JP2011129976A - 信号処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でサブキャリアを正確に検出することができるようにする。
【解決手段】移動平均部１５１は、信号ｄ１１と信号ｄ１２について、信号レベルの平均値を算出する。サブキャリア相関フィルタ１５２は、１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数を用いて、２周期分のサブキャリアとの相関値を算出する。同期処理部１５４は、信号ｄ１５、信号ｄ１６、および信号ｄ１７に基づいて、フレームヘッドを検出する。閾値判定部１５５は、信号ｄ１９のタイミングをもとに、信号ｄ１５のレベルを閾値と比較することにより、１／２ｅｔｕ区間毎にサブキャリア変調されているか否かを判定し、信号ｄ２０のタイミングをもとに、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、信号処理装置および方法に関し、特に、簡単な構成でサブキャリアを正確に検出することができるようにする信号処理装置および方法に関する。

近年、非接触ＩＣカードを用いた非接触ＩＣカードシステムが交通システム、セキュリティシステム、電子マネーシステム等において、浸透しつつある。

このような非接触ＩＣカードを用いるシステムにおいては、非接触ＩＣカードがリーダ／ライタの通信可能距離内に入ると、まずリーダ／ライタがアンテナ経由で非接触ＩＣカードに対し電磁波を放射する。この状態においてリーダ／ライタが、データを返信するように要求する信号をアンテナ経由で非接触ＩＣカードに送信する。これに応じて非接触ＩＣカードは、要求されたデータを返信データとして負荷変調し、負荷変調された信号をアンテナ部経由でリーダ／ライタに対し送出する。

リーダ／ライタは、非接触ＩＣカードにより負荷変調された信号を受信して復調することにより返信データを取得する。このような復調の処理は、通常、リーダ／ライタに組み込まれた復調部により実現される。

復調部は、例えば、ＩＣチップに組み込まれる回路などとして構成される。復調部は、上述したように、リーダ／ライタに組み込まれて、非接触ＩＣカードから送信された信号を復調することも可能であるし、非接触ＩＣカードに組み込まれて、リーダ／ライタから送信された信号を復調することも可能である。

ここでは、復調部による復調の処理において、リーダ／ライタから送信された信号を受信する時の動作モードを、カードモードと称することにし、非接触ICカードから送信された信号を受信する時の動作モードを、リーダライタモードと称することにする。ここでは、主にリーダライタモードで動作する復調部について説明する。

また、ここでは、変調された信号の中で１ビットのデータを表す１データ期間をｅｔｕ（Elementary Time Unit）と称することとし、各ビットのデータ値は通信方式毎に定まるビットコーディング方式により変調されているものとする。

現在、リーダ／ライタから非接触ＩＣカードに送信される信号の形式、または、非接触ＩＣカードからリーダ／ライタに送信される信号の形式は、例えば、ＩＳＯ１４４４３、ＩＳＯ１８０９２等の規格により定められている。これらに規定された信号の形式には、３つのタイプが存在する。すなわち、ＴｙｐｅＡ方式(ISO14443-A)、ＴｙｐｅＢ方式(ISO14443-B)、ＴｙｐｅＣ方式（FeliCa方式とも称される）が存在する。

例えばＴｙｐｅＡ方式の非接触ＩＣカードでは、リーダ／ライタへの返信データに応じて、１３.５６MHzのキャリア（搬送波）を、８４７KHz(正確には８４７.５KHz)のサブキャリアで負荷変調することにより、返信信号を生成する。つまりＴｙｐｅＡ方式では、１ビットのデータを表す１ｅｔｕにおいて、例えば、その前半期間中のみにサブキャリアが重畳されているシンボルによってデータ値「１」が表現される。また、１ビットのデータを表す１ｅｔｕにおいて、その後半期間中のみにサブキャリアが重畳されているシンボルによってデータ値「０」が表現されるようになされている。

さらに、上記３つのＴｙｐｅはそれぞれ異なるフレームヘッダ情報、通信終了情報を持っている。例えば、ＴｙｐｅＡ方式では、通信開始の際に必ず１ビット目の受信信号(Start Of Communication：ＳＯＣ)として系列Ｄのシンボルが到来する事がフレームヘッダ情報となっている。さらに、ＴｙｐｅＡ方式では、系列Ｆ(サブキャリア変調無し)のシンボルの到来が通信終了を示している。

このようなＴｙｐｅＡ方式の非接触ＩＣカードでサブキャリア負荷変調された信号を受信する従来のリーダ/ライタ装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１によれば、リーダ／ライタは、ＴｙｐｅＡ方式の非接触ＩＣカードに対してデータを返信するように要求する信号を繰り返し送信する(これをポーリング処理と称する)。

そして、近傍にＴｙｐｅＡ方式の非接触ＩＣカードが存在した場合、この非接触ＩＣカードから送出される返信を受信する。この際受信した信号からサブキャリア成分を取り出し、さらにサブキャリア成分の同相成分(I信号)および直交成分(Q信号)が検波されて、それぞれ復調部に対して供給される。

復調部において、I信号及びQ信号をそれぞれ自乗し、当該自乗結果を加算して当該加算結果の平方根をとり、その結果得られた演算結果信号を移動平均部に対して供給する。演算結果信号には、受信信号に重畳されているサブキャリア成分の信号レベルが現れることとなる。

また、移動平均部により、演算結果信号を１／２ｅｔｕ単位で積分し、得られた積分結果信号をシフトレジスタに順次供給する。

タイミング生成部では、受信信号と１／２ｅｔｕ単位のタイミング同期をとり、１／２ｅｔｕ周期が終わるタイミングで立つ内部クロックを生成し、シフトレジスタおよびサブキャリア信号レベル検出部へ出力する。また、受信信号と１ｅｔｕ単位のタイミング同期をとり、ｅｔｕ周期が終わるタイミングで立つ内部クロックを生成し、サブキャリア信号レベル検出部へ出力する。

なお、内部クロックと受信信号との1ｅｔｕ単位、１／２ｅｔｕ単位のタイミング同期は、ＳＯＣを検出することで行うことができる。すなわち、受信フレームから検出されたＳＯＣを起点にして、規格で規定されている1ｅｔｕ、１／２ｅｔｕごとにそれぞれイネーブルを立てていけばよい

シフトレジスタでは、入力された１／２ｅｔｕのクロックに同期して、１／２ｅｔｕ区間移動平均結果を順次ラッチする。これにより、シフトレジスタは、単位シンボル区間の前半１／２ｅｔｕと後半１／２ｅｔｕのそれぞれに対応する積分結果を記憶することになる。

サブキャリア信号判定部では１ｅｔｕのクロックに同期して、シフトレジスタから単位シンボル区間の前半１／２ｅｔｕと後半１／２ｅｔｕのそれぞれに対応する積分結果を各１／２ｅｔｕ毎のサブキャリア成分の信号レベルとして読み出す。そして、得られた１／２ｅｔｕ毎のサブキャリア成分の信号レベルに対し、１ｅｔｕ毎に２回分、閾値判定が行われ、サブキャリア成分の有無が判定される。

閾値判定においては、１／２ｅｔｕ期間中のサブキャリア成分の信号レベルが所定閾値を超えていた場合には、当該１／２ｅｔｕ期間中にサブキャリアが存在していると判定する。一方、１／２ｅｔｕ期間中のサブキャリア成分の信号レベルを表す積分結果信号が所定閾値以下であった場合には当該１／２ｅｔｕ期間中にサブキャリアが存在していないと判定する。

そして、閾値判定においては、前半期間中にサブキャリアが存在し且つ後半期間中にサブキャリアが存在しないと判定された場合、該当する１データ期間は系列Ｄ（データ値「１」）に相当すると判断される。また、前半期間中にサブキャリアが存在せず且つ後半期間中にサブキャリアが存在していると判定された場合、該当する１データ期間は系列Ｅ（データ値「０」）に相当すると判断される。

さらに、前半期間中及び後半期間中の両方にサブキャリアが存在しないと判定された場合、該当する１データ期間は系列Ｆ（例えば無変調期間）に相当すると判断される。また、前半期間中及び後半期間中の両方にサブキャリアが存在していると判定された場合、該当する１データ期間はコリジョンに相当すると判断される。

このようにすることで、復調部は、ＴｙｐｅＡ方式の非接触ＩＣカードから返信されたデータを、１ビットずつ再生することができ、さらにフレーム終了やコリジョン判定も行なうことができる。

特開２００６−３３２８１号公報

ところで、特許文献1の技術により復調を行うとき、１／２ビット区間毎でＩＱ振幅を積分した値を信号レベルとしてサブキャリアを検出し、衝突判定及び復号を行なっている。そして、受信波形と所望のサブキャリア波形との相関の大きさに関わらず、受信信号の振幅の大小に従って、サブキャリア信号の有無が閾値判定されている。

しかしながら、一般に非接触ＩＣカード側からの送信信号には、大きいノイズが含まれることが多い。このため、特許文献１のようにサブキャリア信号の有無を判定すると、大きいノイズ信号を閾値判定したときに、サブキャリア信号として誤検出してしまうという問題がある。

例えば、本来は１データ期間が無変調期間(系列Ｆ)である信号の波形の後半期間にノイズが含まれる信号を受信した場合を考える。

上述したように、従来の方式では１／２ビット毎に電力（積分値）を閾値判定してサブキャリア判定する。従って、系列Ｆである信号の波形の後半期間にノイズが含まれる信号を受信した場合、前半期間中にサブキャリアが存在せず且つ後半期間中にサブキャリアが存在していると判定し、該当する１データ期間は系列Ｅ（データ値「０」）に相当すると判断される。この結果、データ期間が無変調期間(系列Ｆ)である送信波形が系列Ｅ（データ値「０」）として誤判定されてしまう。

また、前半期間中にサブキャリアが存在し、且つ後半期間中にサブキャリアが存在しない送信波形の後半期間にノイズが含まれる信号を受信した場合を考える。

従来の方式では１／２ｅｔｕ毎に電力を閾値判定してサブキャリア判定するので、前半期間中にサブキャリアが存在し、且つ後半期間中にサブキャリアが存在していると判定され、該当する１データ期間がコリジョンに相当すると誤判定されてしまう。

このように、従来の技術では、ノイズなどによる波形の振幅が、サブキャリアによる変調として誤判定され、その結果、誤ったデータなどが復調されてしまうという問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でサブキャリアを正確に検出することができるようにするものである。

本発明の一側面は、他の装置から送信されて受信した信号について、１シンボルに対応する時間内に前記受信した信号と、既知の信号波形のパターンとの相関値を算出して相関信号として出力する相関信号出力手段と、前記相関信号に基づいて、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割した場合の第１の区間において、前記受信した信号が前記既知の信号により変調されているか否かを判定する既知信号判定手段と、前記判定結果に基づいて前記シンボルの系列を特定する特定手段とを備える信号処理装置である。

前記検波信号の振幅および前記判定結果に基づいて、前記他の装置から送信された信号により変調されて伝送されるデータのフレームの開始時点を表すシンボルを特定し、前記特定されたフレームの開始時点を表すシンボルに基づいて、前記他の装置から送信された信号における１シンボルの開始時点を特定することで、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割するためのイネーブルを生成するイネーブル生成手段をさらに備え、前記特定手段は、前記相関信号と前記イネーブルに基づいて前記シンボルの系列を特定するようにすることができる。

前記特定手段は、前記特定された前記シンボルの系列に対応して、前記他の装置から送信された信号に変調されて伝送されるデータの復調結果、または前記フレームの終了時点を表す情報を出力するようにすることができる。

前記他の装置から送信された信号は、所定の方式でビットコーディングされたデータを、予め定められた周波数のサブキャリアにより変調して伝送するようにすることができる。

前記相関信号出力手段は、前記サブキャリアの振幅を２値化して得られるフィルタ係数を用いて、前記検波信号をフィルタ処理することで、前記検波信号と前記サブキャリアの波形のパターンとの相関値を算出し、前記既知信号判定手段は、前記第１の区間における前記相関値の最大値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定することで、前記受信した信号が前記サブキャリアにより変調されているか否かを判定するようにすることができる。

前記他の装置から送信された信号は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に適合する通信方式に基づいて変調された信号であるようにすることができる。

本発明の一側面は、相関信号出力手段が、他の装置から送信されて受信した信号について、１シンボルに対応する時間内に前記受信した信号と、既知の信号波形のパターンとの相関値を算出して相関信号として出力し、既知信号判定手段が、前記相関信号に基づいて、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割した場合の第１の区間において、前記受信した信号が前記既知の信号により変調されているか否かを判定し、特定手段が、前記判定結果に基づいて前記シンボルの系列を特定するステップを含む信号処理方法である。

本発明の一側面においては、他の装置から送信されて受信した信号について、１シンボルに対応する時間内に前記受信した信号と、既知の信号波形のパターンとの相関値が算出されて相関信号として出力され、前記相関信号に基づいて、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割した場合の第１の区間において、前記受信した信号が前記既知の信号により変調されているか否かが判定され、前記判定結果に基づいて前記シンボルの系列が特定される。

本発明によれば、簡単な構成でサブキャリアを正確に検出することができる。

従来の非接触ＩＣカードとリーダ／ライタからなる通信システムの構成例を示すブロック図である。 ＴｙｐｅＡ方式での通信におけるビットコーディングを説明する図である。 従来の復調部の詳細な構成例を示すブロック図である。 アナログ直交検波されたＩ信号とＱ信号の波形の例を示す図である。 図３の復調部においてＩ信号とＱ信号の２乗平均を算出して出力された信号の波形の例を示す図である。 図３の復調部において信号レベルの平均値を算出して出力された信号の波形の例を示す図である。 図３の復調部においてシフトレジスタにラッチされる情報の例を説明する図である。 図３の復調部における各信号の波形の例を示す図である。 図３の復調部におけるサブキャリア判定部によるシンボルの系列の特定の方式を説明する図である。 ノイズが含まれる信号の波形と移動平均信号の波形の例を示す図である。 ノイズが含まれる信号の波形と移動平均信号の波形の例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る非接触ＩＣカードとリーダ／ライタからなる通信システムの構成例を示すブロック図である。 図１２の復調部の詳細な構成例を示すブロック図である。 図１３のサブキャリア相関フィルタの出力結果と閾値判定部による判定を説明する図である。 非接触ＩＣカードから送信された信号にノイズが含まれる場合について説明する図である。 非接触ＩＣカードから送信された信号にノイズが含まれる場合の別の例について説明する図である。 復調処理を説明するフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る非接触ＩＣカードとリーダ／ライタからなる通信システムの別の構成例を示すブロック図である。 図１８の復調部の詳細な構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

最初に従来の方式について説明する。

図１は、従来の非接触ＩＣカードとリーダ／ライタからなる通信システムの構成例を示すブロック図である。同図の例においては、非接触ＩＣカード３０と、リーダ／ライタ３１とが、ＩＳＯ１４４４３−３により規定されるＴｙｐｅＡの通信方式で通信するものとする。

ＴｙｐｅＡ方式の非接触ＩＣカードでは、リーダ／ライタにデータを送信するときに、１３.５６MHzのキャリア（搬送波）を、８４７KHz(正確には８４７.５KHz)のサブキャリアで負荷変調することにより、信号を生成するようになされている。

つまり、ＴｙｐｅＡ方式では、１ビットのデータを表す１ｅｔｕにおいて、例えば、その前半期間中のみにサブキャリアが重畳されているシンボルによってデータ値「１」が表現される。また、１ビットのデータを表す１ｅｔｕにおいて、その後半期間中のみにサブキャリアが重畳されているシンボルによってデータ値「０」が表現されるようになされている。

さらに、上記３つのＴｙｐｅはそれぞれ異なるフレームヘッダ情報、通信終了情報を持っている。例えば、ＴｙｐｅＡ方式では、通信開始の際に必ず１ビット目の受信信号(Start Of Communication：ＳＯＣ)としてデータ値「１」（系列Ｄ）のシンボルが到来する事がフレームヘッダ情報となっている。さらに、ＴｙｐｅＡ方式では、系列Ｆ(サブキャリア変調無し)のシンボルの到来が通信終了を示している。

リーダ／ライタ３１は、非接触ＩＣカード３０と信号を送受信するためのアンテナ３２と、アンテナ３２に接続された半導体集積回路３３を有する構成とされている。

非接触ＩＣカード３０とリーダ／ライタ３１との通信が開始されるとき、リーダ／ライタ３１のＣＰＵ５５は、ＴｙｐｅＡ方式で通信することが可能な非接触ＩＣカード３０に対して応答を返信するように要求する信号を、アンテナ３２を介して繰り返し送信する。この処理は、ポーリングと称される。なお、ＣＰＵ５５から出力されるデータが、変調部５２を介してＡＳＫ変調され、送信部５１を介してアンテナ３２から電波が送出されるようになされている。

そして、アンテナ３２の近傍に非接触ＩＣカード３０が存在する場合、リーダ／ライタ３１は、非接触ＩＣカード３０から返信された信号を、アンテナ３２を介して受信する。非接触ＩＣカード３０は、通信レート１０６kbpsのデータを負荷変調した信号を、リーダ／ライタ３１に返信する。

図２は、ＴｙｐｅＡ方式での通信におけるビットコーディングを説明する図である。同図は、非接触ＩＣカード３０からリーダ／ライタ３１に送信される信号におけるビットコーディングを表している。

図２に示されるように論理１と論理０がそれぞれ１ｅｔｕ区間内のサブキャリアの有無により表わされる。ここで、論理１は、値が１である１ビットのデータを意味し、論理０は、値が０である１ビットのデータを意味する。また、１ビットのデータを表す１データ期間を１ｅｔｕ（Elementary Time Unit）と称する。

同図に示される各波形の下に表わされた矢印がそれぞれ１ｅｔｕを表している。各波形の図は、それぞれ横軸を時間とし、縦軸を信号レベルとして表されており、同図に示されるように、サブキャリアにより変調された区間の波形は、細かい櫛形の波形となる。すなわち、サブキャリアにより変調されていない区間（時間）は、信号のレベルが変化しないが、サブキャリアにより変調された区間（時間）は、サブキャリアと同じ周期で信号レベルが変化する。

同図には、論理１、論理０、通信開始、および通信終了に対応する１ｅｔｕの波形がそれぞれ示されている。これら４つの波形のそれぞれは、非接触ＩＣカード３０からリーダ／ライタ３１に送信すべき情報であって、上述した通信レート１０６kbpsのデータを、所定の符号化方式（例えば、マンチェスタ符号化方式）でビットコーディングしたときの１つのシンボルに対応している。

図中左上に示される論理１は、１ｅｔｕの前半５０％の区間のみがサブキャリア変調された波形とされる。この波形を系列Ｄと称する。また、図中右上に示される論理０は、１ｅｔｕの後半５０％の区間のみがサブキャリア変調された波形とされる。この波形を系列Ｅと称する。

また、上述したように、ＴｙｐｅＡ方式では、通信開始の際、必ず１ビット目の受信信号(Start Of Communication)として、系列Ｄが到来する事がフレームヘッダ情報となっている（図中左下）。さらに、ＴｙｐｅＡ方式では、１ｅｔｕの１００％の区間においてサブキャリア変調無しの波形の到来が通信終了を示している。この波形を系列Ｆと称する（図中右下）。

これらの系列が、例えば、非接触ＩＣカードから送信された信号の１ｅｔｕ区間により表現されるシンボルとなる。

リーダ／ライタ３１のアンテナ３２で受信した信号は、アナログ直交検波部５３に供給され、アナログ直交検波部５３が受信した信号からサブキャリア成分を抽出し、さらにサブキャリア成分の同相成分(Ｉ信号)および直交成分(Ｑ信号)を検波するようになされている。このＩ信号とＱ信号は、それぞれ信号線ｄ１と信号線ｄ２を介して復調部５４に供給されるようになされている。

なお、アナログ直交検波部５３は、直交検波された信号をＡ／Ｄ変換して、周波数１３．５６MHzでオーバーサンプリングする。このとき、１ｅｔｕ区間のサンプル数は、１２８（１３.５６MHz ÷ １０６KHz）サンプルとなる。また、ＴｙｐｅＡの通信方式におけるサブキャリア周波数は上述したように、８４７KHzなので、１サブキャリア周期のサンプル数は１６（＝１３.５６MHz ÷ ８４７KHz）サンプルとなる。

復調部５４は、後述するようにサブキャリア成分の有無を判定することで、非接触ＩＣカード３０から送信されたデータを復調するようになされており、復調結果のデータは、ＣＰＵ５５に供給される。

図３は、復調部５４の詳細な構成例を示すブロック図である。同図に示されるように、復調部５４は、ＩＱ２乗平均部６１、タイミング生成部６２、移動平均部６３、シフトレジスタ６４、およびサブキャリア判定部６５により構成されている。

同図に示されるように、アナログ直交検波部５３から出力されたＩ信号とＱ信号は、信号線ｄ１および信号線ｄ２を介して、ＩＱ２乗平均部６１、およびタイミング生成部６２にそれぞれ供給される。なお、以下では適宜、信号線ｄ１、信号線ｄ２を介して伝送される信号を信号ｄ１、信号ｄ２のように称することにする。

図４は、信号ｄ１（Ｉ信号）と信号ｄ２（Ｑ信号）の波形の例を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして各信号の波形が示されている。この例では、１ｅｔｕの前半５０％の区間のみがサブキャリア変調された系列Ｄを受信した場合のＩ信号とＱ信号の波形の例が示されている。

ＩＱ２乗平均部６１は、Ｉ信号とＱ信号それぞれの２乗平均を算出して信号ｄ３として出力する。図５は、信号ｄ３の波形の例を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして信号ｄ３の波形が示されている。

タイミング生成部６２は、信号ｄ１と信号ｄ２の波形の立ち上がりまたは立ち下りのタイミングを検出することで、１／２ｅｔｕ毎のクロックである信号ｄ６と、１ｅｔｕ毎のクロックである信号ｄ７を生成する。なお、タイミング生成部６２により生成されるクロックのそれぞれは、ビットコーディングされた波形のシンボル（１ビットを表す系列）に同期して出力されるようになされている。

ＩＱ２乗平均部６１から出力された信号ｄ３は、移動平均部６３に供給され、１／２ｅｔｕの区間の波形の信号レベルの平均値が算出される。すなわち、図５の波形の下の矢印で示される１／２ｅｔｕの区間が、時間の経過に伴って図中左から右へスライドさせられ、その時刻での１／２ｅｔｕの区間の波形の信号レベルの積分値が算出されることで、平均値が逐次算出されていく。

移動平均部６３は、上述したように信号レベルの平均値を算出し、信号ｄ４として出力する。図６は、信号ｄ４の波形の例を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして信号ｄ４の波形が示されている。

図６に示されるように移動平均部６３の処理を経て出力される系列Ｄの波形は、シンボルの開始位置から１／２ｅｔｕ経過した時刻においてピークとなるような山形の波形となる。なお、図６において、矢印８１−１乃至矢印８１−３で示される各時刻において、タイミング生成部６２により１／２ｅｔｕ毎のクロックが生成されることになる。

移動平均部６３から出力される信号ｄ４は、シフトレジスタ６４に供給される。シフトレジスタ６４は、１／２ｅｔｕ毎のクロックが供給されたタイミングで信号ｄ４の信号レベルを保持（ラッチ）する。図７は、シフトレジスタ６４にラッチされる情報の例を説明する図である。

例えば、同図に示される情報ＤＴ０乃至情報ＤＴ３は、１／２ｅｔｕ毎のクロックが供給されたタイミングでの信号ｄ４の信号レベルを表すものとされる。例えば、情報ＤＴ０は、矢印８１−１のタイミングで供給されたクロック（以下、適宜、クロック８１−１のように称する）に対応する信号レベルの値である。また、情報ＤＴ１は、クロック８１−２に対応する信号レベルの値であり、情報ＤＴ２は、クロック８１−３に対応する信号レベルの値である。

シフトレジスタ６４から出力される信号（情報）ｄ５は、サブキャリア判定部６５に供給される。サブキャリア判定部６５は、１／２ｅｔｕ毎のクロックが供給されたタイミングでの信号ｄ５により表わされる信号レベルの値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する。すなわち、信号ｄ５により表わされる信号レベルの値が予め設定された閾値を超える場合、その１／２ｅｔｕ区間はサブキャリア変調された区間（サブキャリア有と称することにする）であると判定する。また、信号ｄ５により表わされる信号レベルの値が予め設定された閾値を超えない場合、その１／２ｅｔｕ区間はサブキャリア変調されていない区間（サブキャリア無と称することにする）であると判定する。

図８を参照してさらに説明する。図８Ａは、信号ｄ３の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして系列Ｄの波形が示されている。すなわち、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無の波形が示されている。

図８Ｂは、信号ｄ４の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして図８Ａの系列Ｄの波形に対応する信号の波形が示されている。また、同図の下の矢印８１−１乃至矢印８１−３は、それぞれ信号ｄ６のクロックのタイミングを表しており、矢印８２−１と矢印８２−２は、それぞれ信号ｄ７のクロックのタイミングを表している。

図８Ｂに示されるように、サブキャリア判定部６５は、線９１で示される閾値を用いて信号ｄ４の信号レベルを判定する。すなわち、矢印８１−１と矢印８１−３のタイミングでは、信号レベルは閾値を超えていないと判定され、それらのタイミングのクロックに対応する１／２ｅｔｕ区間はサブキャリア無と判定されることになる。一方、矢印８１−２のタイミングでは、信号レベルは閾値を超えていると判定され、そのタイミングのクロックに対応する１／２ｅｔｕ区間はサブキャリア無と判定されることになる。

すなわち、矢印８１−２のタイミングは、当該シンボルの前半１／２ｅｔｕ区間に対応するクロックとされ、当該シンボルの前半１／２ｅｔｕ区間は、サブキャリア有と判定される。矢印８１−３のタイミングは、当該シンボルの後半１／２ｅｔｕ区間に対応するクロックとされ、当該シンボルの後半１／２ｅｔｕ区間は、サブキャリア無と判定される。従って、当該シンボルは系列Ｄ、すなわち論理１であると特定されることになる。

サブキャリア判定部６５は、上述したように、サブキャリアの有無の判定の結果に基づいて、シンボルの系列を特定し、その結果を復調データとして出力するようになされている。

図９は、サブキャリア判定部６５によるシンボルの系列の特定の方式を説明する図である。同図は、図中横軸が前半１／２ｅｔｕ区間の信号ｄ４の信号レベル（サブキャリア成分レベル）を表し、図中縦軸が後半１／２ｅｔｕ区間の信号ｄ４の信号レベル（サブキャリア成分レベル）を表している。つまり、サブキャリア成分の信号レベル、すなわちサブキャリアの有無を前半１／２ｅｔｕ区間と、後半１／２ｅｔｕ区間に分けて判定し、その判定結果をシンボルの系列にそれぞれ対応させる。

例えば、図９の右下に示される場合のように、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無の場合、そのシンボルは系列Ｄであると特定できるから、サブキャリア判定部６５は、値１（図中では論理“１”）を表すビットを復調データとして出力する。

また、図９の左上に示される場合のように、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有の場合、そのシンボルは系列Ｅであると特定できるから、サブキャリア判定部６５は、値０（図中では論理“０”）を表すビットを復調データとして出力する。

さらに、図９の左下に示される場合のように、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無で、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア無の場合、そのシンボルは系列Ｆであると特定できるから、サブキャリア判定部６５は、通信終了を表すビット列などを復調データとして出力する。

また、図９の右上に示される場合のように、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア有の場合、そのシンボルはビットコーディング上存在し得ないものとなる。この場合、サブキャリア判定部６５は、コリジョン（衝突）が発生したことを特定する。すなわち、２つの非接触ＩＣカードが同時にリーダ／ライタ３１のアンテナ３２の近傍に存在しており、２つの非接触ＩＣカードから送信された信号が同時に受信されてコリジョンが発生したものと特定される。また、この場合、サブキャリア判定部６５は、衝突フラグを出力するようになされている。

このようにしてサブキャリアの有無の判定の結果に基づいて、シンボルの系列を特定し、その結果を復調データとして出力することができる。

しかしながら、一般に非接触ＩＣカードから送信された信号には、大きいノイズが含まれることが多い。このため、上述した従来の方式のようにサブキャリア信号の有無を判定すると、大きいノイズ信号を閾値判定したときに、サブキャリア信号として誤検出してしまうという問題がある。

図１０と図１１を参照して、非接触ＩＣカード３０から送信された信号にノイズが含まれる場合のサブキャリアの有無の判定について説明する。

図１０Ａは、信号ｄ３の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、信号ｄ３の波形が示されている。この例では、非接触ＩＣカードから送信された信号として、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無で、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア無（系列Ｆ）の信号が受信された場合の波形が示されている。

系列Ｆの場合、図２を参照して上述したように、信号ｄ３の波形は本来平坦な形状となるが、いまの場合、ノイズの影響により、後半１／２ｅｔｕ区間において信号のレベルの振幅が生じている。図１０Ａに示されるような、信号ｄ３が移動平均部６３に供給され、１／２ｅｔｕの区間の波形の信号レベルの平均値が算出されると、図１０Ｂに示されるような信号ｄ４が出力されることになる。

図１０Ｂは、信号ｄ４の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして図１０Ａの系列Ｆの波形に対応する波形が示されている。

図１０Ｂに示される波形に基づいてサブキャリアの有無を判定すると、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有と判定されてしまう。後半１／２ｅｔｕ区間の信号のレベルが閾値を超えているからである。従って、サブキャリア判定部６５においては、系列Ｆを受信したにもかかわらず、系列Ｅを受信したと誤判定されてしまうことになる。

このように、ノイズの影響により、系列Ｆに対応する信号から系列Ｅ（論理０）に対応するデータが誤って復調されてしまうのである。

図１１Ａは、信号ｄ３の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、信号ｄ３の波形が示されている。この例では、非接触ＩＣカードから送信された信号として、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無（系列Ｄ）の信号が受信された場合の波形が示されている。

系列Ｄの場合、図２を参照して上述したように、信号ｄ３の波形は本来、後半１／２ｅｔｕ区間が平坦な形状となるが、いまの場合、ノイズの影響により、後半１／２ｅｔｕ区間において信号のレベルの振幅が生じている。図１１Ａに示されるような、信号ｄ３が移動平均部６３に供給され、１／２ｅｔｕの区間の波形の信号レベルの平均値が算出されると、図１１Ｂに示されるような信号ｄ４が出力されることになる。

図１１Ｂは、信号ｄ４の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして図１１Ａの系列Ｄの波形に対応する波形が示されている。

図１１Ｂに示される波形に基づいてサブキャリアの有無を判定すると、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有と判定されてしまう。後半１／２ｅｔｕ区間の信号のレベルが閾値を超えているからである。従って、サブキャリア判定部６５においては、系列Ｄを受信したにもかかわらず、コリジョンが発生したと誤判定されてしまうことになる。

このように、ノイズの影響により、系列Ｄに対応する信号から、コリジョン発生が誤って検出されてしまうのである。

そこで、本発明においては、ノイズをサブキャリアと誤判定することがないようにするために、サブキャリアの有無の判定に用いられる信号においてサブキャリアとの相関値が考慮されるようにする。

図１２は、本発明の一実施の形態に係る非接触ＩＣカードとリーダ／ライタからなる通信システムの構成例を示すブロック図である。同図の例においては、非接触ＩＣカード１１０と、リーダ／ライタ１１１とが、ＩＳＯ１４４４３−３により規定されるＴｙｐｅＡの通信方式で通信するものとする。

リーダ／ライタ１１１は、非接触ＩＣカード１１０と信号を送受信するためのアンテナ１１２と、アンテナ１１２に接続された半導体集積回路１１３を有する構成とされている。

非接触ＩＣカード１１０とリーダ／ライタ１１１との通信が開始されるとき、リーダ／ライタ１１１のＣＰＵ１３５は、ＴｙｐｅＡ方式で通信することが可能な非接触ＩＣカード１１０に対して応答を返信するように要求する信号を、アンテナ１１２を介して繰り返し送信する。この処理は、ポーリングと称される。なお、ＣＰＵ１３５から出力されるデータが、変調部１３２を介してＡＳＫ変調され、送信部１３１を介してアンテナ１１２から電波が送出されるようになされている。

そして、アンテナ１１２の近傍に非接触ＩＣカード１１０が存在する場合、リーダ／ライタ１１１は、非接触ＩＣカード１１０から返信された信号を、アンテナ１１２を介して受信する。非接触ＩＣカード１１０は、例えば、通信レート１０６kbpsのデータを負荷変調した信号を、リーダ／ライタ１１１に返信する。

リーダ／ライタ１１１のアンテナ１１２で受信した信号は、アナログ直交検波部１３３に供給され、アナログ直交検波部１３３が受信した信号からサブキャリア成分を抽出し、さらにサブキャリア成分の同相成分(Ｉ信号)および直交成分(Ｑ信号)を検波するようになされている。このＩ信号とＱ信号は、それぞれ信号線ｄ１１と信号線ｄ１２を介して復調部１３４に供給されるようになされている。

なお、アナログ直交検波部１３３は、直交検波された信号をＡ／Ｄ変換して、周波数１３.５６MHzでオーバーサンプリングする。このとき、例えば、１ｅｔｕ区間のサンプル数は、１２８（１３.５６MHz ÷ １０６KHz）サンプルとなる。また、ＴｙｐｅＡの通信方式におけるサブキャリア周波数は上述したように、８４７KHzなので、１サブキャリア周期のサンプル数は１６（＝１３.５６MHz ÷ ８４７KHz）サンプルとなる。

復調部１３４は、後述するようにサブキャリア成分の有無を判定することで、非接触ＩＣカード１１０から送信されたデータを復調するようになされており、復調結果のデータは、ＣＰＵ１３５に供給される。

図１３は、図１２の復調部１３４の詳細な構成例を示すブロック図である。同図に示されるように、復調部１３４は、移動平均部１５１、サブキャリア相関フィルタ１５２、ＩＱ２乗平均部１５３、同期処理部１５４、および閾値判定部１５５により構成されている。

同図に示されるように、アナログ直交検波部１３３から出力されたＩ信号とＱ信号は、信号線ｄ１１および信号線ｄ１２を介して、移動平均部１５１、およびサブキャリア相関フィルタ１５２にそれぞれ供給される。

移動平均部１５１は、信号ｄ１１と信号ｄ１２について、１／８ｅｔｕの区間（１サブキャリア周期）の波形の信号レベルの平均値を算出する。例えば、その時刻での１／８ｅｔｕの区間の波形の信号レベルの積分値が算出されることで、平均値が逐次算出されていく。信号ｄ１１と信号ｄ１２は、通常矩形波として出力されるものであるが、移動平均部１５１から出力される信号ｄ１５と信号ｄ１６の波形は、のこぎり波に近い形状の波形となる。

移動平均部１５１の処理を経た信号ｄ１５と信号ｄ１６は、信号ｄ１１と信号ｄ１２に対して高周波ノイズをカットするローパスフィルタを通過させたときの波形とほぼ同様の波形となる。このようにすることで、例えば、信号ｄ１１と信号ｄ１２が受信環境などの影響により１周期を判別しにくい波形に変形した場合でも、信号ｄ１５と信号ｄ１６の波形のピークを検出することで、サブキャリアの１周期の間隔を特定することが容易になる。すなわち、同期処理部１５４が、移動平均部１５１から出力された信号ｄ１５と信号ｄ１６に基づいてイネーブルを生成することで、より正確なイネーブルの生成が可能となるのである。

なお、移動平均部１５１に替えてローパスフィルタが設けられるようにしてもよい。また、例えば、信号ｄ１１と信号ｄ１２の波形が変形などする可能性が十分に低い場合などは、移動平均部１５１を設けないようにすることも可能である。

サブキャリア相関フィルタ１５２は、サブキャリアの波形に対応するフィルタ係数を有するフィルタとされる。

上述したように、１ｅｔｕ区間のサンプル（クロック）数は、１２８サンプルで、１サブキャリア周期のサンプル数は１６サンプルだから、１ｅｔｕ区間は、８サブキャリア周期となる。例えば、２サブキャリア周期の間、サブキャリア変調された信号を２値化した時の符号ビット系列は、( 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1 )で与えられる。

この符号ビット系列は、８サンプル毎に符号が入れ替わり、周期は１６サンプルとなる。つまり、サブキャリアと同じ周期で、信号レベルが上方、下方に交互に変化するように振幅する矩形波の形状に対応する符号ビット系列なのである。この符号ビット系列を、１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数とする。なお、２サブキャリア周期は、１／４ｅｔｕ区間に対応する。

サブキャリア相関フィルタ１５２は、上述した１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数を用いて、Ｉ信号およびＱ信号と２周期分のサブキャリアとの相関値を算出する。すなわち、サブキャリア相関フィルタ１５２は、１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数と、３２サンプルのＩ信号およびＱ信号との内積をそれぞれ計算し、計算結果の絶対値をI成分サブキャリア相関値、Ｑ成分サブキャリア相関値とする。すなわち、Ｉ信号およびＱ信号上のサブキャリア成分が、上述の１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数と等しく２値化される場合、当該１／４ｅｔｕ区間のＩ信号およびＱ信号とサブキャリアとの相関値が高くなるのである。

Ｉ成分サブキャリア相関値およびＱ成分サブキャリア相関値は、それぞれ信号ｄ１３および信号ｄ１４として出力され、ＩＱ２乗平均部１５３に供給される。

ＩＱ２乗平均部１５３は、信号ｄ１３と信号ｄ１４それぞれの２乗平均を算出して信号ｄ１５として出力する。

同期処理部１５４は、信号ｄ１５、信号ｄ１６、および信号ｄ１７に基づいて、図２を参照して上述したようなフレームヘッド（通信開始）を検出するようになされている。上述したように、ＴｙｐｅＡ方式では、必ず１ビット目の受信信号(Start Of Communication)として、１ｅｔｕにおいて、その前半期間中のみにサブキャリアが重畳されているデータ値「１」が到来する事がフレームヘッダ情報となっている。

例えば、信号ｄ１６と信号ｄ１７が振幅を開始してから１／２ｅｔｕ区間（６４サンプル）内に、信号ｄ１５のレベルが予め設定された閾値を超えたとき、同期処理部１５４は、当該ｅｔｕをフレームヘッド（通信開始）として検出する。同期処理部１５４は、フレームヘッド（通信開始）を検出した場合、フレーム検出フラグを設定して出力するようになされている。

また、同期処理部１５４は、信号ｄ１６と信号ｄ１７の波形のピークを検出することで、例えば、１サブキャリア周期毎のクロックを生成する。同期処理部１５４は、例えば、デジタルＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等を有する構成とされ、信号ｄ１６と信号ｄ１７の波形のピークに対応させてクロックのパルスを生成するようになされている。

同期処理部１５４は、例えば、上述したクロックにより４サブキャリア周期毎にイネーブルのパルスを出力することで、１／２ｅｔｕ毎のイネーブルを生成することができる。また、同期処理部１５４は、例えば、上述したクロックにより８サブキャリア周期毎にイネーブルのパルスを出力することで、１ｅｔｕ毎のイネーブルを生成することができる。

また、１／２ｅｔｕ毎のイネーブルと１ｅｔｕ毎のイネーブルのそれぞれは、ビットコーディングされた波形のシンボル（１ビットを表す系列）に同期して出力されるようになされている。

すなわち、上述したように、フレームヘッドとして検出されたｅｔｕにおける信号ｄ１６と信号ｄ１７の波形に基づいて、１つのｅｔｕの中のサブキャリアの第１周期目のタイミングを検出することができる。そして、検出されたタイミングに同期して１／２ｅｔｕ毎のクロック（イネーブル）である信号ｄ１９、１ｅｔｕ毎のクロック（イネーブル）である信号ｄ２０を生成することができる。

このように同期処理部１５４は、信号ｄ１５のみでなく、さらに信号ｄ１６と信号ｄ１７を用いて１／２ｅｔｕ毎のイネーブルである信号ｄ１９、および１ｅｔｕ毎のイネーブルである信号ｄ２０を生成する。

信号ｄ１１の矩形の波形の振幅方向と、上向きの矢印と下向きの矢印とが一致したタイミングでのサブキャリア相関フィルタ１５２の出力値の２乗平均値（信号ｄ１５）が閾値を超えるように設定されている。上述した例では、サブキャリア２周期分の波形の振幅方向と一致したタイミングで閾値を超えるように設定されている。従って、サブキャリアとの相関値が考慮された信号ｄ１５においては、サブキャリアの第１周期目の振幅が小さくなってしまう。このため、信号ｄ１５からサブキャリアの第１周期目のピークを正確に検出することが難しい。

このため、同期処理部１５４は、信号ｄ１５のみでなく、さらに信号ｄ１６と信号ｄ１７を用いて１／２ｅｔｕ毎のクロックである信号ｄ１９、および１ｅｔｕ毎のクロックである信号ｄ２０を生成するのである。

ＩＱ２乗平均部１５３から出力された信号ｄ１５は、閾値判定部１５５にも供給される。閾値判定部１５５は、信号ｄ１９により特定されるタイミングをもとに、信号ｄ１５のレベルを予め設定された閾値と比較することにより、１／２ｅｔｕ区間毎にサブキャリア変調されているか否かを判定する。

ここで、例えば、閾値判定部１５５の内部に設けられたシフトレジスタなどに信号ｄ１５のレベルの値が保持され、１／２ｅｔｕ区間における最大値が更新されていくものとする。そして、閾値判定部１５５は、１／２ｅｔｕ区間毎の信号ｄ１５のレベルの最大値を予め設定された閾値と比較することにより、サブキャリア変調されているか否かを判定する。

また、閾値判定部１５５は、信号ｄ２０により特定されるタイミングをもとに、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。すなわち、閾値判定部１５５は、図９を参照して上述したシンボルの系列の特定の方式により、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。

例えば、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無の場合、そのシンボルは系列Ｄであると特定できるから、閾値判定部１５５は、値１を表すビットを復調データとして出力する。

また、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有の場合、そのシンボルは系列Ｅであると特定できるから、閾値判定部１５５は、値０を表すビットを復調データとして出力する。

さらに、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無で、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア無の場合、そのシンボルは系列Ｆであると特定できるから、閾値判定部１５５は、通信終了を表すビット列などを復調データとして出力する。

また、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア有の場合、そのシンボルはビットコーディング上存在し得ないものなので、閾値判定部１５５は、コリジョン（衝突）が発生したことを特定する。すなわち、２つの非接触ＩＣカードが同時にリーダ／ライタ３１のアンテナ３２の近傍に存在しており、２つの非接触ＩＣカードから送信された信号が同時に受信されてコリジョンが発生したものと特定される。この場合、閾値判定部１５５は、衝突フラグを出力するようになされている。

このようにしてサブキャリアの有無の判定の結果に基づいて、シンボルの系列を特定し、その結果の復調データを信号ｄ２１として出力することができる。

図１４は、サブキャリア相関フィルタ１５２の出力結果と閾値判定部１５５による判定を説明する図である。

図１４Ａは、信号ｄ１１の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、信号ｄ１１の波形が示されている。この例では、非接触ＩＣカードから送信された信号として、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無（系列Ｄ）の信号が受信された場合の波形が示されている。

また、図１４Ａには、図中の波形の下側に記された矢印により信号ｄ１１を通過させるサブキャリア相関フィルタ１５２のフィルタ係数が仮想的に示されている。すなわち、上向きの矢印がフィルタ係数「１」を表しており、下向きの矢印がフィルタ係数「−１」をあらわしている。なお、図中においては便宜上、サブキャリア１周期あたり、４本の上向きの矢印と４本の下向きの矢印が示されているが、実際にはサブキャリア１周期あたり、８本の上向きの矢印と８本の下向きの矢印が必要である。

信号ｄ１１の矩形の波形の振幅方向と、上向きの矢印と下向きの矢印とが一致したタイミングで、サブキャリア相関フィルタ１５２の出力値が最大となる。

図１４Ｂは、信号ｄ１３と信号ｄ１５の波形の例を説明する図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、サブキャリア相関フィルタ１５２から出力される信号ｄ１３の波形、およびＩＱ２乗平均部１５３から出力される信号ｄ１５の波形が示されている。なお、同図においては、説明を分かりやすくするために、信号ｄ１３の波形と信号ｄ１５の波形が図中縦方向に並べて表示されているが、２つの波形は、本来別々の縦軸上で表現される信号レベルを有するものである。

信号ｄ１３の波形は、図中最も左側の時刻においてレベル０だった波形が時間の経過に伴って、信号レベルが正または負の値となるように振幅している。信号ｄ１５の波形は、図中最も左側の時刻においてレベル０だった波形が時間の経過に伴って、信号レベルが正の値となるように振幅している。

図１４Ａで区間１乃至区間３としてそれぞれ示される１／４ｅｔｕ区間のサブキャリア相関フィルタ１５２の出力値は、図１４Ｂにおいて矢印により示された楕円の位置の波形として出力される。

図１４Ｂにおいて信号ｄ１５の波形のピークとして黒い丸で示される位置の信号レベルが、それぞれ前半１／２ｅｔｕ区間での最大値、および後半１／２ｅｔｕ区間での最大値となる。

図１４Ｃは、信号ｄ１５のレベルの最大値を、前半１／２ｅｔｕ区間と後半１／２ｅｔｕ区間においてプロットした図である。すなわち、図中の黒い丸がプロットされた最大値を表している。上述したように、閾値判定部１５５は、信号ｄ１９により特定されるタイミングをもとに、信号ｄ１５のレベルの１／２ｅｔｕ区間における最大値を予め設定された閾値と比較することにより、１／２ｅｔｕ区間毎にサブキャリア変調されているか否かを判定する。

いまの場合、前半１／２ｅｔｕ区間の最大値が閾値を超えており、サブキャリア変調されていることが分かる。また、後半１／２ｅｔｕ区間の最大値は閾値を超えておらず、サブキャリア変調されていないことが分かる。なお、図中の水平方向の直線の縦軸上の位置が閾値を表している。

すなわち、信号ｄ１１の矩形の波形の振幅方向と、上向きの矢印と下向きの矢印とが一致したタイミングでのサブキャリア相関フィルタ１５２の出力値の２乗平均値（信号ｄ１５）が閾値を超えるように設定されているのである。

なお、図１４Ａには信号ｄ１１のみが示され、図１４Ｂには信号ｄ１３のみが示されているが、実際の処理においては、信号ｄ１２、および信号ｄ１４もそれぞれ用いられて信号ｄ１５が生成されることになる。

図１５は、非接触ＩＣカードから送信された信号にノイズが含まれる場合について説明する図である。

図１５Ａは、信号ｄ１１の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、信号ｄ１１の波形が示されている。この例では、非接触ＩＣカードから送信された信号として、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無で、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア無（系列Ｆ）の信号が受信された場合の波形が示されている。ただし、この例では、本来平坦となる後半１／２ｅｔｕ区間の波形が、ノイズにより振幅する波形となっている。

すなわち、仮に信号ｄ１１がサブキャリア変調されている場合、一定の周期で振幅する矩形の波形が観察されるが、図１５Ａの後半１／２ｅｔｕ区間の波形は、不規則な振幅の波形となっている。

図１５Ｂは、信号ｄ１５の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、図１５Ａの信号ｄ１１に対応する信号ｄ１５の波形が示されている。

同図に示されるように、サブキャリア相関フィルタ１５２の出力値に対してＩＱ２乗平均部１５３の処理が施されて出力された信号ｄ１５は、本来平坦となる後半１／２ｅｔｕ区間の波形が、ノイズにより振幅する波形となっている。しかし、サブキャリア相関フィルタ１５２は、上述したようなフィルタ係数を有するので、信号ｄ１１の後半１／２ｅｔｕ区間のノイズによる振幅との相関値は十分に小さいものとなる。すなわち、図１４Ａに示されるような上向きの矢印と下向きの矢印で表わされる波形の振幅の方向と、図１５Ａのノイズによる振幅の方向は大きく異なっているから、当該ノイズはサブキャリアとの相関が低いものとなり、低い相関値が出力される。

図１５Ｂに示されるように、信号ｄ１５のレベルの最大値は、前半１／２ｅｔｕ、後半１／２ｅｔｕともに、閾値を超えないものとなっている。これにより、閾値判定部１５５は、当該ｅｔｕでは、前半１／２ｅｔｕ区間も、後半１／２ｅｔｕ区間もサブキャリア変調されていないことを特定することができ、図１５Ａの信号ｄ１１から系列Ｆを復調することができるのである。

なお、図１５Ａには信号ｄ１１のみが示されているが、実際の処理においては、当然、信号ｄ１２も用いられて信号ｄ１５が生成されることになる。

図１６は、非接触ＩＣカードから送信された信号にノイズが含まれる場合の別の例について説明する図である。

図１６Ａは、信号ｄ１１の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、信号ｄ１１の波形が示されている。この例では、非接触ＩＣカードから送信された信号として、前半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア有で、後半１／２ｅｔｕ区間がサブキャリア無（系列Ｄ）の信号が受信された場合の波形が示されている。ただし、この例では、本来平坦となる後半１／２ｅｔｕ区間の波形が、ノイズにより振幅する波形となっている。

すなわち、仮に信号ｄ１１がサブキャリア変調されている場合、一定の周期で振幅する矩形の波形が観察されるが、図１６Ａの後半１／２ｅｔｕ区間の波形は、不規則な振幅の波形となっている。

図１６Ｂは、信号ｄ１５の波形を示す図である。同図には、横軸を時間とし、縦軸を信号のレベルとして、図１６Ａの信号ｄ１１に対応する信号ｄ１５の波形が示されている。

同図に示されるように、サブキャリア相関フィルタ１５２の出力値に対してＩＱ２乗平均部１５３の処理が施されて出力された信号ｄ１５は、本来平坦となる後半１／２ｅｔｕ区間の波形が、ノイズにより振幅する波形となっている。しかし、サブキャリア相関フィルタ１５２は、上述したようなフィルタ係数を有するので、信号ｄ１１の後半１／２ｅｔｕ区間のノイズによる振幅との相関値は十分に小さいものとなる。すなわち、図１４Ａに示されるような上向きの矢印と下向きの矢印で表わされる波形の振幅の方向と、図１６Ａのノイズによる振幅の方向は大きく異なっているから、当該ノイズはサブキャリアとの相関が低いものとなり、低い相関値が出力される。

図１６Ｂに示されるように、信号ｄ１５のレベルの最大値は、前半１／２ｅｔｕでは、閾値を超えているものの、後半１／２ｅｔｕでは、閾値を超えないものとなっている。これにより、閾値判定部１５５は、当該ｅｔｕでは、前半１／２ｅｔｕ区間はサブキャリア変調され、後半１／２ｅｔｕ区間はサブキャリア変調されていないことを特定することができ、図１６Ａの信号ｄ１１から系列Ｄを復調することができるのである。

なお、図１６Ａには信号ｄ１１のみが示されているが、実際の処理においては、当然、信号ｄ１２も用いられて信号ｄ１５が生成されることになる。

このように本発明においては、サブキャリアの有無の判定に用いられる信号においてサブキャリアとの相関値が考慮されるようにしたので、ノイズをサブキャリアと誤判定することがない。これにより、例えば、図１５、図１６を参照して説明したように、ノイズが含まれる波形を受信した場合でも、本来復調されるべきシンボルの系列を復調することが可能となる。

また、本発明においては、イネーブルの生成に用いられる信号に、サブキャリアとの相関値が考慮されていない信号（信号ｄ１６および信号ｄ１７）が用いられているので、より正確なイネーブルの生成が可能となる。本発明では、イネーブルを生成する際に、サブキャリアの第１周期目の振幅を検出でき、各イネーブルをシンボル（１ビットを表す系列）に同期して出力することができるからである。

上述したように、サブキャリアとの相関値が考慮された信号においては、サブキャリアの第１周期目の振幅が小さくなってしまう。このため、サブキャリアとの相関値が考慮された信号からサブキャリアの第１周期目のピークを正確に検出することが難しい。

これに対して、本発明では、サブキャリアとの相関値が考慮されていない信号ｄ１６および信号ｄ１７のピークを検出してイネーブルが生成されるので、サブキャリアの第１周期目の振幅を検出でき、各イネーブルをシンボルに同期して出力することができる。

次に、図１７のフローチャートを参照して、本発明を適用した復調部１３４による復調処理の例について説明する。

ステップＳ２１において、移動平均部１５１は、検波信号の移動平均信号を出力する。

このとき、アナログ直交検波部１３３から出力された検波信号であるＩ信号とＱ信号について、１／８ｅｔｕの区間（１サブキャリア周期）の波形の信号レベルの平均値が算出される。そして、移動平均部１５１から出力される移動平均信号として信号ｄ１５と信号ｄ１６が出力される。

ステップＳ２２において、サブキャリア相関フィルタ１５２は、検波信号とサブキャリアとの相関値を出力する。

このとき、上述した符号ビット系列を、１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数とし、サブキャリア相関フィルタ１５２が、Ｉ信号およびＱ信号と２周期分のサブキャリアとの相関値を算出する。すなわち、サブキャリア相関フィルタ１５２は、１／４ｅｔｕ区間長のフィルタ係数と、３２サンプルのＩ信号およびＱ信号との内積をそれぞれ計算し、計算結果の絶対値をI成分サブキャリア相関値、Ｑ成分サブキャリア相関値とする。そして、Ｉ成分サブキャリア相関値およびＱ成分サブキャリア相関値は、それぞれ信号ｄ１３および信号ｄ１４として出力される。

ステップＳ２３において、ＩＱ２乗平均部１５３は、ステップＳ２２の処理で出力されたサブキャリア相関値（信号ｄ１３と信号ｄ１４のそれぞれ）の２乗平均を算出して信号ｄ１５として出力する。

ステップＳ２４において、同期処理部１５４は、ステップＳ２３の処理で出力された２乗平均値（信号ｄ１５）、およびステップＳ２１の処理で出力された移動平均信号（信号ｄ１６と信号ｄ１７）に基づいて、シンボルに同期したイネーブルを生成する。

このとき、信号ｄ１６と、信号ｄ１７の振幅、および信号ｄ１５のレベルに基づいて、フレームヘッド（通信開始）が検出される。そして、信号ｄ１６と信号ｄ１７の波形のピークを検出することで、１／２ｅｔｕ毎のクロックである信号ｄ１９と、１ｅｔｕ毎のクロックである信号ｄ２０が生成される。

ステップＳ２５において、閾値判定部１５５は、ステップＳ２４の処理で生成されたイネーブル（信号ｄ１９と信号ｄ２０）に基づいて、１／２ｅｔｕ毎にステップＳ２３の処理で出力された２乗平均値（信号ｄ１５）の最大値を閾値判定する。

このとき、サブキャリア相関値の２乗平均としてＩＱ２乗平均部１５３から出力された信号ｄ１５のレベルの最大値を予め設定された閾値と比較することにより、１／２ｅｔｕ区間毎にサブキャリア変調されているか否かが判定される。

ステップＳ２６において、閾値判定部１５５は、ステップＳ２５の処理による判定結果に基づいて、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。

このとき、閾値判定部１５５は、例えば、図９を参照して上述したシンボルの系列の特定の方式により、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。

ステップＳ２７において、閾値判定部１５５は、ステップＳ２６の処理により特定されたシンボルの系列に対応するデータを、復調結果として出力する。

このようにして復調処理が実行される。

ところで、図１２を参照して上述した例においては、リーダ／ライタ１１１のアンテナ１１２で受信した信号は、アナログ直交検波部１３３に供給されるものとして説明したが、アンテナで受信した信号がアナログ包絡線検波されるようにしてもよい。

図１８は、本発明の一実施の形態に係る非接触ＩＣカードとリーダ／ライタからなる通信システムの別の構成例を示すブロック図である。同図の例においては、非接触ＩＣカード２１０と、リーダ／ライタ２１１とが、ＩＳＯ１４４４３−３により規定されるＴｙｐｅＡの通信方式で通信するものとする。

同図において、非接触ＩＣカード２１０は、図１２の非接触ＩＣカード１１０と同様のものである。リーダ／ライタ２１１は、図１２のリーダ／ライタ１１１に対応するものであるが、内部の構成が図１２の場合と異なっている。

すなわち、図１２の例においてリーダ／ライタ１１１に設けられていたアナログ直交検波部１３３に替えて、図１８の例では、リーダ／ライタ２１１にアナログ包絡線検波部２３３が設けられている。

図１８の例の場合、リーダ／ライタ２１１のアンテナ２１２で受信した信号は、アナログ包絡線検波部２３３に供給される。そして、アナログ包絡線検波部２３３が受信した信号を包絡線検波し、受信した信号からサブキャリア成分を抽出するようになされている。検波信号は、信号線ｄ４１を介して復調部２３４に供給されるようになされている。

なお、アナログ包絡線検波部２３３は、直交検波された信号をＡ／Ｄ変換して、周波数１３.５６MHzでオーバーサンプリングする。このとき、例えば、１ｅｔｕ区間のサンプル数は、１２８（１３.５６MHz ÷ １０６KHz）サンプルとなる。また、ＴｙｐｅＡの通信方式におけるサブキャリア周波数は上述したように、８４７KHzなので、１サブキャリア周期のサンプル数は１６（＝１３.５６MHz ÷ ８４７KHz）サンプルとなる。

図１８の例の場合、アナログ包絡線検波部２３３が設けられたことにより、復調部２３４の構成が、後述するように、図１２の復調部１３４とは異なったものとなる。

図１８におけるそれ以外の構成については、図１２の場合と同様なので、詳細な説明は省略する。

図１９は、図１８の復調部２３４の詳細な構成例を示すブロック図である。同図に示されるように、復調部２３４は、移動平均部２５１、サブキャリア相関フィルタ２５２、絶対値算出部２５３、同期処理部２５４、および閾値判定部２５５により構成されている。

同図に示されるように、アナログ包絡線検波部２３３から出力された検波信号は、信号線ｄ４１を介して、移動平均部２５１、およびサブキャリア相関フィルタ２５２にそれぞれ供給される。

移動平均部２５１は、信号ｄ４１について、１／８ｅｔｕの区間（１サブキャリア周期）の波形の信号レベルの平均値を算出する。例えば、その時刻での１／８ｅｔｕの区間の波形の信号レベルの積分値が算出されることで、平均値が逐次算出されていく。信号ｄ４１は、通常矩形波として出力されるものであるが、移動平均部２５１から出力される信号ｄ４６の波形は、のこぎり波に近い形状の波形となる。

移動平均部２５１の処理を経た信号ｄ４６は、信号ｄ４１に対して高周波ノイズをカットするローパスフィルタを通過させたときの波形とほぼ同様の波形となる。このようにすることで、例えば、信号ｄ４１が受信環境などの影響により１周期を判別しにくい波形に変形した場合でも、信号ｄ４６の波形のピークを検出することで、サブキャリアの１周期の間隔を特定することが容易になる。すなわち、同期処理部２５４が、移動平均部２５１から出力された信号ｄ４６に基づいてイネーブルを生成することで、より正確なイネーブルの生成が可能となるのである。

サブキャリア相関フィルタ２５２は、サブキャリアの波形に対応するフィルタ係数を有するフィルタとされる。このフィルタ係数は、図１３のサブキャリア相関フィルタ１５２のものと同様のものなので、詳細な説明は省略する。

サブキャリア相関値は、信号ｄ４３として出力され、絶対値算出部２５３に供給される。

絶対値算出部２５３は、信号ｄ４３の絶対値を算出して信号ｄ４５として出力する。

同期処理部２５４は、信号ｄ４５および信号ｄ４６に基づいて、図２を参照して上述したようなフレームヘッド（通信開始）を検出するようになされている。

例えば、信号ｄ４６が振幅している状態において、信号ｄ４５のレベルが予め設定された閾値を超えたとき、同期処理部２５４は、当該ｅｔｕをフレームヘッド（通信開始）として検出する。同期処理部２５４は、フレームヘッド（通信開始）を検出した場合、フレーム検出フラグを設定して出力するようになされている。

また、同期処理部２５４は、信号ｄ４６の波形のピークを検出することで、１／２ｅｔｕ毎のイネーブルである信号ｄ４９と、１ｅｔｕ毎のイネーブルである信号ｄ５０を生成する。なお、同期処理部２５４により生成されるイネーブル（クロック）のそれぞれは、ビットコーディングされた波形のシンボル（１ビットを表す系列）に同期して出力されるようになされている。すなわち、上述したように、フレームヘッドとして検出されたｅｔｕにおいて、サブキャリアの第１周期目のタイミングを検出することができ、これに同期してクロックを生成することで１／２ｅｔｕ毎のイネーブル、１ｅｔｕ毎のイネーブルを生成することができる。

絶対値算出部２５３から出力された信号ｄ４５は、閾値判定部２５５にも供給される。閾値判定部２５５は、信号ｄ４９により特定されるタイミングをもとに、信号ｄ４５のレベルの最大値を予め設定された閾値と比較することにより、１／２ｅｔｕ区間毎にサブキャリア変調されているか否かを判定する。

そして閾値判定部２５５は、信号ｄ５０により特定されるタイミングをもとに、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。すなわち、閾値判定部２５５は、図９を参照して上述したシンボルの系列の特定の方式により、当該ｅｔｕにより表わされるシンボルの系列を特定する。

このようにしてサブキャリアの有無の判定の結果に基づいて、シンボルの系列を特定し、その結果の復調データを信号ｄ５１として出力することができる。

このように、本発明を、アンテナで受信した信号がアナログ包絡線検波される場合にも適用することができる。

なお、本明細書において上述した一連の処理は、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１０ 非接触ＩＣカード， １１１ リーダ／ライタ， １１２ アンテナ， １３３ アナログ直交検波部， １３４ 復調部， １３５ ＣＰＵ， １５１ 移動平均部， １５２ サブキャリア相関フィルタ， １５３ ＩＱ２乗平均部， １５４ 同期処理部， １５５ 閾値判定部， ２５１ 移動平均部， ２５２ サブキャリア相関フィルタ， ２５３ 絶対値算出部， ２５４ 同期処理部， ２５５ 閾値判定部

Claims (7)

1. 他の装置から送信されて受信した信号について、１シンボルに対応する時間内に前記受信した信号と、既知の信号波形のパターンとの相関値を算出して相関信号として出力する相関信号出力手段と、
   前記相関信号に基づいて、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割した場合の第１の区間において、前記受信した信号が前記既知の信号により変調されているか否かを判定する既知信号判定手段と、
   前記判定結果に基づいて前記シンボルの系列を特定する特定手段と
   を備える信号処理装置。
2. 前記検波信号の振幅および前記判定結果に基づいて、前記他の装置から送信された信号により変調されて伝送されるデータのフレームの開始時点を表すシンボルを特定し、
   前記特定されたフレームの開始時点を表すシンボルに基づいて、前記他の装置から送信された信号における１シンボルの開始時点を特定することで、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割するためのイネーブルを生成するイネーブル生成手段をさらに備え、
   前記特定手段は、前記相関信号と前記イネーブルに基づいて前記シンボルの系列を特定する
   請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記特定手段は、
   前記特定された前記シンボルの系列に対応して、前記他の装置から送信された信号に変調されて伝送されるデータの復調結果、または前記フレームの終了時点を表す情報を出力する
   請求項１に記載の信号処理装置。
4. 前記他の装置から送信された信号は、所定の方式でビットコーディングされたデータを、予め定められた周波数のサブキャリアにより変調して伝送する
   請求項３に記載の信号処理装置。
5. 前記相関信号出力手段は、
   前記サブキャリアの振幅を２値化して得られるフィルタ係数を用いて、前記検波信号をフィルタ処理することで、前記検波信号と前記サブキャリアの波形のパターンとの相関値を算出し、
   前記既知信号判定手段は、前記第１の区間における前記相関値の最大値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定することで、前記受信した信号が前記サブキャリアにより変調されているか否かを判定する
   請求項４に記載の信号処理装置。
6. 前記他の装置から送信された信号は、
   ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に適合する通信方式に基づいて変調された信号である
   請求項４に記載の信号処理装置。
7. 相関信号出力手段が、他の装置から送信されて受信した信号について、１シンボルに対応する時間内に前記受信した信号
   と、既知の信号波形のパターンとの相関値を算出して相関信号として出力し、
   既知信号判定手段が、前記相関信号に基づいて、前記１シンボルに対応する時間を複数の区間に分割した場合の第１の区間において、前記受信した信号が前記既知の信号により変調されているか否かを判定し、
   特定手段が、前記判定結果に基づいて前記シンボルの系列を特定するステップ
   を含む信号処理方法。

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