近距離通信方法およびシステム
近距離通信のための方法およびシステムを提供する。上記方法は、以下のステップを有する。カードリーダは、低周波数時間変動磁界信号を送信する。その周波数は、システムを調整なしで動作させる最高周波数ｆ０以下である。上記信号は、カードリーダの識別情報を搬送する。モバイル無線デバイスは、低周波数信号を受信および検出し、これを電圧信号へ増幅し、端末が妥当距離範囲内に入ったか否かを判定する。電圧信号が電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、端末は妥当カードスワープ範囲内に入っており、カードリーダの識別情報を取得し、自身の識別情報をカードリーダの識別情報とともにカードリーダへＲＦチャネルを介して送信する。カードリーダは、送信された情報を受信し、その情報内の識別情報が自身の識別情報と合致するか否かを比較する。合致する場合は、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとカードスワープを実施する。この手法により、モバイルＲＦデバイスを備えたＲＦ通信端末とカードリーダとの間のデータ通信距離を所定範囲内で制御することができ、端末調整は必要なくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信分野に関する。特に、近距離通信方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル端末の需要にともない、モバイル端末を用いることによって実現されるモバイル端末支払アプリケーションに対する喫緊の要求がある。現在、モバイル端末支払アプリケーションの多くの実装手段が存在し、それぞれにデメリットがある。今日においては、ＲＦ機能をモバイル端末の契約者識別モジュール（ＳＩＭ）カード（ＳＩＭカードとして知られている）上に追加するか、または近距離通信モジュールをモバイル端末のマザーボード上に追加することにより、モバイル端末の近距離通信を実現する方法が存在する。上記のような方法により、モバイル端末は、チャージ、消費、取引、ＩＤ認証などができる超スマート端末となることができる。これは市場の活発な要求によく合致している。
【０００３】
ＲＦ ＳＩＭカードに基づくモバイル端末の短距離通信手段は、簡易で携帯電話を変更する必要がないという利点があるので、幅広く関心をもたれている。この手段において、ＲＦ ＳＩＭカードは極超短波（ＵＨＦ）技術に対応する。ＵＨＦを用いるＲＦ ＳＩＭカード、特に２．４ＧＨｚのＩＳＭ共通周波数（すなわち、工業、化学、医療周波数）を用いるＲＦ ＳＩＭカードは、高動作周波数を有し、非常に小さいアンテナを備えているので、ＲＦ ＳＩＭカードがモバイル端末に組み込まれている場合でも、ＳＩＭカード内に小さいアンテナを配置すれば、十分に強い信号を送信することができる。ＲＦ ＳＩＭカードをモバイル端末内に組み込んだ場合でも、モバイル端末からＲＦ信号を送信することもできる。当該分野で広く用いられ、カードリーダに適用されているＲＦ（無線周波数）トランシーバチップにより、ほとんどのモバイル端末のＲＦ信号を、別途増幅することなく高品質に受信することができる。これによりモバイル端末は、既存のモバイル端末への構造上の変更なく、近距離通信機能を備えることができる。しかし、携帯電話が異なると、その内部構造が異なるため、ＲＦ信号の伝送効率は様々に異なる。送信能力が強いモバイル端末のＲＦ ＳＩＭカードは、数メートルのＲＦ通信距離を有する。送信能力が弱いモバイル端末のＲＦ ＳＩＭカードは、数センチのＲＦ通信距離を有する。モバイル端末毎にＲＦ信号減衰が大きく異なることを回避するためには、モバイル端末を較正しなければならない。すなわち、モバイル端末の減衰パラメータを、使用前にカードに記録しなければならない。ＲＦ ＳＩＭカードの主な課題は、較正する必要があることである。
【０００４】
モバイル支払のための別の技術であるＮＦＣは、ＩＳＯ１４４４３規格に基づく非接触カード技術から派生している。両技術の基本原則は、１３．５６ＭＨｚの磁界を用いて信号とエネルギーを送信することである。ＮＦＣ技術の主な課題は以下の通りである。
【０００５】
１．モバイル端末を変更して、信頼性の高い２方向データ通信を実現する必要がある。ＮＦＣの磁界コイルは、モバイル端末において用いられるカード、例えばＳＩＭカードやＳＤカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｍｏｒｙカード）／ＴＦ（ＴｒａｎｓＦｌａｓｈ）に組み込むことができない。
【０００６】
２．１３．５６ＭＨｚの周波数において、信号とエネルギーは、誘導コイルカップリングモードを用いることにより、カードリーダとカードの間で送信される。さらに、エネルギーと１３．５６ＭＨｚの振幅変調信号は、カードリーダからカードへの方向に同時送信される。カードリーダからカードへの方向においては、カードがコイルと面する領域への必要性が大きい。カードからカードリーダへの方向においては、カードはカードリーダへ、外部エネルギーによる直接送信磁界強度モードを介してではなく、カードのコイルの負荷変調モードを介して、短絡または開回路の状態の下で、信号を送信する。負荷変調のため、信号は、カードのコイルとカードリーダのコイルとの間の結合係数が高いほど、カードから送信される信号がカードリーダによってより容易にデコードされることが必要である。このモードは、カードのアンテナのサイズと領域に対する要望をさらに改善する。一方、１３．５６ＭＨｚの低周波数に起因して、結合コイルのサイズは比較的大きい。上記要因を考慮すると、ＮＦＣはモバイル端末内のアンテナコイルが十分に大きいことを必要とする。これにより、当該サイズのアンテナコイルは、例えばＳＩＭカードやＳＤ／ＴＦカードのようにモバイル端末内で用いるためにカード内に配置することができない。さらに、モバイル端末内の金属物体またはその他の導体は、アンテナの受信効果と負荷変調効果を多大に阻害する。より良好な近距離通信効果を実現するためには、携帯電話の構造を、カスタマイズに適するように変更し、アンテナが最良の効果を発揮できるようにしなければならない。この変更は、例えば数ターンのアンテナをモバイル端末のバッテリーのバックカバーへ配置するか、またはアンテナをモバイル端末のマザーボードからバッテリーの背面へフレキシブルＰＣＢを介して取り込み、アンテナ領域が通常バッテリーの領域に相当するようにすることによって、実現することができる。また、携帯電話のバックカバーは、非金属材質で作成することはできない。
【０００７】
３．１３．５６ＭＨｚの周波数を有するＮＦＣは、距離制御のため較正する必要がある。任意のモバイル端末に用いることができるＮＦＣアンテナの種類が存在するが、１３．５６ＭＨｚの周波数を用いるため、同周波数における信号は、金属物体およびその他の導体を通過する際に、強い渦電流効果を生成する。信号強度は、モバイル端末の構造によって変化し、磁界強度がＮＦＣの受信アンテナにおいて著しく変動し、較正なしに距離制御を実現することができなくなる。
【０００８】
図１は、コイル受信回路が様々なモバイル端末内に配置され、同じ１４４４３ＰＯＳ装置が一定の１３．５６ＭＨｚ周波数のキャリアを維持している状況の下で検出された、電圧−距離曲線である。信号強度値は受信アンテナ誘導電圧が増幅された後に得られる値である。増幅係数は一定に維持されているので、強度値の距離に対する相対変化のみに着目する。異なる端末が受信した磁界強度の差異は３０ｄＢより大きく、同じ端末についての距離１ｃｍ〜１０ｃｍ内の磁界強度変化は約２５ｄＢであり、携帯電話の違いにより生じる磁界強度変化は同じ端末についての距離１ｃｍ〜１０ｃｍ内の磁界強度変化より大きいことが分かる。したがって、様々な端末について同じ閾値を用いて距離制御を実施することはできない。すなわち、較正なしに距離制御を実現することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決すべき技術課題は、近距離通信方法および近距離通信システムを提供し、近距離通信機能を有する様々なモバイル端末が、較正なしに電子支払のようなスワープ取引を実施できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
技術課題を解決するため、本発明は、少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備える近距離通信システムのための近距離通信方法を提案する。同方法は以下のステップを有する。
【００１１】
ステップａ：カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき、低周波数交流磁気信号を送信する。低周波数交流磁気信号は、カードリーダの識別情報を搬送する。送信パラメータは、システムを較正する必要がないシステムの最高周波数ｆ０以下である、低周波数交流磁気信号の周波数を含む。
【００１２】
ステップｂ：モバイルＲＦデバイスは、各距離地点において低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットした有効距離範囲に入ったか否かを判定する。電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。
【００１３】
ステップｃ：受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号が電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末はプリセットされたカードスワープの有効範囲に入ったと判定し、モバイルＲＦデバイスはカードリーダの識別情報を受信した低周波数交流磁気信号から取得し、これを自身の識別情報とともにカードリーダへＲＦチャネルを介して送信する。
【００１４】
ステップｄ：カードリーダは、モバイルＲＦデバイスがＲＦチャネルを介して送信した情報を受信し、その情報内のカードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、モバイルＲＦデバイスとＲＦチャネルを介してスワープ通信を実施する。
【００１５】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。ステップａにおいて、較正なしのシステムの動作のための最高周波数ｆ０は、以下のステップによって判定することができる。
【００１６】
ステップａ１：システムの距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）を判定する。Ｄｉｎは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全ての端末を０〜Ｄｉｎの範囲内で確実にスワープできることを示す。Ｄｖは、距離変動範囲を示す。カードをＤｉｎ〜（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）の範囲内でスワープすることができ、Ｄｉｎ＋Ｄｖを超えるとスワープすることができない。
【００１７】
ステップａ２：カードリーダによって生じるモバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＲを判定する。
【００１８】
ステップａ３：モバイルＲＦデバイス自身によって生じる検出電圧の変動範囲δＣを判定する。
【００１９】
ステップａ４：周波数ｆにおける様々な一般端末および障害物の電圧−距離曲線を検出する。
【００２０】
ステップａ５：距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）に基づき、モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＡを判定する。δＡは、一般端末と障害物についての個々の電圧−距離曲線から得られる平均磁界強度減衰曲線勾配を有する電圧−距離制御曲線におけるＤｉｎ地点に対応する電圧と（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）地点に対応する電圧との間の電圧差に等しい。
【００２１】
ステップａ６：端末によって生じるモバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＴを判定する。δＴは、端末の減衰特性によって生じるモバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲を示し、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣである。
【００２２】
ステップａ７：距離制御範囲内の複数の距離点において、様々な一般端末と障害物との間の最大磁界強度差δを取得する。δがδＴより大きい場合は周波数ｆを下げてステップａ４に戻り、δがδＴより小さい場合は周波数ｆを上げてステップａ４に戻り、δがδＴと等しい場合は現在の検出周波数ｆはシステムの較正なしの最高動作周波数ｆ０に等しいと判定する。
【００２３】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。ステップａにおいて、送信パラメータは、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含み、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒは、以下のステップによって判定することができる。
【００２４】
直流成分のない任意のエンコードモードを選択するステップ。
【００２５】
無変調モードまたは振幅不変キャリア変調モードを選択するステップ。
【００２６】
ｆ０未満の動作周波数、変調モード、エンコードモードを選択した後、始めに一般ノイズ端末と容易に実装できるモバイルＲＦデバイス内の磁気検出および増幅のためのゲインパラメータを選択し、カードリーダが低周波数交流磁気信号を送信しない条件の下におけるモバイルＲＦデバイス内の検出電圧の固有ノイズ電圧振幅Ｖｎを検出し、次に、カードリーダが選択した変調モードおよびエンコードモードを用いて低周波数交流磁気信号を送信するときモバイルＲＦデバイスの検出電圧Ｖｒを測定し、Ｖｒ／Ｖｎ＞ＳＮＲ（ＳＮＲはモバイルＲＦデバイスの信号対ノイズ比）を満たすように送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択するステップ。
【００２７】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。ステップｂにおいて、プリセットされた電圧閾値Ｖｔは、以下のステップによって判定することができる。
【００２８】
ステップｂ１：選択された送信パラメータの下で、様々な一般端末および障害物についての電圧−距離曲線を測定する。送信パラメータは、低周波数交流磁気信号の周波数、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
【００２９】
ステップｂ２：基準電圧−距離曲線を取得する。基準電圧−距離曲線は、一般端末および障害物についての電圧−距離曲線から得られる平均値であり、上端から下端までの電圧振幅差δＴ／２が一般端末の曲線におけるものと同一である。
【００３０】
ステップｂ３：モバイルＲＦデバイスについての検出電圧閾値Ｖｔを選択する。この値は、基準電圧−距離曲線上のＶｔである（Ｄｉｎ＋Ｄｖ／２）地点に対応する。
【００３１】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。低周波数交流磁気信号の周波数は、極超低周波数帯または超低周波数帯または低周波数帯にセットされ、極超低周波数帯は３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲、前低周波数帯は３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの範囲、低周波数帯は３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの範囲である。
【００３２】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。低周波数交流磁気信号の周波数は、３００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。
【００３３】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。低周波数交流磁気信号の周波数は、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、または３０ＫＨｚである。
【００３４】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。エンコードモードは、マンチェスターコード、差分マンチェスターコード、またはゼロ復帰コードであり、変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦキーイング、位相シフトキーイング、または周波数シフトキーイングである。
【００３５】
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備えた近距離通信システムを提案する。
【００３６】
カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき低周波数交流磁気信号を送信し、低周波数交流磁気信号は、カードリーダの識別情報を搬送し、送信パラメータは、システムを較正する必要がないシステムの最高動作周波数ｆ０以下である低周波数交流磁気信号の周波数を含み、カードリーダは、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスが送信した情報を受信し、その情報に含まれるカードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致するか否かを比較し、合致する場合は自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとスワープ通信を実施する。
【００３７】
モバイルＲＦデバイスは、各距離点において低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットされた有効距離範囲内に入ったか否かを判定し、電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一であり、受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号が電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、モバイルＲＦデバイスは受信した低周波数交流磁気信号からカードリーダの識別情報を取得し、これを自身の識別情報とともにカードリーダへＲＦチャネルを介して送信し、ＲＦチャネルを介してカードリーダとスワープ通信を実施する。
【００３８】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。カードリーダは、少なくとも１つの低周波数送信コイル、少なくとも１つの駆動回路、少なくとも１つのエンコード回路、少なくとも１つの第１メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、低周波数送信コイル、駆動回路、エンコード回路、第１メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。モバイルＲＦデバイスは、少なくとも１つの低周波数磁気誘導回路、少なくとも１つの低周波数増幅回路、少なくとも１つの閾値判定復調回路、少なくとも１つの第２メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路、第２メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。
【００３９】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。変調回路がカードリーダの駆動回路とエンコード回路との間に設けられている。
【００４０】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルは、エナメル線で形成されたコイルまたはＰＣＢコイルでもよい。
【００４１】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルの巻数は、１０以上でもよい。
【００４２】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルの巻数は５０〜５００でもよい。
【００４３】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルは、フェライト磁石コアまたは鉄コアで満たしてもよい。
【００４４】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルによって囲まれた領域は、最広部分において、モバイルＲＦ端末の幅よりも広い幅を有する。
【００４５】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数コイルによって囲まれた領域部分は、直径３ｃｍの円領域または３ｃｍ×３ｃｍの矩形領域を少なくとも含む。
【００４６】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数磁気誘導回路は、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、ホールデバイス、または巨大磁気抵抗デバイスでもよい。
【００４７】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末内に配置してもよい。
【００４８】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末のＳＩＭカード内、ＵＩＭカード内、ＵＳＩＭカード内、ＴＦカード内、またはＳＤカード内に配置してもよい。
【００４９】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。モバイル端末は、携帯電話、携帯情報端末、またはノートブックコンピュータでもよい。
【００５０】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。識別情報は、認証コードである。
【発明の効果】
【００５１】
本発明は、モバイルＲＦデバイスを備えるＲＦ通信端末（例えばＲＦ ＳＩＭカードを備える携帯電話）とカードリーダの間のデータ通信距離を、所与の範囲内で、端末を較正する必要なしに品質良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】コイル受信回路が様々なモバイル端末に組み込まれた場合、同じ１４４４３ＰＯＳ装置が一定の１３，５６ＭＨｚ周波数のキャリアを維持する状況の下で検出される、電圧−距離曲線である。
【図２】本発明に係る近距離通信方法に基づき、較正する必要なしに最高周波数ｆ０を選択するシステムの構造ブロック図である。
【図３】距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）によって決定される、システムの総受信検出電圧の変動範囲δＡを示す図である。
【図４】一般的な端末と障害物およびこれらの間の変動範囲δについての、電圧−距離曲線を示す図である。
【図５】３．３ＫＨｚ周波数における一般的なモバイル端末についての電圧−距離曲線を示す。
【図６】変調のない直接ベースバンド送信を介してモバイルＲＦデバイス内で検出された受信電圧信号および正弦波ＦＳＫ変調モードを介した受信電圧信号についての電圧波形を示す。
【図７】基準電圧−距離曲線を取得する方法を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る近距離通信方法の構造図である。
【図９】カードリーダの低周波数送信部を示す図である。
【図１０】カードリーダの低周波数データフレームフォーマットを示す図である。
【図１１】コイル受信回路が様々なモバイル端末内に配置された場合、信号源が低周波数送信コイルを介して１ＫＨｚの一定磁界を送信する状況の下で検出される、電圧−距離曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
始めに、以下で説明する端末は、モバイルＲＦデバイスを標準搭載した端末であるが、移動可能端末でもある。すなわち、例えば携帯電話のようなモバイル端末である。距離とは、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の距離のことである。すなわち、カードリーダとモバイルＲＦデバイスを搭載した端末との間の距離である。
【００５４】
短距離で通信する、ＲＦデバイス（特にＲＦカード、例えば端末内に組み込まれたＲＦ ＳＩＭカード）とカードリーダ装置との間の距離を制御する課題の観点から、本発明は、低周波数交流磁界を送信しＲＦ信号を送受信する機能を有するカードリーダと、カードリーダに対応する、低周波数交流磁界誘導を受信しＲＦ信号を送受信する機能を有するモバイルＲＦデバイスとを備えた近距離通信システムを提案する。本発明はまた、システムに対応する近距離通信方法を提案する。本発明に基づき、種々の端末を貫通するときの減衰変化が少ない低周波数交流磁界の特性を利用することにより、距離を制御することができる。端末を効果的に貫通して２方向通信を実現する高周波数ＲＦにより、通信を実施することができる。システムは、プリセットした閾値判定法により、較正なしで距離検出および制御を実現する。すなわち、カードリーダは、プリセット送信パラメータに基づき、低周波数交流信号を送信する。磁界は、様々な距離点においてモバイルＲＦデバイスによって検出され、一定振幅値を有し距離に対応する電圧信号へ増幅される。次に、プリセット電圧閾値Ｖｔを用いて、端末が所定の有効距離範囲に入ったか否かが判定される（有効距離範囲は、許容可能なカードスワープ範囲を示す）。電圧閾値Ｖｔは、全ての端末について同一であり、較正する必要はない。本発明は、低周波数１方向通信とＲＦ２方向通信を組み合わせる方法により、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間のみの結合を実現する。結合の後、ＲＦチャネルを介して、多量のデータをともなう２方向高速通信を実現することができる。本発明のシステムは、モバイルＲＦデバイス（例えばＲＦ ＳＩＭカードを搭載した携帯電話）とカードリーダとの間のデータ通信距離を、所与範囲に高品質に制御することができ、端末を較正する必要はない。
【００５５】
本発明の原理と特性を、図面とともに説明する。提示する例は、本発明を説明するためのみのものであり、本発明の範囲を限定する意図ではない。
【００５６】
本発明の近距離通信方法は、少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備えた近距離通信システムに適用される。同方法は、以下のステップａ、ステップｂ、ステップｃ、ステップｄの４ステップを有する。これら４ステップを以下にそれぞれ説明する。
【００５７】
ステップａ：カードリーダは、プリセット送信パラメータに基づき、低周波数交流磁気信号を送信する。低周波数交流磁気信号は、カードリーダの識別情報を伝送する。送信パラメータは、システムを較正する必要がないシステムの最高周波数ｆ０以下である低周波数交流磁気信号の周波数を含む。識別情報は、識別コードＩＤでもよい。
【００５８】
ステップａにおいて、低周波数交流磁気信号の周波数は、低周波数交流信号の周波数スペクトル上の３ｄＢ帯域の周波数上限に対応する周波数を指すことに留意されたい。
【００５９】
低周波数磁界の周波数が低いほど、様々な種類の端末を貫通した後の信号の減衰変化が小さくなる。この特性に鑑みて、変化が十分小さい周波数点が、周波数点選択システム内で選択され（図２に示すように）、較正なしの距離制御を実現する。低周波数交流磁気信号は、標準信号源を用いる標準磁界送信コイルによって送信される。低周波数交流磁気信号は、様々な一般モバイル端末および障害物において受信される。次に送信周波数は、周波数点ｆ０が見つかるまで調整される。これにより、モバイルＲＦデバイス（モバイル端末内に搭載されている）が受信した電圧（この電圧は、低周波数交流磁気信号による増幅によって取得された電圧信号であり、この電圧信号は一定振幅を有し、距離に対応する）が送信コイルによって形成される平面の中心点と同一の距離を有する状況の下で、様々な端末および障害物間の磁界変化は、概ねプリセット変動範囲δＴに等しくなる。周波数点ｆ０と周波数範囲は、システムが較正を要さない周波数範囲であり、システムはいずれの端末も較正する必要はない。動作周波数点がｆ０超である場合、システムを較正する必要がある。ｆ０超の動作周波数点が多いほど、較正を要する端末が多くなり、較正がより複雑になる。周波数点の選択は、１回のみの動作である。一度選択すれば、修正する必要はない。
【００６０】
図２は、本発明の近距離通信方法に基づき最高周波数ｆ０を選択するシステムの構造ブロック図である。この周波数において、システムを較正する必要はない。図２に示すように、周波数点選択システムは以下を備える。信号源５０５と低周波数磁界送信コイル５０４を備える送信システム；低周波数受信モジュール５０２を有する一般モバイル端末５０１、障害物、信号強度検出器５０３（電圧計、オシログラフ、周波数スペクトル計、など）を備える受信システム。信号源５０５は、様々な周波数、様々な波形、様々な振幅の信号を正確に生成する。周波数点を選択する原理は以下の通りである。信号源５０５は、一定振幅で周波数ｆを有する正弦波信号を生成する。信号は送信コイル５０４によって送信され、低周波数受信モジュール５０２によって受信される。低周波数受信モジュール５０２は、選択された一般モバイル端末５０１および障害物内に配置されている。受信した低周波数信号が、特別の信号線を介して信号強度検出器５０３によって受信される。信号強度検出器５０３は、受信電圧を検出する。モバイル端末または障害物についての周波数ｆにおける距離の関数としての検出電圧の変化曲線は、モバイル距離（以下では電圧−距離曲線と呼ぶ）の距離を変化させることによって取得することができる。モバイル端末または障害物を置き換えることにより、複数のモバイル端末について複数の曲線が得られる。周波数ｆを変更することにより、異なる曲線が得られる。
【００６１】
ステップａにおいて、較正なしのシステム動作の最高周波数ｆ０は、以下のステップによって判定することができる。
【００６２】
ステップ１０１：距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）を判定する。Ｄｉｎは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末が０〜Ｄｉｎの範囲で確実にカードをスワープできることを示す。Ｄｖは距離変動範囲を示す。Ｄｉｎ〜（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）の範囲内でカードをスワープすることができ、Ｄｉｎ＋Ｄｖを超えた範囲ではスワープすることはできない。
【００６３】
例えば、（５ｃｍ，５ｃｍ）は、全端末が５ｃｍ未満の範囲内で確実にカードをスワープでき、５ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内でスワープを許可され、１０ｃｍ超ではカードをスワープすることが認められないことを示す。距離制御目標値は、特定のアプリケーションによって判定することができる。（０〜Ｄｉｎ＋Ｄｖ）は、距離制御範囲として参照される。
【００６４】
ステップ１０２：カードリーダによって生じたモバイル周波数デバイスの検出電圧の変動範囲δＲを判定する。
【００６５】
カードリーダの送信回路のパラメータ変動は、送信磁界強度の変動をもたらす。これにより、モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動が生じる。パラメータは、送信ドライバ電圧変動、コイルパラメータ変動、温度影響、などを含む。δＲは、カードリーダの設計プロセスおよび製造プロセスの間に制御される。変動は、製造プロセスの間に較正することができる。低周波数送信回路の低動作周波数により、δＲを例えば４ｄＢ以内に良好に制御することができる。
【００６６】
ステップ１０３：モバイルＲＦデバイス自身によって生じる検出電圧の変動範囲δＣを判定する。
【００６７】
モバイルＲＦデバイス自身の低周波数受信回路のパラメータ変動は、最終検出出力電圧の変動をもたらす。パラメータは、受信アンテナのエラー、増幅器ゲインのエラー、比較器またはＡＤのエラー、温度効果およびノイズ、などを含む。δＣは、モバイルＲＦデバイスの設計プロセスおよび製造プロセスの間に制御することができる。変動は、製造プロセスの間に較正することができる。モバイルＲＦデバイスの低周波送信回路の動作周波数は非常に低いので、δＣを例えば４ｄＢ以内に良好に制御することができる。
【００６８】
ステップ１０４：周波数ｆにおける様々な一般端末および障害物の電圧−距離曲線を検出する。
【００６９】
ステップ１０４を開始する前に準備を完了することができる。すなわち、端末と障害物を選択することである。一般端末を選択する原理は、端末金属または導体構造の数に基づき選択することである。これはすなわち、金属構造の数が多いほど、減衰振幅が小さくなるということである。例えば、プラスチック筐体、金属筐体、厚い金属筐体、薄い金属筐体、大サイズ端末、小サイズ端末などを選択することができる。一般端末の数は厳密には制約されない。一般端末の選択により、端末によって生じる低周波数交流磁界信号の減衰特性を除去することができる。個々のモバイル端末の多大な差異を回避するため、アプリケーションにおいてモデル認証をモバイル端末へ適用し、支払アプリケーションをサポートする全モバイル端末についてカードスワープ検出を実施し、そのモデルのモバイル端末の減衰特性が要件に合致することを判定するようにすることができる。一般障害物は、モバイル端末の様々な従来材料から選択することができる。例えば、標準形状を有するプラスチック、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼、などである。一般障害物は、モバイル端末の減衰特性を検出して減衰効果を測定するため、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間に、等価障害物として配置される。
【００７０】
ステップ１０５：距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）に基づき、モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＡを判定する。δＡは、一般端末と障害物により個々の電圧−距離曲線から得られる平均磁界強度減衰曲線勾配を有する電圧−距離曲線における、ポイントＤｉｎに対応する電圧とポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）に対応する電圧との間の差分に等しい。
【００７１】
図３は、システムの総受信検出電圧の変動範囲δＡを示す図である。これは、距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）によって判定される。図３に示すように、ポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）は電圧Ｖ２に対応し、ポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）は電圧Ｖ１に対応し、したがってδＡ＝Ｖ１−Ｖ２である。
【００７２】
ステップ１０６：端末によって生じるモバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＴを判定する。パラメータδＴは、端末の減衰特性によって生じる、モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲を示し、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣである。
【００７３】
ステップ１０７：距離制御範囲内の距離が異なるポイントにおける様々な一般端末および障害物間の最大磁界強度差δ（変動領域）を取得する。δがδＴより大きい場合は、周波数ｆを下げてステップａ４を開始する。δがδＴより小さい場合は、周波数ｆを上げてステップａ４を開始する。δがδＴに等しい場合は、現在の検出周波数ｆは、較正なしのシステム最高周波数ｆ０に等しい。
【００７４】
図４は、一般端末および障害物の電圧−距離曲線および変動範囲δの図である。図４に示すように、減衰が最大の端末または障害物についての電圧−距離曲線を、最大減衰曲線と呼ぶ。減衰が最小の端末または障害物についての電圧−距離曲線を、最小減衰曲線と呼ぶ。最大減衰曲線と最小減衰曲線で囲まれた空間を、一般端末と障害物の電圧−距離曲線分布領域と呼ぶ。任意の距離Ｄは、最小減衰曲線における電圧Ｖ３に対応し、最大減衰曲線における電圧Ｖ４に対応する。したがって、δ＝Ｖ３−Ｖ４である。
【００７５】
したがって、距離制御目標値を制約する状況の下において、較正なしのシステム動作の最大周波数ｆ０を判定することができる。システムは、変調モードを用い、または直接送信ベースバンド信号モードを用いることができる。距離制御は、システム動作の主要周波数成分がｆ０を超えない限り、較正なしで実施することができる。
【００７６】
例として、ｆ０の判定プロセスを説明する。図５は、３．３ＫＨｚの周波数ｆにおける５種類の一般モバイル端末の電圧−距離曲線を示す。図５に示すように、システムの距離制御目標値は、（５ｃｍ，５ｃｍ）であり、システムの０〜１０ｃｍの距離領域における電圧変化は約４０ｄｂである。カードリーダとモバイルＲＦデバイスによって生じるモバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲は、４ｄＢである。すなわち、δＲ＝δＣ＝４ｄＢ、δＡ＝２０ｄＢ、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣ＝１２ｄＢである。様々な曲線上の様々な距離点の最大変動が約１２ｄＢである場合、５つの端末を想定すれば、システム内で用いられる全ての端末を考慮することになり、較正なしのシステム最大周波数ｆ０を３．３ＫＨｚと判定できる。
【００７７】
ステップａにおいて、送信パラメータは、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導郷土振幅Ｂｒを含む。送信パラメータを選択する一般原理は、全ての距離点において、モバイルＲＦデバイスが検出し増幅した後にカードリーダが送信する低周波数交流磁気信号が、一定振幅を有し距離に対応する電圧信号となるようにすることである。図６は、変調なしの直接ベースバンド送信を介して受信した電圧信号、および正弦波ＦＳＫ変調を施した受信電圧信号の電圧波形図を示す。図６ａは、変調なしの直接ベースバンド送信を介した受信電圧信号波形図である。図６ｂは、正弦波ＦＳＫ変調を施した受信電圧信号波形図である。図６に示すように、検出電圧信号は、変調情報を含む可変電圧信号であり、信号は直流成分のない交流電圧信号である場合もあるし、直流成分を含む電圧信号である場合もある。一定の振幅は、各送信シンボルについての交流成分の最大変化振幅が一定であることを示す。
【００７８】
送信パラメータの変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒは、以下のステップａ１１〜ａ１３を通じて選択することができる。
【００７９】
ステップａ１１：直流成分のないエンコードモードの１つを選択する。例えば、マンチェスターコード、差分マンチェスターコード、ゼロ復帰コード、などである。
【００８０】
ステップａ１２：無変調モードまたは振幅不変キャリア変調モードを選択する。キャリア変調モードは、任意の振幅不変変調モードを選択することができる。例えば、キャリアは正弦波、パルス、三角波などを用いることができる。変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦキーイング（ＯＯＫ）、位相シフトキーイング、または周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）などを選択することができる。無変調モードを用いる場合、エンコード後のベースバンド信号は、駆動回路によって直接駆動され、送信コイルによって送信される。
【００８１】
ステップａ１３：送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択する。方法は以下の通りである。選択したｆ０未満の動作周波数、変調モード、エンコードモードにおいて、始めに一般ノイズ端末と容易に得られるモバイルＲＦデバイスにおける磁気検出および増幅のためのゲインパラメータを選択し、カードリーダが低周波数磁気信号を送信しない状況の下でのモバイルＲＦデバイスにおける検出電圧の固有ノイズ電圧振幅Ｖｎを検出する。次に、カードリーダが選択した変調モードとエンコードモードを用いて低周波数交流磁気信号を送信したとき、モバイルＲＦデバイスの検出電圧Ｖｒを測定し、Ｖｒ／Ｖｎ＞ＳＮＲを満たすように、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択する。ＳＮＲは、モバイルＲＦデバイスの信号対ノイズ比である。ＳＮＲ値が大きいほどよい。しかし、ＳＮＲ値が大き過ぎると、カードリーダの送信パワーが大き過ぎて、実装することが難しくなる。通常の値として、ＳＮＲ＝１０などを選択することができる。ＳＮＲが決定されると、上記モードによってＢｒを決定することができる。
【００８２】
ステップｂ：モバイルＲＦデバイスは、各距離点において低周波数交流磁気信号を受信および検出し、一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅する。次に、プリセット電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末が所定の有効距離範囲に入ったか否かを判定する。電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。
【００８３】
ステップｂにおいて、プリセット電圧閾値Ｖｔは、以下のステップ２０１〜２０３によって判定することができる。
【００８４】
ステップ２０１：選択した送信パラメータにおいて、様々な一般端末および障害物についての電圧−距離曲線を測定する。送信パラメータは、低周波数交流磁気信号の周波数、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
【００８５】
ステップ２０２：基準電圧−距離曲線を取得する。基準電圧−距離曲線は、図７に示すような、一般端末曲線の上端および下端からの電圧振幅差δＴ／２を有する、一般端末および障害物についての電圧−距離曲線から得られる平均値である。
【００８６】
ステップ２０３：図７に示すような、モバイルＲＦデバイスについての検出電圧閾値電圧Ｖｔを選択する。ポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ／２）に対応する電圧は、基準電圧−距離曲線上のＶｔである。
【００８７】
ステップｃ：受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号がプリセット電圧閾値Ｖｔ以上である場合、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末は、カードをスワープするためのプリセット有効範囲に入っている。次にモバイルＲＦデバイスは、受信した低周波数磁気信号からカードリーダの識別情報を取得し、これを自身の識別情報とともにＲＦチャネルを介してカードリーダへ送信する。
【００８８】
ステップｄ：カードリーダは、モバイルＲＦデバイスがＲＦチャネルを介して送信した情報を受信し、同情報内のカードリーダの識別情報が自身の識別情報に合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとカードスワープ通信を実施する。カードスワープ通信は、電子支払のみではなく、他のＲＦチャネルを介するその他の通信プロセスも含む。例えば、チャージ、消費、ＩＤ認証などである。本発明におけるカードスワープ通信は、ＲＦチャネルを介する通信を広範に包含する。特に、近距離通信におけるＲＦチャネルを介する通信を含む。
【００８９】
本発明において、低周波数交流磁気信号の周波数は、極超低周波数または超低周波数または低周波数にセットされる。極超低周波数は３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲、超低周波数は３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの範囲、低周波数は３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの範囲である。望ましくは、低周波数交流磁気信号の周波数は、３００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。望ましくは、低周波数交流磁気信号の周波数は、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、または３０ＫＨｚである。
【００９０】
本発明の近距離通信方法は、低周波数磁界について１方向通信を採用し、ＲＦ電磁界の２方向通信を組み合わせる。これにより、アンテナによって生じる課題およびその他の課題を回避する。例えば、１３．５６ＭＨｚ周波数点における２方向通信およびＮＦＣシステム内の距離制御によって生じる端末信号についての大きな減衰差である。同方法において、カードリーダの固有識別子ＩＤｒ（すなわち上記識別情報）は、カードリーダによって低周波数１方向チャネルを介してモバイルＲＦデバイスへ送信される。次に、モバイルＲＦデバイスの固有識別子ＩＤｃが、モバイルＲＦデバイスによってＲＦ２方向チャネルを介してＩＤｒに添付され、カードリーダへ送信される。カードリーダは、ＩＤｒの妥当性を比較し、これによりカードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の固有結合を実現する。結合の後、カードリーダとモバイルＲＦデバイスは、ＲＦ２方向チャネルによって、通信が完了するまで多数データの通信を実施する。
【００９１】
本発明の近距離通信方法は、モバイルＲＦデバイスが提供するＲＦ通信距離と所定範囲内で安全に制御されるカードリーダとの間の、データ通信距離（通信距離とも呼ぶ）を実現する。端末を較正する必要はない。
【００９２】
上述の近距離通信方法を実現するため、本発明は近距離通信システムを提案する。本発明の近距離通信システムは、少なくとも１つのカードリーダ、少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備える。
【００９３】
カードリーダは、プリセット送信パラメータに基づき、低周波数磁気信号を送信する。カードリーダの識別情報は、低周波数交流磁気信号内で搬送される。送信パラメータは、低周波数交流磁気信号の周波数を含む。周波数は、システムを較正する必要がないシステム最高周波数ｆ０以下である。カードリーダはまた、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスが送信した情報を受信し、同情報内のカードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合し、結合アドレスとする。これにより、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとカードスワープ通信を実施する。
【００９４】
カードリーダが送信する低周波数交流磁気信号は、様々な距離点においてモバイルＲＦデバイスによって受信および検出され、一定振幅値を有し距離に対応する電圧信号へ増幅される。次に、プリセット電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットした有効距離内に入ったか否かが判定される。電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。モバイルＲＦデバイスは、受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号がプリセット電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、受信した低周波数交流磁界情報からカードリーダの識別情報を取得し、その識別情報を自身の識別情報とともにＲＦチャネルを介してカードリーダへ送信する。モバイルＲＦデバイスは、ＲＦチャネルを介してカードリーダとカードスワープ通信を実施する。
【００９５】
識別情報は、識別コードＩＤでもよい。
【００９６】
本発明の近距離通信システムにおけるカードリーダは、２つの基本機能を備えることが理解される。すなわち、低周波数通信機能とＲＦ送受信機能である。換言すると、本発明の近距離通信システム内のカードリーダは、２つの基本モジュールを有する。すなわち、低周波数送信モジュールとＲＦ送受信モジュールである。本発明の近距離通信システムにおけるモバイルＲＦデバイスは、２つの基本機能を有する。すなわち、低周波数送信器能とＲＦ送受信機能である。換言すると、本発明の近距離通信システムにおけるモバイルＲＦデバイスは、２つの基本モジュールを有する。すなわち、低周波数受信モジュールとＲＦ送受信モジュールである。
【００９７】
さらに、上述の近距離通信システムは、特に下記の回路によって実現することができる。カードリーダは、少なくとも１つの低周波数送信コイル、少なくとも１つの駆動回路、少なくとも１つのエンコード回路、少なくとも１つのメインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備える。低周波数送信コイル、駆動回路、エンコード回路、第１メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。モバイルＲＦデバイスは、少なくとも１つの低周波数磁気誘導回路、少なくとも１つの低周波数増幅回路、少なくとも１つの閾値判定復調回路、少なくとも１つの第２メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備える。低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路、第２メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。上記実装回路において、変調回路はカードリーダの駆動回路とエンコード回路との間に設けることが望ましい。
【００９８】
上記実装回路において、定周波数送信コイル、駆動回路、エンコード回路（変調回路が提供される場合はこれを含む）は、低周波数送信モジュールの一部としてみなすことができる。カードリーダの第１メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、カードリーダのＲＦ送受信モジュールの一部としてみなすことができる。モバイルＲＦデバイスの低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路は、低周波数受信モジュールの一部としてみなすことができる。モバイルＲＦデバイスの第２メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、モバイルＲＦデバイスのＲＦ送受信モジュールの一部としてみなすことができる。
【００９９】
上記実装回路において、低周波数送信コイルは、エナメル線で形成されたコイルまたはＰＣＢコイルであることが望ましい。さらに、低周波数送信コイルの巻数は、１０以上でもよい。望ましくは、低周波数送信コイルの巻数は５０〜５００である。低周波数送信コイルは、フェライト磁石コアまたは鉄コアで満たされていることが望ましい。低周波数送信コイルによって囲まれた領域は、最広部分において、モバイルＲＦ端末部分の幅よりも広い幅を有することが望ましい。低周波数コイルによって囲まれた領域部分は、直径３ｃｍの円領域または３ｃｍ×３ｃｍの矩形領域を少なくとも含むことが望ましい。
【０１００】
上記低周波数磁気誘導回路は、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、ホールデバイス、または巨大磁気抵抗デバイスであることが望ましい。
【０１０１】
本発明において、モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末内に配置することができる。または、モバイル端末のＳＩＭカード内、ＵＩＭカード内、ＵＳＩＭカード内、ＴＦカード内、ＳＤカード内に配置することができる。モバイル端末は、携帯電話、携帯情報端末、またはノートブックコンピュータなどである。
【０１０２】
本発明の近距離通信の原理を、以下に詳細に説明する。
【０１０３】
１．較正なしのシステム最高周波数ｆ０を選択する方法およびデバイスは、上述の近距離通信方法において説明したので、詳細は説明しない。
【０１０４】
２．距離測定および制御の原理は、以下の通りである。
【０１０５】
カードリーダは、プリセット送信パラメータにおいて選択した周波数ｆ０以下の周期的な低周波数交流磁気信号を連続的に送信する。信号は、変調モードまたは直接ベースバンド送信モードのデータフレームフォーマットである。データフレームは、カードリーダの固有識別コードＩｄｒ（またはその他の識別情報でもよい）を含む。モバイルＲＦデバイスを搭載したモバイル端末がカードリーダの周辺に配置されたとき、低周波数交流磁気信号は、端末を貫通してモバイルＲＦデバイスに到達する。モバイルＲＦデバイスは、各距離点において磁気信号を検出する。磁気信号は、一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅される。電圧振幅が、カードにプリセットされた受信電圧閾値Ｖｔ未満である場合、端末はカードスワープのための有効距離範囲に入っていないということであり、したがってカードをスワープすることは許可されない。電圧振幅が、カードにプリセットされた受信電圧閾値Ｖｔ超である場合、端末はカードリーダにプリセットされたカードスワープのための有効距離範囲に入っているということである。モバイルＲＦデバイス内の低周波数受信回路（低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路）は、デコードプロセスを開始し、これによりカードリーダの固有識別コードＩＤｒを取得する。一方、モバイルＲＦデバイス内の磁界から変換された電圧信号は、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の距離に対してそれぞれ対応関係を有する。この関係は、電圧−距離変動曲線によって判定される。この対応関係に基づき、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間の距離は、電圧によって判定することができる。これにより、モバイル端末とカードリーダとの間の距離を、間接的に判定することができる。Ｖｔと送信パラメータの設定は、１回のみのものである。一度設定すれば、変更する必要はない。
【０１０６】
３．カードリーダがモバイルＲＦデバイスへアクセスする処理原理：
カードリーダがモバイルＲＦデバイスへアクセスするプロセスは主に、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間を固有結合するプロセスを有する。例えば、結合プロセスは以下の通りである。モバイルＲＦデバイスが低周波数信号からのカードリーダの固有識別コードＩＤｒをデコードした後、識別コードはモバイルＲＦデバイス内の第２メイン処理モジュールへ送信される。次に第２メイン処理モジュールは、モバイルＲＦデバイスの固有識別コードＩＤｃを、受信したＩＤｒとともにカードリーダへＲＦ送受信モジュールを介して送信する。カードリーダがモバイルＲＦデバイスからリターンコード（ＩＤｒ，ＩＤｃ）を受信した後、モバイルＲＦデバイスは、識別コードＩＤｃが正当であると判定し、識別コードＩＤｒを有効にしてカードリーダへ戻す。これは、現在の通信の固有通信端末である。ＩＤｒエンコードにより、当該カードリーダの周辺にある他のカードリーダの識別コードがその時点において確実に異なることになるので、識別コードＩＤｒを有するモバイルＲＦデバイスは、識別コードＩＤｒを有するカードリーダと確実に固有通信を確立することができる。したがって、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間で固有結合を実現することができる。モバイルＲＦデバイスとカードリーダは、結合アドレス（ＩＤｒ，ＩＤｃ）を通じて、相互に識別することができる。結合の後、ＲＦチャネルは通信プロセスにおいて用いられ、エラーのない通信を実施する。モバイルＲＦデバイスへのアクセスに成功した後、距離制御プロセスは完了し、通信が終了するまでＲＦチャネルを介して後続の通信プロセスを実施することができる。
【０１０７】
４．通信プロセス
固有の高信頼性通信リンクが、ＲＦチャネルを介してカードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間で確立される。このリンクに基づき、カードリーダとモバイルＲＦデバイスは、通信またはその他のプロセスで必要になるＩＤ認証を実現することができる。これら全てのプロセスは、高速ＲＦチャネルによって実現することができる。上記プロセスの実装によって所定距離範囲内のアクセスが確実に確立されるので、全通信プロセスは所定範囲内で実施される近距離通信プロセスである。
【０１０８】
以下の実施形態において、本発明をさらに説明する。
【０１０９】
図８は、本発明の実施形態に係る近距離通信システムの構造図である。図８に示すように、システムは２つの部分を備える。カードリーダ装置１００とモバイルＲＦデバイス２００である。モバイルＲＦデバイス２００は、モバイル端末の内部に配置され、モバイル端末通信インターフェースを介して端末と通信する。
【０１１０】
カードリーダ１００は、以下のモジュールを備える。インターフェース回路を介して外部通信インターフェースに接続され、または外部通信インターフェースに直接接続された、カードリーダの低周波数と高周波数およびその他のプロトコルプロセスを制御する第１メインプロセッサ１０１； 低周波数フレームデータをバイト毎にエンコードするエンコード回路１０８；エンコードによって出力されるトークンストリームを用いてキャリアを変調し、駆動回路１０６へ送信する変調信号を形成するか、またはエンコードされた信号を変調なしで駆動回路１０６へ直接送信する、変調回路１０７；低周波数送信コイル１０５を駆動して低周波数交流磁界３０１を生成する駆動回路１０６；ＲＦアンテナ１０４を介してＲＦ信号を受信し送信するＲＦ送受信回路１０３。低周波数送信モジュールは、低周波数送信コイル１０５、駆動回路１０６、変調回路１０７、エンコード回路１０８を備える。モジュールの送信磁界の振幅は、プリセットされ、調整することができる。低周波数送信コイル１０５は、巻数がより多く、特別の形状を有する。
【０１１１】
モバイルＲＦデバイスは、以下のモジュールを備える。モバイル端末との通信を制御するとともに、低周波数とＲＦモジュールおよびその他のプロトコルプロセスを制御する第２メイン処理モジュール２０１；カードの種類によってモジュールの種類が定まる、モバイル端末のＳＩＭ／ＴＦ／ＳＤカードの本体モジュールとして動作するＳＩＭ／ＴＦ／ＳＤカードモジュール２０２；ＰＣＢコイル、エナメル線のコイル、ホールデバイス、または磁界変動を誘導することができるその他の回路素子を含み、低周波数交流磁気信号３０１を誘導し、これを電気信号に変換する低周波数磁気誘導回路２０７；低周波数磁気誘導回路が検出した電気信号を増幅して低周波数磁気検出電圧信号３０３を取得する低周波数増幅回路２０６；プリセット閾値Ｖｔに基づき低周波数磁気検出電圧信号３０３を判定し、閾値Ｖｔに達していない場合は復調が実施され、閾値Ｖｔに達している場合は復調が実施されるようにし、復調信号が第２メインプロセッサ２０１へ送信されるようにする閾値判定復調回路２０５；ＲＦアンテナ２０４を介してカードリーダのＲＦ送受信モジュールと２方向通信を実施するＲＦ送受信回路２０３。
【０１１２】
システムは、プリセット閾値判定方法に基づき、較正なしに距離検出および制御を実現する。すなわち、カードリーダ１００は、プリセット送信パラメータに基づき低周波数交流磁気信号３０１を送信する。モバイルＲＦデバイス２００は、磁気信号を受信し、低周波数磁気誘導電圧信号３０３へ変換し、次にプリセット閾値Ｖｔによって、端末がプリセット有効距離範囲に入ったか否かを判定する。Ｖｔは、端末毎に修正する必要がないように（すなわち、いわゆる較正）、全端末について同一である。本発明は、低周波数１方向通信とＲＦ２方向通信を組み合わせる方法により、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間のみの結合を実現する。すなわち、カードリーダ１００は、低周波数１方向チャネルを用いて、その固有識別ＩＤｒをモバイルＲＦデバイス２００へ送信する。カードの固有識別ＩＤｃは、ＲＦ２方向チャネルを介してモバイルＲＦデバイス２００によってＩＤｒへ追加され、カードリーダ１００へ返信される。カードリーダは、返信されたＩＤｒの正当性を比較し、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間の固有結合を実現する。結合の後、ＲＦチャネルを介して多数データの高速２方向通信が実現される。
【０１１３】
実施形態において、近距離通信システムの特定の動作過程は、以下の通りである。
【０１１４】
Ｉ．始めに、システム動作のための基本パラメータを選択する。パラメータは、ＲＦ周波数点、較正なしの低周波数点ｆ０、カードリーダの送信パラメータ、モバイルＲＦデバイスの受信器電圧閾値Ｖｔを含む。
【０１１５】
１．ＲＦ周波数点の選択
上記ＲＦ通信の周波数点は、概ね２４００〜２４８３ＭＨｚの２．４Ｇ ＩＳＭ周波数帯域を用い、高速通信と端末に対する良好な貫通性能を実現する。その他の周波数点を用いることもできる。例えば４３３ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、５ＧＨｚなどである。
【０１１６】
２．較正なしのシステムの低周波数点ｆ０の選択
較正なしのシステムの低周波数点ｆ０は、上記方法によって判定することができる。一般ＧＳＭモバイル通信端末については、周波数点ｆ０は一般に１０ＫＨｚより小さく、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、５ＫＨｚ、などである。これにより０〜１０ｃｍの範囲内で距離制御を実現する。
【０１１７】
３．カードリーダの送信パラメータの選択
送信パラメータは、主に変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
【０１１８】
図９は、カードリーダの低周波数送信部を示す図である。図８に示すように、カードリーダの低周波数送信回路は、駆動回路１０６、変調回路１０７、エンコード回路１０８を備える。駆動回路１０６が駆動する低周波数変調信号は、低周波数送信コイル１０５へ出力される。
【０１１９】
変調回路１０７は、複数の変調モードを採用することができる。
【０１２０】
１）キャリア変調モード：エンコード回路１０８が生成したベースバンド信号は、変調回路１０７を介してキャリアを変調する。キャリアは、正弦波、矩形波、または三角波などである。変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦ周波数シフトキーイングＯＯＫ、位相シフトキーイング、周波数シフトキーイングＦＳＫなどである。変調信号は、駆動回路１０６を介して低周波数送信コイル１０５にロードされる。
【０１２１】
２）キャリアなしの直接ベースバンド送信：エンコード回路１０８が生成したベースバンド信号は、駆動回路１０６を介して低周波数送信コイル１０５へ直接ロードされる。
【０１２２】
３）その他の変調モード：本発明のシステムは、閾値判定モードを採用し、距離制御を実施する。変調モードは、振幅変調を採用するには適していない。モバイルＲＦデバイス内の検出電圧の振幅を送信中に一定に維持することができる全ての変調モードを、本発明の近距離通信システムのために用いることができる。
【０１２３】
エンコード回路１０８は、複数のエンコードモードを用いることができる。
【０１２４】
１）マンチェスターエンコード：バイト１は２つのシンボル０１にエンコードされ、バイト０は１０にエンコードされる。
【０１２５】
２）差分マンチェスターエンコード：２種類のバイトシンボルシーケンスがある。０１と１０である。バイト１はその前のシンボルシーケンスとは異なるようにエンコードされ、バイト０はその前のシンボルシーケンスと同じになるようにエンコードされる。または、これらの反対にエンコードすることもできる。
【０１２６】
３）その他のエンコードモード：本発明のシステムは閾値判定モードを用いて距離制御を実施するので、低周波数変調信号の平均値は安定に維持されなければならない。エンコードシーケンスは、直流成分を含んではならない。エンコード後の平均直流成分がゼロであるエンコードモードは、全て本発明の近距離通信システムに適用できる。
【０１２７】
変調モードとエンコードモードを判定した後、上記方法により、カードリーダの送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを判定することができる。Ｂｒを調整するプロセスは、実際にはコイルの巻数、コイルの直径、コイルの形状、その他のパラメータを調整するプロセスである。
【０１２８】
４．モバイルＲＦデバイスの受信器電圧閾値Ｖｔの選択
受信器電圧閾値Ｖｔは、上記方法によって判定することができる。
【０１２９】
上記パラメータの選択は１回のみである。一度選択すると、変更する必要はない。
【０１３０】
ＩＩ．２番目に、以下は動作パラメータを決定した後のシステムの動作手順である。
【０１３１】
ステップＡ１００：距離測定および制御プロセス。カードリーダ１００の第１メインプロセッサ１０１は、カードリーダの固有識別コードＩＤｒを含むデータフレームを生成する。ＩＤｒは、エンコード回路１０８へ送信され、エンコードを実施できるようにする。エンコード信号は、変調回路１０７によって変調されるか、または変調なしで駆動回路１０６へ直接送信される。変調電圧は、低周波数送信コイル１０５によって送信される。プリセットフレームフォーマット、変調エンコードモード、駆動性能に基づき、送信コイル１０５は、連続的かつ周期的に、上記フレームフォーマットに基づき、プリセット強度Ｂｒでプリセットパラメータを有する低周波数交流磁気信号３０１を送信する。モバイル端末がカードリーダの周辺に配置されたとき、低周波数交流磁気信号３０１は、端末を貫通して内部モバイルＲＦデバイス２００に達する。モバイルＲＦデバイス２００内に配置されている低周波数磁気誘導回路２０７は、低周波数磁気信号を検出する。磁気信号が電気信号に変換された後、電気信号は低周波数増幅回路２０６によって増幅され、低周波数磁気検出電圧３０３を生成する。電圧振幅がプリセット受信器電圧閾値Ｖｔ未満（または超）である場合、カードをスワープすることは許可されない。電圧振幅がプリセット受信器電圧閾値Ｖｔ以上である（またはこれに代えて以下である）場合、端末はカードリーダのプリセット有効カードスワープ範囲に入ったということである。低周波数受信回路は、デコードプロセスを開始し、カードリーダの固有識別コードＩＤｒを取得する。一方、モバイルＲＦデバイス内の磁界によって変換された電圧信号は、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の距離に対して対応関係を有する。この関係は、電圧−距離変動曲線によって判定される。この対応関係に基づき、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間の距離を電圧によって判定し、これによりモバイル端末とカードリーダとの間の距離を間接的に判定することができる。上記閾値Ｖｔは、全端末について同一であり、各端末について調整する必要はない。すなわり、較正する必要はない。これにより、上記プロセスは、較正なしの距離測定および制御プロセスとなる。
【０１３２】
ステップＡ１００におけるフレームフォーマットは、以下のように定義することができる。
【０１３３】
図１０は、カードリーダの低周波数データフレームフォーマットの図である。図１０に示すように、カードリーダの低周波数データフレームの各フレームは、以下のドメインに分離することができる。
【０１３４】
同期コード：８バイト、通常はＦＦＨ、フレーム同期のためのもの。
【０１３５】
制御ドメイン：８バイト、フレームデータから例えば長さ、データタイプなどのデータを復元するためのもの。拡張のために予約された予約ビット。
【０１３６】
ＩＤｒ：Ｎバイト、カードリーダの固有識別コード、制御ドメインによって割り当てられる。
【０１３７】
ＣＲＣ：ＣＲＣチェックまたは他のモードを用いて、制御ドメインとＩＤｒをチェックするためのもの。
【０１３８】
上記フレームフォーマットは例示であり、本発明が実際に用いるフレームフォーマットを限定することを意図したものではない。原則として本発明は、カードリーダを固有に識別できる任意のフレームフォーマットを用いることができる。固有識別コードは、十分な長さの乱数を用いることができる。あるいは、固有識別コードは手動で全てのカードに配布することができる。その他の方法で生成された識別コードを用いることもできる。
【０１３９】
ステップＡ２００：モバイルＲＦデバイスがカードリーダにアクセスするプロセス：モバイルＲＦデバイスがカードリーダにアクセスするプロセスは、主に、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間を固有結合するプロセスを有する。実際には、これはカードリーダとモバイルＲＦデバイスを搭載したモバイル端末との間を固有結合するプロセスである。モバイルＲＦデバイス２００の低周波数受信回路がカードリーダの固有識別コードＩｄｒをデコードした後、識別コードはモバイルＲＦデバイスの第１メインプロセッサ２０１へ送信される。第１メインプロセッサは、モバイルＲＦデバイス自身の固有識別コードＩｄｃを、受信したＩｄｒとともに、モバイルＲＦデバイスの送受信回路２０３とＲＦアンテナ２０４を介してカードリーダ１００へ送信する。カードリーダ内のＲＦアンテナとＲＦ送受信回路１０４がモバイルＲＦデバイスからリターンコード（ＩＤｒ，ＩＤｃ）を受信した後、リターンコードは第１メインプロセッサ１０１へ送信され、処理される。第１メインプロセッサ１０１は、ＩＤｒがモバイルＲＦデバイスによって識別コードＩＤｃとともにカードリーダへリターンされたことを確認する。これは現在の通信の固有通信端末である。ＩＤｒをエンコードすることにより、当該カードリーダの周辺にある他のカードリーダの識別コードがその時点で異なることが確実になるので、識別コードＩＤｃを有するカードは、識別コードＩＤｒを有するカードリーダと確実に固有識別を確立することができる。したがって、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間の固有結合が実現され、モバイルＲＦデバイスとカードリーダは、結合アドレス（ＩＤｒ，ＩＤｃ）によって互いを識別することができる。結合の後、通信プロセスはＲＦチャネルを用いてエラーなしの通信を実施する。モバイルＲＦデバイスがカードリーダへアクセス成功した後、距離制御プロセスを実装し、ＲＦチャネルを介して後続の通信プロセスを実施することができる。
【０１４０】
ステップＡ２００におけるモバイルＲＦデバイスの固有識別コードＩＤｃは、あらかじめモバイルＲＦデバイスの不揮発メモリ（ＮＶＭ）内に格納されている固有識別コード、またはモバイルＲＦデバイス内で生成された十分な長さを有する乱数である。
【０１４１】
ステップＡ３００：通信プロセス。固有の信頼性が高い通信リンクが、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間で、ＲＦチャネルを介して確立される。このリンクに基づき、カードリーダとモバイルＲＦデバイスは、通信またはその他の必要なプロセスによって必要になるＩＤ認証を実現することができる。これら全てのプロセスは、通信が完了するまで、高速ＲＦチャネルによって実施することができる。上記プロセスＡ１００〜Ａ２００の実装により、所定距離範囲内でモバイルＲＦデバイス２００にアクセスすることができるので、全ての通信プロセスは規定範囲内でのみ実施されるプロセスである。通信プロセスは、ＰＯＳ端末のために既に開発された処理手順であり、本発明では詳細について説明しない。
【０１４２】
モバイルＲＦデバイス２００の低周波数信号検出回路２０７は通常、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、またはホールデバイスを備える。検出回路は、これら要素に限定されるものではない。原則として、センサがカード内に配置できる限り、磁界変化を電気信号に変換できる任意のセンサをモジュールに用いることができる。
【０１４３】
本発明のシステムは、低周波数交流磁界を用いることにより、距離検出および制御を実施し、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の１方向通信を実現することができる。さらに、低周波数通信モードと組み合わせたＲＦチャネルを介して、端末の結合を確実に実現することができる。一方、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の高速データ通信は、ＲＦチャネルを介して実現することができる。これは以下の特性を有する。１．モバイル端末を変更する必要がなく、端末内部のＳＩＭカード／ＴＦカード／ＳＤカードのみを置き換え、２方向通信を実現することができる。２．カードリーダは低周波数交流磁気信号を送信し、モバイルＲＦデバイスは磁気信号を受信するのみでよい。カードリーダによる磁界を通じてエネルギーを提供する必要がない１方向通信であるため、受信コイルおよびその他の受信回路を最小化し、モバイルＲＦデバイスをＳＩＭカード／ＴＦ／ＳＤカード内で提供することができる。３．受信信号は弱いので、モバイルＲＦデバイス内で増幅回路を提供する必要がある。また、ＲＦ送受信回路もモバイルＲＦデバイス内で提供され、カードリーダ内で提供されるＲＦ送受信回路で２方向通信を実施する。上述のように、ＲＦ回路のアンテナは非常に小さいので、ＳＩＭカード／ＴＦ／ＳＤカード内に容易に統合することができる。
【０１４４】
周波数点ｆ０は、本発明の方法に基づき選択することができる。システムがｆ０未満の周波数で動作する場合は、較正を実施する必要はない。拡張として、システムがｆ０超の周波数で動作することは、絶対に不可能であるわけではない。生じ得る効果は、システム性能が下がり、距離制御の精度が減少する一方で、簡易な較正が別途必要になる場合があることである。これらアプリケーションは、本発明の原理と本質的に矛盾するものではなく、性能が異なる拡張アプリケーションであるに過ぎない。
【０１４５】
本発明の近距離通信システムは、モバイルＲＦデバイスを備えるＲＦ通信端末（例えばＲＦ ＳＩＭカードを備える携帯電話）とカードリーダとの間のデータ通信距離（通信距離とも呼ぶ）を実現し、端末を較正する必要なしに所定範囲内で確実に制御することができる。
【０１４６】
本発明のシステムおよび方法によれば、較正なしのシステム最高周波数ｆ０を適切に選択することができる。周波数ｆ０以下の低周波数交流磁界が距離測定および制御に用いられる場合、モバイル端末の構造間の差異の影響を、距離制御目標値に必要な変動範囲内に減じ、較正なしの距離制御を実現することができる。図１１は、コイル受信回路が様々なモバイル端末内に配置されたとき信号源が低周波数送信コイルを介して１ＫＨｚの一定磁界を送信する条件の下で検出される電圧−距離曲線である。図１１に示すように、１ＫＨｚ周波数におけるシステムの数個の一般端末についての電圧−距離曲線の例を示している。信号強度値は、受信アンテナの誘導電圧が増幅された後に得られる値である。増幅係数は一定に維持されるので、距離に対する強度値の相対変化のみに着目する。図１１から、異なる端末間の磁界強度の差異は５ｄＢ未満であり、各端末間の磁界強度の変動範囲は１〜１０ｃｍの範囲内で最大４０ｄＢであることが分かる。カードリーダの送信磁界の強度変動とモバイルＲＦデバイスの検出回路のエラーを考慮しなければ、モバイルＲＦデバイスは同じ閾値Ｖｔを用いて、各端末が目標距離範囲内に配置されているか否か、および各端末について距離制御のエラー差分が約１ｃｍの範囲内にあるか否かを判定し、これにより較正なしの距離制御の要件を完全に満たすことができる。
【０１４７】
上記は本発明の望ましい実施形態のみであり、本発明を限定するものではない。本発明の要旨および原理の範囲内で実施される任意の変更、等価置換、改善などは、本発明の保護範囲に含まれる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信分野に関する。特に、近距離通信方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル端末の需要にともない、モバイル端末を用いることによって実現されるモバイル端末支払アプリケーションに対する喫緊の要求がある。現在、モバイル端末支払アプリケーションの多くの実装手段が存在し、それぞれにデメリットがある。今日においては、ＲＦ機能をモバイル端末の契約者識別モジュール（ＳＩＭ）カード（ＳＩＭカードとして知られている）上に追加するか、または近距離通信モジュールをモバイル端末のマザーボード上に追加することにより、モバイル端末の近距離通信を実現する方法が存在する。上記のような方法により、モバイル端末は、チャージ、消費、取引、ＩＤ認証などができる超スマート端末となることができる。これは市場の活発な要求によく合致している。
【０００３】
ＲＦ ＳＩＭカードに基づくモバイル端末の短距離通信手段は、簡易で携帯電話を変更する必要がないという利点があるので、幅広く関心をもたれている。この手段において、ＲＦ ＳＩＭカードは極超短波（ＵＨＦ）技術に対応する。ＵＨＦを用いるＲＦ ＳＩＭカード、特に２．４ＧＨｚのＩＳＭ共通周波数（すなわち、工業、化学、医療周波数）を用いるＲＦ ＳＩＭカードは、高動作周波数を有し、非常に小さいアンテナを備えているので、ＲＦ ＳＩＭカードがモバイル端末に組み込まれている場合でも、ＳＩＭカード内に小さいアンテナを配置すれば、十分に強い信号を送信することができる。ＲＦ ＳＩＭカードをモバイル端末内に組み込んだ場合でも、モバイル端末からＲＦ信号を送信することもできる。当該分野で広く用いられ、カードリーダに適用されているＲＦ（無線周波数）トランシーバチップにより、ほとんどのモバイル端末のＲＦ信号を、別途増幅することなく高品質に受信することができる。これによりモバイル端末は、既存のモバイル端末への構造上の変更なく、近距離通信機能を備えることができる。しかし、携帯電話が異なると、その内部構造が異なるため、ＲＦ信号の伝送効率は様々に異なる。送信能力が強いモバイル端末のＲＦ ＳＩＭカードは、数メートルのＲＦ通信距離を有する。送信能力が弱いモバイル端末のＲＦ ＳＩＭカードは、数センチのＲＦ通信距離を有する。モバイル端末毎にＲＦ信号減衰が大きく異なることを回避するためには、モバイル端末を較正しなければならない。すなわち、モバイル端末の減衰パラメータを、使用前にカードに記録しなければならない。ＲＦ ＳＩＭカードの主な課題は、較正する必要があることである。
【０００４】
モバイル支払のための別の技術であるＮＦＣは、ＩＳＯ１４４４３規格に基づく非接触カード技術から派生している。両技術の基本原則は、１３．５６ＭＨｚの磁界を用いて信号とエネルギーを送信することである。ＮＦＣ技術の主な課題は以下の通りである。
【０００５】
１．モバイル端末を変更して、信頼性の高い２方向データ通信を実現する必要がある。ＮＦＣの磁界コイルは、モバイル端末において用いられるカード、例えばＳＩＭカードやＳＤカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｍｏｒｙカード）／ＴＦ（ＴｒａｎｓＦｌａｓｈ）に組み込むことができない。
【０００６】
２．１３．５６ＭＨｚの周波数において、信号とエネルギーは、誘導コイルカップリングモードを用いることにより、カードリーダとカードの間で送信される。さらに、エネルギーと１３．５６ＭＨｚの振幅変調信号は、カードリーダからカードへの方向に同時送信される。カードリーダからカードへの方向においては、カードがコイルと面する領域への必要性が大きい。カードからカードリーダへの方向においては、カードはカードリーダへ、外部エネルギーによる直接送信磁界強度モードを介してではなく、カードのコイルの負荷変調モードを介して、短絡または開回路の状態の下で、信号を送信する。負荷変調のため、信号は、カードのコイルとカードリーダのコイルとの間の結合係数が高いほど、カードから送信される信号がカードリーダによってより容易にデコードされることが必要である。このモードは、カードのアンテナのサイズと領域に対する要望をさらに改善する。一方、１３．５６ＭＨｚの低周波数に起因して、結合コイルのサイズは比較的大きい。上記要因を考慮すると、ＮＦＣはモバイル端末内のアンテナコイルが十分に大きいことを必要とする。これにより、当該サイズのアンテナコイルは、例えばＳＩＭカードやＳＤ／ＴＦカードのようにモバイル端末内で用いるためにカード内に配置することができない。さらに、モバイル端末内の金属物体またはその他の導体は、アンテナの受信効果と負荷変調効果を多大に阻害する。より良好な近距離通信効果を実現するためには、携帯電話の構造を、カスタマイズに適するように変更し、アンテナが最良の効果を発揮できるようにしなければならない。この変更は、例えば数ターンのアンテナをモバイル端末のバッテリーのバックカバーへ配置するか、またはアンテナをモバイル端末のマザーボードからバッテリーの背面へフレキシブルＰＣＢを介して取り込み、アンテナ領域が通常バッテリーの領域に相当するようにすることによって、実現することができる。また、携帯電話のバックカバーは、非金属材質で作成することはできない。
【０００７】
３．１３．５６ＭＨｚの周波数を有するＮＦＣは、距離制御のため較正する必要がある。任意のモバイル端末に用いることができるＮＦＣアンテナの種類が存在するが、１３．５６ＭＨｚの周波数を用いるため、同周波数における信号は、金属物体およびその他の導体を通過する際に、強い渦電流効果を生成する。信号強度は、モバイル端末の構造によって変化し、磁界強度がＮＦＣの受信アンテナにおいて著しく変動し、較正なしに距離制御を実現することができなくなる。
【０００８】
図１は、コイル受信回路が様々なモバイル端末内に配置され、同じ１４４４３ＰＯＳ装置が一定の１３．５６ＭＨｚ周波数のキャリアを維持している状況の下で検出された、電圧−距離曲線である。信号強度値は受信アンテナ誘導電圧が増幅された後に得られる値である。増幅係数は一定に維持されているので、強度値の距離に対する相対変化のみに着目する。異なる端末が受信した磁界強度の差異は３０ｄＢより大きく、同じ端末についての距離１ｃｍ〜１０ｃｍ内の磁界強度変化は約２５ｄＢであり、携帯電話の違いにより生じる磁界強度変化は同じ端末についての距離１ｃｍ〜１０ｃｍ内の磁界強度変化より大きいことが分かる。したがって、様々な端末について同じ閾値を用いて距離制御を実施することはできない。すなわち、較正なしに距離制御を実現することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決すべき技術課題は、近距離通信方法および近距離通信システムを提供し、近距離通信機能を有する様々なモバイル端末が、較正なしに電子支払のようなスワープ取引を実施できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
技術課題を解決するため、本発明は、少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備える近距離通信システムのための近距離通信方法を提案する。同方法は以下のステップを有する。
【００１１】
ステップａ：カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき、低周波数交流磁気信号を送信する。低周波数交流磁気信号は、カードリーダの識別情報を搬送する。送信パラメータは、システムを較正する必要がないシステムの最高周波数ｆ０以下である、低周波数交流磁気信号の周波数を含む。
【００１２】
ステップｂ：モバイルＲＦデバイスは、各距離地点において低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットした有効距離範囲に入ったか否かを判定する。電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。
【００１３】
ステップｃ：受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号が電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末はプリセットされたカードスワープの有効範囲に入ったと判定し、モバイルＲＦデバイスはカードリーダの識別情報を受信した低周波数交流磁気信号から取得し、これを自身の識別情報とともにカードリーダへＲＦチャネルを介して送信する。
【００１４】
ステップｄ：カードリーダは、モバイルＲＦデバイスがＲＦチャネルを介して送信した情報を受信し、その情報内のカードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、モバイルＲＦデバイスとＲＦチャネルを介してスワープ通信を実施する。
【００１５】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。ステップａにおいて、較正なしのシステムの動作のための最高周波数ｆ０は、以下のステップによって判定することができる。
【００１６】
ステップａ１：システムの距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）を判定する。Ｄｉｎは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全ての端末を０〜Ｄｉｎの範囲内で確実にスワープできることを示す。Ｄｖは、距離変動範囲を示す。カードをＤｉｎ〜（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）の範囲内でスワープすることができ、Ｄｉｎ＋Ｄｖを超えるとスワープすることができない。
【００１７】
ステップａ２：カードリーダによって生じるモバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＲを判定する。
【００１８】
ステップａ３：モバイルＲＦデバイス自身によって生じる検出電圧の変動範囲δＣを判定する。
【００１９】
ステップａ４：周波数ｆにおける様々な一般端末および障害物の電圧−距離曲線を検出する。
【００２０】
ステップａ５：距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）に基づき、モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＡを判定する。δＡは、一般端末と障害物についての個々の電圧−距離曲線から得られる平均磁界強度減衰曲線勾配を有する電圧−距離制御曲線におけるＤｉｎ地点に対応する電圧と（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）地点に対応する電圧との間の電圧差に等しい。
【００２１】
ステップａ６：端末によって生じるモバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＴを判定する。δＴは、端末の減衰特性によって生じるモバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲を示し、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣである。
【００２２】
ステップａ７：距離制御範囲内の複数の距離点において、様々な一般端末と障害物との間の最大磁界強度差δを取得する。δがδＴより大きい場合は周波数ｆを下げてステップａ４に戻り、δがδＴより小さい場合は周波数ｆを上げてステップａ４に戻り、δがδＴと等しい場合は現在の検出周波数ｆはシステムの較正なしの最高動作周波数ｆ０に等しいと判定する。
【００２３】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。ステップａにおいて、送信パラメータは、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含み、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒは、以下のステップによって判定することができる。
【００２４】
直流成分のない任意のエンコードモードを選択するステップ。
【００２５】
無変調モードまたは振幅不変キャリア変調モードを選択するステップ。
【００２６】
ｆ０未満の動作周波数、変調モード、エンコードモードを選択した後、始めに一般ノイズ端末と容易に実装できるモバイルＲＦデバイス内の磁気検出および増幅のためのゲインパラメータを選択し、カードリーダが低周波数交流磁気信号を送信しない条件の下におけるモバイルＲＦデバイス内の検出電圧の固有ノイズ電圧振幅Ｖｎを検出し、次に、カードリーダが選択した変調モードおよびエンコードモードを用いて低周波数交流磁気信号を送信するときモバイルＲＦデバイスの検出電圧Ｖｒを測定し、Ｖｒ／Ｖｎ＞ＳＮＲ（ＳＮＲはモバイルＲＦデバイスの信号対ノイズ比）を満たすように送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択するステップ。
【００２７】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。ステップｂにおいて、プリセットされた電圧閾値Ｖｔは、以下のステップによって判定することができる。
【００２８】
ステップｂ１：選択された送信パラメータの下で、様々な一般端末および障害物についての電圧−距離曲線を測定する。送信パラメータは、低周波数交流磁気信号の周波数、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
【００２９】
ステップｂ２：基準電圧−距離曲線を取得する。基準電圧−距離曲線は、一般端末および障害物についての電圧−距離曲線から得られる平均値であり、上端から下端までの電圧振幅差δＴ／２が一般端末の曲線におけるものと同一である。
【００３０】
ステップｂ３：モバイルＲＦデバイスについての検出電圧閾値Ｖｔを選択する。この値は、基準電圧−距離曲線上のＶｔである（Ｄｉｎ＋Ｄｖ／２）地点に対応する。
【００３１】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。低周波数交流磁気信号の周波数は、極超低周波数帯または超低周波数帯または低周波数帯にセットされ、極超低周波数帯は３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲、前低周波数帯は３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの範囲、低周波数帯は３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの範囲である。
【００３２】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。低周波数交流磁気信号の周波数は、３００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。
【００３３】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。低周波数交流磁気信号の周波数は、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、または３０ＫＨｚである。
【００３４】
上記方法はさらに以下の特徴を有する。エンコードモードは、マンチェスターコード、差分マンチェスターコード、またはゼロ復帰コードであり、変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦキーイング、位相シフトキーイング、または周波数シフトキーイングである。
【００３５】
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備えた近距離通信システムを提案する。
【００３６】
カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき低周波数交流磁気信号を送信し、低周波数交流磁気信号は、カードリーダの識別情報を搬送し、送信パラメータは、システムを較正する必要がないシステムの最高動作周波数ｆ０以下である低周波数交流磁気信号の周波数を含み、カードリーダは、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスが送信した情報を受信し、その情報に含まれるカードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致するか否かを比較し、合致する場合は自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとスワープ通信を実施する。
【００３７】
モバイルＲＦデバイスは、各距離点において低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットされた有効距離範囲内に入ったか否かを判定し、電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一であり、受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号が電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、モバイルＲＦデバイスは受信した低周波数交流磁気信号からカードリーダの識別情報を取得し、これを自身の識別情報とともにカードリーダへＲＦチャネルを介して送信し、ＲＦチャネルを介してカードリーダとスワープ通信を実施する。
【００３８】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。カードリーダは、少なくとも１つの低周波数送信コイル、少なくとも１つの駆動回路、少なくとも１つのエンコード回路、少なくとも１つの第１メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、低周波数送信コイル、駆動回路、エンコード回路、第１メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。モバイルＲＦデバイスは、少なくとも１つの低周波数磁気誘導回路、少なくとも１つの低周波数増幅回路、少なくとも１つの閾値判定復調回路、少なくとも１つの第２メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路、第２メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。
【００３９】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。変調回路がカードリーダの駆動回路とエンコード回路との間に設けられている。
【００４０】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルは、エナメル線で形成されたコイルまたはＰＣＢコイルでもよい。
【００４１】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルの巻数は、１０以上でもよい。
【００４２】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルの巻数は５０〜５００でもよい。
【００４３】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルは、フェライト磁石コアまたは鉄コアで満たしてもよい。
【００４４】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数送信コイルによって囲まれた領域は、最広部分において、モバイルＲＦ端末の幅よりも広い幅を有する。
【００４５】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数コイルによって囲まれた領域部分は、直径３ｃｍの円領域または３ｃｍ×３ｃｍの矩形領域を少なくとも含む。
【００４６】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。低周波数磁気誘導回路は、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、ホールデバイス、または巨大磁気抵抗デバイスでもよい。
【００４７】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末内に配置してもよい。
【００４８】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末のＳＩＭカード内、ＵＩＭカード内、ＵＳＩＭカード内、ＴＦカード内、またはＳＤカード内に配置してもよい。
【００４９】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。モバイル端末は、携帯電話、携帯情報端末、またはノートブックコンピュータでもよい。
【００５０】
上記システムはさらに以下の特徴を有する。識別情報は、認証コードである。
【発明の効果】
【００５１】
本発明は、モバイルＲＦデバイスを備えるＲＦ通信端末（例えばＲＦ ＳＩＭカードを備える携帯電話）とカードリーダの間のデータ通信距離を、所与の範囲内で、端末を較正する必要なしに品質良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】コイル受信回路が様々なモバイル端末に組み込まれた場合、同じ１４４４３ＰＯＳ装置が一定の１３，５６ＭＨｚ周波数のキャリアを維持する状況の下で検出される、電圧−距離曲線である。
【図２】本発明に係る近距離通信方法に基づき、較正する必要なしに最高周波数ｆ０を選択するシステムの構造ブロック図である。
【図３】距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）によって決定される、システムの総受信検出電圧の変動範囲δＡを示す図である。
【図４】一般的な端末と障害物およびこれらの間の変動範囲δについての、電圧−距離曲線を示す図である。
【図５】３．３ＫＨｚ周波数における一般的なモバイル端末についての電圧−距離曲線を示す。
【図６】変調のない直接ベースバンド送信を介してモバイルＲＦデバイス内で検出された受信電圧信号および正弦波ＦＳＫ変調モードを介した受信電圧信号についての電圧波形を示す。
【図７】基準電圧−距離曲線を取得する方法を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る近距離通信方法の構造図である。
【図９】カードリーダの低周波数送信部を示す図である。
【図１０】カードリーダの低周波数データフレームフォーマットを示す図である。
【図１１】コイル受信回路が様々なモバイル端末内に配置された場合、信号源が低周波数送信コイルを介して１ＫＨｚの一定磁界を送信する状況の下で検出される、電圧−距離曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
始めに、以下で説明する端末は、モバイルＲＦデバイスを標準搭載した端末であるが、移動可能端末でもある。すなわち、例えば携帯電話のようなモバイル端末である。距離とは、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の距離のことである。すなわち、カードリーダとモバイルＲＦデバイスを搭載した端末との間の距離である。
【００５４】
短距離で通信する、ＲＦデバイス（特にＲＦカード、例えば端末内に組み込まれたＲＦ ＳＩＭカード）とカードリーダ装置との間の距離を制御する課題の観点から、本発明は、低周波数交流磁界を送信しＲＦ信号を送受信する機能を有するカードリーダと、カードリーダに対応する、低周波数交流磁界誘導を受信しＲＦ信号を送受信する機能を有するモバイルＲＦデバイスとを備えた近距離通信システムを提案する。本発明はまた、システムに対応する近距離通信方法を提案する。本発明に基づき、種々の端末を貫通するときの減衰変化が少ない低周波数交流磁界の特性を利用することにより、距離を制御することができる。端末を効果的に貫通して２方向通信を実現する高周波数ＲＦにより、通信を実施することができる。システムは、プリセットした閾値判定法により、較正なしで距離検出および制御を実現する。すなわち、カードリーダは、プリセット送信パラメータに基づき、低周波数交流信号を送信する。磁界は、様々な距離点においてモバイルＲＦデバイスによって検出され、一定振幅値を有し距離に対応する電圧信号へ増幅される。次に、プリセット電圧閾値Ｖｔを用いて、端末が所定の有効距離範囲に入ったか否かが判定される（有効距離範囲は、許容可能なカードスワープ範囲を示す）。電圧閾値Ｖｔは、全ての端末について同一であり、較正する必要はない。本発明は、低周波数１方向通信とＲＦ２方向通信を組み合わせる方法により、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間のみの結合を実現する。結合の後、ＲＦチャネルを介して、多量のデータをともなう２方向高速通信を実現することができる。本発明のシステムは、モバイルＲＦデバイス（例えばＲＦ ＳＩＭカードを搭載した携帯電話）とカードリーダとの間のデータ通信距離を、所与範囲に高品質に制御することができ、端末を較正する必要はない。
【００５５】
本発明の原理と特性を、図面とともに説明する。提示する例は、本発明を説明するためのみのものであり、本発明の範囲を限定する意図ではない。
【００５６】
本発明の近距離通信方法は、少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備えた近距離通信システムに適用される。同方法は、以下のステップａ、ステップｂ、ステップｃ、ステップｄの４ステップを有する。これら４ステップを以下にそれぞれ説明する。
【００５７】
ステップａ：カードリーダは、プリセット送信パラメータに基づき、低周波数交流磁気信号を送信する。低周波数交流磁気信号は、カードリーダの識別情報を伝送する。送信パラメータは、システムを較正する必要がないシステムの最高周波数ｆ０以下である低周波数交流磁気信号の周波数を含む。識別情報は、識別コードＩＤでもよい。
【００５８】
ステップａにおいて、低周波数交流磁気信号の周波数は、低周波数交流信号の周波数スペクトル上の３ｄＢ帯域の周波数上限に対応する周波数を指すことに留意されたい。
【００５９】
低周波数磁界の周波数が低いほど、様々な種類の端末を貫通した後の信号の減衰変化が小さくなる。この特性に鑑みて、変化が十分小さい周波数点が、周波数点選択システム内で選択され（図２に示すように）、較正なしの距離制御を実現する。低周波数交流磁気信号は、標準信号源を用いる標準磁界送信コイルによって送信される。低周波数交流磁気信号は、様々な一般モバイル端末および障害物において受信される。次に送信周波数は、周波数点ｆ０が見つかるまで調整される。これにより、モバイルＲＦデバイス（モバイル端末内に搭載されている）が受信した電圧（この電圧は、低周波数交流磁気信号による増幅によって取得された電圧信号であり、この電圧信号は一定振幅を有し、距離に対応する）が送信コイルによって形成される平面の中心点と同一の距離を有する状況の下で、様々な端末および障害物間の磁界変化は、概ねプリセット変動範囲δＴに等しくなる。周波数点ｆ０と周波数範囲は、システムが較正を要さない周波数範囲であり、システムはいずれの端末も較正する必要はない。動作周波数点がｆ０超である場合、システムを較正する必要がある。ｆ０超の動作周波数点が多いほど、較正を要する端末が多くなり、較正がより複雑になる。周波数点の選択は、１回のみの動作である。一度選択すれば、修正する必要はない。
【００６０】
図２は、本発明の近距離通信方法に基づき最高周波数ｆ０を選択するシステムの構造ブロック図である。この周波数において、システムを較正する必要はない。図２に示すように、周波数点選択システムは以下を備える。信号源５０５と低周波数磁界送信コイル５０４を備える送信システム；低周波数受信モジュール５０２を有する一般モバイル端末５０１、障害物、信号強度検出器５０３（電圧計、オシログラフ、周波数スペクトル計、など）を備える受信システム。信号源５０５は、様々な周波数、様々な波形、様々な振幅の信号を正確に生成する。周波数点を選択する原理は以下の通りである。信号源５０５は、一定振幅で周波数ｆを有する正弦波信号を生成する。信号は送信コイル５０４によって送信され、低周波数受信モジュール５０２によって受信される。低周波数受信モジュール５０２は、選択された一般モバイル端末５０１および障害物内に配置されている。受信した低周波数信号が、特別の信号線を介して信号強度検出器５０３によって受信される。信号強度検出器５０３は、受信電圧を検出する。モバイル端末または障害物についての周波数ｆにおける距離の関数としての検出電圧の変化曲線は、モバイル距離（以下では電圧−距離曲線と呼ぶ）の距離を変化させることによって取得することができる。モバイル端末または障害物を置き換えることにより、複数のモバイル端末について複数の曲線が得られる。周波数ｆを変更することにより、異なる曲線が得られる。
【００６１】
ステップａにおいて、較正なしのシステム動作の最高周波数ｆ０は、以下のステップによって判定することができる。
【００６２】
ステップ１０１：距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）を判定する。Ｄｉｎは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末が０〜Ｄｉｎの範囲で確実にカードをスワープできることを示す。Ｄｖは距離変動範囲を示す。Ｄｉｎ〜（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）の範囲内でカードをスワープすることができ、Ｄｉｎ＋Ｄｖを超えた範囲ではスワープすることはできない。
【００６３】
例えば、（５ｃｍ，５ｃｍ）は、全端末が５ｃｍ未満の範囲内で確実にカードをスワープでき、５ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内でスワープを許可され、１０ｃｍ超ではカードをスワープすることが認められないことを示す。距離制御目標値は、特定のアプリケーションによって判定することができる。（０〜Ｄｉｎ＋Ｄｖ）は、距離制御範囲として参照される。
【００６４】
ステップ１０２：カードリーダによって生じたモバイル周波数デバイスの検出電圧の変動範囲δＲを判定する。
【００６５】
カードリーダの送信回路のパラメータ変動は、送信磁界強度の変動をもたらす。これにより、モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動が生じる。パラメータは、送信ドライバ電圧変動、コイルパラメータ変動、温度影響、などを含む。δＲは、カードリーダの設計プロセスおよび製造プロセスの間に制御される。変動は、製造プロセスの間に較正することができる。低周波数送信回路の低動作周波数により、δＲを例えば４ｄＢ以内に良好に制御することができる。
【００６６】
ステップ１０３：モバイルＲＦデバイス自身によって生じる検出電圧の変動範囲δＣを判定する。
【００６７】
モバイルＲＦデバイス自身の低周波数受信回路のパラメータ変動は、最終検出出力電圧の変動をもたらす。パラメータは、受信アンテナのエラー、増幅器ゲインのエラー、比較器またはＡＤのエラー、温度効果およびノイズ、などを含む。δＣは、モバイルＲＦデバイスの設計プロセスおよび製造プロセスの間に制御することができる。変動は、製造プロセスの間に較正することができる。モバイルＲＦデバイスの低周波送信回路の動作周波数は非常に低いので、δＣを例えば４ｄＢ以内に良好に制御することができる。
【００６８】
ステップ１０４：周波数ｆにおける様々な一般端末および障害物の電圧−距離曲線を検出する。
【００６９】
ステップ１０４を開始する前に準備を完了することができる。すなわち、端末と障害物を選択することである。一般端末を選択する原理は、端末金属または導体構造の数に基づき選択することである。これはすなわち、金属構造の数が多いほど、減衰振幅が小さくなるということである。例えば、プラスチック筐体、金属筐体、厚い金属筐体、薄い金属筐体、大サイズ端末、小サイズ端末などを選択することができる。一般端末の数は厳密には制約されない。一般端末の選択により、端末によって生じる低周波数交流磁界信号の減衰特性を除去することができる。個々のモバイル端末の多大な差異を回避するため、アプリケーションにおいてモデル認証をモバイル端末へ適用し、支払アプリケーションをサポートする全モバイル端末についてカードスワープ検出を実施し、そのモデルのモバイル端末の減衰特性が要件に合致することを判定するようにすることができる。一般障害物は、モバイル端末の様々な従来材料から選択することができる。例えば、標準形状を有するプラスチック、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼、などである。一般障害物は、モバイル端末の減衰特性を検出して減衰効果を測定するため、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間に、等価障害物として配置される。
【００７０】
ステップ１０５：距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）に基づき、モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＡを判定する。δＡは、一般端末と障害物により個々の電圧−距離曲線から得られる平均磁界強度減衰曲線勾配を有する電圧−距離曲線における、ポイントＤｉｎに対応する電圧とポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）に対応する電圧との間の差分に等しい。
【００７１】
図３は、システムの総受信検出電圧の変動範囲δＡを示す図である。これは、距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）によって判定される。図３に示すように、ポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）は電圧Ｖ２に対応し、ポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）は電圧Ｖ１に対応し、したがってδＡ＝Ｖ１−Ｖ２である。
【００７２】
ステップ１０６：端末によって生じるモバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＴを判定する。パラメータδＴは、端末の減衰特性によって生じる、モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲を示し、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣである。
【００７３】
ステップ１０７：距離制御範囲内の距離が異なるポイントにおける様々な一般端末および障害物間の最大磁界強度差δ（変動領域）を取得する。δがδＴより大きい場合は、周波数ｆを下げてステップａ４を開始する。δがδＴより小さい場合は、周波数ｆを上げてステップａ４を開始する。δがδＴに等しい場合は、現在の検出周波数ｆは、較正なしのシステム最高周波数ｆ０に等しい。
【００７４】
図４は、一般端末および障害物の電圧−距離曲線および変動範囲δの図である。図４に示すように、減衰が最大の端末または障害物についての電圧−距離曲線を、最大減衰曲線と呼ぶ。減衰が最小の端末または障害物についての電圧−距離曲線を、最小減衰曲線と呼ぶ。最大減衰曲線と最小減衰曲線で囲まれた空間を、一般端末と障害物の電圧−距離曲線分布領域と呼ぶ。任意の距離Ｄは、最小減衰曲線における電圧Ｖ３に対応し、最大減衰曲線における電圧Ｖ４に対応する。したがって、δ＝Ｖ３−Ｖ４である。
【００７５】
したがって、距離制御目標値を制約する状況の下において、較正なしのシステム動作の最大周波数ｆ０を判定することができる。システムは、変調モードを用い、または直接送信ベースバンド信号モードを用いることができる。距離制御は、システム動作の主要周波数成分がｆ０を超えない限り、較正なしで実施することができる。
【００７６】
例として、ｆ０の判定プロセスを説明する。図５は、３．３ＫＨｚの周波数ｆにおける５種類の一般モバイル端末の電圧−距離曲線を示す。図５に示すように、システムの距離制御目標値は、（５ｃｍ，５ｃｍ）であり、システムの０〜１０ｃｍの距離領域における電圧変化は約４０ｄｂである。カードリーダとモバイルＲＦデバイスによって生じるモバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲は、４ｄＢである。すなわち、δＲ＝δＣ＝４ｄＢ、δＡ＝２０ｄＢ、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣ＝１２ｄＢである。様々な曲線上の様々な距離点の最大変動が約１２ｄＢである場合、５つの端末を想定すれば、システム内で用いられる全ての端末を考慮することになり、較正なしのシステム最大周波数ｆ０を３．３ＫＨｚと判定できる。
【００７７】
ステップａにおいて、送信パラメータは、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導郷土振幅Ｂｒを含む。送信パラメータを選択する一般原理は、全ての距離点において、モバイルＲＦデバイスが検出し増幅した後にカードリーダが送信する低周波数交流磁気信号が、一定振幅を有し距離に対応する電圧信号となるようにすることである。図６は、変調なしの直接ベースバンド送信を介して受信した電圧信号、および正弦波ＦＳＫ変調を施した受信電圧信号の電圧波形図を示す。図６ａは、変調なしの直接ベースバンド送信を介した受信電圧信号波形図である。図６ｂは、正弦波ＦＳＫ変調を施した受信電圧信号波形図である。図６に示すように、検出電圧信号は、変調情報を含む可変電圧信号であり、信号は直流成分のない交流電圧信号である場合もあるし、直流成分を含む電圧信号である場合もある。一定の振幅は、各送信シンボルについての交流成分の最大変化振幅が一定であることを示す。
【００７８】
送信パラメータの変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒは、以下のステップａ１１〜ａ１３を通じて選択することができる。
【００７９】
ステップａ１１：直流成分のないエンコードモードの１つを選択する。例えば、マンチェスターコード、差分マンチェスターコード、ゼロ復帰コード、などである。
【００８０】
ステップａ１２：無変調モードまたは振幅不変キャリア変調モードを選択する。キャリア変調モードは、任意の振幅不変変調モードを選択することができる。例えば、キャリアは正弦波、パルス、三角波などを用いることができる。変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦキーイング（ＯＯＫ）、位相シフトキーイング、または周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）などを選択することができる。無変調モードを用いる場合、エンコード後のベースバンド信号は、駆動回路によって直接駆動され、送信コイルによって送信される。
【００８１】
ステップａ１３：送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択する。方法は以下の通りである。選択したｆ０未満の動作周波数、変調モード、エンコードモードにおいて、始めに一般ノイズ端末と容易に得られるモバイルＲＦデバイスにおける磁気検出および増幅のためのゲインパラメータを選択し、カードリーダが低周波数磁気信号を送信しない状況の下でのモバイルＲＦデバイスにおける検出電圧の固有ノイズ電圧振幅Ｖｎを検出する。次に、カードリーダが選択した変調モードとエンコードモードを用いて低周波数交流磁気信号を送信したとき、モバイルＲＦデバイスの検出電圧Ｖｒを測定し、Ｖｒ／Ｖｎ＞ＳＮＲを満たすように、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択する。ＳＮＲは、モバイルＲＦデバイスの信号対ノイズ比である。ＳＮＲ値が大きいほどよい。しかし、ＳＮＲ値が大き過ぎると、カードリーダの送信パワーが大き過ぎて、実装することが難しくなる。通常の値として、ＳＮＲ＝１０などを選択することができる。ＳＮＲが決定されると、上記モードによってＢｒを決定することができる。
【００８２】
ステップｂ：モバイルＲＦデバイスは、各距離点において低周波数交流磁気信号を受信および検出し、一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅する。次に、プリセット電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末が所定の有効距離範囲に入ったか否かを判定する。電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。
【００８３】
ステップｂにおいて、プリセット電圧閾値Ｖｔは、以下のステップ２０１〜２０３によって判定することができる。
【００８４】
ステップ２０１：選択した送信パラメータにおいて、様々な一般端末および障害物についての電圧−距離曲線を測定する。送信パラメータは、低周波数交流磁気信号の周波数、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
【００８５】
ステップ２０２：基準電圧−距離曲線を取得する。基準電圧−距離曲線は、図７に示すような、一般端末曲線の上端および下端からの電圧振幅差δＴ／２を有する、一般端末および障害物についての電圧−距離曲線から得られる平均値である。
【００８６】
ステップ２０３：図７に示すような、モバイルＲＦデバイスについての検出電圧閾値電圧Ｖｔを選択する。ポイント（Ｄｉｎ＋Ｄｖ／２）に対応する電圧は、基準電圧−距離曲線上のＶｔである。
【００８７】
ステップｃ：受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号がプリセット電圧閾値Ｖｔ以上である場合、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末は、カードをスワープするためのプリセット有効範囲に入っている。次にモバイルＲＦデバイスは、受信した低周波数磁気信号からカードリーダの識別情報を取得し、これを自身の識別情報とともにＲＦチャネルを介してカードリーダへ送信する。
【００８８】
ステップｄ：カードリーダは、モバイルＲＦデバイスがＲＦチャネルを介して送信した情報を受信し、同情報内のカードリーダの識別情報が自身の識別情報に合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとカードスワープ通信を実施する。カードスワープ通信は、電子支払のみではなく、他のＲＦチャネルを介するその他の通信プロセスも含む。例えば、チャージ、消費、ＩＤ認証などである。本発明におけるカードスワープ通信は、ＲＦチャネルを介する通信を広範に包含する。特に、近距離通信におけるＲＦチャネルを介する通信を含む。
【００８９】
本発明において、低周波数交流磁気信号の周波数は、極超低周波数または超低周波数または低周波数にセットされる。極超低周波数は３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲、超低周波数は３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの範囲、低周波数は３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの範囲である。望ましくは、低周波数交流磁気信号の周波数は、３００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。望ましくは、低周波数交流磁気信号の周波数は、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、または３０ＫＨｚである。
【００９０】
本発明の近距離通信方法は、低周波数磁界について１方向通信を採用し、ＲＦ電磁界の２方向通信を組み合わせる。これにより、アンテナによって生じる課題およびその他の課題を回避する。例えば、１３．５６ＭＨｚ周波数点における２方向通信およびＮＦＣシステム内の距離制御によって生じる端末信号についての大きな減衰差である。同方法において、カードリーダの固有識別子ＩＤｒ（すなわち上記識別情報）は、カードリーダによって低周波数１方向チャネルを介してモバイルＲＦデバイスへ送信される。次に、モバイルＲＦデバイスの固有識別子ＩＤｃが、モバイルＲＦデバイスによってＲＦ２方向チャネルを介してＩＤｒに添付され、カードリーダへ送信される。カードリーダは、ＩＤｒの妥当性を比較し、これによりカードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の固有結合を実現する。結合の後、カードリーダとモバイルＲＦデバイスは、ＲＦ２方向チャネルによって、通信が完了するまで多数データの通信を実施する。
【００９１】
本発明の近距離通信方法は、モバイルＲＦデバイスが提供するＲＦ通信距離と所定範囲内で安全に制御されるカードリーダとの間の、データ通信距離（通信距離とも呼ぶ）を実現する。端末を較正する必要はない。
【００９２】
上述の近距離通信方法を実現するため、本発明は近距離通信システムを提案する。本発明の近距離通信システムは、少なくとも１つのカードリーダ、少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備える。
【００９３】
カードリーダは、プリセット送信パラメータに基づき、低周波数磁気信号を送信する。カードリーダの識別情報は、低周波数交流磁気信号内で搬送される。送信パラメータは、低周波数交流磁気信号の周波数を含む。周波数は、システムを較正する必要がないシステム最高周波数ｆ０以下である。カードリーダはまた、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスが送信した情報を受信し、同情報内のカードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報をモバイルＲＦデバイスの識別情報と結合し、結合アドレスとする。これにより、ＲＦチャネルを介してモバイルＲＦデバイスとカードスワープ通信を実施する。
【００９４】
カードリーダが送信する低周波数交流磁気信号は、様々な距離点においてモバイルＲＦデバイスによって受信および検出され、一定振幅値を有し距離に対応する電圧信号へ増幅される。次に、プリセット電圧閾値Ｖｔを用いて、モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットした有効距離内に入ったか否かが判定される。電圧閾値Ｖｔは、モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。モバイルＲＦデバイスは、受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号がプリセット電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、受信した低周波数交流磁界情報からカードリーダの識別情報を取得し、その識別情報を自身の識別情報とともにＲＦチャネルを介してカードリーダへ送信する。モバイルＲＦデバイスは、ＲＦチャネルを介してカードリーダとカードスワープ通信を実施する。
【００９５】
識別情報は、識別コードＩＤでもよい。
【００９６】
本発明の近距離通信システムにおけるカードリーダは、２つの基本機能を備えることが理解される。すなわち、低周波数通信機能とＲＦ送受信機能である。換言すると、本発明の近距離通信システム内のカードリーダは、２つの基本モジュールを有する。すなわち、低周波数送信モジュールとＲＦ送受信モジュールである。本発明の近距離通信システムにおけるモバイルＲＦデバイスは、２つの基本機能を有する。すなわち、低周波数送信器能とＲＦ送受信機能である。換言すると、本発明の近距離通信システムにおけるモバイルＲＦデバイスは、２つの基本モジュールを有する。すなわち、低周波数受信モジュールとＲＦ送受信モジュールである。
【００９７】
さらに、上述の近距離通信システムは、特に下記の回路によって実現することができる。カードリーダは、少なくとも１つの低周波数送信コイル、少なくとも１つの駆動回路、少なくとも１つのエンコード回路、少なくとも１つのメインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備える。低周波数送信コイル、駆動回路、エンコード回路、第１メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。モバイルＲＦデバイスは、少なくとも１つの低周波数磁気誘導回路、少なくとも１つの低周波数増幅回路、少なくとも１つの閾値判定復調回路、少なくとも１つの第２メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備える。低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路、第２メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、直列接続されている。上記実装回路において、変調回路はカードリーダの駆動回路とエンコード回路との間に設けることが望ましい。
【００９８】
上記実装回路において、定周波数送信コイル、駆動回路、エンコード回路（変調回路が提供される場合はこれを含む）は、低周波数送信モジュールの一部としてみなすことができる。カードリーダの第１メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、カードリーダのＲＦ送受信モジュールの一部としてみなすことができる。モバイルＲＦデバイスの低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路は、低周波数受信モジュールの一部としてみなすことができる。モバイルＲＦデバイスの第２メインプロセッサ、ＲＦ送受信回路、ＲＦアンテナは、モバイルＲＦデバイスのＲＦ送受信モジュールの一部としてみなすことができる。
【００９９】
上記実装回路において、低周波数送信コイルは、エナメル線で形成されたコイルまたはＰＣＢコイルであることが望ましい。さらに、低周波数送信コイルの巻数は、１０以上でもよい。望ましくは、低周波数送信コイルの巻数は５０〜５００である。低周波数送信コイルは、フェライト磁石コアまたは鉄コアで満たされていることが望ましい。低周波数送信コイルによって囲まれた領域は、最広部分において、モバイルＲＦ端末部分の幅よりも広い幅を有することが望ましい。低周波数コイルによって囲まれた領域部分は、直径３ｃｍの円領域または３ｃｍ×３ｃｍの矩形領域を少なくとも含むことが望ましい。
【０１００】
上記低周波数磁気誘導回路は、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、ホールデバイス、または巨大磁気抵抗デバイスであることが望ましい。
【０１０１】
本発明において、モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末内に配置することができる。または、モバイル端末のＳＩＭカード内、ＵＩＭカード内、ＵＳＩＭカード内、ＴＦカード内、ＳＤカード内に配置することができる。モバイル端末は、携帯電話、携帯情報端末、またはノートブックコンピュータなどである。
【０１０２】
本発明の近距離通信の原理を、以下に詳細に説明する。
【０１０３】
１．較正なしのシステム最高周波数ｆ０を選択する方法およびデバイスは、上述の近距離通信方法において説明したので、詳細は説明しない。
【０１０４】
２．距離測定および制御の原理は、以下の通りである。
【０１０５】
カードリーダは、プリセット送信パラメータにおいて選択した周波数ｆ０以下の周期的な低周波数交流磁気信号を連続的に送信する。信号は、変調モードまたは直接ベースバンド送信モードのデータフレームフォーマットである。データフレームは、カードリーダの固有識別コードＩｄｒ（またはその他の識別情報でもよい）を含む。モバイルＲＦデバイスを搭載したモバイル端末がカードリーダの周辺に配置されたとき、低周波数交流磁気信号は、端末を貫通してモバイルＲＦデバイスに到達する。モバイルＲＦデバイスは、各距離点において磁気信号を検出する。磁気信号は、一定振幅を有し距離に対応する電圧信号へ増幅される。電圧振幅が、カードにプリセットされた受信電圧閾値Ｖｔ未満である場合、端末はカードスワープのための有効距離範囲に入っていないということであり、したがってカードをスワープすることは許可されない。電圧振幅が、カードにプリセットされた受信電圧閾値Ｖｔ超である場合、端末はカードリーダにプリセットされたカードスワープのための有効距離範囲に入っているということである。モバイルＲＦデバイス内の低周波数受信回路（低周波数磁気誘導回路、低周波数増幅回路、閾値判定復調回路）は、デコードプロセスを開始し、これによりカードリーダの固有識別コードＩＤｒを取得する。一方、モバイルＲＦデバイス内の磁界から変換された電圧信号は、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の距離に対してそれぞれ対応関係を有する。この関係は、電圧−距離変動曲線によって判定される。この対応関係に基づき、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間の距離は、電圧によって判定することができる。これにより、モバイル端末とカードリーダとの間の距離を、間接的に判定することができる。Ｖｔと送信パラメータの設定は、１回のみのものである。一度設定すれば、変更する必要はない。
【０１０６】
３．カードリーダがモバイルＲＦデバイスへアクセスする処理原理：
カードリーダがモバイルＲＦデバイスへアクセスするプロセスは主に、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間を固有結合するプロセスを有する。例えば、結合プロセスは以下の通りである。モバイルＲＦデバイスが低周波数信号からのカードリーダの固有識別コードＩＤｒをデコードした後、識別コードはモバイルＲＦデバイス内の第２メイン処理モジュールへ送信される。次に第２メイン処理モジュールは、モバイルＲＦデバイスの固有識別コードＩＤｃを、受信したＩＤｒとともにカードリーダへＲＦ送受信モジュールを介して送信する。カードリーダがモバイルＲＦデバイスからリターンコード（ＩＤｒ，ＩＤｃ）を受信した後、モバイルＲＦデバイスは、識別コードＩＤｃが正当であると判定し、識別コードＩＤｒを有効にしてカードリーダへ戻す。これは、現在の通信の固有通信端末である。ＩＤｒエンコードにより、当該カードリーダの周辺にある他のカードリーダの識別コードがその時点において確実に異なることになるので、識別コードＩＤｒを有するモバイルＲＦデバイスは、識別コードＩＤｒを有するカードリーダと確実に固有通信を確立することができる。したがって、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間で固有結合を実現することができる。モバイルＲＦデバイスとカードリーダは、結合アドレス（ＩＤｒ，ＩＤｃ）を通じて、相互に識別することができる。結合の後、ＲＦチャネルは通信プロセスにおいて用いられ、エラーのない通信を実施する。モバイルＲＦデバイスへのアクセスに成功した後、距離制御プロセスは完了し、通信が終了するまでＲＦチャネルを介して後続の通信プロセスを実施することができる。
【０１０７】
４．通信プロセス
固有の高信頼性通信リンクが、ＲＦチャネルを介してカードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間で確立される。このリンクに基づき、カードリーダとモバイルＲＦデバイスは、通信またはその他のプロセスで必要になるＩＤ認証を実現することができる。これら全てのプロセスは、高速ＲＦチャネルによって実現することができる。上記プロセスの実装によって所定距離範囲内のアクセスが確実に確立されるので、全通信プロセスは所定範囲内で実施される近距離通信プロセスである。
【０１０８】
以下の実施形態において、本発明をさらに説明する。
【０１０９】
図８は、本発明の実施形態に係る近距離通信システムの構造図である。図８に示すように、システムは２つの部分を備える。カードリーダ装置１００とモバイルＲＦデバイス２００である。モバイルＲＦデバイス２００は、モバイル端末の内部に配置され、モバイル端末通信インターフェースを介して端末と通信する。
【０１１０】
カードリーダ１００は、以下のモジュールを備える。インターフェース回路を介して外部通信インターフェースに接続され、または外部通信インターフェースに直接接続された、カードリーダの低周波数と高周波数およびその他のプロトコルプロセスを制御する第１メインプロセッサ１０１； 低周波数フレームデータをバイト毎にエンコードするエンコード回路１０８；エンコードによって出力されるトークンストリームを用いてキャリアを変調し、駆動回路１０６へ送信する変調信号を形成するか、またはエンコードされた信号を変調なしで駆動回路１０６へ直接送信する、変調回路１０７；低周波数送信コイル１０５を駆動して低周波数交流磁界３０１を生成する駆動回路１０６；ＲＦアンテナ１０４を介してＲＦ信号を受信し送信するＲＦ送受信回路１０３。低周波数送信モジュールは、低周波数送信コイル１０５、駆動回路１０６、変調回路１０７、エンコード回路１０８を備える。モジュールの送信磁界の振幅は、プリセットされ、調整することができる。低周波数送信コイル１０５は、巻数がより多く、特別の形状を有する。
【０１１１】
モバイルＲＦデバイスは、以下のモジュールを備える。モバイル端末との通信を制御するとともに、低周波数とＲＦモジュールおよびその他のプロトコルプロセスを制御する第２メイン処理モジュール２０１；カードの種類によってモジュールの種類が定まる、モバイル端末のＳＩＭ／ＴＦ／ＳＤカードの本体モジュールとして動作するＳＩＭ／ＴＦ／ＳＤカードモジュール２０２；ＰＣＢコイル、エナメル線のコイル、ホールデバイス、または磁界変動を誘導することができるその他の回路素子を含み、低周波数交流磁気信号３０１を誘導し、これを電気信号に変換する低周波数磁気誘導回路２０７；低周波数磁気誘導回路が検出した電気信号を増幅して低周波数磁気検出電圧信号３０３を取得する低周波数増幅回路２０６；プリセット閾値Ｖｔに基づき低周波数磁気検出電圧信号３０３を判定し、閾値Ｖｔに達していない場合は復調が実施され、閾値Ｖｔに達している場合は復調が実施されるようにし、復調信号が第２メインプロセッサ２０１へ送信されるようにする閾値判定復調回路２０５；ＲＦアンテナ２０４を介してカードリーダのＲＦ送受信モジュールと２方向通信を実施するＲＦ送受信回路２０３。
【０１１２】
システムは、プリセット閾値判定方法に基づき、較正なしに距離検出および制御を実現する。すなわち、カードリーダ１００は、プリセット送信パラメータに基づき低周波数交流磁気信号３０１を送信する。モバイルＲＦデバイス２００は、磁気信号を受信し、低周波数磁気誘導電圧信号３０３へ変換し、次にプリセット閾値Ｖｔによって、端末がプリセット有効距離範囲に入ったか否かを判定する。Ｖｔは、端末毎に修正する必要がないように（すなわち、いわゆる較正）、全端末について同一である。本発明は、低周波数１方向通信とＲＦ２方向通信を組み合わせる方法により、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間のみの結合を実現する。すなわち、カードリーダ１００は、低周波数１方向チャネルを用いて、その固有識別ＩＤｒをモバイルＲＦデバイス２００へ送信する。カードの固有識別ＩＤｃは、ＲＦ２方向チャネルを介してモバイルＲＦデバイス２００によってＩＤｒへ追加され、カードリーダ１００へ返信される。カードリーダは、返信されたＩＤｒの正当性を比較し、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間の固有結合を実現する。結合の後、ＲＦチャネルを介して多数データの高速２方向通信が実現される。
【０１１３】
実施形態において、近距離通信システムの特定の動作過程は、以下の通りである。
【０１１４】
Ｉ．始めに、システム動作のための基本パラメータを選択する。パラメータは、ＲＦ周波数点、較正なしの低周波数点ｆ０、カードリーダの送信パラメータ、モバイルＲＦデバイスの受信器電圧閾値Ｖｔを含む。
【０１１５】
１．ＲＦ周波数点の選択
上記ＲＦ通信の周波数点は、概ね２４００〜２４８３ＭＨｚの２．４Ｇ ＩＳＭ周波数帯域を用い、高速通信と端末に対する良好な貫通性能を実現する。その他の周波数点を用いることもできる。例えば４３３ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、５ＧＨｚなどである。
【０１１６】
２．較正なしのシステムの低周波数点ｆ０の選択
較正なしのシステムの低周波数点ｆ０は、上記方法によって判定することができる。一般ＧＳＭモバイル通信端末については、周波数点ｆ０は一般に１０ＫＨｚより小さく、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、５ＫＨｚ、などである。これにより０〜１０ｃｍの範囲内で距離制御を実現する。
【０１１７】
３．カードリーダの送信パラメータの選択
送信パラメータは、主に変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
【０１１８】
図９は、カードリーダの低周波数送信部を示す図である。図８に示すように、カードリーダの低周波数送信回路は、駆動回路１０６、変調回路１０７、エンコード回路１０８を備える。駆動回路１０６が駆動する低周波数変調信号は、低周波数送信コイル１０５へ出力される。
【０１１９】
変調回路１０７は、複数の変調モードを採用することができる。
【０１２０】
１）キャリア変調モード：エンコード回路１０８が生成したベースバンド信号は、変調回路１０７を介してキャリアを変調する。キャリアは、正弦波、矩形波、または三角波などである。変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦ周波数シフトキーイングＯＯＫ、位相シフトキーイング、周波数シフトキーイングＦＳＫなどである。変調信号は、駆動回路１０６を介して低周波数送信コイル１０５にロードされる。
【０１２１】
２）キャリアなしの直接ベースバンド送信：エンコード回路１０８が生成したベースバンド信号は、駆動回路１０６を介して低周波数送信コイル１０５へ直接ロードされる。
【０１２２】
３）その他の変調モード：本発明のシステムは、閾値判定モードを採用し、距離制御を実施する。変調モードは、振幅変調を採用するには適していない。モバイルＲＦデバイス内の検出電圧の振幅を送信中に一定に維持することができる全ての変調モードを、本発明の近距離通信システムのために用いることができる。
【０１２３】
エンコード回路１０８は、複数のエンコードモードを用いることができる。
【０１２４】
１）マンチェスターエンコード：バイト１は２つのシンボル０１にエンコードされ、バイト０は１０にエンコードされる。
【０１２５】
２）差分マンチェスターエンコード：２種類のバイトシンボルシーケンスがある。０１と１０である。バイト１はその前のシンボルシーケンスとは異なるようにエンコードされ、バイト０はその前のシンボルシーケンスと同じになるようにエンコードされる。または、これらの反対にエンコードすることもできる。
【０１２６】
３）その他のエンコードモード：本発明のシステムは閾値判定モードを用いて距離制御を実施するので、低周波数変調信号の平均値は安定に維持されなければならない。エンコードシーケンスは、直流成分を含んではならない。エンコード後の平均直流成分がゼロであるエンコードモードは、全て本発明の近距離通信システムに適用できる。
【０１２７】
変調モードとエンコードモードを判定した後、上記方法により、カードリーダの送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを判定することができる。Ｂｒを調整するプロセスは、実際にはコイルの巻数、コイルの直径、コイルの形状、その他のパラメータを調整するプロセスである。
【０１２８】
４．モバイルＲＦデバイスの受信器電圧閾値Ｖｔの選択
受信器電圧閾値Ｖｔは、上記方法によって判定することができる。
【０１２９】
上記パラメータの選択は１回のみである。一度選択すると、変更する必要はない。
【０１３０】
ＩＩ．２番目に、以下は動作パラメータを決定した後のシステムの動作手順である。
【０１３１】
ステップＡ１００：距離測定および制御プロセス。カードリーダ１００の第１メインプロセッサ１０１は、カードリーダの固有識別コードＩＤｒを含むデータフレームを生成する。ＩＤｒは、エンコード回路１０８へ送信され、エンコードを実施できるようにする。エンコード信号は、変調回路１０７によって変調されるか、または変調なしで駆動回路１０６へ直接送信される。変調電圧は、低周波数送信コイル１０５によって送信される。プリセットフレームフォーマット、変調エンコードモード、駆動性能に基づき、送信コイル１０５は、連続的かつ周期的に、上記フレームフォーマットに基づき、プリセット強度Ｂｒでプリセットパラメータを有する低周波数交流磁気信号３０１を送信する。モバイル端末がカードリーダの周辺に配置されたとき、低周波数交流磁気信号３０１は、端末を貫通して内部モバイルＲＦデバイス２００に達する。モバイルＲＦデバイス２００内に配置されている低周波数磁気誘導回路２０７は、低周波数磁気信号を検出する。磁気信号が電気信号に変換された後、電気信号は低周波数増幅回路２０６によって増幅され、低周波数磁気検出電圧３０３を生成する。電圧振幅がプリセット受信器電圧閾値Ｖｔ未満（または超）である場合、カードをスワープすることは許可されない。電圧振幅がプリセット受信器電圧閾値Ｖｔ以上である（またはこれに代えて以下である）場合、端末はカードリーダのプリセット有効カードスワープ範囲に入ったということである。低周波数受信回路は、デコードプロセスを開始し、カードリーダの固有識別コードＩＤｒを取得する。一方、モバイルＲＦデバイス内の磁界によって変換された電圧信号は、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の距離に対して対応関係を有する。この関係は、電圧−距離変動曲線によって判定される。この対応関係に基づき、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間の距離を電圧によって判定し、これによりモバイル端末とカードリーダとの間の距離を間接的に判定することができる。上記閾値Ｖｔは、全端末について同一であり、各端末について調整する必要はない。すなわり、較正する必要はない。これにより、上記プロセスは、較正なしの距離測定および制御プロセスとなる。
【０１３２】
ステップＡ１００におけるフレームフォーマットは、以下のように定義することができる。
【０１３３】
図１０は、カードリーダの低周波数データフレームフォーマットの図である。図１０に示すように、カードリーダの低周波数データフレームの各フレームは、以下のドメインに分離することができる。
【０１３４】
同期コード：８バイト、通常はＦＦＨ、フレーム同期のためのもの。
【０１３５】
制御ドメイン：８バイト、フレームデータから例えば長さ、データタイプなどのデータを復元するためのもの。拡張のために予約された予約ビット。
【０１３６】
ＩＤｒ：Ｎバイト、カードリーダの固有識別コード、制御ドメインによって割り当てられる。
【０１３７】
ＣＲＣ：ＣＲＣチェックまたは他のモードを用いて、制御ドメインとＩＤｒをチェックするためのもの。
【０１３８】
上記フレームフォーマットは例示であり、本発明が実際に用いるフレームフォーマットを限定することを意図したものではない。原則として本発明は、カードリーダを固有に識別できる任意のフレームフォーマットを用いることができる。固有識別コードは、十分な長さの乱数を用いることができる。あるいは、固有識別コードは手動で全てのカードに配布することができる。その他の方法で生成された識別コードを用いることもできる。
【０１３９】
ステップＡ２００：モバイルＲＦデバイスがカードリーダにアクセスするプロセス：モバイルＲＦデバイスがカードリーダにアクセスするプロセスは、主に、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間を固有結合するプロセスを有する。実際には、これはカードリーダとモバイルＲＦデバイスを搭載したモバイル端末との間を固有結合するプロセスである。モバイルＲＦデバイス２００の低周波数受信回路がカードリーダの固有識別コードＩｄｒをデコードした後、識別コードはモバイルＲＦデバイスの第１メインプロセッサ２０１へ送信される。第１メインプロセッサは、モバイルＲＦデバイス自身の固有識別コードＩｄｃを、受信したＩｄｒとともに、モバイルＲＦデバイスの送受信回路２０３とＲＦアンテナ２０４を介してカードリーダ１００へ送信する。カードリーダ内のＲＦアンテナとＲＦ送受信回路１０４がモバイルＲＦデバイスからリターンコード（ＩＤｒ，ＩＤｃ）を受信した後、リターンコードは第１メインプロセッサ１０１へ送信され、処理される。第１メインプロセッサ１０１は、ＩＤｒがモバイルＲＦデバイスによって識別コードＩＤｃとともにカードリーダへリターンされたことを確認する。これは現在の通信の固有通信端末である。ＩＤｒをエンコードすることにより、当該カードリーダの周辺にある他のカードリーダの識別コードがその時点で異なることが確実になるので、識別コードＩＤｃを有するカードは、識別コードＩＤｒを有するカードリーダと確実に固有識別を確立することができる。したがって、モバイルＲＦデバイスとカードリーダとの間の固有結合が実現され、モバイルＲＦデバイスとカードリーダは、結合アドレス（ＩＤｒ，ＩＤｃ）によって互いを識別することができる。結合の後、通信プロセスはＲＦチャネルを用いてエラーなしの通信を実施する。モバイルＲＦデバイスがカードリーダへアクセス成功した後、距離制御プロセスを実装し、ＲＦチャネルを介して後続の通信プロセスを実施することができる。
【０１４０】
ステップＡ２００におけるモバイルＲＦデバイスの固有識別コードＩＤｃは、あらかじめモバイルＲＦデバイスの不揮発メモリ（ＮＶＭ）内に格納されている固有識別コード、またはモバイルＲＦデバイス内で生成された十分な長さを有する乱数である。
【０１４１】
ステップＡ３００：通信プロセス。固有の信頼性が高い通信リンクが、カードリーダ１００とモバイルＲＦデバイス２００との間で、ＲＦチャネルを介して確立される。このリンクに基づき、カードリーダとモバイルＲＦデバイスは、通信またはその他の必要なプロセスによって必要になるＩＤ認証を実現することができる。これら全てのプロセスは、通信が完了するまで、高速ＲＦチャネルによって実施することができる。上記プロセスＡ１００〜Ａ２００の実装により、所定距離範囲内でモバイルＲＦデバイス２００にアクセスすることができるので、全ての通信プロセスは規定範囲内でのみ実施されるプロセスである。通信プロセスは、ＰＯＳ端末のために既に開発された処理手順であり、本発明では詳細について説明しない。
【０１４２】
モバイルＲＦデバイス２００の低周波数信号検出回路２０７は通常、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、またはホールデバイスを備える。検出回路は、これら要素に限定されるものではない。原則として、センサがカード内に配置できる限り、磁界変化を電気信号に変換できる任意のセンサをモジュールに用いることができる。
【０１４３】
本発明のシステムは、低周波数交流磁界を用いることにより、距離検出および制御を実施し、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の１方向通信を実現することができる。さらに、低周波数通信モードと組み合わせたＲＦチャネルを介して、端末の結合を確実に実現することができる。一方、カードリーダとモバイルＲＦデバイスとの間の高速データ通信は、ＲＦチャネルを介して実現することができる。これは以下の特性を有する。１．モバイル端末を変更する必要がなく、端末内部のＳＩＭカード／ＴＦカード／ＳＤカードのみを置き換え、２方向通信を実現することができる。２．カードリーダは低周波数交流磁気信号を送信し、モバイルＲＦデバイスは磁気信号を受信するのみでよい。カードリーダによる磁界を通じてエネルギーを提供する必要がない１方向通信であるため、受信コイルおよびその他の受信回路を最小化し、モバイルＲＦデバイスをＳＩＭカード／ＴＦ／ＳＤカード内で提供することができる。３．受信信号は弱いので、モバイルＲＦデバイス内で増幅回路を提供する必要がある。また、ＲＦ送受信回路もモバイルＲＦデバイス内で提供され、カードリーダ内で提供されるＲＦ送受信回路で２方向通信を実施する。上述のように、ＲＦ回路のアンテナは非常に小さいので、ＳＩＭカード／ＴＦ／ＳＤカード内に容易に統合することができる。
【０１４４】
周波数点ｆ０は、本発明の方法に基づき選択することができる。システムがｆ０未満の周波数で動作する場合は、較正を実施する必要はない。拡張として、システムがｆ０超の周波数で動作することは、絶対に不可能であるわけではない。生じ得る効果は、システム性能が下がり、距離制御の精度が減少する一方で、簡易な較正が別途必要になる場合があることである。これらアプリケーションは、本発明の原理と本質的に矛盾するものではなく、性能が異なる拡張アプリケーションであるに過ぎない。
【０１４５】
本発明の近距離通信システムは、モバイルＲＦデバイスを備えるＲＦ通信端末（例えばＲＦ ＳＩＭカードを備える携帯電話）とカードリーダとの間のデータ通信距離（通信距離とも呼ぶ）を実現し、端末を較正する必要なしに所定範囲内で確実に制御することができる。
【０１４６】
本発明のシステムおよび方法によれば、較正なしのシステム最高周波数ｆ０を適切に選択することができる。周波数ｆ０以下の低周波数交流磁界が距離測定および制御に用いられる場合、モバイル端末の構造間の差異の影響を、距離制御目標値に必要な変動範囲内に減じ、較正なしの距離制御を実現することができる。図１１は、コイル受信回路が様々なモバイル端末内に配置されたとき信号源が低周波数送信コイルを介して１ＫＨｚの一定磁界を送信する条件の下で検出される電圧−距離曲線である。図１１に示すように、１ＫＨｚ周波数におけるシステムの数個の一般端末についての電圧−距離曲線の例を示している。信号強度値は、受信アンテナの誘導電圧が増幅された後に得られる値である。増幅係数は一定に維持されるので、距離に対する強度値の相対変化のみに着目する。図１１から、異なる端末間の磁界強度の差異は５ｄＢ未満であり、各端末間の磁界強度の変動範囲は１〜１０ｃｍの範囲内で最大４０ｄＢであることが分かる。カードリーダの送信磁界の強度変動とモバイルＲＦデバイスの検出回路のエラーを考慮しなければ、モバイルＲＦデバイスは同じ閾値Ｖｔを用いて、各端末が目標距離範囲内に配置されているか否か、および各端末について距離制御のエラー差分が約１ｃｍの範囲内にあるか否かを判定し、これにより較正なしの距離制御の要件を完全に満たすことができる。
【０１４７】
上記は本発明の望ましい実施形態のみであり、本発明を限定するものではない。本発明の要旨および原理の範囲内で実施される任意の変更、等価置換、改善などは、本発明の保護範囲に含まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備える近距離通信システムのための近距離通信方法であって、以下のステップ：
ステップａ：前記カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき、低周波数交流磁気信号を送信する。前記低周波数交流磁気信号は、前記カードリーダの識別情報を搬送する。前記送信パラメータは、前記システムを較正する必要がない前記システムの最高周波数ｆ０以下である、前記低周波数交流磁気信号の周波数を含む。
ステップｂ：前記モバイルＲＦデバイスは、各距離地点において前記低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し前記距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットした有効距離範囲に入ったか否かを判定する。前記電圧閾値Ｖｔは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。
ステップｃ：受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧が前記電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した端末はプリセットされたカードスワープの有効範囲に入ったと判定し、前記モバイルＲＦデバイスは前記カードリーダの識別情報を前記受信した低周波数交流磁気信号から取得し、これを自身の識別情報とともに前記カードリーダへＲＦチャネルを介して送信する。
ステップｄ：前記カードリーダは、前記モバイルＲＦデバイスがＲＦチャネルを介して送信した情報を受信し、その情報内の前記カードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報を前記モバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、前記モバイルＲＦデバイスと前記ＲＦチャネルを介してスワープ通信を実施する。
を有することを特徴とする近距離通信方法。
【請求項２】
前記ステップａにおいて、較正なしの前記システムの動作のための前記最高周波数ｆ０は、以下のステップによって判定される：
ステップａ１：前記システムの距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）を判定する。Ｄｉｎは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全ての端末を０〜Ｄｉｎの範囲内で確実にスワープできることを示す。Ｄｖは、距離変動範囲を示す。前記カードをＤｉｎ〜（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）の範囲内でスワープすることができ、Ｄｉｎ＋Ｄｖを超えるとスワープすることができない。
ステップａ２：前記カードリーダによって生じる前記モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＲを判定する。
ステップａ３：前記モバイルＲＦデバイスによって生じる検出電圧の変動範囲δＣを判定する。
ステップａ４：周波数ｆにおける複数の一般端末および障害物の電圧−距離曲線を検出する。
ステップａ５：前記距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）に基づき、前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＡを判定する。δＡは、一般端末と障害物についての個々の電圧−距離曲線から得られる平均磁界強度減衰曲線勾配を有する前記電圧−距離制御曲線におけるＤｉｎ地点に対応する電圧と（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）地点に対応する電圧との間の電圧差に等しい。
ステップａ６：前記端末によって生じる前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＴを判定する。δＴは、前記端末の減衰特性によって生じる前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲を示し、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣである。
ステップａ７：距離制御範囲内の複数の距離点において、複数の一般端末および障害物間の最大磁界強度差δを取得する。δがδＴより大きい場合は周波数ｆを下げてステップａ４に戻り、δがδＴより小さい場合は周波数ｆを上げてステップａ４に戻り、δがδＴと等しい場合は現在の検出周波数ｆは前記システムの較正なしの最高動作周波数ｆ０に等しいと判定する。
ことを特徴とする請求項１記載の近距離通信方法。
【請求項３】
前記ステップａにおいて、前記送信パラメータは、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含み、前記変調モード、前記エンコードモード、前記送信磁気誘導強度振幅Ｂｒは、以下のステップによって判定される：
直流成分のない任意のエンコードモードを選択するステップ；
無変調モードまたは振幅不変キャリア変調モードを選択するステップ；
ｆ０未満の動作周波数、変調モード、エンコードモードを選択した後、始めに一般ノイズ端末と容易に実装できる前記モバイルＲＦデバイス内の磁気検出および増幅のためのゲインパラメータを選択し、前記カードリーダが前記低周波数交流磁気信号を送信しない条件の下における前記モバイルＲＦデバイス内の検出電圧の固有ノイズ電圧振幅Ｖｎを検出し、次に、前記カードリーダが選択した変調モードおよびエンコードモードを用いて前記低周波数交流磁気信号を送信するとき前記モバイルＲＦデバイスの検出電圧Ｖｒを測定し、Ｖｒ／Ｖｎ＞ＳＮＲ（ＳＮＲは前記モバイルＲＦデバイスの信号対ノイズ比）を満たすように送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択するステップ；
ことを特徴とする請求項２記載の近距離通信方法。
【請求項４】
前記ステップｂにおいて、前記プリセットされた電圧閾値Ｖｔは、以下のステップによって判定される：
ステップｂ１：選択された前記送信パラメータの下で、複数の一般端末および障害物についての電圧−距離曲線を測定する。前記送信パラメータは、前記低周波数交流磁気信号の周波数、前記変調モード、前記エンコードモード、前記送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
ステップｂ２：基準電圧−距離曲線を取得する。前記基準電圧−距離曲線は、前記一般端末および障害物についての電圧−距離曲線から得られる平均値であり、上端から下端までの電圧振幅差δＴ／２が一般端末の前記曲線におけるものと同一である。
ステップｂ３：前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧閾値Ｖｔを選択する。この値は、前記基準電圧−距離曲線上のＶｔである（Ｄｉｎ＋Ｄｖ／２）地点に対応する。
ことを特徴とする請求項３記載の近距離通信方法。
【請求項５】
前記低周波数交流磁気信号の周波数は、極超低周波数帯または超低周波数帯または低周波数帯にセットされ、前記極超低周波数帯は３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲、前記超低周波数帯は３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの範囲、前記低周波数帯は３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの範囲である
ことを特徴とする請求項３記載の近距離通信方法。
【請求項６】
前記低周波数交流磁気信号の周波数は、３００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである
ことを特徴とする請求項５記載の近距離通信方法。
【請求項７】
前記低周波数交流磁気信号の周波数は、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、または３０ＫＨｚである
ことを特徴とする請求項６記載の近距離通信方法。
【請求項８】
前記エンコードモードは、マンチェスターコード、差分マンチェスターコード、またはゼロ復帰コードであり、
前記変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦキーイング、位相シフトキーイング、または周波数シフトキーイングである
ことを特徴とする請求項３記載の近距離通信方法。
【請求項９】
少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備えた近距離通信システムであって、
前記カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき低周波数交流磁気信号を送信し、前記低周波数交流磁気信号は、前記カードリーダの識別情報を搬送し、前記送信パラメータは、前記システムを較正する必要がない前記システムの最高動作周波数ｆ０以下である前記低周波数交流磁気信号の周波数を含み、
前記カードリーダは、ＲＦチャネルを介して前記モバイルＲＦデバイスが送信した情報を受信し、その情報に含まれる前記カードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致するか否かを比較し、合致する場合は自身の識別情報を前記モバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、前記ＲＦチャネルを介して前記モバイルＲＦデバイスとスワープ通信を実施し、
前記モバイルＲＦデバイスは、各距離点において前記低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し前記距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットされた有効距離範囲内に入ったか否かを判定し、前記電圧閾値Ｖｔは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一であり、
受信した前記低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号が前記電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、前記モバイルＲＦデバイスは受信した前記低周波数交流磁気信号から前記カードリーダの識別情報を取得し、これを自身の識別情報とともに前記カードリーダへ前記ＲＦチャネルを介して送信し、前記ＲＦチャネルを介して前記カードリーダとスワープ通信を実施する
ことを特徴とする近距離通信システム。
【請求項１０】
前記カードリーダは、少なくとも１つの低周波数送信コイル、少なくとも１つの駆動回路、少なくとも１つのエンコード回路、少なくとも１つの第１メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、
前記低周波数送信コイル、前記駆動回路、前記エンコード回路、前記第１メインプロセッサ、前記ＲＦ送受信回路、前記ＲＦアンテナは、直列接続されており、
前記モバイルＲＦデバイスは、少なくとも１つの低周波数磁気誘導回路、少なくとも１つの低周波数増幅回路、少なくとも１つの閾値判定復調回路、少なくとも１つの第２メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、
前記低周波数磁気誘導回路、前記低周波数増幅回路、前記閾値判定復調回路、前記第２メインプロセッサ、前記ＲＦ送受信回路、前記ＲＦアンテナは、直列接続されている
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項１１】
変調回路が前記カードリーダの前記駆動回路と前記エンコード回路との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１０記載の近距離通信システム。
【請求項１２】
前記低周波数送信コイルは、エナメル線で形成されたコイルまたはＰＣＢコイルである
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の近距離通信システム。
【請求項１３】
前記低周波数送信コイルの巻数は、１０以上である
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１４】
前記低周波数送信コイルの巻数は５０〜５００である
ことを特徴とする請求項１３記載の近距離通信システム。
【請求項１５】
前記低周波数送信コイルは、フェライト磁石コアまたは鉄コアで満たされている
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１６】
前記低周波数送信コイルによって囲まれた領域は、最広部分において、前記モバイルＲＦ端末の幅よりも広い幅を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１７】
前記低周波数コイルによって囲まれた領域部分は、直径３ｃｍの円領域または３ｃｍ×３ｃｍの矩形領域を少なくとも含む
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１８】
前記低周波数磁気誘導回路は、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、ホールデバイス、または巨大磁気抵抗デバイスである
ことを特徴とする請求項１０記載の近距離通信システム。
【請求項１９】
前記モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末内に配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項２０】
前記モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末のＳＩＭカード内、ＵＩＭカード内、ＵＳＩＭカード内、ＴＦカード内、またはＳＤカード内に配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項２１】
前記モバイル端末は、携帯電話、携帯情報端末、またはノートブックコンピュータであることを特徴とする請求項１９または２０記載の近距離通信システム。
【請求項２２】
前記識別情報は、認証コードである
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項１】
少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備える近距離通信システムのための近距離通信方法であって、以下のステップ：
ステップａ：前記カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき、低周波数交流磁気信号を送信する。前記低周波数交流磁気信号は、前記カードリーダの識別情報を搬送する。前記送信パラメータは、前記システムを較正する必要がない前記システムの最高周波数ｆ０以下である、前記低周波数交流磁気信号の周波数を含む。
ステップｂ：前記モバイルＲＦデバイスは、各距離地点において前記低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し前記距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットした有効距離範囲に入ったか否かを判定する。前記電圧閾値Ｖｔは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一である。
ステップｃ：受信した低周波数交流磁気信号に対応する電圧が前記電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した端末はプリセットされたカードスワープの有効範囲に入ったと判定し、前記モバイルＲＦデバイスは前記カードリーダの識別情報を前記受信した低周波数交流磁気信号から取得し、これを自身の識別情報とともに前記カードリーダへＲＦチャネルを介して送信する。
ステップｄ：前記カードリーダは、前記モバイルＲＦデバイスがＲＦチャネルを介して送信した情報を受信し、その情報内の前記カードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致する否かを比較する。合致する場合は、自身の識別情報を前記モバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、前記モバイルＲＦデバイスと前記ＲＦチャネルを介してスワープ通信を実施する。
を有することを特徴とする近距離通信方法。
【請求項２】
前記ステップａにおいて、較正なしの前記システムの動作のための前記最高周波数ｆ０は、以下のステップによって判定される：
ステップａ１：前記システムの距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）を判定する。Ｄｉｎは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全ての端末を０〜Ｄｉｎの範囲内で確実にスワープできることを示す。Ｄｖは、距離変動範囲を示す。前記カードをＤｉｎ〜（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）の範囲内でスワープすることができ、Ｄｉｎ＋Ｄｖを超えるとスワープすることができない。
ステップａ２：前記カードリーダによって生じる前記モバイルＲＦデバイスの検出電圧の変動範囲δＲを判定する。
ステップａ３：前記モバイルＲＦデバイスによって生じる検出電圧の変動範囲δＣを判定する。
ステップａ４：周波数ｆにおける複数の一般端末および障害物の電圧−距離曲線を検出する。
ステップａ５：前記距離制御目標値（Ｄｉｎ，Ｄｖ）に基づき、前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＡを判定する。δＡは、一般端末と障害物についての個々の電圧−距離曲線から得られる平均磁界強度減衰曲線勾配を有する前記電圧−距離制御曲線におけるＤｉｎ地点に対応する電圧と（Ｄｉｎ＋Ｄｖ）地点に対応する電圧との間の電圧差に等しい。
ステップａ６：前記端末によって生じる前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲δＴを判定する。δＴは、前記端末の減衰特性によって生じる前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧の変動範囲を示し、δＴ＝δＡ−δＲ−δＣである。
ステップａ７：距離制御範囲内の複数の距離点において、複数の一般端末および障害物間の最大磁界強度差δを取得する。δがδＴより大きい場合は周波数ｆを下げてステップａ４に戻り、δがδＴより小さい場合は周波数ｆを上げてステップａ４に戻り、δがδＴと等しい場合は現在の検出周波数ｆは前記システムの較正なしの最高動作周波数ｆ０に等しいと判定する。
ことを特徴とする請求項１記載の近距離通信方法。
【請求項３】
前記ステップａにおいて、前記送信パラメータは、変調モード、エンコードモード、送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含み、前記変調モード、前記エンコードモード、前記送信磁気誘導強度振幅Ｂｒは、以下のステップによって判定される：
直流成分のない任意のエンコードモードを選択するステップ；
無変調モードまたは振幅不変キャリア変調モードを選択するステップ；
ｆ０未満の動作周波数、変調モード、エンコードモードを選択した後、始めに一般ノイズ端末と容易に実装できる前記モバイルＲＦデバイス内の磁気検出および増幅のためのゲインパラメータを選択し、前記カードリーダが前記低周波数交流磁気信号を送信しない条件の下における前記モバイルＲＦデバイス内の検出電圧の固有ノイズ電圧振幅Ｖｎを検出し、次に、前記カードリーダが選択した変調モードおよびエンコードモードを用いて前記低周波数交流磁気信号を送信するとき前記モバイルＲＦデバイスの検出電圧Ｖｒを測定し、Ｖｒ／Ｖｎ＞ＳＮＲ（ＳＮＲは前記モバイルＲＦデバイスの信号対ノイズ比）を満たすように送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを選択するステップ；
ことを特徴とする請求項２記載の近距離通信方法。
【請求項４】
前記ステップｂにおいて、前記プリセットされた電圧閾値Ｖｔは、以下のステップによって判定される：
ステップｂ１：選択された前記送信パラメータの下で、複数の一般端末および障害物についての電圧−距離曲線を測定する。前記送信パラメータは、前記低周波数交流磁気信号の周波数、前記変調モード、前記エンコードモード、前記送信磁気誘導強度振幅Ｂｒを含む。
ステップｂ２：基準電圧−距離曲線を取得する。前記基準電圧−距離曲線は、前記一般端末および障害物についての電圧−距離曲線から得られる平均値であり、上端から下端までの電圧振幅差δＴ／２が一般端末の前記曲線におけるものと同一である。
ステップｂ３：前記モバイルＲＦデバイスについての検出電圧閾値Ｖｔを選択する。この値は、前記基準電圧−距離曲線上のＶｔである（Ｄｉｎ＋Ｄｖ／２）地点に対応する。
ことを特徴とする請求項３記載の近距離通信方法。
【請求項５】
前記低周波数交流磁気信号の周波数は、極超低周波数帯または超低周波数帯または低周波数帯にセットされ、前記極超低周波数帯は３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲、前記超低周波数帯は３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの範囲、前記低周波数帯は３０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの範囲である
ことを特徴とする請求項３記載の近距離通信方法。
【請求項６】
前記低周波数交流磁気信号の周波数は、３００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである
ことを特徴とする請求項５記載の近距離通信方法。
【請求項７】
前記低周波数交流磁気信号の周波数は、５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、または３０ＫＨｚである
ことを特徴とする請求項６記載の近距離通信方法。
【請求項８】
前記エンコードモードは、マンチェスターコード、差分マンチェスターコード、またはゼロ復帰コードであり、
前記変調モードは、ＯＮ−ＯＦＦキーイング、位相シフトキーイング、または周波数シフトキーイングである
ことを特徴とする請求項３記載の近距離通信方法。
【請求項９】
少なくとも１つのカードリーダと少なくとも１つのモバイルＲＦデバイスを備えた近距離通信システムであって、
前記カードリーダは、プリセットされた送信パラメータに基づき低周波数交流磁気信号を送信し、前記低周波数交流磁気信号は、前記カードリーダの識別情報を搬送し、前記送信パラメータは、前記システムを較正する必要がない前記システムの最高動作周波数ｆ０以下である前記低周波数交流磁気信号の周波数を含み、
前記カードリーダは、ＲＦチャネルを介して前記モバイルＲＦデバイスが送信した情報を受信し、その情報に含まれる前記カードリーダの識別情報が自身の識別情報と合致するか否かを比較し、合致する場合は自身の識別情報を前記モバイルＲＦデバイスの識別情報と結合して結合アドレスとし、前記ＲＦチャネルを介して前記モバイルＲＦデバイスとスワープ通信を実施し、
前記モバイルＲＦデバイスは、各距離点において前記低周波数交流磁気信号を受信および検出し、これを一定振幅を有し前記距離に対応する電圧信号へ増幅し、プリセットされた電圧閾値Ｖｔを用いて、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した端末がプリセットされた有効距離範囲内に入ったか否かを判定し、前記電圧閾値Ｖｔは、前記モバイルＲＦデバイスを搭載した全端末について同一であり、
受信した前記低周波数交流磁気信号に対応する電圧信号が前記電圧閾値Ｖｔ以上である場合は、前記モバイルＲＦデバイスは受信した前記低周波数交流磁気信号から前記カードリーダの識別情報を取得し、これを自身の識別情報とともに前記カードリーダへ前記ＲＦチャネルを介して送信し、前記ＲＦチャネルを介して前記カードリーダとスワープ通信を実施する
ことを特徴とする近距離通信システム。
【請求項１０】
前記カードリーダは、少なくとも１つの低周波数送信コイル、少なくとも１つの駆動回路、少なくとも１つのエンコード回路、少なくとも１つの第１メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、
前記低周波数送信コイル、前記駆動回路、前記エンコード回路、前記第１メインプロセッサ、前記ＲＦ送受信回路、前記ＲＦアンテナは、直列接続されており、
前記モバイルＲＦデバイスは、少なくとも１つの低周波数磁気誘導回路、少なくとも１つの低周波数増幅回路、少なくとも１つの閾値判定復調回路、少なくとも１つの第２メインプロセッサ、少なくとも１つのＲＦ送受信回路、少なくとも１つのＲＦアンテナを備え、
前記低周波数磁気誘導回路、前記低周波数増幅回路、前記閾値判定復調回路、前記第２メインプロセッサ、前記ＲＦ送受信回路、前記ＲＦアンテナは、直列接続されている
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項１１】
変調回路が前記カードリーダの前記駆動回路と前記エンコード回路との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１０記載の近距離通信システム。
【請求項１２】
前記低周波数送信コイルは、エナメル線で形成されたコイルまたはＰＣＢコイルである
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の近距離通信システム。
【請求項１３】
前記低周波数送信コイルの巻数は、１０以上である
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１４】
前記低周波数送信コイルの巻数は５０〜５００である
ことを特徴とする請求項１３記載の近距離通信システム。
【請求項１５】
前記低周波数送信コイルは、フェライト磁石コアまたは鉄コアで満たされている
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１６】
前記低周波数送信コイルによって囲まれた領域は、最広部分において、前記モバイルＲＦ端末の幅よりも広い幅を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１７】
前記低周波数コイルによって囲まれた領域部分は、直径３ｃｍの円領域または３ｃｍ×３ｃｍの矩形領域を少なくとも含む
ことを特徴とする請求項１２記載の近距離通信システム。
【請求項１８】
前記低周波数磁気誘導回路は、ＰＣＢコイル、エナメル線で作成されたコイル、ホールデバイス、または巨大磁気抵抗デバイスである
ことを特徴とする請求項１０記載の近距離通信システム。
【請求項１９】
前記モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末内に配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項２０】
前記モバイルＲＦデバイスは、モバイル端末のＳＩＭカード内、ＵＩＭカード内、ＵＳＩＭカード内、ＴＦカード内、またはＳＤカード内に配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【請求項２１】
前記モバイル端末は、携帯電話、携帯情報端末、またはノートブックコンピュータであることを特徴とする請求項１９または２０記載の近距離通信システム。
【請求項２２】
前記識別情報は、認証コードである
ことを特徴とする請求項９記載の近距離通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１３−５１８４８２（Ｐ２０１３−５１８４８２Ａ）
【公表日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５０２９６（Ｐ２０１２−５５０２９６）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／０７１３９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９１６２２
【国際公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（５１０１１７９３１）ネイションズ テクノロジーズ インコーポレーテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／０７１３９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９１６２２
【国際公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（５１０１１７９３１）ネイションズ テクノロジーズ インコーポレーテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
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