DE102004014563B4

DE102004014563B4 - Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten drahtlosen Datenübertragung

Info

Publication number: DE102004014563B4
Application number: DE102004014563A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Friedrich (Fh)
Original assignee: Atmel Automotive GmbH
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: CN1677429A; CN1677429B; DE102004014563A1; US20050212693A1; US7609147B2

Abstract

Verfahren zum Verbessern von Übertragungseigenschaften, wie einem Signal-Rauschverhältnis, in einer Rückverbindung (R) bei Backscatter-RFID- oder Remote-Sensor-Systemen, wobei wenigstens ein Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor Nutzdaten an wenigstens ein Lesegerät überträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lesegerät an den Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor während einer Vorwärtsverbindung (V) Kopfdaten (RLHL) für die Rückverbindung (R) überträgt, die zumindest ein Bitlängen-Referenzsymbol (T1, T2, T3) als Referenzzeit (T4) zum Festlegen der Bitlänge in der Rückverbindung (R) enthalten, und
die Referenzzeit (T4) in dem Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor gespeichert wird, und
der Transponder anschließend Nutzdaten unter Verwendung der übertragenen Bitlänge zum Lesegerät überträgt, und hierbei keine Kopfdaten (RLHL) für die Rückverbindung (R) übertragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern von Übertragungseigenschaften, wie einem Signal-Rauschverhältnis, in einer Rückverbindung bei Backscatter-RFID- oder Remote-Sensor-Systemen, wobei wenigstens ein Transponder oder Sensor in einem asynchronen Modus Nutzdaten an wenigstens ein Lesegerät überträgt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung mit wenigstens einem Lesegerät und wenigstens einem in einem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts befindlichen Transponder oder Remote Sensor, wobei das Lesegerät zumindest zum Senden und der Transponder oder Sensor zumindest zum Empfangen Übertragungsparameter aufweisender Kopfdaten ausgebildet ist.
Automatische Identifizierungsverfahren, auch als Auto-ID bezeichnet, haben in den letzten Jahren in vielen Dienstleistungsbereichen, in der Beschaffungs- und Distributionslogistik, im Handel sowie in der Produktion und in Materialflusssystemen große Verbreitung gefunden. Ziel der Auto-ID ist dabei die umfassende Bereitstellung von Informationen zu Personen, Tieren, Objekten und Waren.
Ein Beispiel für solche Auto-ID-Systeme sind die heute weit verbreiteten Chipkarten, bei denen ein Silizium-Speicherchip über eine mechanisch-galvanische Kontaktierung durch ein Lesegerät im Energie versorgt, ausgelesen und ggf. auch neu programmiert wird. Dabei wird das Erfassungsgerät regelmäßig als Lesegerät bezeichnet, unabhängig davon, ob damit Daten nur gelesen oder auch neu geschrieben werden können.
Bei RFID-Systemen kann die Energieversorgung des Datenträgers – des Transponders – nicht allein durch galvanisches Kontaktieren sondern auch berührungslos unter Verwendung elektromagnetischer Felder im Radiobereich (radio frequency: RF) erfolgen.
RFID-Systeme bestehen aus zwei grundlegenden Komponenten, nämlich dem Transponder bzw. dem Sensor im Falle eines Remote-Sensor-Systems, d. h. einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (IC) mit einem Koppelelement, wie einer Dipolantenne als Sende- und Empfangsmittel, sowie aus dem Lesegerät (auch: Basisstation), das typischerweise ein Hochfrequenzmodul (Sender-Empfänger) und ebenfalls ein Koppelelement aufweist. Das Lesegerät versorgt den Transponder oder Sensor, der in der Regel keine eigene Spannungsversorgung besitzt, mit Energie und einem Takt; Daten werden sowohl vom Lesegerät zum Transponder (Vorwärtsverbindung, forward link) als auch in umgekehrter Richtung (Rückverbindung, return link) übertragen. Dabei wird regelmäßig vor Beginn der eigentlichen Nutzdaten-Übertragung in der Rückverbindung ein sog. return link header (Rückverbindungs-Kopfdaten) durch den Transponder oder Sensor übertragen, durch den Übertragungsparameter der Rückverbindung definiert werden, z. B. die zu verwendende Modulationskodierung oder dergleichen.
Solche RFID-Systeme, deren Reichweite deutlich über 1 m liegt, arbeiten mit elektromagnetischen Wellen im UHF- und Mikrowellenbereich. Dabei kommt überwiegender Weise ein nach seiner physikalischen Funktionsweise als Backscatter-Prinzip bezeichnetes Rückstrahl-Verfahren zum Einsatz, im Zuge dessen ein Teil der vom Lesegerät beim Transponder ankommenden Energie reflektiert (rückgestrahlt; sog. Backscattering) und dabei ggf. zur Datenübertragung moduliert wird: Der IC empfängt über das Koppelelement einen Hochfrequenz-Träger, den er durch geeignete Modulations- und Rückstreueinrichtungen teilweise an das Lesegerät zurück überträgt.
Bei den vorstehend skizzierten, auf Backscattering basierenden RFID- und Remote-Sensor-Systemen, ist im Allgemeinen als nachteilig anzusehen, dass die Rückverbindung hinsichtlich der Leistungsbilanz sehr schwach ist, vor allem aufgrund der Freiraumdämpfung sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückverbindung. Daher ist speziell bei der Auslegung derartiger Systeme darauf zu achten, dass ein hohes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (signal-to-noise ratio: SNR) und somit eine kleine Bitfehler-Rate erzielbar sind.
Ein möglicher Ansatz ist die Verwendung sog. ”synchroner Rückverbindungen”, bei denen das Lesegerät in bestimmten zeitliche Abständen Synchronisationsmarken (Notch-Signale) sendet, die eine Bitlänge in der Rückverbindung definieren. Dabei ist in der Regel ein schaltungstechnischer Mehraufwand erforderlich, der sich ungünstig auf den Preis solcher Systeme auswirkt. Darüber hinaus ist bei Verwendung synchroner Rückverbindungen eine Störwirkung auf andere Lesegeräte in der Nachbarschaft aufgrund der ungünstigen Energiebilanz als nachteilig anzusehen.
Aus der ISO-Norm 18000-6 FDIS sind weiterhin Systeme mit asynchroner Rückverbindung bekannt, bei denen ein Transponder oder Sensor einen ”freien” Datenstrom ohne Beeinflussung durch vom Lesegerät gesendete Synchronisationsmarken überträgt. Derartige asynchrone Linkmechanismen lassen sich bei UHF RFID-Systemen preiswerter als die genannten synchronen Linkmechanismen realisieren. Zudem besitzen asynchrone Verfahren Vorteile bei Anwendung in RFID- oder Remote-Sensor-Systemen, die eine Mehrzahl von Lesegeräten in einem gemeinsamen Wirkungsbereich umfassen, da sich der Rauschbeitrag durch Asynchronbetrieb reduzieren lässt.
Für eine effiziente Datenübertragung in asynchron arbeitenden Systemen ist es von hervorragender Bedeutung, dass Transponder/Sensor und Lesegerät bei derselben Datenrate arbeiten. In der ISO-Norm 18000-6 FCD sind zu diesem Zweck auf Seite 17, 8, Rückverbindungs-Kopfdaten offenbart, die es einem Lesegerät ermöglichen sollen, sich auf die Datenrate eines Transponders einzusynchronisieren. Zu diesem Zweck enthalten die Kopfdaten eine bestimmte, zeitlich-regelmäßige Abfolge von Modulationszuständen (Ein/Aus). Ein weiteres Beispiel für einen solchen Ansatz zeigt der ANSI T6-Standard (Seite 4-1, 4-1).
Um das Signal-Rauschverhältnis der Verbindung erträglich zu halten, ist bei asynchroner Übertragung eine relativ stabile Baudrate erforderlich. Diese wird von einem in dem Transponder oder Sensor angeordneten On-Chip-Oszillator abgeleitet, der jedoch regelmäßig herstellungsbedingt Toleranzen hinsichtlich seiner Schwingungsperiode aufweist. Um dennoch die beispielsweise in ISO 18000-6 FDIS (Seite 10, Einträge Tag: 9/Tag: 9a) definierten Werte (40 kbit/s mit ± 15% Toleranz) erreichen zu können, ist bei derartigen vorbekannten Lösungen ein zusätzlicher Schaltungsaufwand (Verwendung unterschiedlicher Stromspiegel) zu Ausgleichszwecken erforderlich, da die zu erwartenden Prozesstoleranzen frei laufender RC-Oszillatoren weitaus größer sind. Zudem vergrößern sich die Toleranzen bei einer regelmäßig angestrebten Low-Power-Ausbildung der Oszillatoren. Vorbekannte Systeme erreichen die angestrebte Genauigkeit, die u. a. zum Erkennen von Kollisionen im Protokoll (mehr als ein Transponder oder Sensor sendet einen Datenstrom an das Lesegerät) oder zum Verkleinern von Zeitfenstern bei Aloha-basierenden Antikollisionsverfahren (s. z. B. Finkenzeller, RFID-Handbuch, 3. Aufl., Hanser, S. 290 ff.) erforderlich ist, durch Ablegen eines Korrekturwertes in einem nicht flüchtigen Festwertspeicher, wobei dieser Wert anschließend wiederholt ausgelesen vorzugsweise nach einem power-on-reset (POR) und einer Abgleichschaltung (Stromspiegel-Umschaltung) zugeführt wird. Auf diese Weise lässt sich eine relative Frequenzgenauigkeit einhalten. Der so gewonnene Oszillatortakt wird bei Aktivierung der Rückverbindung z. B. einem Teiler zugeführt, der dann mittels entsprechender Beschaltung Begrenzungsmarken für die Datenübertragung zum Lesegerät bei der gewünschten Baudrate generiert.
In der US 2002 0152 044 A1 ist ein Verfahren zur Antikollision und zum Abgleich von Oszillatoren in Transpondern bekannt. Hierbei sendet die Sendeeinheit an die im Feld befindlichen Transpondern Bits mit vorgegebenen zeitlichen Längen.
Bei Abgleichverfahren der vorstehend beschriebenen Art ist insbesondere als nachteilig anzusehen, dass durch das Ablegen zusätzlicher Bits ohnehin knapper Speicherplatz verbraucht wird. Darüber hinaus benötigen die genannten Auslese- und Abgleichprozeduren Zeit und verursachen eine zusätzliche Aktivität (Leistungsverbrauch) auf dem Transponder- oder Sensor-Chip. Zudem erfordern die notwendigen Schaltungsmaßnahmen zusätzliche Fläche und zusätzlichen Strom, was sich ungünstig sowohl auf die Reichweite der Verbindung als auch auf den Preis des Transponder- oder Sensor-IC auswirkt. Weiterhin bleibt generell eine zusätzlich mögliche Temperaturdrift des Oszillators unberücksichtigt: Um diese auszugleichen, sind wiederum flächen- und stromintensive Maßnahmen erforderlich. In der Folge ist damit bei vorbekannten Systemen die Baudrate nicht stabil, so dass sich für bestimmte Anwendungen sehr geringe Signal-Rauschverhältnisse ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die vorstehend aufgeführten Nachteile zu vermeiden.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass vor Begin der Nutzdaten-Übertragung das Lesegerät Rückverbindungs-Kopfdaten an den Transponder oder Sensor überträgt, die zumindest ein Bitlängen-Referenzsymbol als Referenzzeit zum Festlegen der Bitlänge in der Rückverbindung enthalten. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art weist zur Lösung der Aufgabe in dem Transponder oder Sensor enthaltene Vergleichs- und Steuermittel auf, die zum Vergleichen einer Zeit mit einer in den Kopfdaten enthaltenen Referenzzeit und zum Steuern einer Baudrate einer Übertragung vom Transponder oder Sensor zum Lesegerät in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ausgebildet sind. Dadurch können die beim Stand der Technik erforderlichen, flächenintensiven Schaltungsmaßnahmen zum Erzielen einer genauen Oszillatorfrequenz entweder gänzlich entfallen oder – falls derartige Schaltungen alternativ dennoch vorhanden sind – zumindest stillgelegt werden, so dass der entsprechende Strom eingespart wird. Zudem sind bei erfindungsgemäßer Übertragung von Zeitreferenzen für die Bitlänge sehr hohe Genauigkeiten erzielbar, die für ein gutes Signal-Rauschverhältnis sorgen. Hierbei liegt die Genauigkeit der Verbindung im Bereich zwischen einem und zwei Oszillatortakten.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Lesegerät vor dem Übertragen der Rückverbindungs-Kopfdaten wenigstens ein weiteres Steuersignal an den Transponder oder Sensor sendet, nach Maßgabe dessen der Transponder oder Sensor eine Datenstrom-Generierung abbricht und auf einen Empfang der Rückverbindungs-Kopfdaten wartet. Insbesondere sendet der Transponder oder Sensor dabei zunächst innerhalb einer gewissen Zeit nach dem Ende der Vorwärtsverbindung – wie in der o. g. ISO-Norm vorgesehen – von ihm selbst gesteuerte Rückverbindungs-Kopfdaten, deren Generierung er jedoch abbricht, wenn ihm durch den Empfang des weiteren Steuersignals, beispielsweise ein Gap-, Notch- oder Modulationseinbruch-Signal, mitgeteilt wird, dass sich ein ”intelligentes” Lesegerät innerhalb des Systems befindet. Ein solches ist erfindungsgemäß in der Lage, durch Übertragen eines vom Lesegerät gesteuerten Headers eine Verbesserung der Übertragungseigenschaften in der Rückverbindung zu erreichen.
Das Bitlängen-Referenzsignal lässt sich in bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweise zum Einstellen einer quasi-beliebigen Baudrate für die Nutzdaten-Übertragung des Transponders oder Sensors verwenden. Dabei wird zum Einstellen der Baudrate vorzugsweise ein Zählerwert eines Zählermittels mit der Referenzzeit verglichen. Nach Maßgabe dieses Vergleichs, d. h. bei Gleichheit der durch den Zählerwert repräsentierten Zeit und der Referenzzeit kann dann die Übertragung eines gegenwärtigen Nutzdaten-Bits beendet, können die Zählermittel zurück gesetzt und kann mit der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits begonnen werden.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dementsprechend dadurch aus, dass die Vergleichs- und Steuermittel Zählermittel aufweisen und dass nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen einem Zählerwert der Zählermittel und der Referenzzeit durch die Vergleichs- und Steuermittel ein Bitlängen-Steuersignal zum Beenden der Übertragung eines Nutzdaten-Bits des Transponders oder Sensors, zum Rücksetzen der Zählermittel und zum Beginnen der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits generierbar ist.
Die Zählermittel können als einfacher Aufwärts- oder Abwärtszähler oder alternativ als mit einem der Referenzzeit entsprechenden Wert ladbarer Zähler ausgebildet sein, durch den nach einer dem Ladewert entsprechenden Anzahl an Zählereignissen das Bitlängen-Steuersignal generierbar ist.
Um in folgenden Protokollen zwecks weiterer Verbesserung der Übertragungseigenschaften sogar die Zeiten zur Übertragung der Kopfdaten einsparen zu können, sieht eine äußerst bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass zumindest die Referenzzeit in dem Transponder oder Sensor gespeichert wird. Dadurch wird ermöglicht, dass für folgende Übertragungen keine Rückverbindungs-Kopfdaten übertragen werden müssen und dass die gespeicherte Referenzzeit zum Einstellen der Baudrate verwendet werden kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist entsprechend gekennzeichnet durch Speichermittel in dem Transponder oder Sensor zum Speichern zumindest der Referenzzeit.
Nach einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird die Referenzzeit für die Bitlänge so gewählt, dass das Lesegerät vor Ablauf der Referenzzeit ein weiteres Steuersignal (Notch-Signal) überträgt. Auf diese Weise besteht erfindungsgemäß eine sehr einfache Möglichkeit einer alternativen Realisierung einer synchronen Rückverbindung, mit der sich regelmäßig ein maximales Signal-Rauschverhältnis erzielen lässt. Hierauf aufbauende, weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, dass bei Empfang des weiteren Steuersignals die Zählermittel zurück gesetzt werden und mit der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits begonnen wird, wohingegen bei Ausbleiben des weiteren Steuersignals die Nutzdaten-Übertragung durch den Transponder oder Sensor beendet wird, d. h. trifft während der Referenzzeit kein weiteres Steuersignal beim Transponder oder Sensor ein, so wirkt dies wie ein EOT-Signal (end-of-transmission).
Demgemäss sieht eine weitere, äußerst bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die Zählermittel zusätzlich durch ein innerhalb der Referenzzeit empfangenes weiteres Steuersignal des Lesegeräts rücksetzbar bzw. neu ladbar sind.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 in einer schematischen Darstellung ein RFID-/Sensor-System, d. h. eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist;
2 den prinzipiellen Aufbau eines Transponders oder Sensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1;
3 eine Datenübertragung in der Vorwärts- und Rückwärtsverbindung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
4 detailliert die zusätzlichen erfindungsgemäßen, vom Lesegerät gesteuerten Rückverbindungs-Kopfdaten aus 3; und
5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt ein RFID-System 1 mit einem Lesegerät 2 in Verbindung mit einem geeigneten Sende- und Empfangsmittel 2', wie einer Dipol-Antenne, und eine Anzahl von Transpondern 3.1–3.4, die sich gemeinsam in einem Ansprechbereich A des Lesegeräts 2 befinden. Obwohl in der folgenden Beschreibung regelmäßig nur von Transpondern die Rede ist, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ebenso bei Remote-Sensor-Systemen oder bei gemischten Sensor-Transponder-Systemen einsetzen.
Ein von dem Lesegerät 2 bzw. dem Sendemittel 2' ausgesendeter Datenstrom D wird dabei von allen Transpondern 3.1–3.4 gleichzeitig empfangen. Die Datenübertragung vom Lesegerät 2 zu einem Transponder 3.1–3.4 wird im Folgenden als Vorwärtsverbindung (forward link) bezeichnet. Die Transponder 3.1–3.4 antworten zumindest auf eine abgeschlossene Datenübertragung vom Lesegerät 2 über Rückverbindungen R (return link), wobei ein Teil der vom Lesegerät 2 zusammen mit den Daten D beim Transponder 3.1–3.4 ankommenden Energie reflektiert (rückgestrahlt; sog. Backscattering) und dabei ggf. zur Datenübertragung vom Transponder 3.1–3.4 zum Lesegerät 2 moduliert wird. Bei einem Einsatz Full-Duplexfähiger Systeme 1 kann eine Datenübertragung zum Lesegerät 2 auch bereits während der Vorwärtsverbindung erfolgen.
Die 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines der Transponder 3.1–3.4 der 1, soweit dies zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung zweckdienlich ist. Der Transponder 3.1–3.4 weist demnach zunächst einen integrierten Schaltkreis IC auf, der eine einzige Außenbeschaltung in Form einer (Dipol-)Antenne 3a besitzt, über die der Transponder 3.1–3.4 in der Lage ist, einen HF-Träger vom Lesegerät 2 (1) zu empfangen. Weiterhin umfasst der integrierte Schaltkreis IC geeignete Modulations- und Rückstreueinrichtungen 3b, über die der Transponder 3.1–3.4 in Lage ist, ein empfangenes Träger-Signal im sog. Backscatter teilweise an das Lesegerät 2 zurück zu übertragen und hierbei zur Übertragung eigener (Nutz-)Daten zu nutzen.
Weiterhin besitzt der Transponder 3.1–3.4 erfindungsgemäß Vergleichs- und Steuermittel 3c, insbesondere zum Steuern einer Baudrate einer Übertragung vom Transponders 3.1–3.4 zum Lesegerät 2, worauf weiter unten noch detailliert eingegangen wird. Die Vergleichs- und Steuermittel 3c weisen darüber hinaus Zählermittel 3d auf, die als Aufwärts-, Abwärts- oder ladbarer Zähler ausgebildet sein können. Weiterhin sind in 2 Speichermittel 3e zum Speichern zumindest einzelner Daten oder Datenelemente des Datenstroms D (1) vom Lesegerät 2 dargestellt.
Darüber hinaus enthält der integrierte Schaltkreis IC des Transponders 3.1–3.4 beim gezeigten Ausführungsbeispiel noch einem On-Chip-Oszillator 3f, insbesondere einen RC-Oszillator, als internen Taktgenerator des Transponders sowie optional (gestrichelt bzw. strich-punktiert dargestellt) geeignete Schaltungsmittel 3g bzw. Umschaltmittel 3h, die – wie in der Beschreibungseinleitung ausgeführt – zum aktiven Stabilisieren eines Takts des Oszillators 3f gegenüber Fertigungstoleranzen und/oder Temperatureinflüssen dienen bzw. durch die die Schaltungsmittel 3g aktivierbar und deaktivierbar sind.
Die 3 zeigt exemplarisch eine Datenübertragung in einer Vorwärts- V und Rückwärtsverbindung R gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, jeweils dargestellt über der Zeit t. Zunächst überträgt das Lesegerät 2 in der Vorwärtsverbindung V eigene Nutzdaten ND (gestrichelt gezeichnet), wie Programmierdaten oder dgl., an den oder die Transponder 3.1–3.4, gefolgt von einem EOT-Symbol, das das Ende der Datenübertragung in der Vorwärtsverbindung V markiert. Nachdem das EOT aus der Vorwärtsverbindung V vom Transponder erkannt wurde, sendet dieser (ggf. nach einer gewissen Zeit T, wie in der o. g. ISO-Norm vorgesehen) vereinbarte, vom Transponder gesteuerte Kopfdaten RLHT für die Rückverbindung R, den sog. return link header, die beispielsweise Referenzen für Modulationskodierungen in der Rückverbindung usw. enthalten.
Erfindungsgemäß sendet nun das Lesegerät bzw. empfängt der Transponder während der Zeit T oder während des Übertragens der Rückverbindungs-Kopfdaten RLHT ein Steuersignal SS des Lesegeräts; in der 3 ist die erste dieser beiden Alternativen als gestrichelte vertikale Linie SS und die zweite Alternative als durchgängige vertikale Linie SS dargestellt. Bei dem Steuersignal SS kann es sich insbesondere um eine Feldlücke (Gap), ein Notch-Signal oder einen Modulationseinbruch (Modulationsdip) handeln. Im Falle der zweiten o. g. Alternative beendet der Transponder, wie gezeigt, seine Datenstrom-Generierung; in beiden Fällen erfährt der Transponder aufgrund des Steuersignals SS, dass ein intelligentes Lesegerät 2, d. h. ein Lesegerät zumindest mit Fähigkeiten zum aktiven Anpassen der Rückverbindung im System 1 (1) ist, und der Transponder wartet auf den Empfang zusätzlicher, vom Lesegerät gesteuerter Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL, an die anschließend er mit seiner Übertragung eines erstes Nutzdaten-Bits NDB1 zum Lesegerät beginnt.
Die in der vorstehend beschriebenen 3 nur als Datenblock dargestellten zusätzlichen Kopfdaten RLHL sind in der 4 exemplarisch detailliert gezeigt: Demnach weist der vom Lesegerät gesteuerte, zusätzliche Header RLHL eine Reihe von m, m ∈ ∞, Teilsymbolen TS1,..., TSm auf, wobei die einzelnen Teilsymbole des Headers RLHL durch eine zeitliche Abfolge von Notch-Signalen N definiert sind, die jeweils einen zeitlichen Abstand T1, T2, T3,.... haben. Durch die Übertragung der vorstehend definierten Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL empfängt der Transponder u. a. die Mitteilung,

– ob die Rückverbindung R synchron oder asynchron erfolgt; diese Einstellung kann beispielsweise über eine relative Zeitdauer zweier Teilsymbole TS2, TS3 vorgenommen werden und ist Gegenstand einer parallelen Anmeldung desselben Anmelders (hier wird zunächst grundsätzlich vom Vorliegen einer asynchronen Rückverbindung ausgegangen);
– wie lang ein Bit in der Rückwärtsverbindung ist; somit kommt einem Teilsymbol, z. B. dem Teilsymbol TS4 bzw. dessen zeitlicher Dauer T4, die Funktion einer Bitlängen-Referenzzeit zu; weiterhin
– in welcher Modulationskodierung der Datenstrom an das Lesegerät übermittelt werden soll (NRZ, NRZI, FM0, 3phase1 oder dgl.) und/oder
– in welcher Modulationsart (ASK, PSK) er den Datenstrom zum Lesegerät generieren soll und/oder
– wie viele Teilsymbole (hier: m) als Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL übertragen werden.

Die Übertragung von (zeitlichen) Referenzmarken, insbesondere für die Bitlänge, ist erfindungsgemäß mit sehr hoher Genauigkeit im Bereich von ein bis zwei Takten des internen Oszillators 3f (2) möglich, was zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses bei asynchroner Rückverbindung nutzbar ist: Mit Hilfe der Bitlängen-Referenzzeit (hier: der Zeitdauer T4 des Header-Teilsymbols TS4) kann der Transponder eine quasi beliebige Baudrate (Bittakt) in der Rückverbindung einstellen. Hierzu wird ein Zählerwert Z der Zählermittel 3d in den Vergleichs- und Steuermitteln 3c des Transponders 3.1–3.4 (2), der nach Maßgabe des internen Takts mit einer Zeit t korrespondiert, durch die Vergleichs- und Steuermittel 3c mit der Referenzzeit T4 verglichen. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs, beispielsweise bei Gleichheit, wird in den Vergleichs- und Steuermitteln 3c ein Bitlängen-Steuersignal generiert, durch das die Übertragung eines Nutzdaten-Bits, z. B. des ersten Nutzdaten-Bits NDB1 in 3 (s. o.), beendet und die Übertragung des nächsten Datenbits NDBi, i = 2,..., n (n ∈ ∞), gestartet wird. Dieses Bitlängen-Steuersignal ist in der 3 mit dem Bezugszeichen SS' bezeichnet (gestrichelte vertikale Linien im rechten Teil der 3). Des weiteren wird das Bitlängen-Steuersignal SS' zum Rücksetzen der Zählermittel 3d verwendet; wenn es sich bei Letzteren um einen ladbaren Zähler handelt, wird dieser entsprechend auf das Bitlängen-Steuersignal SS' hin neu mit der Bitlängen-Referenzzeit T4 bzw. einem von dieser abgeleiteten Zählerwert Z geladen, wobei anschließend ein Zähler-Überlauf bzw. ein Erreichen des Zählerwerts Null einen Interrupt (entsprechend dem vorstehend erläuterten Bitlängen-Steuersignal SS') generiert. D. h. durch den ladbaren Zähler wird nach einer dem Ladewert (der Referenzzeit T4) entsprechenden Anzahl an Zählereignissen das Bitlängen-Steuersignal (SS') generiert.
Unter Verwendung der in der 2 dargestellten Speichermittel 3e ist es erfindungsgemäß zusätzlich möglich, die Referenzzeit T4 bzw. den zugeordneten Zählerwert Z dauerhaft zu speichern, wodurch sich in folgenden Protokollen sogar die Übertragungszeiten für die Rückverbindungs-Kopfdaten einsparen lassen.
Des weiteren lässt sich erfindungsgemäß durch geeignetes Einstellen der Referenzzeit T4 in einfacher Weise eine Möglichkeit der Umschaltung zu einer synchronen Rückverbindung realisieren, indem das Lesegerät vor Ablauf der Referenzzeit T4 ein weiteres Steuersignal (Notch-Signal oder dgl.) sendet; dieses ist in der 3 (rechts) aufgrund weitgehender Gleichheit der Wirkung ebenfalls mit dem Bezugszeichen SS' bezeichnet, wobei jedoch grundsätzlich nicht erforderlich ist, dass das weitere Steuersignal SS' bereits nach dem ersten Nutzdaten-Bit NDB1 oder generell nach einem bestimmten Nutzdaten-Bit NDBi empfangen wird. Prinzipiell ist der Wechsel in den synchronen Modus, wobei anschließend zur Beendigung jedes weiteren Nutzdaten-Bits des Transponders ein Steuersignal SS' ergehen muss, jederzeit während der Nutzdaten-Übertragung vom Transponder zum Lesegerät möglich. Ein anschließendes Ausbleiben des weiteren Steuersignals SS' wird dann vom Transponder als EOT für die Rückverbindung interpretiert. Somit wird insbesondere eine Loop- oder Schleifen-Funktion das Datenstroms zum Lesegerät ermöglicht, wodurch sich das Signal-Rauschverhältnis in der Rückverbindung weiter verbessern lässt.
Als grundlegender Unterschied zwischen den beiden im Vorstehenden beschriebenen Arten von Steuersignalen SS' bleibt also hervor zu heben, dass diese in ersterem Falle durch den Transponder 3.1–3.4 in dessen Vergleichs- und Steuermitteln 3c (2) und in letzterem Falle durch das Lesegerät 2 (1) zum Anpassen der Rückverbindung R erzeugt werden.
Die 5 fasst die zuletzt beschriebenen Verfahrensabläufe nochmals zusammen: In Schritt S1 empfängt der Transponder das EOT-Symbol des Lesegeräts (vgl. 3), anschließend erfolgt in Schritt S2, ggf. nach Abwarten einer Zeit T (3), ein kombiniertes (gleichzeitiges) Senden der vom Transponder gesteuerten Rückverbindungs-Kopfdaten RLHT und ein Empfangen RX bzw. Warten auf einen Empfang eines Steuersignals SS von einem intelligenten Lesegerät. Wird dabei in einem nachfolgenden Schritt S3 die Abfrage dahingehend, ob das Steuersignal SS empfangen wurde, verneint (n), so kehrt das Verfahren schleifenartig nach Schritt S2 zurück, bevor der Transponder nach Ablauf einer vorgegebenen maximalen Wartezeit mit einer voreingestellten Datenübertragung zum Lesegerät beginnt (Schritt S4; gestrichelter Pfeil in 5).
Im Falle einer bejahten Abfrage (j) in Schritt S3 sendet das Lesegerät bzw. empfängt der Transponder in Schritt S5 die vom Lesegerät gesteuerten Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL mit zumindest einem Bitlängen-Referenzsymbol TS4 als Referenzzeit T4 zum Festlegen der Bitlänge in der Rückverbindung R, wie vorstehend detailliert erläutert. Daraufhin erfolgt in Schritt S6 eine weitere Abfrage dahingehend, ob das Lesegerät mit den Kopfdaten RLHL eine synchrone Rückverbindung (Schritt S7; strich-punktierter Pfeil ”SYNC” in 5) oder eine asynchrone Rückverbindung R (Pfeil ”ASYNC” in 5) kommandiert hat, beispielsweise über eine relative Länge der Teilsymbole TS2, TS3 (s. o.). Bei befohlener asynchroner Rückverbindung kann gemäß einer bevorzugten, optionalen Ausgestaltung der Erfindung die Referenzzeit T4 gespeichert werden (Schritt S8; gestrichelt in 5). Danach werden in Schritt S9 die Zählermittel 3d (2) zurück gesetzt bzw. neu geladen und in Schritt S10 das erste/i-te Nutzdaten-Bit NDB1/i an das Lesegerät übertragen, wobei zugleich der Zählerwert Z der Zählermittel 3d erhöht bzw. erniedrigt wird. Daran schließt sich eine Abfrage (Schritt S11) dahingehend an, ob der erreichte Zählerwert Z der Referenzzeit T4 entspricht. Ist dies der Fall (j), so erfolgt in Schritt S12 eine weitere Abfrage dahingehend, ob noch weitere Nutzdaten-Bits NDBi zu senden sind. Wird dies bejaht (j), so kehrt das Verfahren nach Schritt S9 zurück, was dem weiter oben erläuterten Generieren des Bitlängen-Steuersignals SS' durch den Transponder entspricht; anderenfalls (n) endet die Rückverbindung und damit das Verfahren in Schritt S13.
Wird dagegen die Abfrage in Schritt S11 verneint (n: Referenzzeit T4 noch nicht erreicht), so findet eine weitere Abfrage (Schritt S11') dahingehend statt, ob vor Ablauf der Referenzzeit ein weiteres Steuersignal SS' vom Lesegerät empfangen wurde. Eine Verneinung (n) dieser Abfrage führt das Verfahren nach Schritt S10 zurück, d. h. das gegenwärtige Datenbit wird weiter übertragen. Anderenfalls (j) wird die Bit-Übertragung beendet und das Verfahren mit Schritt S12 (noch Daten?) fortgesetzt.
Bezugszeichenliste

1: RFID-System
2: Lesegerät
2': Sende- und Empfangsmittel
3.1–3.4: Transponder
3a: Dipolantenne
3b: Modulations-/Rückstreueinrichtungen
3c: Vergleichs-/Steuermittel
3d: Zählermittel
3e: Speichermittel
3f: On-Chip-Oszillator
3g: Schaltungsmittel
3h: Umschaltmittel
A: Ansprechbereich, Feld
ASYNC: asynchrone Rückverbindung
D: Datenstrom
IC: integrierter Schaltkreis
EOT: Endsymbol
j: bejahte Abfrage
n: verneinte Abfrage
N: Notch-Signal
NDBi: Nutzdaten-Bit
R: Rückverbindung
RLHT/L: Rückverbindungs-Kopfdaten
RX: Empfang
S1–S13: Verfahrensschritte
SS, SS': Steuersignal
SYNC: synchrone Rückverbindung
T: Zeit
t: Zeit
T1–T4: Dauer
T4: Referenzzeit
TS1–TSm: Teilsymbol
V: Vorwärtsverbindung
Z: Zählerwert

Claims

Verfahren zum Verbessern von Übertragungseigenschaften, wie einem Signal-Rauschverhältnis, in einer Rückverbindung (R) bei Backscatter-RFID- oder Remote-Sensor-Systemen, wobei wenigstens ein Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor Nutzdaten an wenigstens ein Lesegerät überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät an den Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor während einer Vorwärtsverbindung (V) Kopfdaten (RLHL) für die Rückverbindung (R) überträgt, die zumindest ein Bitlängen-Referenzsymbol (T1, T2, T3) als Referenzzeit (T4) zum Festlegen der Bitlänge in der Rückverbindung (R) enthalten, und die Referenzzeit (T4) in dem Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor gespeichert wird, und der Transponder anschließend Nutzdaten unter Verwendung der übertragenen Bitlänge zum Lesegerät überträgt, und hierbei keine Kopfdaten (RLHL) für die Rückverbindung (R) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät vor dem Übertragen der Kopfdaten (RLHL) für die Rückverbindung (R) wenigstens ein Steuersignal (SS) an den Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor sendet, nach Maßgabe dessen der Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor eine Datenstrom-Generierung abbricht und auf einen Empfang der Kopfdaten (RLHL) für die Rückverbindung (R) wartet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitlängen-Referenzsignal zum Einstellen einer Baudrate für die Nutzdaten-Übertragung des Transponders (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensors verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der Baudrate ein Zählerwert (Z) eines Zählermittels (3d) mit der Referenzzeit (T4) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Maßgabe des Vergleichs die Übertragung eines Nutzdaten-Bits (NDBi) beendet wird, die Zählermittel (3d) zurück gesetzt werden und mit der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits (NDBi) begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Referenzzeit (T4) zum Einstellen der Baudrate verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät vor Ablauf der Referenzzeit (T4) ein weiteres Steuersignal (SS') überträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang des weiteren Steuersignals (SS') die Zählermittel (3d) zurück gesetzt werden und mit der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits (NDBi) begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbleiben des weiteren Steuersignals (SS) die Nutzdaten-Übertragung durch den Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor beendet wird.
Vorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung mit wenigstens einem Lesegerät und wenigstens einem in einem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts befindlichen Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Remote Sensor, wobei das Lesegerät zumindest zum Senden und der Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor zumindest zum Empfangen Übertragungsparameter aufweisender Kopfdaten (RLHL) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch in dem Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor enthaltene Vergleichs- und Steuermittel (3c), die zum Vergleichen einer Zeit (t) mit einer in den Kopfdaten (RLHL) enthaltenen Referenzzeit (T4) und zum Steuern einer Baudrate einer Übertragung vom Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor zum Lesegerät in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichs- und Steuermittel (3c) Zählermittel (3d) aufweisen und dass nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen einem Zählerwert (Z) der Zählermittel (3d) und der Referenzzeit (T4) durch die Vergleichs- und Steuermittel (3c) ein Bitlängen-Steuersignal (SS') zum Beenden der Übertragung eines Nutzdaten-Bits (NDBi) des Transponders (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensors, zum Rücksetzen der Zählermittel (3d) und zum Beginnen der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits (NDBi + 1) generierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählermittel (3d) als mit einem der Referenzzeit (T4) entsprechenden Wert ladbarer Zähler ausgebildet sind, durch den nach einer dem Ladewert entsprechenden Anzahl an Zählereignissen das Bitlängen-Steuersignal (SS') generierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählermittel (3d) zusätzlich durch ein innerhalb des Referenzzeit (T4) empfangenes weiteres Steuersignal (SS') des Lesegeräts (2) rücksetzbar und neu ladbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch Speichermittel (3e) in dem Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) oder Sensor zum Speichern zumindest der Referenzzeit (T4).