专利名称：读/写器及其通信方法
技术领域：
本发明涉及一种与无线电通信终端通信的读/写器，该终端包括短距离无线电通信功能，其称为非接触IC卡等，并涉及该读/写器的通信方法。
背景技术：
近来，非接触IC卡已广泛用作为火车票、会员卡、雇员ID卡、商店的支付结算工具等。这种非接触IC卡与读/写器在其近距离进行无线电通信，并进行鉴别处理。因而，非接触IC卡可携带在钱包、通行盒等中使用，因而它与使用磁卡或其它卡的情形相比对于用户要方便。
另一方面，提出了一种非接触IC卡(或具有与IC卡等效功能的电路组件)，其装到诸如移动电话单元这样的便携式电子装置中，其中使用这种装置能够进行类似的鉴别和支付结算。注意，在IC卡功能单元组装到便携式终端的情形下，这样的单元不必是卡形的；然而，除非另有定义，在以下的说明中“IC卡”是指具有IC卡功能的单元。进而，这类非接触IC卡也称为“RFID(射频标识)”，“无线电IC标签”等。虽然如果每个用作单个单元则非接触IC卡本身可具有各种形状，诸如像标签、硬币、棒，但本说明书中为了方便都称为“IC卡”。
在使用读/写器进行无线电通信的情形下，IC卡功能单元通过读/写器的电磁感应操作。换言之，在IC卡侧进行从读/写器输出的预定频率载波的调谐处理，并通过ASK(振幅移动键控)或其它方法调制检测到的载波，然后数据被传送到读/写器侧。ASK调制是振幅调制，其中数字信号由载波振幅的差表示。
图1是表示读/写器与IC卡之间通信状态的图示。如这图中所示，读/写器包括环形天线2，以便发送预定频率的载波F1(x)。IC卡3还包括环形天线4，以便发送响应波形F2(x)，在其上通过环形天线进行ASK调制。读/写器1中的环形天线2接收载波F1(x)和响应波形F2(x)的波。
日本专利申请JP 2003-67693(图2)公开了一种非接触IC卡。
发明内容
在IC卡功能单元与读/写器进行无线电通信的情形下，通过读/写器的电磁感应操作IC卡功能单元。因而，当组装到IC卡中的天线尽可能紧密靠近读/写器时，基本上能够精确进行无线电通信。然而，在IC卡功能单元紧密靠近读/写器的情形下，可能有一定的点不能进行通信。
以下说明通信不能进行的这种状态的出现。具体来说，IC卡功能单元与读/写器之间的无线电通信在分别包含的专用天线之间进行。两个天线都调谐到载波频率，并调节得使发送特性成为最优化的。然而关于每一天线，由于在自由空间调节共振频率，当天线被耦合或当天线与金属体在短距离耦合时，可能不能利用原来的特性。取决于耦合的状态，天线频率失调及发送波形和接收波形之间的相位差变大，这引起相位在一定的点反向的现象。
图2示出从IC卡到读/写器之间的距离与读/写器的共振频率之间的关系。当IC卡与读/写器彼此靠近时，到一定的点之前共振频率fa几乎不变，但当超过这一定的点时该频率上升。
如果共振频率有这样的变化，则出现发送波形与接收波形之间的相位差。在非接触IC卡中广泛使用的ASK调制的情形下，使用发送和接收波构成的复合波的数据振幅进行通信。因而，当波形之间的相位差处于中途状态时，数据振幅的变化被抵销。出现抵销的点称为“零状态”，因为通信不能进行。
图3、4和5的图示表示关于IC卡功能单元与读/写器之间无线电通信状态的例子。图3A、4A和5A示出由读/写器发送的载波；图3B、4B和5B示出ASK调制的响应波形，而图3C、4C和5C示出两个波形的复合波。通过读/写器检测复合波，以便接收从IC卡发送的数据。
这里，图3A到3C示出来自IC卡功能单元的响应波相位与来自读/写器的载波的相位相同的状态。图5A到5C示出来自IC卡功能单元的响应波相位与来自读/写器的载波的相位相反的状态。图4A到4C示出关于图3的状态与图5的状态之间的相位差的中途状态。
如图3A到3C所示，在来自IC卡功能单元的响应波相位与来自读/写器的载波的相位相同的情形下，在图3C所示的复合波中出现对应于ASK调制的响应波电平的变化，并通过读/写器能够精确地接收数据。而且，如图5A到5C所示，在来自IC卡功能单元的响应波相位与来自读/写器的载波的相位相反的情形下，在图5C所示的复合波中出现与ASK调制的响应波反向的电平的变化。虽然，这种情形下波形的变化与图3的同相位的状态相反，通过读/写器也能够精确接收数据。
反之，在图4A到4C所示中途状态相位差的情形下，图4C中复合波的电平几乎没有变化，并在这种情形下不能接收数据。图4A到4C所示的状态是上面提及的零状态。
图3到5中的状态变化取决于IC卡侧上的天线与读/写器侧上的天线之间的距离。例如当IC卡与读/写器之间有一定的距离时，获得图3所示同相位的状态。当IC卡很靠近读/写器时，获得图5所示相反相位的状态。进而，在两个状态之间一个特定点出现图4所示的零状态。
图6示出IC卡(标签)的调谐频率f0与读/写器的调谐频率f0之间的关系的例子，其中不能进行通信的零区域出现在频率处于一定关系的范围。
为了防止出现这种零状态，当IC卡功能单元组装入便携式终端等时，有这样一些措施，诸如采用其中金属材料限制为最小的一种结构，设计天线的形状，使之不会引起反相位。然而还是难以完全防止零状态的出现，因为修改天线的形状等是有限制的。
鉴于以上情形，当以非接触方式与读/写器进行无线电通信时，希望有效防止零状态的出现。
根据本发明的一个实施例，提供了一种读/写器，同与其紧密靠近的无线电终端进行无线电通信，包括天线、解调单元、判断单元和载波控制单元。天线发送预定频率的载波，并接收从无线电终端发送的载波和载波的调制的信号的复合波。解调单元解调由天线接收的复合波。判断单元判断，当无线电通信终端紧密靠近时，是否难以检测由天线接收的复合波中包含的调制的分量。当判断单元判断出难以检测被调制的分量时，载波控制单元降低输入到解调单元的载波分量。
因此，在其中难以检测包含在接收的复合波中的解调分量的状态中，即当基于读/写器与无线通信终端之间的位置关系检测零状态的出现时，减弱由读/写器处理的载波，从而避免了零状态。
图1的图示表示相关技术的系统配置的一例；图2是一特性曲线，表示从读/写器到IC卡的距离与共振频率之间的关系的一例；图3A到3C是波形图，表示在同相位情形下读/写器与通信单元之间的通信状态；图4A到4C是波形图，表示在中途相位差情形下读/写器与通信单元之间的通信状态；图5A到5C是波形图，表示在反相位情形下读/写器与通信单元之间的通信状态；图6是一频率特性图，表示不能进行读/写器与通信单元之间的通信的范围；图7的图示表示根据本发明第一实施例的系统配置；图8的框图表示根据本发明第一实施例的读/写器的配置；图9的框图表示根据本发明第一实施例的辅助发送器的配置；图10A到10C是波形图，表示根据本发明第一实施例的再复合处理；图11是一框图，表示根据本发明第二实施例的配置；图12是一框图，表示根据本发明第三实施例的配置。
具体实施例方式
以下参照图7到10说明本发明的第一实施例。
本实施例中本发明应用于与非接触IC卡通信的读/写器。图7示出一个系统配置，其中等效于非接触IC功能单元的RFID单元51装入到便携式终端50中。在IC卡是单个实体的情形下，只提供RFID单元51。使这种配置的便携式终端50紧密靠近装设在预定位置的读/写器10，并与读/写器10进行双向通信。在读/写器10侧，进行对于RFID单元51的鉴别处理、支付处理等。读/写器10与RFID单元51之间能够进行通信的距离是几厘米到几十厘米的短距离。
这里，本实施例中，辅助发送器30装设在靠近读/写器10的一个位置，并根据由读/写器10检测的通信状态，从辅助发送器30的天线31发送预定频率的信号。以下说明信号从辅助发送器30发送的处理和配置。
在读/写器10与RFID单元51之间的通信中，从读/写器10的天线11发送预定频率(例如13.56MHz)的载波F1(x)，以便由RFID单元51接收。在RFID单元51中准备对接收的载波F1(x)的响应波F2(x)，以便被发送。响应波F2(x)基于关于鉴别、支付结算等的数据被ASK调制(调幅)。然后，其中按其自身发送的载波F1(x)与从RFID单元51发送的响应波F2(x)被混合的复合波[F1(x)+F2(x)]，由读/写器10接收。
接下来，由读/写器10判断接收的复合波[F1(x)+F2(x)]是否处于上述的零状态。如果检测出零状态，辅助发送器30开始操作，并从辅助发送器30的天线31发送避免零状态的信号F3(x)。使用信号F3(x)的发送，由读/写器10接收复合波[F1(x)+F2(x)+F3(x)]。注意，信号F1(x)、F2(x)、F3(x)中的每一个频率相同，且用其避免零状态的信号F3(x)是其作用为减弱载波F1(x)的信号。
在说明一个具体例子时，获得了F3(x)＝Asin(ωx+π)＝-Asin(ωx)＝-F1(x)，其中载波F1(x)＝Asin(ωx)，再复合信号F3(x)＝Bsin(ωx+π)，A＝B，以及θ＝π。因而，获得了F1(x)+F2(x)+F3(x)＝F1(x)+F2(x)-F1(x)＝F2(x)，并能够由读/写器10抽取从由于载波F1(x)与响应波F2(x)之间的相位差而被隐藏的响应波F2(x)。
图8的图示表示读/写器10的一个具体例子。首先说明接收的配置。由天线11接收的信号通过调谐单元12提供给放大器/滤波器13。然后，该信号在放大器/滤波器13被放大并滤波，以便提供给发送/接收块20内的解调电路21。在解调电路21中，从接收信号解调出ASK调制的数据，以便将其提供给控制单元24。把与接收信号同步的基准频率信号从PLL(锁相环)电路22提供给解调电路21，并使用该基准信号进行解调处理。把基准时钟从时钟产生单元23提供给PLL电路22，并使用这一时钟及接收的数据进行PLL处理。还把基准时钟提供给在发送/接收块中的控制单元24等。
以下说明从图8所示的读/写器10发送的配置。把从控制单元24输出的发送数据提供给调制电路25。然后通过载波频率调制该数据，以便将其提供给驱动电路14，在这里准备有预定输出功率的发送信号。通过电阻器15把驱动电路14连接到调谐单元12及天线11，且发送信号从天线11被无线发送。调谐单元12是把天线11中的频率调谐到载波频率的电路。进而，连接电阻比较小的电阻器15，以便检测无线电通信状态。
在发送/接收块20内的比较单元26中，比较连接在驱动电路14和调谐单元12之间的电阻器15的一端(点“a”)和另一端(点“b”)的电压，并在控制单元24中判断比较的差。在由比较单元24检测出的电压差处于预定状态的情形下，控制单元24判断读/写器10同与其紧密靠近的便携式终端50(或IC卡)之间的无线电通信的状态已处于上述的零状态(或接近零状态的状态)。当判断出是零状态时，将控制信号输出到辅助发送器30。
这里说明控制单元24从电阻器15两端的电压差判断零状态的原理。不论在与IC卡等进行无线电通信的状态，还是没有进行无线电通信的状态，在电阻器15一端(点“a”)，即在驱动电路14的输出侧的电位几乎不变。反之，当使IC卡，便携式终端等紧密靠近读/写器10时，读/写器10的共振频率上升到载波频率之外。从而，天线与驱动电路14的输出之间出现阻抗不匹配。结果是，在电阻器15另一端(点“b”)的电压下降。在检测到这一电压下降时，控制单元24判断该电压变为事先设置的基准电压值或小于该值，以此估计出从紧密靠近的IC卡、便携式终端等到读/写器10的距离。于是，通过适当设置基准电压(即比较单元26中的电压差)来判断(或估计)出现零状态可能性高的距离。通过这样的判断，在控制单元24中判断其是否为零状态，当处于零状态时，控制单元发送控制信号，该信号指示辅助发送器30发送信号F3(x)。
图9示出辅助发送器30配置的一例。辅助发送器30包括控制单元32，接收从读/写器10发送的控制信号，在频率产生电路33中根据由控制信号表示的内容产生载波频率的信号。在驱动电路34中成为预定发送功率之后，所产生的信号提供给天线31，以便被无线发送。从辅助发送器30发送的信号成为以上参照图7所述的F3(x)，且其功能是当处于零状态时作为减弱载波F1(x)的信号。注意，虽然F3(x)与从读/写器10发送的载波F1(x)具有相同的频率，但信号F3(x)是反向的信号，并且是电平略低于载波F1(x)电平的信号。
这里，参照图10A到10C说明通过这一实施例的处理避免零状态的例子。通常(即当信号F3(x)没有被发送时)，在通信期间由读/写器10接收的信号是复合波[F1(x)+F2(x)]，其中混合了从读/写器本身发送的载波F1(x)和从RIFD单元发送的响应波F2(x)。图10A示出复合波[F1(x)+F2(x)]的例子，这表示零状态并且几乎没有振幅的变化。
如图10B所示，当信号处于这样的状态时，准备了抵销零状态出现的载波频率的信号F3(x)。如果有这样的信号的发送，由读/写器由此接收的信号变为图10C所示的复合波[F1(x)+F2(x)+F3(x)]，其中载波F1(x)的信号分量被减弱，并出现对应于信号F2(x)的振幅的变化。因而，从其它方发送的数据可被解调。
这样，通过来自紧密靠近读/写器10配备的辅助发送器的信号能够避免零状态的发生，因而能够在读/写器与RFID侧之间良好地进行无线电通信。特别是，由于在配备IC卡、便携式终端等的RFID侧预期没有针对零状态的措施，能够使用各种RFID单元很好地进行短距离无线电通信。
以下参照图11说明本发明的第二实施例。这一实施例也是读/写器与配备IC卡、便携式终端等的RFID进行短距离无线电通信，其中只通过读/写器避免零状态。
图11是一框图，表示根据这一实施例读/写器100的配置。首先说明用于接收的配置。将由天线101接收的信号通过调谐单元102提供给放大器/滤波器103。然后，信号在放大器/滤波器103中被放大和滤波，以便提供给发送/接收块120内的解调电路121。在解调电路121中，被ASK调制的数据从接收的信号被解调，以便提供给控制单元124。与接收的信号同步的基准频率信号从PLL(锁相环)电路122提供给解调电路121，并使用该基准信号进行解调处理。基准时钟从时钟产生单元123提供给PLL电路122，并使用这一时钟和收到的数据进行PLL处理。基准时钟还提供给发送/接收块120中的控制单元124等。
以下，对图11所示从读/写器100发送的配置进行说明。从控制单元124输出的发送数据提供给调制电路125。然后，该数据通过载波频率调制，以便提供给驱动电路104，其中准备有预定输出功率的发送信号。驱动电路104连接到调谐电路102和天线101，且发送信号从天线101被无线发送。
此外，本实施例的读/写器100包括零状态判断单元105，该单元从在驱动电路104与调谐单元102等之间的连接点获得的信号，判断是否处于零状态。判断的结果提供给控制单元124。作为零状态判断单元105的具体配置，例如可以使用第一实施例中所述图8中的电阻器15和比较电路26。
此外，发送/接收块120包括F3(x)产生电路126和混合器127，其中在产生电路126产生的信号与从放大器/滤波器103接收的信号被混合。在F3(x)产生电路126中产生的信号F3(x)是与载波同频率并与之反相位的信号，其作用是减弱在第一实施例中所述的载波F1(x)。
在这种配置中，当指示零状态的信号从零状态判断单元105提供给控制单元124时，通过控制单元124的控制在F3(x)产生电路126产生信号F3(x)，其在混合器127与所接收的信号被混合。于是，提供给发送/接收块120内的解调电路121的信号变为较好的信号，其中振幅的变化显现避免零状态，且来自其它方的通信数据能够较好地被解调。具体来说，先前所述图10A所示的信号和图10B所示的信号在混合器127中被混合，且图10C所示的复合波输入到解调电路121。因而，能够获得类似于上述第一实施例较好的短距离无线电通信。
以下参照图12说明本发明的第三实施例。这一实施例也是读/写器与配备IC卡、便携式终端等的RFID进行短距离无线电通信，其中通过在读/写器的发送侧的处理避免零状态。
图12是一框图，表示根据这一实施例读/写器200的配置。首先说明用于接收的配置。由天线201接收的信号通过调谐单元202提供给放大器/滤波器203。然后，该信号在放大器/滤波器203中被放大和滤波，以便提供给发送/接收块220内的解调电路221。在解调电路221中，被ASK调制的数据从接收的信号被解调，以便提供给控制单元224。与接收的信号同步的基准频率信号从PLL(锁相环)电路222提供给解调电路221，并使用该基准信号进行解调处理。基准时钟从时钟产生单元223提供给PLL电路222，并使用这一时钟和收到的数据进行PLL处理。基准时钟还提供给发送/接收块220中的控制单元224等。
以下，对图12所示从读/写器200发送的配置进行说明。从控制单元224输出的发送数据提供给调制电路225。然后，该数据通过载波频率调制，以便提供给驱动电路204，其中准备带有预定输出功率的发送信号。驱动电路204连接到调谐电路202和天线201，且发送信号从天线201被无线发送。这里，本实施例的驱动电路204通过来自控制单元224的指示，可使发送信号的发送功率减弱。
此外，本实施例的读/写器200包括零状态判断单元205，该单元从在驱动电路204与调谐单元202等之间的连接点获得的信号，判断是否处于零状态。判断的结果提供给控制单元224。作为零状态判断单元205的具体配置，例如可以使用第一实施例中所述图8中的电阻器15和比较电路26。
此外，在指示零状态的信号从零状态判断单元205提供给控制单元224的情形下，发送/接收块220给出指示，以减弱从驱动电路204输出的载波分量，且从天线201无线发送的信号状态被改变。这里，先前说明的信号F3(x)与载波F1(x)混合的处理用作为减弱载波分量的处理。从而通过进行这样的处理，由读/写器200接收的信号变为如图10C所示的状态，其中避免了零状态并接收复合波，以便输入到解调电路221。于是，能够进行类似于上述第一和第二实施例那样较好的短距离无线电通信。
此外，本发明的实施例可用于IC卡或IC标签装入或附加在除了移动电话单元之外的便携式终端的情形(例如便携式信息处理终端，诸如PDA(个人数字助理)等)。
业内专业人员应当理解，取决于设计的需要和其它因素，可以出现各种修改、组合、次组合和改变，只要它们在所附权利要求及其等价物范围内。
权利要求
1.一种读/写器，同与其紧密靠近的无线电终端进行无线电通信，包括天线，用于发送预定频率的载波，并接收从所述无线电终端发送的所述载波和所述载波的调制的信号的复合波；解调单元，用于解调由所述天线接收的复合波；判断单元，用于当所述无线电通信终端紧密靠近时，其判断是否难以检测由所述天线接收的复合波中包含的调制的分量；以及载波控制单元，当所述判断单元判断难以检测到调制的分量时，其降低输入到所述解调单元的所述载波分量。
2.根据权利要求1的读/写器，其中所述载波控制单元通过从装设在所述天线附近的辅助天线向所述载波无线发送反相位的信号来降低输入到所述解调单元的所述载波分量。
3.根据权利要求1的读/写器，其中所述载波控制单元使用混合器通过混合由所述天线接收的复合波与用于降低包含在复合波中的所述载波分量的信号来降低输入到所述解调单元的所述载波分量。
4.根据权利要求1的读/写器，其中所述载波控制单元通过降低由所述天线发送的载波的输出电平来降低输入到所述解调单元的所述载波分量。
5.根据权利要求1的读/写器，其中由所述天线接收的复合波是包含由所述无线电通信终端调幅的信号的复合波，以及通过判断在该状态中检测不到所述复合波的振幅变化，作出所述判断单元难以检测出调制的分量的判断。
6.根据权利要求5的读/写器，其中基于对其提供收到的所述复合波的电阻器两端的电压，进行所述判断。
7.一种读/写器同与其紧密靠近的无线电通信终端进行无线电通信的通信方法，包括以下步骤发送预定频率的载波；接收从所述无线电终端发送的所述载波与所述载波的调制的信号的复合波；解调接收的所述复合波；当所述无线电终端紧密靠近时，判断是否难以检测到包含在收到的所述复合波中的调制的分量；以及当判断出难以检测调制的分量时，降低包含在所述调制的复合波中的所述载波分量。
全文摘要
本发明提供了一种读/写器。该读/写器同与其紧密靠近的无线电终端进行无线电通信，包括天线，其发送预定频率的载波，并接收从无线电终端发送的载波和载波的调制的信号的复合波；解调单元，其解调由天线接收的复合波；判断单元，当无线电通信终端紧密靠近时，其判断是否难以检测由天线接收的复合波中包含的调制的分量；以及一个载波控制单元，当判断单元判断难以检测到调制的分量时，其降低输入到解调单元的载波分量。
文档编号G06K7/10GK1928885SQ200610128580
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月5日 优先权日2005年9月5日
发明者高桥俊行, 伊藤久仁贵, 清水贯二郎 申请人:索尼爱立信移动通信日本株式会社