(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調部と、
前記復調部により得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化部と、
前記復調部と前記二値化部との間に設けられ、前記復調部により得られて前記二値化部での二値化に適さない復調信号に対して前記二値化部での二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相部と、
を備える、信号処理回路。
【請求項２】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号の基本波と三次高調波との間に６０度の位相差を生じさせる移相処理を該復調信号に対して施す、請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号の所定の周波数以下の帯域を減衰させるハイパスフィルタにより構成される、請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号の移相を変化させるオールパスフィルタと、前記復調部により得られる復調信号の所定の周波数以下の帯域を減衰させるローパスフィルタと、前記オールパスフィルタの出力から前記ローパスフィルタの出力を減算する減算器と、により構成される、請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部が変換したデジタル信号に対するフィルタリングを行うデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの出力を遅延させるディレイ手段と、により構成される、請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項６】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号に対してソフトウェア処理により移相処理を施す、請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項７】
前記移相部は、該移相部の前後における信号処理で生じる位相ずれを考慮した移相処理を実行することで前記復調部における復調処理と前記二値化部での二値化処理との間において復調信号の基本波と三次高調波との間に６０度の位相差を生じさせる移相処理を該復調信号に対して施す、請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項８】
前記二値化部は、
前記復調部により得られる復調信号をそのまま二値化する第１の二値化部と、
前記移相部により移相処理が施された復調信号を二値化する第２の二値化部と、
を備え、
前記第１の二値化部または前記第２の二値化部により二値化された信号の内、復号処理に適した信号を選択する選択部をさらに備える、請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項９】
非接触通信によりＩＣカードから信号を受信するアンテナと、
前記アンテナが非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調部と、
前記復調部により得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化部と、
前記復調部と前記二値化部との間に設けられ、前記復調部により得られて前記二値化部での二値化に適さない復調信号に対して前記二値化部での二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相部と、
を備える、リーダ／ライタ。
【請求項１０】
非接触通信によりリーダ／ライタから信号を受信するアンテナと、
前記アンテナが非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調部と、
前記復調部により得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化部と、
前記復調部と前記二値化部との間に設けられ、前記復調部により得られて前記二値化部での二値化に適さない復調信号に対して前記二値化部での二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相部と、
を備える、非接触ＩＣカード。
【請求項１１】
非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調ステップと、
前記復調ステップにより得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化ステップと、
前記復調ステップと前記二値化ステップとの間で実行し、前記復調ステップにより得られて前記二値化ステップでの二値化に適さない復調信号に対して前記二値化ステップでの二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相ステップと、
を備える、信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理回路、リーダ／ライタ、非接触ＩＣカード及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リーダ／ライタ（または、リーダ／ライタを搭載した情報処理装置。以下単に「リーダ／ライタ」という。）と非接触式に通信を行うことができる、非接触式ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）カードや、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ、非接触式ＩＣチップを搭載した携帯電話など（以下、「ＩＣカードなど」という。）の通信装置が普及している。
【０００３】
リーダ／ライタとＩＣカードなどの通信装置とは、例えば１３．５６ＭＨｚなどの特定の周波数の搬送波を通信に使用している。具体的には、リーダ／ライタが搬送波信号をのせた搬送波を送信し、搬送波をアンテナで受信したＩＣカードなどの通信装置が負荷変調によって受信した搬送波信号に対する応答信号を返信することにより、リーダ／ライタとＩＣカードなどの通信装置とは通信を行っている。
【０００４】
また、非接触式の通信を行うリーダ／ライタやＩＣカードなどの通信装置に係る様々な技術が開発されている。
【０００５】
特許文献１では、携帯端末装置において、リーダ／ライタとの距離を推定し、その推定された距離に応じて無線通信装置内の同調手段で同調させる周波数をシフトさせることにより、携帯端末装置とリーダ／ライタとが通信できないヌル状態の発生を回避する。
【０００６】
特許文献２では、リーダ／ライタにおいて、携帯端末装置との距離を推定し、その推定された距離に応じて同調部で同調させる周波数をシフトさせることにより、リーダ／ライタと携帯端末装置とが通信できないヌル状態の発生を回避する。
【０００７】
特許文献３では、リーダが、トランスポンダの中の一つからの変調応答信号の上部側波帯および下部側波帯を回収して分離し、次段に出力するために、上部側波帯および下部側波帯を評価し、その評価に基づいて、上部側波帯および下部側波帯の中の一つを選択する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２３８３９８号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９８１３号公報
【特許文献３】特開２００２−８４２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＩＣカード、及びリーダ／ライタをなるべく近接して相互通信が確立された状態でカードを遠方へ遠ざけていく際、リーダ／ライタ側から送信されるコマンドを、ＩＣカードが受信、解読して、正常なベースバンド波形で返信しているにもかかわらず、リーダ／ライタ側で受信した波形が復調困難となり、二値化に失敗し、最終的にはＣＲＣエラーとなって再送処理に陥る現象が見られる。この現象は、ＩＣカードを遠方からリーダ／ライタへ近づけていく場合も同様に発生する。具体的には、リーダ／ライタとＩＣカードとの間で通信される何らかの変調が掛かったＲＦ波形から復調されたベースバンド波形のうち、充分通信できる距離において、例えば幅１〜２ｍｍ程度の不感帯が発生し、かつその前後で波形の位相が逆転する現象が生じる。
【００１０】
この復調困難な波形は、原因によって幾つかの種類に分類される。中でも、ベースバンド波形の位相が逆転する現象に対しては、従来、位相検波や同期検波等を用いてキャリア信号の微小位相変化を捉えることが有効とされてきた。事実、カードへ送信するキャリア信号の振幅が小さく、リーダ／ライタの送信／受信のＲＦ回路が一体化されているＩＣでは、上記位相検波や同期検波を用いているものが多く、上述したような復調困難な通信距離の発生が生じない場合が多い。
【００１１】
しかし、上記検波方法は以下の様な点で問題がある。
【００１２】
（１）微小位相変化成分の発生源
ＩＣカードがリーダ／ライタへの返信信号を生成する場合、変調は負荷変調を用いることが多く、この方法ではキャリアの位相を積極的に変化させているわけではない。仮にリーダ／ライタ側で何らかの位相変化が計測・検出できたとしても、これはＩＣカード、アンテナ、リーダ／ライタの間に浮遊的に存在する非線形要素によって発生していると考えられ、発生量を設計に組み入れることは困難である。従って、ＩＣカードの様な大量生産を目的としたものに対してバラつきを考慮すると安心して使えるものではない。
【００１３】
（２）ＩＣの最大入力電圧。
位相検波や同期検波を実用的な精度、安定性で実装するには、少なくともこの機能をＩＣ化しておく必要がある。しかしながら、ＩＣの最大入力電圧はそのＩＣの電源電圧と大きく変わらない程度しか取ることができないのが一般的である。一方、長い通信距離を確保する必要がある場合には、カードへ送信するキャリア成分の電圧振幅を大きくすることが多く、この場合は受信信号の最大電圧振幅も必然的に大きくなる。よって、この電圧をＩＣの受信入力端子に直接入れることはできず、最大入力電圧を越えないようにあらかじめ減衰させる必要がある。しかし、この際にベースバンド成分が同時に減衰してしまうため、Ｓ／Ｎの低下や感度低下を招いてしまう。結局、キャリアとコマンドはＩＣカードに届き、ＩＣカードはリーダ／ライタへ返信をしているのだが、リーダ／ライタがこのＩＣカードからの返信を読み取ることができずに、最大通信距離を制約してしまう現象が発生する。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、復調済みのベースバンド信号に対して適切な信号処理を施すことで、ＩＣカードとリーダ／ライタとの間の正常な通信を実行することが可能な、新規かつ改良された信号処理回路、リーダ／ライタ、非接触ＩＣカード及び信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調部と、前記復調部により得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化部と、前記復調部と前記二値化部との間に設けられ、前記復調部により得られて前記二値化部での二値化に適さない復調信号に対して前記二値化部での二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相部と、を備える、信号処理回路が提供される。
【００１６】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号の基本波と三次高調波との間に６０度の位相差を生じさせる移相処理を該復調信号に対して施すようにしてもよい。
【００１７】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号の所定の周波数以下の帯域を減衰させるハイパスフィルタにより構成されていてもよい。
【００１８】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号の移相を変化させるオールパスフィルタと、前記復調部により得られる復調信号の所定の周波数以下の帯域を減衰させるローパスフィルタと、前記オールパスフィルタの出力から前記ローパスフィルタの出力を減算する減算器と、により構成されていてもよい。
【００１９】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部が変換したデジタル信号に対するフィルタリングを行うデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの出力を遅延させるディレイ手段と、により構成されていてもよい。
【００２０】
前記移相部は、前記復調部により得られる復調信号に対してソフトウェア処理により移相処理を施すようにしてもよい。
【００２１】
前記移相部は、該移相部の前後における信号処理で生じる位相ずれを考慮した移相処理を実行することで前記復調部における復調処理と前記二値化部での二値化処理との間において復調信号の基本波と三次高調波との間に６０度の位相差を生じさせる移相処理を該復調信号に対して施すようにしてもよい。
【００２２】
前記二値化部は、前記復調部により得られる復調信号をそのまま二値化する第１の二値化部と、前記移相部により移相処理が施された復調信号を二値化する第２の二値化部と、を備え、前記第１の二値化部または前記第２の二値化部により二値化された信号の内、復号処理に適した信号を選択する選択部をさらに備えていてもよい。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、非接触通信によりＩＣカードから信号を受信するアンテナと、前記アンテナが非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調部と、前記復調部により得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化部と、前記復調部と前記二値化部との間に設けられ、前記復調部により得られて前記二値化部での二値化に適さない復調信号に対して前記二値化部での二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相部と、を備える、リーダ／ライタが提供される。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、非接触通信によりリーダ／ライタから信号を受信するアンテナと、前記アンテナが非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調部と、前記復調部により得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化部と、前記復調部と前記二値化部との間に設けられ、前記復調部により得られて前記二値化部での二値化に適さない復調信号に対して前記二値化部での二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相部と、を備える、非接触ＩＣカードが提供される。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、非接触通信により受信した信号に対して復調処理を実行して復調信号を得る復調ステップと、前記復調ステップにより得られる復調信号に対する二値化処理を実行する二値化ステップと、前記復調ステップと前記二値化ステップとの間で実行し、前記復調ステップにより得られて前記二値化ステップでの二値化に適さない復調信号に対して前記二値化ステップでの二値化処理に適した復調信号を得る移相処理を施す移相ステップと、を備える、信号処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明によれば、復調済みのベースバンド信号に対して適切な信号処理を施すことで、ＩＣカードとリーダ／ライタとの間の正常な通信を実行することが可能な、新規かつ改良された信号処理回路、リーダ／ライタ、非接触ＩＣカード及び信号処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる通信システム１０００の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる通信システム１０００の概要を示す説明図である。
【図３】リーダ／ライタ１００および非接触ＩＣカード２００の概略構成を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるリーダ／ライタ１００に含まれる信号処理回路１１０の構成を示す説明図である。
【図５】ベースバンド波形の一例をグラフで示す説明図である。
【図６】ベースバンド波形の一例をグラフで示す説明図である。
【図７】ベースバンド波形の一例をグラフで示す説明図である。
【図８】位相差を変えたシミュレーション結果を示す説明図である。
【図９】基本波と三次高調波の関係、及び合成波形を整理した説明図である。
【図１０】移相回路１１４の第１の構成例の概要を示す説明図である。
【図１１】移相回路１１４の第１の構成例の具体的な回路例を示す説明図である。
【図１２】移相回路１１４の第１の構成例の入出力特性をグラフで示す説明図である。
【図１３】移相回路１１４によるシミュレーション結果の一例をグラフで示す説明図である。
【図１４】移相回路１１４にベースバンド信号を通すことによる改善例をグラフで示す説明図である。
【図１５】移相回路１１４の第２の構成例の概要を示す説明図である。
【図１６】移相回路１１４の第２の構成例の入出力特性をグラフで示す説明図である。
【図１７】移相回路１１４の別の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２９】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
＜１．本発明の一実施形態＞
［１−１．通信システムの概要］
［１−２．信号処理回路の構成］
［１−３．移相回路の構成］
［１−３−１．第１の構成例］
［１−３−２．第２の構成例］
［１−３−３．その他の構成例］
＜２．まとめ＞
【００３０】
＜１．本発明の一実施形態＞
［１−１．通信システムの概要］
まず、非接触式の通信によって情報の送受信が行われる通信システムの構成について説明する。図１及び図２は、本発明の一実施形態にかかる通信システム１０００の概要を示す説明図である。以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態にかかる通信システム１０００の概要を説明する。
【００３１】
図１及び図２において、非接触式の通信（以下、「非接触通信」という。）を行う通信システム１０００は、リーダ／ライタ１００と、ＩＣチップ（図示せず）を搭載した非接触ＩＣカード２００とから構成される。リーダ／ライタ１００は、本発明の情報処理装置の一例である。なお、リーダ／ライタ１００は、携帯電話などの携帯端末に組み込まれてもよく、自動改札機などに組み込まれてもよい。本実施の形態では、リーダ／ライタ１００と非接触通信を行う通信装置が非接触ＩＣカード２００であるが、ＩＣチップを搭載した携帯電話などの携帯端末であってもよい。
【００３２】
本実施形態にかかる通信システム１０００は、例えば１３．５６ＭＨｚなど特定の周波数の搬送波を通信に使用している。具体的には、リーダ／ライタ１００が搬送波信号をのせた搬送波を送信し、搬送波を後述するアンテナ２１８で受信した非接触ＩＣカード２００が負荷変調によって受信した搬送波信号に対する応答信号を返信することにより、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００とは通信を行っている。
【００３３】
図３は、図１の通信システム１０００におけるリーダ／ライタ１００および非接触ＩＣカード２００の概略構成を示す回路図である。
【００３４】
リーダ／ライタ１００は、主に、制御部１０２と、ＲＯＭ１０４（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ１０６（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、記憶部１０８と、信号処理回路１１０と、変調回路１２０と、通信部１２２と、アンテナ１２４と、バス１３０と、により構成される。尚、制御部１０２、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０６、記憶部１０８、信号処理回路１１０、変調回路１２０は、例えば、バス１３０を介して接続されていてもよい。
【００３５】
制御部１０２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により構成され、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０６、又は記憶部１０８に記録されたプログラムやスクリプト等に基づいて所定の処理を実行する。例えば、制御部１０２は、プログラムやスクリプト等に基づいてリーダ／ライタ１００を構成する各構成要素の動作を制御する。また、制御部１０２は、非接触ＩＣカード２００から読み出した情報を記憶部１０８に記録したり、記憶部１０８から読み出した情報に基づいて非接触ＩＣカード２００に記録された情報を書き換えたりするように各構成要素を制御する。
【００３６】
アンテナ１２４は、例えば、ループ・アンテナにより形成されており、非接触ＩＣカード２００が有するアンテナ２１８と磁気的に結合した状態で負荷変調を用いて信号を送受信することができる。通信部１２２は、アンテナ１２４を介して非接触ＩＣカード２００との間で変調信号を送受信するための手段である。通信部１２２は、例えば、ポーリングコマンドを所定の時間間隔で定期的に送信することができる。信号処理回路１１０は、アンテナ１２４を介して通信部１２２により受信されたパケットを所定の変調方式に基づいて復調するとともに、後述する所定の移相処理を実行する手段である。例えば、信号処理回路１１０は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）等の変調方式で変調されたパケットを復調することができる。
【００３７】
変調回路１２０は、制御部１０２等により出力された送信パケットに所定の変調を施して変調信号を生成する手段である。
【００３８】
非接触ＩＣカード２００は、主に、制御部２０２と、ＲＯＭ２０４と、ＲＡＭ２０６と、記憶部２０８と、バス２１０と、変調回路２１２と、通信部２１４と、復調回路２１６と、アンテナ２１８とにより構成される。尚、制御部２０２、ＲＯＭ２０４、ＲＡＭ２０６、記憶部２０８、変調回路２１２、復調回路２１６は、例えば、バス２１０を介して接続されていてもよい。
【００３９】
制御部２０２は、ＣＰＵ等により構成され、ＲＯＭ２０４、ＲＡＭ２０６、又は記憶部２０８に記録されたプログラムやスクリプト等に基づいて所定の処理を実行する。例えば、制御部２０２は、プログラムやスクリプト等に基づいて非接触ＩＣカード２００を構成する各構成要素の動作を制御する。また、制御部２０２は、リーダ／ライタ１００から受信したコマンドに応じて情報を記憶部２０８に記録したり、記憶部２０８から読み出した情報をリーダ／ライタ１００に送信したりするように制御する。
【００４０】
さらに、制御部２０２は、記憶部２０８等に記録されたプログラム又はスクリプト等に基づいて応答コマンドを生成してもよい。例えば、制御部２０２は、第１方式の応答コマンドと、第２方式の応答コマンドとを生成してもよい。記憶部２０８は、例えば、耐タンパ性を有するセキュアメモリ、又はセキュアチップにより形成されていてもよい。
【００４１】
アンテナ２１８は、例えば、ループ・アンテナにより形成されており、リーダ／ライタ１００が有するアンテナ１２４と磁気的に結合した状態で負荷変調を用いて信号を送受信することができる。通信部２１４は、アンテナ２１８を介してリーダ／ライタ１００との間で変調信号を送受信するための手段である。復調回路２１６は、アンテナ２１８を介して通信部２１４により受信されたパケットを所定の変調方式に基づいて復調する手段である。例えば、復調回路２１６は、ＡＳＫ等の変調方式で変調されたパケットを復調することができる。変調回路２１２は、制御部２０２等により生成された応答パケットに所定の変調を施して変調信号を生成する手段である。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態にかかる通信システム１０００の概要を説明した。次に、本発明の一実施形態にかかるリーダ／ライタ１００に含まれる信号処理回路の構成について説明する。
【００４３】
［１−２．信号処理回路の構成］
図４は、本発明の一実施形態にかかるリーダ／ライタ１００に含まれる信号処理回路１１０の構成を示す説明図である。以下、図４を用いて本発明の一実施形態にかかるリーダ／ライタ１００に含まれる信号処理回路１１０の構成について説明する。
【００４４】
図４に示した信号処理回路１１０は、非接触ＩＣカード２００から送信された搬送波を復調して、非接触ＩＣカード２００が送信した信号を取り出すものである。図４に示したように、信号処理回路１１０は、復調回路１１２と、移相回路１１４と、二値化回路１１６ａ、１１６ｂと、選択回路１１８と、を含んで構成される。
【００４５】
復調回路１１２は、アンテナ１２４で受信した搬送波を復調して、ベースバンド信号を生成するものである。復調回路１１２により生成されたベースバンド信号は、移相回路１１４及び二値化回路１１６ａに送られる。
【００４６】
移相回路１１４は、復調回路１１２により生成されたベースバンド信号に対して所定の移相処理を施して出力するものである。移相回路１１４により所定の移相処理が施されたベースバンド信号は二値化回路１１６ｂに送られる。
【００４７】
移相回路１１４は、ベースバンド信号に対して所定の移相処理を施して出力することで、非接触ＩＣカード２００をリーダ／ライタ１００に近づける際に、また非接触ＩＣカード２００をリーダ／ライタ１００から遠ざける際に生じる通信エラーを解消することができる。この移相回路１１４による、ベースバンド信号に対する移相処理の詳細については後述する。
【００４８】
二値化回路１１６ａ、１１６ｂは、復調回路１１２により生成されたベースバンド信号または移相回路１１４により移相処理が施されたベースバンド信号に対する二値化処理を実行するものである。二値化回路１１６ａ、１１６ｂによって二値化された信号は選択回路１１８に送られる。
【００４９】
選択回路１１８は、二値化回路１１６ａ、１１６ｂによって二値化された信号のいずれか一方の復号に適した信号を選択して出力するものであり、受信した信号に応じてどちらの回路からの信号を選択するかが決められる。選択回路１１８が選択した、復号に適した信号は後段の復号回路（図示せず）に送られて所定の復号処理が施される。
【００５０】
ここで、移相回路１１４による所定の移相処理について、順を追って説明する。
【００５１】
上述したように、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との間で通信される何らかの変調が掛かったＲＦ波形から復調されたベースバンド波形のうち、充分通信できる距離において、幅１〜２ｍｍ程度の不感帯が発生し、かつその前後で波形の位相が逆転する現象が生じる。
【００５２】
図５は、上述の不感帯の中心よりリーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が近い場合のベースバンド波形の一例をグラフで示す説明図であり、図６はリーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近におけるベースバンド波形の一例をグラフで示す説明図であり、図７は不感帯の中心よりリーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が遠い場合のベースバンド波形の一例をグラフで示す説明図である。図５〜図７に示したグラフは、横軸が時間、縦軸が振幅を示している。
【００５３】
図５に示したグラフと図７に示したグラフを比較すると、ベースバンド波形の位相が逆転していることがわかる。なお振幅も異なるが、後に二値化することで振幅情報は失われるので、ここでは説明の対象としない。そして図６に示したように、不感帯の中心付近においては、振幅が大幅に減少した上、振幅の中心付近で傾きが無くなる、「棚」のような波形が一部で発生しているのが分かる。この「棚」のような波形は、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離関係を、図５の位置から図６の位置を経て図７の位置に変化させる際、図６の位置で突然発生するのではなく、非接触ＩＣカード２００をリーダ／ライタ１００から遠ざけていく中で、振幅の最小値及び最大値付近から発生し始め、非接触ＩＣカード２００が図６の位置に来るタイミングに合わせて振幅の中心付近に寄ってくるように波形が動き、図６の位置を過ぎると、今度は反対方向に遠ざかっていくように波形が動く。従って、結果的にリーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が不感帯の中心より近い場合と遠い場合とで、ベースバンド波形の移相が逆転する現象を引き起こすことになる。
【００５４】
図６に示した波形を単なる静止画として見た場合、微分波形という言い方で纏められてしまうことがある。しかし、図５から図６を経て図７の波形に到る連続的な動きには特徴があり、これを動的に捉えた場合、この波形は単なる微分波形ではないと考えられる。
【００５５】
リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との間で通信されるベースバンド信号は、送信元で見れば方形波で変調している。方形波の定義（フーリエ級数）によると、基本波と高調波の関係は以下の数式１のように表される。
【００５６】
【数１】
0005440313.tif 000002
【００５７】
従って、数式１から分かるように、方形波では基本波と高調波との相対的な位相差は０である。
【００５８】
しかし、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との間で通信されるベースバンド信号は、送信側の通信アンテナ、空間（磁界や電波）、及び受信側の通信アンテナを経る過程で、帯域制限や歪みを受け、受信側で方形波のまま受信できることは極めて稀である。特に高次高調波は帯域制限の影響を強く受けるので、受信波形を形成する成分は基本波と三次高調波が支配的である。
【００５９】
そして、五次高調波以上の成分は、方形波を形成する基本波成分の振幅の２割以下の振幅しかなく、仮にアンテナを通り抜けてきても復調性能向上に寄与することは少なく、また不必要に増強されてしまった場合はシューティングやリンギングの元となるため、復調後に五次高調波以上の成分をフィルタで除去することさえある。
【００６０】
そこで、基本波と三次高調波の関係に着目すると、両者の関係を定義するのは、上記数式１から振幅と位相の２つの要素であることが分かる。
【００６１】
ここで、振幅は理論どおり変化が無いものとし、位相差が０ではない数に変化すると仮定する。この仮定の下で、基本波と三次高調波との間の相対的な位相差が０，π／８，π／６，π／４，π／３，π／２，及び２π／３の場合でそれぞれシミュレーションした波形が図８に示されている。図８に示したように、基本波と三次高調波との間の相対的な位相差が０の波形は、帯域制限された方形波と同等の波形となっている。位相差がπ／８（＝２２．５°）になると、最大、または最小振幅のピークが来る前に、別の極大点、極小点が現れていることがわかる。更に位相差が大きくなると、この極大、極小点のレベルが次第に下がり、相対的な位相差がπ／３（＝６０°）になるところで、極大、極小点が縦軸０のところで重なる。相対的な位相差がπ／３（＝６０°）を過ぎると、これまでの極大点と極小点の正負が変わり、極大／極小が入れ替わる（例：π／２（＝９０°））。位相差が更に大きくなり、相対的な位相差が２π／３（＝１２０°）まで進むと、位相差が０の場合と同じ波形が遅延を持って現れる。
【００６２】
この結果は、上述したような不感帯発生点付近のベースバンド波形の動的な変化と酷似している。そのため、図８に示したシミュレーションの結果から、ベースバンド波形は、距離に応じて基本波と三次高調波の位相関係が何らかの影響を受けていると類推できる。
【００６３】
従って、上述したような不感帯発生点において、基本波と三次高調波との間で６０°の位相差が発生するようにベースバンド信号に対して移相処理を行うと、両者の位相差が０、或いは２π／３相当の波形、すなわち方形波の基本波と三次高調波の理論上の関係と同じ状態に戻り、復調に支障の無い波形になるはずである。この基本波と三次高調波の関係、及び合成波形を整理したものを図９に示す。実際の処理は、「棚」が発生してしまっている波形を不感帯発生点の波形とし、これを位相差が無い状態の合成波の波形に戻すために、基本波と三次高調波の関係を、６０度の位相差が生じている状態から、位相差が生じていない状態に戻すことである。この処理を、上述した移相回路１１４が実行することで、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近である場合でも、通信エラーを発生させずに受信側で信号を受信することができる。
【００６４】
このように基本波と三次高調波の対策を行うことができるが、このような移相処理を実行することで、他の周波数帯域についても影響が生じない信号処理が要求されるのは当然である。この信号処理を要件として定義すると、復調回路１１２による復調処理から二値化回路１１６ｂによる二値化処理までの間に、（１）基本波と三次高調波の間にπ／３（＝６０°）の位相変化を作り出せること、（２）ベースバンド信号に含まれる成分のうち、少なくとも基本波と三次高調波がある帯域で、振幅特性が可能な限り平坦であること、（３）基本波以下の低域はベースバンド波形の変化（ビットの０／１の状態によって不規則に変わる）によってＤＣレベルに揺らぎが出ない程度に平坦に伸びており、また、群遅延特性が平坦であること、（４）三次高調波以上の高域は、振幅特性が充分減衰するまで群遅延特性がなるべく一定になること、である。
【００６５】
以上、移相回路１１４による所定の移相処理について説明した。続いて、以下において、このような要件を満たす移相回路１１４の構成例について説明する。
【００６６】
［１−３．移相回路の構成］
［１−３−１．第１の構成例］
まず、移相回路１１４の第１の構成例について説明する。図１０は、移相回路１１４の第１の構成例の概要を示す説明図であり、図１１は、移相回路１１４の第１の構成例の具体的な回路例を示す説明図である。この第１の構成例は、ＨＰＦ１３５（Ｈｉｇｈ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ；ハイパスフィルタ）によって、ベースバンド信号に対して基本波と三次高調波の間に６０度の位相差を生じさせるものである。
【００６７】
図１１に示したように、移相回路１１４の第１の構成例であるＨＰＦ１３５は、キャパシタＣ１１、Ｃ１２と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、オペアンプＯＰ１１と、からなる。移相量は、図１１に示したキャパシタＣ１１、Ｃ１２の容量と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値で決まる。図１１には一例として、キャパシタＣ１１、Ｃ１２の容量がいずれも１００［ｐＦ］であり、抵抗Ｒ１１の抵抗値が２２［ｋΩ］、抵抗Ｒ１２の抵抗値が２４［ｋΩ］である移相回路１１４を示している。この移相回路１１４のカットオフ周波数ｆｃはｆｃ＝７０［ｋＨｚ］、Ｑ値はＱ＝０．５２となる。
【００６８】
このように、移相量は図１１に示した２つのキャパシタと２つの抵抗の特性で決まり、フィルタの振幅特性と移相量を独立した変数で制御することができない。従って、まず移相量が６０度になるように２つのキャパシタと２つの抵抗の特性を決定し、これに対して周波数特性をシフトしていくことが望ましいと考えられる。
【００６９】
図１２は、図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例の入出力特性をグラフで示す説明図である。図１２に示したグラフの実線３１１は周波数におけるゲイン（振幅）を、破線３１２は周波数における位相を表しており、周波数を同一にして重ねあわせたものである。ゲインについては横軸が周波数、縦軸が利得を表しており、位相については横軸が周波数、縦軸が位相を示している。図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例はＨＰＦであるので、カットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分については通過させて、カットオフ周波数ｆｃより低い周波数成分は減衰させていることが分かる。
【００７０】
そして、図１２に示した入出力特性において重要なのは、１００ｋＨｚ及び３００ｋＨｚにおける特性である。図１２に示した入出力特性によれば、１００ｋＨｚにおける位相は６０°であり、３００ｋＨｚにおける位相は２０°である。これを数式１に当てはめると、基本波と三次高調波との間で６０°の位相差が生じる．従って、図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例は、ベースバンド信号に対し、基本波と三次高調波との間で６０°の位相差が生じる移相処理を実行していることが分かる。
【００７１】
図１３は、図１１に示した移相回路１１４によるシミュレーション結果の一例をグラフで示す説明図である。図１３の上段のグラフは図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例へ入力する前のベースバンド波形を示し、中段のグラフは図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例から出力されるベースバンド波形を示し、下段のグラフは、図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例から出力されるベースバンド波形を二値化した波形を示している。
【００７２】
このようにシミュレーションによれば、図１３の上段のグラフで示したような、二値化のスレッショルドレベル付近で傾きが緩やかになっている波形を、移相回路１１４の第１の構成例による移相処理によって、二値化のスレッショルドレベル付近で傾きが急峻な波形にすることができる。
【００７３】
図１４は、移相回路１１４を実際の回路で実装し、その実装した回路に、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近にある場合のベースバンド信号を通すことによる改善例をグラフで示す説明図である。図１４の上段は、実際の回路で実装した移相回路１１４へ入力するベースバンド波形及び当該波形を二値化した波形であり、図１４の下段は、実際の回路で実装した移相回路１１４による移相処理を施した後のベースバンド波形及び当該波形を二値化した波形である。
【００７４】
図１４の符号３２１で示した波形は、復調回路１１２で復調した直後の、二値化前のマンチェスター符号の波形である。そして、図１４の符号３３１ａ、３３１ｂで示した波線で囲まれた部分において、二値化前のマンチェスター符号の波形は６０°の位相ずれの歪みを受けていることが分かる。そして、図１４の符号３２２で示した波形は、符号３２１で示した二値化前のマンチェスター符号の波形を二値化したものであるが、符号３２１で示した波形が６０°の位相ずれの歪みを受けている部分において、二値化のスレッショルドレベル付近で傾きが緩やかになっており、二値化によってマンチェスター符号としては判別ミスを引き起こす不適切なデューティとなっていることが分かる。
【００７５】
図１４の符号３２３で示した波形は、図１４の符号３２１で示した波形に対して、実際の回路で実装した移相回路１１４による移相処理を施した後の波形である。図１４の符号３３２ａ、３３２ｂで示した波線で囲まれた部分において、６０°の位相ずれの歪みが解消し、方形波に近付いた波形が得られていることが分かる。
【００７６】
図１４の符号３２４で示した波形は、符号３２３で示した波形を二値化したものである。符号３２３で示した波形は、移相回路１１４による移相処理によって、二値化のスレッショルドレベル付近で傾きが急峻な波形に補正できており、図１４の符号３２４で示した波形は、マンチェスター符号として判別に支障が無い適切なデューティの波形となっていることが分かる。
【００７７】
以上説明したように、図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例によれば、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近にある場合のベースバンド信号を通すことで基本波と三次高調波との間の相対位相関係を６０°ずらす移相処理を施して、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近にある場合であっても、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との間で正常な通信を行えるようにすることができる。
【００７８】
［１−３−２．第２の構成例］
次に、移相回路１１４の第２の構成例について説明する。図１５は、移相回路１１４の第２の構成例の概要を示す説明図である。図１５に示したように、移相回路１１４の第２の構成例は、信号の位相を変化させるＡＰＦ１３６（Ａｌｌ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）と、所定の周波数帯域以上の成分を減衰させるＬＰＦ１３７（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）とを組み合わせたものである。移相回路１１４の第２の構成例は、まずＡＰＦ１３６において基本波と三次高調波との間の相対位相関係を６０°ずらす移相処理を施して、このＡＰＦ１３６で付随的に発生する低域遅延を、ＬＰＦ１３７の遅延によってキャンセルすることで、系全体の振幅特性と位相特性とを最適にするものである。
【００７９】
図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例は、ＡＰＦ１３６とＬＰＦ１３７の組み合わせで移相処理を実現している。図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例は、ＡＰＦ１３６の出力からＬＰＦ１３７の出力を減算器１３８で減算することで６０°の移相処理を実現している。この際、位相差を決定するのはＡＰＦ１３６であり、低域遅延をキャンセルするのはＬＰＦ１３７であるため、位相差を決定する定数と低域遅延をキャンセルする定数を独立して決定することができる。従って、図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例は、図１１に示した移相回路１１４の第１の構成例と比較して設計自由度が高いのが特徴である。また、６０°の位相差を作る定数を決定するために高精度な部品を用いるだけで全体の波形整形性能がほぼ決まるので、図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例は設計後の量産性が高いと考えられる。
【００８０】
ＡＰＦ１３６及びＬＰＦ１３７は、キャパシタ、抵抗及びオペアンプを組み合わせることで実装することができる。ＡＰＦ１３６において、６０°の位相差を作ることが出来る各素子の定数を決定し、ＬＰＦ１３７において、ＡＰＦ１３６の特性に合わせ込むように、アナログ回路シミュレータ等を用いて各素子の定数を決定することで、６０°の移相処理を実現する移相回路１１４を実装することができる。
【００８１】
図１６は、図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例を実際の回路で構成した場合の入出力特性をグラフで示す説明図である。図１６に示したグラフの実線３４１は周波数におけるゲイン（振幅）を、破線３４２は周波数における位相を表しており、周波数を同一にして重ねあわせたものである。ゲインについては横軸が周波数、縦軸が利得を表しており、位相については横軸が周波数、縦軸が位相を示している。このように、図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例においても、カットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分については通過させて、カットオフ周波数ｆｃより低い周波数成分は減衰させていることが分かる。
【００８２】
図１６に示した入出力特性においても、図１２に示した入出力特性と同様に、重要なのは１００ｋＨｚ及び３００ｋＨｚにおける特性である。図１６に示した入出力特性によれば、１００ｋＨｚにおける位相は１２０°であり、３００ｋＨｚにおける位相は１６０°である。これを数式１に当てはめると、基本波と三次高調波との間で６０°の位相差が生じる．従って、図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例は、ベースバンド信号に対し、基本波と三次高調波との間で６０°の位相差が生じる移相処理を実行していることが分かる。
【００８３】
このように、図１５に示した移相回路１１４の第２の構成例によれば、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近にある場合のベースバンド信号を移相回路１１４に通すことで基本波と三次高調波との間の相対位相関係を６０°ずらす移相処理を施して、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が上述の不感帯の中心付近にある場合であっても、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との間で正常な通信を行えるようにすることができる。
【００８４】
［１−３−３．その他の構成例］
本発明においては、移相回路１１４の構成は上述したものに限られない。本発明においては、移相回路１１４には以下に挙げるようなものを用いることができる。
【００８５】
例えば、移相回路１１４をデジタルフィルタ及び所定のディレイ手段で構成し、受信側でベースバンド信号をＡ／Ｄ変換した後に、デジタルフィルタを通し、さらに所定のディレイ手段を通すことでベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良く、ＲＦ信号をＡ／Ｄ変換した後に、復調処理を含めて当該デジタルフィルタ及びディレイ手段による処理を行うことで、ベースバンド信号に対する移相処理を実行してもよい。図１７は、かかる移相処理を実行するための移相回路１１４の構成例を示す説明図である。
【００８６】
また例えば、移相回路１１４をメモリ及びＭＣＵ（ＣＰＵ）で構成し、ベースバンド信号をＡ／Ｄ変換した後にメモリに蓄積し、ＭＣＵ（ＣＰＵ）によるソフトウェア処理を実行することで、ベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良い。ここで、かかるソフトウェア処理を実行するためのコンピュータプログラムは、図３のＲＯＭ１０４に格納されていてもよく、かかるソフトウェア処理は制御部１０２によって行われるような構成としても良い。また例えば、移相回路１１４をメモリ及びＭＣＵ（ＣＰＵ）で構成し、ＲＦ信号をＡ／Ｄ変換した後に、復調処理を含めてメモリに蓄積し、ＭＣＵ（ＣＰＵ）によるソフトウェア処理を実行することで、ベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良い。
【００８７】
また例えば、移相回路１１４をＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成し、ベースバンド信号をＡ／Ｄ変換した後に、ＤＳＰによる信号処理を実行することで、ベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良く、ＲＦ信号をＡ／Ｄ変換した後に、復調処理を含めてＤＳＰによる信号処理を実行することで、ベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良い。
【００８８】
また例えば、移相回路１１４の前後の信号処理で避けることが出来ずに付いてしまう位相ずれ（例えばアンプやＬＰＦを通すことによる位相ずれ）を考慮し、移相回路１１４の移相量にオフセットをつけて、セット全体で二値化回路１１６ｂでの二値化処理の前に６０°の移相量を実現するようにしてもよい。例えば、移相回路１１４の前後の信号処理において、基本波と三次高調波との間に５°の位相ずれが生じることが分かれば、移相回路１１４は、基本波と三次高調波との間に５５°（または６５°）の位相差を生じさせる構成とすることで、セット全体で６０°の移相量を実現することができる。
【００８９】
また例えば、移相回路１１４をアナログのアクティブ回路（ＬＣＲ回路、オペアンプ、トランジスタ等）やアナログのパッシブ回路（ＬＣＲ回路）で構成し、このアナログのアクティブ回路またはパッシブ回路によるフィルタ処理によってベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良い。
【００９０】
また例えば、移相回路１１４を巻線、ＣＣＤその他のディレイ素子で構成し、このディレイ素子による遅延やフィルタ処理によってベースバンド信号に対する移相処理を実行しても良い。
【００９１】
また例えば、基本波と三次高調波との間で６０°の位相差を実現するに際し、移相回路１１４を、２０°、３０°、１０°の様に複数の移相処理に分割して実装しても良い。
【００９２】
＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が不感帯の中心近傍にある場合において、リーダ／ライタ１００から受信し、復調して得られるベースバンド信号に対して、基本波と三次高調波との間の相対的な位相差が無くなるように所定の移相処理を施す。リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との距離が不感帯の中心近傍にある場合であっても、そのような所定の移相処理を施すことで、二値化後の波形が復号処理に支障の無いものとなり、通信エラーを回避することが出来る。
【００９３】
この所定の移相処理は、ベースバンド信号に対して、基本波と三次高調波との間の相対的な位相差を６０°ずらすことで、基本波と三次高調波との間の位相差を無くす処理であり、かかる処理により通信エラーを回避することが出来る。この所定の移相処理を実現する移相回路１１４をリーダ／ライタ１００に設けることで、受信信号の最大電圧振幅が大きく、ＩＣを用いることが難しいリーダ／ライタ１００において、位相反転現象への対策を採ることができる。
【００９４】
そして、この移相処理を実現する移相回路１１４は、汎用のアナログ部品だけで実現することが可能であり、専用設計のＩＣを用意する必要が無いので、低コストで実現することが可能である。そして、所定の移相処理を実行する移相回路１１４は、検波回路の出力に従属接続する方式であるので、処理前後の効果をオシロスコープ等で目視によって確認することができる。
【００９５】
なお、上述の説明では、リーダ／ライタ１００に所定の移相処理を実現する移相回路１１４を組み込んだ構成について説明したが、非接触ＩＣカード２００にも、上述の所定の移相処理を実現する回路を組み込んでもよい。非接触ＩＣカード２００にも、上述の移相処理を実行する回路を組み込むことで、リーダ／ライタ１００と非接触ＩＣカード２００との間の距離が上述の不感帯にある場合であっても正常な通信を実行することが可能となる。
【００９６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、信号処理回路、リーダ／ライタ、非接触ＩＣカード及び信号処理方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１００    リーダ／ライタ
１０２    制御部
１０４    ＲＯＭ
１０６    ＲＡＭ
１０８    記憶部
１１０    信号処理回路
１１２    復調回路
１１４    移相回路
１１６ａ、１１６ｂ    二値化回路
１１８    選択回路
１２０    変調回路
１２２    通信部
１２４    アンテナ
１３０    バス
１３５    ＨＰＦ
１３６    ＡＰＦ
１３７    ＬＰＦ
１３８    減算器
２００    非接触ＩＣカード
２０２    制御部
２０４    ＲＯＭ
２０６    ＲＡＭ
２０８    記憶部
２１０    バス
２１２    変調回路
２１４    通信部
２１６    復調回路
２１８    アンテナ
【図１】
0005440313.tif 000003
【図２】
0005440313.tif 000004
【図３】
0005440313.tif 000005
【図４】
0005440313.tif 000006
【図５】
0005440313.tif 000007
【図６】
0005440313.tif 000008
【図７】
0005440313.tif 000009
【図８】
0005440313.tif 000010
【図９】
0005440313.tif 000011
【図１０】
0005440313.tif 000012
【図１１】
0005440313.tif 000013
【図１２】
0005440313.tif 000014
【図１３】
0005440313.tif 000015
【図１４】
0005440313.tif 000016
【図１５】
0005440313.tif 000017
【図１６】
0005440313.tif 000018
【図１７】
0005440313.tif 000019