专利名称：与非接触ic介质通信的终端设备和在该终端设备中执行的通信方法
技术领域：
本发明涉及与非接触IC介质通信的终端设备以及其通信方法。
如这里所使用的，术语“非接触IC介质”是指诸如非接触IC卡、移动电话等的介质，和其上装配有IC芯片的便携式终端，所述IC芯片中存储有包括了面值等的电子现金(e-cash)信息以及包括ID信息等的识别信息。
背景技术：
例如非接触IC卡的非接触IC介质包括IC芯片，其集成有用来进行数据处理、控制等的CPU计算装置和用来存储数据的存储装置等，以及用来执行无线通信的天线装置，并广泛应用在诸如包括电子货币、电子结算和个人认证的安全目的中。为了执行上述功能，非接触IC介质与诸如读卡器/写卡器等的终端设备通信，并处理在通信中所获取的数据以及将数据存储在存储装置中。这样，非接触IC介质通过天线装置接收包含从终端设备发送来的各种命令等的载波信号，并通过对载波信号的解调抽取出诸如命令等的数据和时钟。抽取出的时钟作为将终端设备和非接触IC介质同步的参考时钟。非接触IC介质的CPU计算装置对存储有抽取出的命令的数据执行诸如更新等的处理。从终端设备发送来的载波信号仅在预定范围内被接收。除非在终端设备和非接触IC介质之间正常地执行了上述数据交换，否则不能对该非接触IC介质核查诸如数据更新等的数据处理是否被正确地执行。这样，非接触IC介质需要在特定时间周期内与终端设备位于预定距离内。
例如，日本公开专利申请No.2005-236998中公开了一种用来在读卡器/写卡器和非接触IC卡之间执行通信的通信系统，其中读卡器/写卡器包括有与发送天线装置连接的发送单元和与接收天线装置连接的接收单元，而非接触IC卡包括有用来在发送/接收天线装置上执行调制/解调的通信电路、电源电路、控制单元和存储单元。在该通信系统中，由读卡器/写卡器发送到非接触IC卡的载波信号用来将数据发送给非接触IC卡，并对非接触IC卡的电源电路供电。这样，电源电平就需要保持在特定水平，因此，不改变振幅的BPSK调制系统就适合用于该系统。因此，从读卡器/写卡器发送的载波信号能够被接收的距离，即，非接触IC卡和读卡器/写卡器能彼此通信的距离，也保持一定的距离。
日本公开专利申请No.2002-170082公开了一种用来与非接触IC卡通信的读卡器/写卡器，其中，如果读卡器/写卡器与非接触IC卡的距离长并且读卡器/写卡器从非接触IC卡接收的信号强度弱，则增加发送功率；而如果读卡器/写卡器与非接触IC卡的距离短并且读卡器/写卡器从非接触IC卡接收的信号强度强，则降低发送功率，以稳定非接触IC卡的操作。
日本公开专利申请No.2005-236998[专利文献]日本公开专利申请No.2002-170082发明内容即使非接触IC介质被放置到非接触IC介质能通信的最远距离处，只要能正确地接收到从读卡器/写卡器来的载波信号，这两个现有技术也都能执行与非接触IC介质的通信。在很多情况下，用户会将非接触IC介质移动到读卡器/写卡器附近然后在瞬间将非接触IC介质移开。在这种情况下，在终端设备检测到非接触IC介质后直到其完成了预定的处理的一段时间内，非接触IC介质会移动到最大距离之外，这就会导致错误处理的问题。
本发明适于解决上述问题。
根据本发明的终端设备包括发送装置，其将用于接收响应的命令和载波信号发送给非接触IC介质；接收装置，其用于从非接触IC介质接收响应；和控制装置，其用于控制发送装置和接收装置中的至少一个，以便调整与非接触IC介质的最大距离；所述终端设备将查询请求命令和数据处理命令从发送装置发送到非接触IC介质；和响应从非接触IC介质来的查询请求命令和数据处理命令中的每个而由接收装置接收查询请求响应和数据处理响应；其中控制装置将所述终端设备能够接收数据处理响应的最大距离调整得比所述终端设备能够接收查询请求响应的最大距离更大。
因此，由于终端设备能接收数据处理响应的最大距离比终端设备能接收查询请求响应的最大距离要大，即便在终端设备从非接触IC介质接收了查询请求响应后非接触IC介质远离了该终端设备，在非接触IC介质上也能正确地执行数据处理，从而不论数据处理是否被执行了都能被核查。虽然本发明的终端设备将用来发送命令的发送装置和用来发送载波信号的发送装置集成在一起，但这些装置可以单独适用。
根据本发明的终端设备通过让控制装置调整接收装置的接收灵敏度直到终端设备接收数据处理响应来增加最大距离。具体地，在终端设备发送加入了查询请求命令的载波信号后到接收对查询请求命令的查询请求响应，终端设备的接收装置的接收灵敏度会降低。接着，在终端设备接收查询请求响应后到最新从非接触IC介质接收数据处理响应，终端设备的接收装置的接收灵敏度会增加。因此，即便在终端设备从非接触IC介质接收查询请求响应后非接触IC介质远离了终端设备，由于终端设备能接收数据处理响应的最大距离比终端设备能接收查询请求响应的最大距离要大，因此也能在非接触IC介质正确地执行数据处理。
根据本发明的终端设备通过让控制装置调整发送装置的发送输出直到接收数据处理响应，而增加了终端设备能接收数据处理响应的最大距离。具体地，在终端设备发送添加了查询请求命令的载波信号后直到从非接触IC介质接收对查询请求命令的查询请求响应，终端设备的发送装置的发送输出会减小，并且在终端设备接收查询请求响应后直到从非接触IC介质接收数据处理响应，终端设备的发送装置的发送输出会增加。因此，即便在终端设备从非接触IC介质接收查询请求响应后非接触IC介质远离了终端设备，由于终端设备能接收数据处理响应的最大距离比终端设备能接收查询请求响应的最大距离更大，因此也能对非接触IC介质正确地执行数据处理。
可以同时或不同时地执行接收装置的接收灵敏度的调整和发送装置的发送输出的调整。
如果终端设备多次发送了查询请求命令并为该查询请求命令而至少两次接收了查询请求响应，则它就发送数据处理命令并接收数据处理响应。如上所述，为了发送数据处理命令，终端设备需要从非接触IC介质接收至少两次查询请求响应。因此，能延长非接触IC介质的用户将该非接触IC介质放置到在其中非接触IC介质能从终端设备接收查询请求命令的距离内的时间周期。接着，终端设备接收具有大的最大距离的数据处理响应，并核查该非接触IC介质是否正确地执行了数据处理。从而，能正确地执行对非接触IC介质的数据处理。
如果根据本发明的终端设备至少多次发送了查询请求命令并多次连续接收对该查询请求命令的查询请求响应，则它就发送数据处理命令和接收数据处理响应。如上所述，为了发送数据处理命令，终端设备需要在至少多次从非接触IC介质连续接收查询请求响应。因此，能延长非接触IC介质的用户将该非接触IC介质放置到在其中非接触IC介质能从终端设备接收查询请求命令的距离内的时间周期。接着，终端设备接收具有大的最大距离的数据处理响应，并核查非接触IC介质是否正确地执行了数据处理。从而，能正确地执行对非接触IC介质的数据处理。
根据本发明的方法是用来在非接触IC介质和终端设备之间通信的方法，其中该终端设备包括发送装置，其用来将用于接收响应的命令和载波信号发送给非接触IC介质；接收装置，其用来从非接触IC介质接收载波信号作为响应；和控制装置，其用来控制发送装置和接收装置中的至少一个以调整终端设备能从非接触IC介质接收响应的最大距离，所述的方法包括步骤(a)从发送装置给非接触IC介质发送查询请求命令；(b)在接收装置从非接触IC介质接收对所发送的查询请求命令的查询请求响应；(c)从发送装置将数据处理命令发送给非接触IC介质；(d)在接收装置从非接触IC介质接收对所发送的数据处理命令的数据处理响应；(e)由所述的控制装置增加所述非接触IC介质能通过接收数据处理响应步骤而接收到数据处理命令的最大距离，以便所述非接触IC介质能接收数据处理命令的最大距离比所述终端设备能接收查询请求响应的最大距离更大。
根据本发明的方法在于，由控制装置增加最大距离的步骤由控制装置调整发送装置的接收灵敏度直到接收数据处理响应的步骤，从而改变终端设备能接收数据处理响应的最大距离。
根据本发明的方法在于，增加最大距离的步骤由控制装置调整接收装置的发送输出直到接收数据处理响应的步骤，从而改变了终端设备能接收数据处理响应的最大距离。
根据本发明的方法在于，将查询请求命令从发送装置发送到非接触IC介质的步骤包括步骤多次发送查询请求命令，并为该查询请求命令而至少两次接收查询请求响应。
根据本发明的方法在于，将查询请求命令从发送装置发送到非接触IC介质的步骤包括步骤至少多次发送查询请求命令，并为该查询请求命令而多次连续接收查询请求响应。
在上述的装置中也能取得相同的效果。
图1是显示在传统终端设备中在非接触IC介质和终端设备之间的距离随时间而改变的关系的图；图2A是显示基于本发明第一实施例的在非接触IC介质和终端设备之间的关系随时间而改变的图；图2B是显示基于本发明的终端设备的第一实施例的在非接触IC介质和终端设备间的关系随时间变化的图；图2C是显示基于本发明的终端设备的第二实施例的在非接触IC介质和终端设备间的关系随时间变化的图；图3是示意性显示包括了本发明的非接触IC介质、终端设备和主机的通信系统的图；图4是本发明的终端设备的功能框图；图5是本发明的终端设备的电路框图；图6是显示在终端设备和非接触IC介质之间信号交换的图；图7是显示在终端设备和非接触IC介质之间信号交换的流程图；图8是显示在终端设备和非接触IC介质之间信号交换的流程图。
具体实施例方式
图1是显示在传统终端设备中在非接触IC介质和终端设备之间的距离随时间而改变的关系的图，其显示了非接触IC介质的移动轨迹。
通常，终端设备接收查询请求响应以检测非接触IC介质的距离等于终端设备接收数据处理响应的距离。也就是说，载波信号的功率电平在所有周期都是相等的。
在图1中，垂直轴“t”显示了时间的推移。参考符号“t1”显示了终端设备检测非接触IC介质所需的时间周期。也就是说，“t1”显示了在终端设备将查询请求命令发送给非接触IC介质时和当终端设备从非接触IC介质接收查询请求响应时之间的时间周期。参考符号“t2”显示了在终端设备给非接触IC介质发送数据处理命令时和当终端设备从非接触IC介质接收数据处理响应时之间的时间周期。
另一方面，水平轴“I”显示了在终端设备和非接触IC介质之间的距离。距离0在左边，其为非接触IC介质和终端设备接触的距离。在非接触IC介质和终端设备间的距离向右逐渐增加。水平轴的参考符号“I1”显示了终端设备检测非接触IC介质的有效距离，并且还显示了从终端设备来的载波信号达到的距离。图1的参考符号“X”显示了在非接触IC介质和终端设备间的距离，其随着时间而改变。也就是说，它显示了当用户将非接触IC介质向终端设备移近然后再移走时非接触IC介质的轨迹。
图1的点“a”显示了终端设备达到该终端设备能够检测非接触IC介质的距离时的时间和距离。图1的点“b”显示了终端设备检测到非接触IC介质时的时间和距离。图1中的点“c”显示了终端设备不能接收对非接触IC介质的数据处理响应的时间和距离。
如果用户将非接触IC介质移到终端设备附近，接着再沿由图1中的X所标识的轨迹将其移开，则即便已经检测到了未接触的IC介质，但当终端设备要从非接触IC介质接收数据处理命令时(图1中的点“c”)，非接触IC介质已经从最大距离I1处移开。因此，在图1所示的情况中，不能正常地执行数据处理。
图2A、2B显示了基于本发明的终端设备的第一实施例的在非接触IC介质和终端设备间的距离随时间变化的关系。
在图2A、2B中，垂直轴t1显示了终端设备检测到非接触IC介质所需的时间。也就是说，“t1”显示了在终端设备将查询请求命令发送给非接触IC介质时和终端设备从非接触IC介质接收查询请求响应时之间的时间周期。参考符号“t2”显示了在终端设备检测非接触IC介质时和当终端设备从非接触IC介质接收数据处理响应时之间所需的时间周期。
参考符号“I1”显示了终端设备能够接收查询请求响应以检测非接触IC介质的距离。参考符号“I2”显示了非接触IC介质能接收显示数据处理结果的数据处理响应的距离。
如图2A、图2B所示，在终端设备检测非接触IC介质后，通过增加从终端设备传送的载波信号的功率电平，终端设备能接收数据处理响应的距离要大于终端设备能接收查询请求响应的距离。
在图2A中的参考符号“X1”显示了在非接触IC介质和终端设备间的距离随时间变化的关系。图2A的点“a”显示了终端设备达到该终端设备能检测非接触IC介质的最大距离时的时间和距离。图2A的点“b”显示了终端设备检测非接触IC介质的时间和距离。图2A的点“c”显示了终端设备能接收数据处理响应时的时间和距离，所述数据处理响应显示了终端设备使非接触IC介质执行的数据处理的结果。
终端设备在距离变为最大距离I1的载波信号的功率电平处等待非接触IC介质接近。终端设备在距离变为最大距离I1的载波信号的功率电平处等待非接触IC介质接近。如果非接触IC介质沿在图2A中由X1所示的轨迹接近终端设备，则终端设备在时间周期t1中仅能检测非接触IC介质一次。基于本发明的终端设备的第一实施例的终端设备在检测非接触IC介质后，通过发送用于处理存储在非接触IC介质中的数据的数据处理命令，并且增加载波信号的功率电平，而增加最大距离。因此，当终端设备检测到非接触IC介质时，非接触IC介质位于与终端设备足够近的位置，从而使得此时在非接触IC介质的位置和最大距离I2间存在空间，以便终端设备能正确地从非接触IC介质接收数据处理响应。
然而，如图2A中所示，当非接触IC介质的用户慢慢地移向非接触IC介质时，从非接触IC介质能正确地接收数据处理响应，但当用户迅速地移动非接触IC介质时，即便在发送数据处理命令后，终端设备通过增加载波信号的功率电平而增加了最大距离，其也不能从非接触IC介质正确地接收数据处理响应。
图2B中的图显示了一种情况，其中如在图2A中的情况，非接触IC介质迅速地移动。图2B的参考符号“X2”显示了在非接触IC介质和终端设备间的距离随时间变化的关系。图2A的点“a”显示了终端设备达到该终端设备能检测非接触IC介质的最大距离时的时间和距离。图2A的点“b”显示了终端设备检测非接触IC介质的时间和距离。图2A的点“c”显示了终端设备不能接收数据处理响应的时间和距离，所述数据处理响应显示了终端设备使非接触IC介质执行的数据处理的结果。这样，如果非接触IC介质的用户沿轨迹X2所示，迅速地将非接触IC介质移近终端设备再移开，则当终端设备要接收从非接触IC介质来的数据处理命令时非接触IC介质已从最大距离I2离开。(图2B的点“c”)。因此，不能正常地执行处理。第二实施例的终端设备在至少多次检测非接触IC介质后发送数据处理命令以解决第一实施例的问题。
图2C是显示基于本发明的终端设备的第二实施例的在非接触IC介质和终端设备间的关系随时间变化的图。在图2C中的参考符号X3、X4显示了在非接触IC介质和终端设备间的距离随时间变化的关系。在图2C中的点“a”显示了终端设备到达该终端设备能检测非接触IC介质的最大距离。在图2C中的点“b1”显示了当非接触IC介质迅速从终端设备移开时终端设备检测非接触IC介质的时间和距离。在图2C中的点“b1”显示了终端设备检测非接触IC介质的时间和距离。在图2C中的点“b2”显示了当非接触IC介质迅速从终端设备移开时终端设备不能检测到非接触IC介质的时间和距离。在图2C中的点“b2”显示了终端设备检测非接触IC介质的时间和距离。在图2C中的点“c”显示了终端设备能接收数据处理响应的时间和距离，所述数据处理响应显示了终端设备使非接触IC介质执行的数据处理的结果。
在图2C中，如果非接触IC介质的用户沿轨迹X3所示，迅速将非接触IC介质从读卡器/写卡器移开，则就不能保留足够地用来检测至少多个非接触IC介质的时间，从而不能执行用来处理存储在非接触IC介质中的数据的命令。如果非接触IC介质的用户沿轨迹X4所示将非接触IC介质移近读卡器/写卡器，则至少多次检测非接触IC介质，从而发送用于处理存储在非接触IC介质中的数据的命令。
图3是示意性显示通信系统100的图，其包括本发明的非接触IC介质110、终端设备120和主机130。非接触IC介质110描述为非接触IC卡。非接触IC介质110为信用卡大小，并包括用来发送/接收的天线装置111、通信电路112、CPU计算装置113、存储装置114和电源装置115。终端设备120通过总线140与主机130连接。主机130可以是自动售票机、自动贩卖机、收银机、POS终端等，还可以是在银行等中安装的自动取款机(ATM)。
从终端设备120到非接触IC介质110的信号经由用来发送/接收的天线装置111接收并发送到通信电路112。在发送数据中，通信电路112对数据信号加密、对加密的数据压缩、调制压缩的数据并在载波信号中加入数据，接着在放大器中放大数据并将该数据发送给用来发送/接收的天线装置111，接着该数据信号经由用来发送/接收的天线装置111发送。在接收数据中，通信电路112解调所接收的数据信号、检测基带信号、解压解调的数据、解密解压的数据并将其发送给存储装置114。用来发送/接收的天线装置111配置RLC谐振电路，该RLC谐振电路包括电感、电容和电阻元件。通过使用MOSFET等而让电阻元件变为可变电阻，RLC谐振电路的谐振陡度(steepness)Q可以调整，以便在非接触IC介质110端可以调整接收灵敏度。通信电路112经由接口116与CPU计算装置113彼此连接。CPU计算装置113控制通信电路112如上所述的一系列操作。通信电路112经由接口118与电源装置115连接。
电源装置115经由接口117与CPU计算装置113连接，并经由接口118与通信电路112连接，其提供电力来分别驱动CPU计算装置113和通信电路112。电源装置115可以是电容器或可充电的蓄电池。当使用电容器时，不能稳定地产生具有大功率的信号。另一方面，当使用蓄电池时，能施加稳定的电压，但电池不久就会耗尽。当电池耗尽时，可充电的蓄电池可经由具有金属触点的区域119充电。例如，电池在与移动电话连接时可以充电。
CPU计算装置113经由接口116与通信装置112连接并经由接口117与电源装置115连接。CPU计算装置113还直接与存储装置114连接。CPU计算装置113和存储装置114可以由独立的集成电路来构成，或也可以合并为一个单元。能够以低成本制造的标准微控制器可以用作CPU计算装置113和存储装置114。CPU计算装置113不仅控制通信电路112的数据处理，还将数据写入到存储装置114并从存储装置114读出数据。
存储装置114存储非接触IC介质110的用户ID和其他数据。这些数据可包括电子现金的面值数据、产品识别码，或如果用户是工厂工人，则还可以包括电子钥匙、出勤记录等。例如非接触IC介质110可以用作货币设备。非接触IC介质110还可以是商店中使用的电子货币或电子收银机的自动贩卖机。当非接触IC介质110用来从自动贩卖机购买产品时，非接触IC介质110能适当地从存储装置114读取出所选择产品的识别码并发送该识别码。例如，可以发送包括产品的识别码的简单消息(短消息SMS)。在这种情况下，相应于所订产品的识别码的产品价钱就会从存储在存储装置114中的面值数据中扣除。简单的程序代码可以被存储和发送到诸如个人计算机或移动电话等的终端设备。
通信电路112在CPU计算装置113的控制下，在接收端(未示出)处理从终端设备120接收的数据，并且还在发送端(未示出)处理从存储装置14读出的数据。经由发送/接收天线装置111而从终端设备120接收的数据信号经由接收装置存储在存储装置114中。另一方面，从存储装置114读出的数据从发送/接收天线装置111通过发送单元发送到终端设备120。接收单元201包括放大装置、解调装置、解密装置和数据解压装置。接收单元包括放大装置、调制装置、加密装置和数据压缩装置。
在根据本发明的非接触IC介质110和与主机130连接的终端设备120间的数据交换根据以下过程而执行。首先，加入了查询请求命令的具有第一功率电平的第一载波信号从终端设备120的发送天线装置发送到非接触IC介质110。这里，查询请求命令包括诸如用于请求查询非接触IC介质的查询请求命令、用于请求查询存储在非接触IC介质中的面值(余额数据)的查询请求命令、用于请求查询相互认证的查询请求命令、和其他查询请求命令等非常广泛的查询请求命令。替换地，可只发送第一载波信号。通常，自由空间具有由Z0＝‖E0‖/‖H0‖＝(μ0/∈0)1/2所给定的电波阻抗，加入有从终端设备120发送的查询请求命令的第一载波信号在具有电波阻抗Z0的空间中传播。这里，当非接触IC介质110接近终端设备120时，在空气中的μ0和∈0变为μ和∈。也就是说，它可以考虑作为发送/接收天线装置111的模型，所述发送/接收天线装置111形成了由在非接触IC介质侧的电感、电容和电阻元件所构成的RLC谐振电路，并且作为负载与被模拟为分布常数电路的自由空间连接。从终端设备120发送的第一载波信号由在非接触IC介质侧形成RLC谐振电路的发送/接收天线装置111再次调制(负载调制)，相位或振幅根据电波阻抗Z＝‖E‖/‖H‖＝(μ/∈)1/2而改变，并且调制的信号由终端设备120的接收天线装置接收。从非接触IC介质110到终端设备120发送回的响应称为查询请求响应。
接收查询请求响应(即，经由接收天线的负载调制载波信号)的终端设备120确定非接触IC介质110被检测过一次。如果终端设备120多次发送加入了查询请求命令的第一载波信号并且为发送而至少接收了两次负载调制载波信号，则终端设备120确定，其检测到了非接触IC介质110并使得非接触IC介质110执行数据处理。
与自动贩卖机中的支付相关的数据处理包括以下步骤。当数据处理开始时，终端设备120通过特定周期将加入了查询请求命令的具有相对小的第一功率电平的第一载波信号发送到非接触IC介质110。在终端设备120从非接触IC介质110至少两次接收查询请求响应后，终端设备120发送加入了具有第一功率电平的第一载波信号或具有第二功率电平的第二载波信号的数据处理命令给非接触IC介质110，所述数据处理命令包括有非接触IC介质110的用户想要购买的产品的价格，和用来从非接触IC介质110中所存储的余额中扣除该产品价格的指令。在终端设备120从非接触IC介质110接收查询请求响应至少两次后直到从非接触IC介质110最近接收数据处理响应的期间，终端设备120将载波信号的功率电平从第一电平增加到相对大一些的第二功率电平。因此，从非接触IC介质110来的数据处理响应以所调制的相对大一些的第二电平发送回。因此，数据处理响应的最大距离增加了。即便用户在具有相对大的功率电平的第二载波信号的最大距离内将非接触IC介质从终端设备移开了，终端设备120也能从非接触IC介质110接收数据处理响应。终端设备120还能通过增大接收灵敏度以增加最大距离而使从非接触IC介质110来的数据处理响应被正确地接收。此外，接收灵敏度的调整只需在从非接触IC介质110至少两次接收查询请求响应后直到从非接触IC介质110最新地接收数据处理响应前执行。功率电平的调整和接收灵敏度的调整可以同时执行也可以不同时执行。也可以只需要执行这两者中的一个。非接触IC介质110将加入到载波信号中的数据处理响应发送给终端设备120，其中数据处理响应包括从存储在非接触IC介质110中的面值中扣除产品价格的结果。如果数据处理的结果是正常的，则接收该数据处理响应的终端设备120核查非接触IC介质正确地执行了数据处理并从自动贩卖机放出产品。如果数据处理的结果不正常，则终端设备120停止数据处理并且并不从自动贩卖机中发出产品。
图4显示了本发明的终端设备120的功能框图。终端设备120包括控制单元201、存储装置202、发送单元203、接收单元204、用于发送的天线装置205a、用于终端设备的接收的天线装置205b。发送单元203包括数据压缩装置206、加密装置207、调制装置208和放大装置209a。接收单元204包括数据解压装置210、解密装置211、解调装置212和放大装置209b。
终端设备的控制单元201包括CPU计算装置(未示出)。控制单元210控制从存储装置202的数据读出以及对存储装置202的数据写入，并且还通过在CPU计算装置上执行存储在存储装置202上的软件程序而控制由图3的长短虚线内的元件。终端设备的控制装置201与主机130交换数据。虽然终端设备的控制装置201示出为与存储装置202分离，但其也可将存储装置202包括在其中。从非接触IC介质110经由用于接收的天线装置205b而接收的数据信号通过接收单元204由终端设备的控制装置201处理并存储在存储装置202中。另一方面，从存储装置202读出的数据通过发送单元203从发送天线装置205a发送到非接触IC介质110。
当发送数据时，终端设备的控制单元201从存储装置202读取诸如此时非接触IC介质110的面值或产品价格等的数据。读出的数据在加密前先进行数据压缩。数据压缩在数据压缩装置206中执行。诸如此时非接触IC介质110的面值或相应于产品识别码的产品价格等的数据报(datagram)由称之为编码器的函数压缩。编码器可以使用公知的散列函数(hash function)。通过公知方法执行数据压缩以消除在数据中的冗余。
从确保安全的观点，在加密装置207中对压缩数据加密。加密方法可以分为公用密钥加密方法和公共密钥非对称加密方法。公用密钥加密方法为(非对称)加密方法，其中用来加密的加密密钥和用来解密的解密密钥是相同的。由于加密和解密使用相同的密钥，因此在发送端和接收端都需要对加密密钥保密。相反，公共密钥加密方法是使用不同密钥的加密密钥和解密密钥对的加密方法。在公共密钥加密方法中，产生不同的加密密钥对，密钥中的一个公开出来作为加密密钥(公共密钥)，而解密密钥(保密密钥)在发送/接收端管理。因此，当用户想执行加密通信时，用户能执行与对恶客隐藏的内容的通信，如果通信内容在接收端用公共密钥加密，从而只有在接收端的保密密钥能解密通信内容。RSA方法是一种现在广为使用的公共密钥加密方法。加密装置207可以选择加密方法是选用公用密钥加密方法还是公共密钥非对称方法。
在调制装置208处调制加密数据并将其加到载波信号中。调制装置208可以使用例如ASK(幅移键控)方法、FSK(频移键控)方法、PSK(相移键控)方法和QAM(正交振幅调制)方法。在非接触IC介质110和终端设备120之间交换的数据为0和1的二进制信号。因此，可以使用二进制ASK方法、二进制FSK方法、BPSK方法等。BPSK方法比其他的调制方法对于相同的C/N具有更小的误码率。BPSK方法具有恒定的包络线(envelope curve)且在其振幅上没有信息，以便它能容忍在发送信道中的电平波动。
由调制装置208所调制的输出信号由放大装置209a放大，并经由用来发送的天线装置205a发送到非接触IC介质110。终端设备的控制单元201通过使用选择信号213a来调整放大装置209a的增益，以调整从用来发送的天线装置205a发送的载波信号的功率电平。终端设备的控制单元201通过使用选择信号213b来调整与用来接收的天线205b连接的放大装置209b的增益，以调整终端设备120的接收灵敏度。
图5显示了根据本发明的终端设备120的电路框图。控制单元201执行数据压缩、数据解压、数据加密、数据解密等操作。控制单元201通过与主机130通信而与主机130交换数据。此外，控制单元201将数据写入存储装置202并从存储装置202读取数据。从存储装置202读出的数据被发送到调制装置208。调制装置208与载波信号产生装置214连接。如果发送了从存储装置202来的数据，则调制装置208将加入到从载波信号产生装置214来的载波信号的数据发送到放大装置209a。如果没有从存储装置202发送数据，则从载波信号产生装置214来的载波信号就照原样被发送到放大装置209a。控制装置201通过使用选择信号213a来切换开关装置215。开关装置215连接到放大电路217的输入端并作为可变衰减设备。当放大装置209a的输入阻抗通过开关装置215而增大时，放大装置209a的增益就降低，而当放大装置209a的输入阻抗通过开关装置215而减小时，放大装置209a的增益就增加。放大的载波信号经由用于发送的天线装置205a而发送。
另一方面，经由用于接收的天线装置205b所接收的信号被发送到放大装置209b。放大装置209b包括放大电路218和连接到放大电路218输出侧的开关装置216。控制单元201通过使用选择信号213b来切换开关装置216。当放大装置209b的输出阻抗通过开关装置216而增加时，放大装置209b的增益就增加。当放大装置209b的输出阻抗通过开关装置216而减小时，放大装置209b的增益就降低。
图6是显示用来实现如图2C中的X4的轨迹而在终端设备120和非接触IC介质110之间的信号交换。终端设备120在初始状态中通过特定周期发送添加了查询请求命令601的具有相对小的第一功率电平的第一载波信号。广义的查询请求命令包括用于请求查询非接触IC介质的查询请求命令、用于请求查询存储在非接触IC介质中的面值(余额数据)的查询请求命令、用于请求相互认证的查询请求命令等以及其他查询请求命令。第一载波信号具有小功率电平，这样，直到非接触IC介质110移到距离终端设备120足够近，非接触IC介质110才能接收加入到第一载波信号的查询请求命令601。当非接触IC介质110接近第一载波信号的最大范围时，从终端设备120发送来的添加有查询请求命令601的第一载波信号由发送/接收天线装置111进行负载调制，其中发送/接收天线装置111在非接触IC介质110侧形成RLC谐振电路。终端设备120的接收天线装置205b接收信号的相位和振幅改变以及调制的信号。负载调制的信号上具有查询请求响应602。查询请求响应602可以包括存储在非接触IC介质中的面值或诸如非接触IC介质110的识别编号等认证所需的数据。终端设备120通过接收天线205b接收添加了查询请求响应602的负载调制载波信号，并确定检测非接触IC介质一次。终端设备120多次将添加了查询请求命令601的第一载波信号发送到非接触IC介质110，并为所有的发送至少接收两次查询请求响应602，接着发送加入到第一载波信号或第二载波信号的数据处理命令。接收查询请求响应602的次数可以是两次或四次。在终端设备120从非接触IC介质110至少两次接收到查询请求响应后到最新从非接触IC介质110接收数据处理响应前，它将载波信号的功率电平从第一电平增加到相对大的第二功率电平。因此，从非接触IC介质110来的数据处理响应被调制到相对大的第二功率电平并被发送回。从而，增加了数据处理响应的最大距离。即便用户在具有相对大的功率电平的第二载波信号的最大距离的范围内移开非接触IC介质，终端设备120也能从非接触IC介质110接收数据处理响应。此外，终端设备120通过增加接收灵敏度而增大了最大距离，从而能够使从非接触IC介质110来的数据处理响应被正确地接收。接收灵敏度的调整只需要在终端设备120从非接触IC介质110至少两次接收查询请求响应后到最新从非接触IC介质110接收数据处理响应前执行。功率电平的调整和接收灵敏度的调整可以同时或不同时执行。也可以只执行这二者中的一个。非接触IC介质110从当前存储的面值中扣除产品价格并将结果写入存储装置114。接着，为了告知数据处理完成，非接触IC介质110将加入到第二载波信号的包括了从存储在非接触IC介质110中的面值扣除了产品价格后的结果的数据处理响应604发送给终端设备120。如果数据处理结果是正确的，则接收了数据处理响应604的终端设备120核查非接触IC介质正确地执行了数据处理并将该产品从自动贩卖机中放出。如果数据处理结果不是正确的，则终端设备120停止数据处理并不再从自动贩卖机中放出任何产品。
图7是显示在图6中所示的交换信号的流程图的图。在步骤701开始一系列的数据处理。在步骤702，终端设备120通过特定周期发送加入了查询请求命令601的具有相对小的第一功率电平的第一载波信号。由于第一载波信号具有小功率电平，因此直到非接触IC介质移到与终端设备120足够近，非接触IC介质110才能接收加入到第一载波信号的查询请求命令601。在步骤703，由于非接触IC介质110靠近了终端设备120，因此它能接收查询请求命令601。当非接触IC介质110接收查询请求命令601时，非接触IC介质响应该查询请求命令601将查询请求响应602发送给终端设备120。
在步骤704，当终端设备120正确地接收了查询请求响应602时，它确定它已检测到了非接触IC介质110。当终端设备120没有接收到查询请求响应602，例如，当非接触IC介质110的用户忽然将非接触IC介质110从终端设备移开时，终端设备120不能接收到查询请求响应602，并且确定它没有检测到非接触IC介质110。如果终端设备120确定它没有检测到非接触IC介质110，则终端设备120转到步骤705，在这里它将检测次数初始化为零，然后返回到步骤702并返回初始状态。如果终端设备120确定它已检测到了非接触IC介质110，则终端设备120转到步骤706，并将连续检测非接触IC介质110的次数的数量加一。在步骤707，终端设备120确定它是否连续检测了非接触IC介质110预定次数。如果终端设备120没有确定它已检测了非接触IC介质110预定次数，即，如果连续检测非接触IC介质110的次数没有达到预定的次数，则终端设备120返回到步骤702并返回初始状态。如果终端设备120确定它已连续检测了非接触IC介质110预定次数，则终端设备120转到步骤708，并发送加入到第一载波信号或第二载波信号的数据处理命令603。接着，在步骤709，终端设备120在至少多次接收从非接触IC介质110来的查询请求响应后到最新从非接触IC介质110接收数据处理响应前，将载波信号的功率电平从第一电平增加到相对大的第二功率电平。在步骤708的数据处理命令的发送可以先于在步骤709的功率电平的改变或晚于功率电平的改变。终端设备120通过增加接收灵敏度而增加最大距离，以便从非接触IC介质110来的数据处理响应能够被正确地接收。接收灵敏度的调整还可以只在终端设备120至少多次从非接触IC介质110接收查询请求响应后到最新从非接触IC介质110接收数据处理响应前执行。功率电平的调整和接收灵敏度的调整可以同时或不同时执行。也可以只执行这二者中的一个。连续接收数据处理响应的次数只需要为至少两次，或可以为三次或四次。响应数据处理命令603的接收，非接触IC介质110接收数据处理命令603并执行数据处理，即，更新存储在非接触IC介质110中的数据并将数据处理响应604发送给终端设备120。在步骤710，终端设备120接收数据处理响应604。在步骤711，接收了数据处理响应604的终端设备120降低载波信号的功率电平，并降低终端设备120的接收灵敏度，并且返回到初始状态，以通过特定周期发送加入到第一载波信号的查询请求命令601。在这种情况下，在步骤706递增的计数器清空。替换地，在开始的步骤701，计数器可以被清空并且终端设备120可以进入到初始状态。在上述的实施例中，当终端设备120连续从特定的非接触IC介质110至少多次接收到查询请求响应602时，终端设备120发送数据处理命令603。
图8是显示在部分修正了图7中所示的实施例的替换实施例中的交换信号的流程图的图。在步骤801，当非接触IC介质的用户按压在自动贩卖机等上的所需产品的按钮等以开始与连接到终端设备120的自动贩卖机的主机130交易时，终端设备120重置计数器，接着自动降低载波信号的功率电平，并降低终端设备120的接收灵敏度并且进入初始状态，在初始状态中终端设备120发送加入了查询请求命令601的第一载波信号。在步骤802，终端设备120处于初始状态中，其中终端设备120通过特定周期发送加入了查询请求命令601的具有相对小的第一功率电平的第一载波信号。虽然广义的查询请求命令包括用于请求查询非接触IC介质的查询请求命令、用于请求查询存储在非接触IC介质中的面值(余额数据)的查询请求命令、用于请求相互认证的查询请求命令以及其他查询请求命令，但非接触IC介质110的用户可以发送附加有表示用户想要购买的产品价格的数据的查询请求命令。由于第一载波信号具有小功率电平，因此直到非接触IC介质110充分接近终端设备120，非接触IC介质110才能接收添加到第一载波信号的查询请求命令601。在步骤803，由于非接触IC介质110接近终端设备120，因此非接触IC介质110能接收查询请求命令601。当非接触IC介质110接收查询请求命令601时，非接触IC介质110响应查询请求命令601而给终端设备120发送查询请求响应602。
在步骤804，当终端设备120正确地接收了查询请求响应602，则它确定它检测到了非接触IC介质110。当终端设备120没有正确地接收到查询请求响应602，例如，当非接触IC介质110的用户突然将非接触IC介质110移开时，终端设备120不能接收到查询请求响应602，并且确定它没有检测到非接触IC介质110。如果确定没有检测到非接触IC介质110，则操作返回到步骤802并且终端设备120保持初始状态。这里，终端设备120的“初始状态”为终端设备120通过特定周期发送加入了查询请求命令601的具有相对小的第一功率电平的第一载波信号的状态。如果确定没有检测到非接触IC介质110，则终端设备120转到步骤802，并保持初始状态，但并不执行在图7中描述的步骤705中的处理，即，并不将检测非接触IC介质110的次数重置为零。终端设备120尽可能保持检测非接触IC介质110的次数初始状态以及初始状态。如果确定已检测到了非接触IC介质110，则终端设备120转到步骤806，并将表示连续检测非接触IC介质110次数的数加一。在步骤807，终端设备120确定是否检测了非接触IC介质110预定次数。如果它没有确定已检测了非接触IC介质110预定次数，即，如果连续检测非接触IC介质110的次数没有达到预定的次数，则终端设备120返回到步骤802同时保持初始状态。如果确定已检测了非接触IC介质110预定次数，则终端设备120转到步骤808并发送加入到第一载波信号或第二载波信号的数据处理命令603。在步骤809，终端设备120在以预定次数接收从非接触IC介质110来的查询请求响应后到最新从非接触IC介质110接收数据处理响应前，将载波信号的功率电平从第一电平增加到相对大的第二功率电平。在步骤808的数据处理命令的发送可以先于或后于在步骤809中功率电平的改变而执行。终端设备120通过增加接收灵敏度来增加最大距离，以便正确地接收从非接触IC介质110来的数据处理响应。接收灵敏度的调整只需在终端设备120以预定次数从非接触IC介质110接收查询请求响应后到最新从非接触IC介质110接收数据处理响应之间执行。功率电平的调整和接收灵敏度的调整可以同时或不同时执行。也可以只执行这二者中的一个。预定次数可以是两次、三次或四次的任意次数。响应数据处理命令603的接收，非接触IC介质110接收数据处理命令603并执行数据处理，即，更新存储在非接触IC介质110中的数据并将数据处理响应604发送给终端设备120。在步骤810，终端设备120接收数据处理响应604。在该实施例中，终端设备120被描述为无论是从特定的非接触IC介质110连续或非连续地接收查询请求响应602至少两次，其都发送数据处理命令603。
虽然本发明已经由通过自动贩卖机购买产品为例进行了描述，但本发明的非接触IC介质110还能应用到通过银行帐号的交易。数据处理价格也可以通过诸如用户已经有帐户的银行等金融机构转帐到非接触IC介质110的用户帐户中。相反，非接触IC介质110的用户帐户的数据处理价格可以存储在非接触IC介质110中。非接触IC介质110可用作进出存储设备。例如，终端设备120可以用作在非接触IC介质110中存储诸如工厂或游乐园等特定场所的出入的设备。在这种情况下，数据处理命令要写进出入记录。
本领域的技术人员可以理解的是，本发明的应用具有无限的实例。因此，涉及本发明的实施例的描述和本发明的范围都不应理解为是对其的限制。
权利要求
1.一种终端设备，其包括发送装置，用来将用于接收命令和响应的载波信号发送给非接触IC介质；接收装置，用来从非接触IC介质接收响应；和控制装置，用来控制发送装置和接收装置中的至少一个，以调整所述终端设备能从非接触IC介质接收响应的最大距离，所述终端设备从发送装置将查询请求命令发送到非接触IC介质；在接收装置从非接触IC介质接收对发送的查询请求命令的查询请求响应；从发送装置将数据处理命令发送到非接触IC介质；在接收装置从非接触IC介质接收对发送的数据处理命令的数据处理响应；通过所述控制装置，调整所述终端设备能接收到数据处理响应的最大距离，以便所述终端设备能接收到数据处理响应的最大距离大于所述终端设备能接收查询请求响应的最大距离。
2.根据权利要求1的终端设备，其中，所述控制装置调整所述接收装置的接收灵敏度直到当最新接收数据处理响应时，以便增加所述终端设备能接受数据处理响应的最大距离。
3.根据权利要求1的终端设备，其中，所述控制装置调整所述发送装置的发送电平直到最新接收数据处理响应时，以便增加所述终端设备能接收数据处理响应的最大距离。
4.根据权利要求1的终端设备，其中，如果终端设备多于一次发送查询请求命令并至少两次接收对发送的查询请求命令的查询请求响应，则终端设备发送数据处理命令以接收数据处理响应。
5.根据权利要求1的终端设备，其中，如果终端设备多于一次发送查询请求命令并一直连续地多于一次地接收对发送的查询请求命令的查询请求响应，则终端设备发送数据处理命令以接收数据处理响应。
6.一种在非接触IC介质和终端设备间通信的方法，其中所述终端设备包括发送装置，用来将用于接收命令和响应的载波信号发送给非接触IC介质；接收装置，用来从非接触IC介质接收响应；和控制装置，用来控制发送装置和接收装置中的至少一个，以调整终端设备能从非接触IC介质接收响应的最大距离，所述方法包括步骤(a)从发送装置给非接触IC介质发送查询请求命令；(b)在接收装置从非接触IC介质接收对所发送的查询请求命令的查询请求响应；(c)从发送装置将数据处理命令发送给非接触IC介质；(d)在接收装置从非接触IC介质接收对所发送的数据处理命令的数据处理响应；(e)由所述控制装置增加所述终端设备能接收数据处理响应的最大距离直到步骤(d)最新接收了数据处理响应，以使所述终端设备能接收数据处理响应的最大距离比所述终端设备能接收查询请求响应的最大距离更大。
7.根据权利要求6的方法，其中由控制装置增加最大距离的步骤(e)的特征在于调整接收装置的接收灵敏度直到步骤(d)最新接收数据处理响应，以便改变终端设备能接收数据处理响应的最大距离。
8.根据权利要求6的方法，其中由控制装置增加最大距离的步骤(e)的特征在于由控制装置调整发送装置的发送电平直到步骤(d)最新接收数据处理响应，以便改变终端设备能接收数据处理响应的最大距离。
9.根据权利要求6的方法，其中发送查询请求命令的步骤(a)还包括步骤多于一次发送查询请求命令；和至少两次接收对发送的查询请求命令的查询请求响应。
10.根据权利要求6的方法，其中发送查询请求命令的步骤(a)还包括步骤多于一次发送查询请求命令；和连续地多于一次接收对发送的查询请求命令的查询请求响应。
全文摘要
本发明的终端设备包括发送装置，用来将用于接收响应的命令和发送给非接触IC介质；接收装置，用来从非接触IC介质接收响应；和控制装置，用来控制发送装置和接收装置中的至少一个以调整终端设备能与非接触IC介质通信的最大距离。终端设备首先从发送装置将查询请求命令发送给非接触IC介质，并在接收装置从非接触IC介质接收对发送的查询请求命令的查询请求响应。接着，终端设备从发送装置将数据处理命令发送给非接触IC介质，并在接收装置从非接触IC介质接收对发送的数据处理命令的数据处理响应。终端设备能接收数据处理响应的最大距离比终端设备能接收查询请求响应的最大距离要大。
文档编号G06K19/07GK1983836SQ200610162559
公开日2007年6月20日 申请日期2006年11月27日 优先权日2005年11月29日
发明者太田通博, 本田广人, 吉田裕昭, 品田裕昭 申请人:日本功勒克斯股份有限公司