４】
更に、受信されたＡＳＫ変調波は、半波整流または全波整流され、電力を生成するのに利用できる。変調度が高いＡＳＫ変調波では、一般的に、変調波の振幅が小さく十分な電力供給が行われない時間が存在する。しかし、本発明によるＡＳＫ変調波は、変調波の振幅の小さい時間Ｔｗが十分短縮されているので、より安定な電力供給を実現できる。時間Ｔｗは、図２の微分回路３２の特性によって可変であり、ＡＳＫ変調波の検波が可能な限り短縮することができる。
【００３５】
加えて、本発明のデジタルデータ変調装置３０によって、連続する「０」のデータを変換すると、ビットの切れ目で発生する連続した信号を容易に得ることができる。これは、ＩＣカード２０が同期をとるためのクロックとして、都合良く利用できる。
【００３６】
ＲＷ装置１０から送信されるＡＳＫ変調された電磁波は、ＩＣカード２０のアンテナ２１により、電気信号としてアンテナ２１の両端間の電圧変動に変換される。その両端間の電圧は、整流部２３に入力として提供される。整流部２３により整流された電圧信号は、データを復調するための復調部２５、電圧検知部２８、及び、電力生成のための電源部２９に供給される。
【００３７】
復調部２５では、ＲＷ装置１０から送信されたデータが定められた方式によって復調され、復調されたデータはデータ処理部２６に送られる。データ処理部２６は、復調部２５から送られてきたデータを、受信したデータの内容に従って処理する。データ処理部２６はまた、メモリ２７を制御し、メモリ２７にデータの読み込みと書き込みを行う。
【００３８】
電源部２９で生成された電力は、復調部２５、データ処理部２６、及び、メモリ２７に供給される。
【００３９】
一方、ＩＣカード２０からのデータの送信は、データ処理部２６によって制御される変調部２４の電界効果トランジスタ４０（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって行われる。ここで、電界効果トランジスタ４０（以下、「ＦＥＴ」という。）のソース端子にはダイオード４２が接続されている。
【００４０】
このダイオード４２は、ソース電位を固定し、基板とのバイアスを利用してトランジスタのスイッチング特性の向上を行うために接続される。
【００４１】
更に、ＦＥＴ４０のゲート端子はデータ処理部２６に接続されており、データ処理部２６から制御信号を送ることによってＦＥＴ４０をスイッチング動作させることができる。
【００４２】
図２の送受信ステップに示されるように、ＩＣカード２０からのデータの送信時に、ＩＣカード２０はＲＷ装置１０から常に無変調のＨレベル信号を受信しており、アンテナ２１の端子間に一定電圧がかかっている。送信するデータがＬレベルの時、ＩＣカード２０はＦＥＴ４０をオンする。ＦＥＴ４０がオン状態になれば、ソース−ドレイン間に電流が流れ、アンテナ２１にかかる負荷が変化し、よって、アンテナ２１の端子間の電圧が変化する。つまり、実質的にＡＳＫ変調が行われる。ＲＷ装置１０は、この電圧変動による電磁波の状態変化を検知することで、ＩＣカード２０からのデータを受信できる。ＲＷ装置１０は、ＩＣカード２０からの送信が終了したことを受信したデータの内容で判断する。
【００４３】
更に、ＩＣカード２０が、ＲＷ装置１０から無変調の電磁波を受信している間、ＩＣカード２０には、安定な電力が供給される。一方、ＩＣカード２０がデータを送信するときは、電力供給が行われないが、ＲＷ装置１０におけるデータの検知が可能な限り送信時間を小さくすることが可能である。
【００４４】
以上のように、ＦＥＴ４０を使用してＩＣカード２０からの送信を行うと、ＩＣカード２０の回路構成をより簡易にすることができ、よって、ＩＣカード２０の消費電力を低減することができる。
【００４５】
また、このＩＣカード２０の変調部２４の構成は、図６に示すようにＲＷ装置１０にも適用できる。
【００４６】
本発明の変調される電磁波及びアンテナの種類は、上記の実施形態により限定されない。従って、本発明の送信及び送受信システムの用途は、ＩＣカードシステムに限られるものではない。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るデジタルデータ変調装置及びデジタルデータ変調方法を利用することにより、復調が容易で、かつ、安定した電力供給が可能な変調波を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 非接触型ＩＣカードシステムの概略図。
【図２】 リードライタ（ＲＷ）とＩＣカードの間の送受信ステップを示す図。
【図３】 デジタルデータ変調装置の構成を示すブロック図。
【図４】 図３で示されたデジタルデータ変調装置によって変調されるデジタルデータの一例を示す図。
【図５】 図４で示された反転信号とその信号によってＡＳＫ変調された搬送波の波形を示す図。
【図６】 ＩＣカードと同様の変調部を採用したＲＷ装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１０ リードライタ（ＲＷ）装置
１１ アンテナ
１２ 搬送波発信部
１４ 変調部
１５ 復調部
１６ 通信制御部
１７ 電源
２０ ＩＣカード
２１ アンテナ
２３ 整流部
２４ 変調部
２５ 復調部
２６ データ処理部
２７ メモリ
２８ 電圧検知部
２９ 電源部
３０ デジタルデータ変調装置
３１ ミラーコード変調回路
３２ 微分回路
３３ 反転回路
４０ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
４２ ダイオード

Claims (6)

1. デジタルデータを変調するデジタルデータ変調装置であって、前記デジタルデータをミラーコード変調する変調手段と、前記変調手段により変調されたデジタルデータを微分する微分手段と、前記微分手段により微分されたデジタルデータを反転する反転手段とから成るデジタルデータ変調装置。
2. デジタルデータを変調するデジタルデータ変調装置であって、前記デジタルデータをミラーコード変調する変調手段と、前記変調手段により変調されたデジタルデータを微分する微分手段と、前記微分手段により微分されたデジタルデータを反転する反転手段とから成る第１のデジタルデータ変調装置と、
   前記の第１のデジタルデータ変調装置により変調されたデジタルデータをさらにＡＳＫ変調する第２のデジタルデータ変調装置と、
   前記の第２のデジタルデータ変調装置により変調された電磁波を送信する送信手段とから成る送信装置。
3. 請求項２記載の送信装置と、
   ＡＳＫ変調された電磁波を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された電磁波からデジタルデータを復調する復調手段とを含む送受信装置。
4. デジタルデータを変調するデジタルデータ変調方法であって、前記デジタルデータをミラーコード変調する変調ステップと、前記変調ステップにより変調されたデジタルデータを微分する微分ステップと、前記微分ステップにより微分されたデジタルデータを反転する反転ステップとから成るデジタルデータ変調方法。
5. デジタルデータを変調するデジタルデータ変調方法であって、前記デジタルデータをミラーコード変調する変調ステップと、前記変調ステップにより変調されたデジタルデータを微分する微分ステップと、前記微分ステップにより微分されたデジタルデータを反転する反転ステップとから成る第１のデジタルデータ変調方法と、
   前記の第１のデジタルデータ変調方法により変調されたデジタルデータをさらにＡＳＫ変調する第２のデジタルデータ変調方法と、
   前記の第２のデジタルデータ変調方法により変調された電磁波を送信する送信ステップとから成る送信方法。
6. 請求項５記載の送信方法において、さらに、
   ＡＳＫ変調された電磁波を受信する受信ステップと、
   前記受信方法により受信された電磁波からデジタルデータを復調する復調ステップとを含む送受信方法。

Images