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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von zeitvariablen
Funktionszuständen
in RFID-Systemen mit wenigstens einem Transponder oder Remote Sensor
und wenigstens einer Basisstation, die mittels eines Trägersignals
Daten und/oder Energie an den Transponder oder Sensor überträgt. Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung auf einem Transponder oder
Remote Sensor zum zeitvariablen, prozessabhängigen Steuern einer Datenübertragung
in RFID- oder Remote-Sensor-Systemen mit wenigstens einer Basisstation
und wenigstens einem solchen Transponder oder Sensor.
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In
den letzten Jahren haben in vielen Dienstleistungsbereichen, in
der Beschaffungs- und Distributionslogistik, im Handel sowie in
der Produktion und in Materialflusssystemen automatische Identifizierungsverfahren,
auch als Auto-ID bezeichnet, große Verbreitung gefunden. Ziel
der Auto-ID ist die umfassende Bereitstellung von Informationen
zu Personen, Tieren, Objekten und Waren.
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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,
die sog. Basisstation, mit Energie versorgt, ausgelesen und ggf. auch
neu programmiert wird. Dabei wird das Erfassungsgerät regelmäßig als
Lesegerät
bezeichnet, unabhängig
da von, ob damit Daten nur gelesen oder auch neu geschrieben werden
können.
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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 der Basisstation, die typischerweise ein Hochfrequenzmodul
(Sender-Empfänger)
und ebenfalls ein Koppelelement aufweist. Daten werden sowohl von
der Basisstation zum Transponder oder Sensor (Vorwärtsverbindung,
forward link) als auch in umgekehrter Richtung (Rückverbindung,
return link) übertragen.
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Bei
RFID-Systemen kann die Energieversorgung des Datenträgers – des Transponders
oder Sensors – nicht
allein durch galvanisches Kontaktieren sondern auch berührungslos
unter Verwendung elektromagnetischer Felder im Radiobereich (radio frequency:
RF) erfolgen. Transponder oder Sensoren oder jegliche eigene Energiequelle
werden als "passive" Transponder oder
Sensoren bezeichnet; solche mit (zusätzlicher) eigener Energieversorgung,
z.B. durch eine Batterie, heißen "semi-passive" Transponder oder
Sensoren.
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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 von der Basisstation beim
Transponder oder Sensor ankommenden Energie reflektiert (rückgestrahlt;
sog. Backscattering) und dabei ggf. zur Datenübertragung moduliert wird: Der
IC empfängt über das
Koppelelement einen Hochfrequenz-Träger, im Folgenden auch als
Trägersignal
bezeichnet, den er durch geeignete Modulations- und Rückstreueinrichtungen
teilweise an die Basisstation zurück überträgt.
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Die
vorstehend als Bestandteile eines derartigen Systems genannten Transponder
und Sensoren werden üblicher
Weise und im Folgenden verallgemeinernd auch als Tags bezeichnet.
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Für bestimmte
Anwendungen weisen die vorstehend beschriebenen Tags beschreibbare
Speichermittel, wie ein EEPROM oder dgl., auf und sind dementsprechend
durch ein geeignetes Kommando der Basisstation programmierbar. Dabei
tritt in RFID-Anwendungen, insbesondere bei einem Einsatz von rein
passiven Tags, regelmäßig beim
Programmieren der Fall auf, dass zum Erzielen vergrößerter Programmierreichweiten
zwecks Sicherstellung einer ausreichenden Energieversorgung über ein
entsprechende Prozessdauer die zugeordnete Programmierzeit (-dauer)
verlängert
werden muss. Ein entsprechend ausgelegtes RFID-System muss dann
im Steuerungsfall ausreichende Vorhaltezeiten reservieren, was in
nachteiliger Weise zu einer Verlängerung
der Kommunikation führt.
Des weiteren kann die Programmierdauer auch bei einem Einsatz unterschiedlicher
Speichertechnologien unterschiedlich sein. Weiterhin kann es bei
Sensoranwendungen vorkommen, dass erst nach einer bestimmten, veränderlichen
Zeit ein Messwert zur Verfügung
steht.
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Im
Folgenden wird an Stelle von Abläufen wie
einer Programmierung, einem Lesevorgang, einer Messung oder dgl.
verallgemeinernd auch von "Prozessen" gesprochen. Unter
einem Prozesszustand sei dabei ein quantitativer und/oder qualitativer Fortschritt
des Prozesses, z.B. seine Beendigung, verstanden, insbesondere in
Verbindung mit einer Bewertung des Prozess-Ergebnisses, wie "erfolgreich abgeschlossen" oder "nicht erfolgreich
abgeschlossen".
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Ein
vorbekannter Ansatz zur Vermeidung des o.g. Nachteils ist die Verwendung
sog. Autoinkrement- und Autodekrement-Techniken. Dabei wird nach
Abschluss eines Prozesses, wie einer Programmierung, beispielsweise
mittels eines gegenüber dem
Prozess-Kommando verkürzten
Kurz-Kommandos ein weiterer Datenstrom von der Basisstation an die
Tags übermittelt,
der anschließend
sofort programmiert wird, ohne dass eine zugehörige (Speicher-)Adresse gesendet
wird, da diese automatisch (per Autoinkrement/-dekrement) verändert wurde.
Alternativ wird das gleiche Datum – ebenfalls mittels eines entsprechenden
Kurz-Kommandos – in die nächste Adresse
programmiert. Hierbei ist insbesondere als nachteilig anzusehen,
dass nach Abschluss einer solchen Prozesssequenz der gesamte Speicher
ausgelesen werden muss, um sicher zu stellen, dass alle Daten gespeichert
wurden, was wiederum einen erheblichen zeitlichen Mehraufwand bedeutet. Zudem
ist dann eine Übertragung
mit Blick auf eine Qualität
der Programmierung (Verweildauer, data retention time) nicht mehr
möglich.
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Im
Palomar-Protokoll (vgl. ISO-submission ISO/IEC 18000-6 WD Mode3
vom 01. Februar 2002) wird nach einem Programmiervorgang in einem
Statuswort eine Information betreffend die Qualität der Programmierung übertragen.
Diese Technik setzt jedoch in nachteiliger Weise voraus, dass dieses
Statuswort nach Abschluss der Programmierung auch tatsächlich abgefragt
wird.
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Aus
der unveröffentlichten
Patentanmeldung
DE 103 56 259 (Anmeldetag:
03.12.2003) derselben Anmelderin ist ein Verfahren bekannt, durch
das ein Tag automatisch die Programmierzeit an die Gegebenheiten
des Feldes bzw. einer ihn versorgenden Energiequelle anpasst.
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Die
DE 101 38 217 A1 betrifft
ein Verfahren, bei dem zur Übertragung
von Daten mittels eines Kopfabschnitts im Datenprotokoll, mit dem
eine Anzahl zur Kodierung im Datenbereich ver wendeter Symbole und
deren Kennung definiert wird, die Datenrate an die Kommunikationsbedingungen
angepasst wird. Dabei kann die Datenrate wesentlich erhöht werden,
indem beispielsweise bei großer
Kommunikationsentfernung die Anzahl der Symbole verringert und/oder
deren Kennung vereinfacht wird.
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Weiterhin
ist bei üblichen
Programmieranwendungen bekannt, Daten im Anschluss an ihre Programmierung
zur Kontrolle wieder auszugeben. Hierbei ist insbesondere als nachteilig
anzusehen, dass sich auf diese Weise zwar überprüfen lässt, ob die Daten nunmehr vorhanden
sind; Aussagen über die
Verweildauer sind jedoch nicht ableitbar.
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Eine
weitere, naheliegende Lösung
des oben genannten Problems besteht darin, nach einer Lastwechsel-Signatur
im "Sendesignal" des Tags zu suchen:
Wird ein rein passives Tag verwendet, so wirkt sich ein Belastungswechsel
hinter dessen regelmäßig vorhandenen
Gleichrichtmitteln zum Erzeugen einer Versorgungs-Gleichspannung
aus der von der Basisstation ausgesandten Wechselfeld-Energie auf
das o.g. Sendesignal (Rückstreusignal)
des Tags aus. Nach dieser Änderung
kann die Basisstation durch Beobachten ihres Empfangssignals suchen.
Hierbei ist jedoch insbesondere als nachteilig anzusehen, dass einerseits
in einer gestörten
Umgebung ein einmaliger Lastwechsel nicht mit Sicherheit empfangen
wird und dass andererseits bei semi-passiven Tags sich ein Lastwechsel
nicht auf die Rückstreuung
auswirkt, da die Energievorsorgung des Tags per definitionem nicht
aus dem Feld erfolgt. Daher ist insbesondere in gemischten Systemen,
d.h. Systemen, die sowohl passive als auch semi-passive Tags unterstützen, diese
Art der Detektion nicht anwendbar.
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Ist
zudem ein zeitvariabler Prozess in das System integriert, z.B. rechnerische
Bestimmung einer bestimmten Größe, Messen
einer physikalischen Größe bei Sensoranwendungen
oder dgl., der sich regelmäßig nur
wenig auf das Lastverhalten und somit auf die Rückstreuung auswirkt, so ist
ebenfalls eine Erkennung des Prozesszustands auf die oben skizzierte
Weise nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsmöglichkeit
für zeitvariable
Prozesse in RFID- oder Remote-Sensor-Systemen
zu schaffen, die die oben aufgeführten
Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zum Erkennen von zeitvariablen Funktionszuständen in
RFID-Systemen mit
wenigstens einem Transponder oder Remote Sensor und wenigstens einer
Basisstation, die mittels eines Trägersignals Daten und/oder Energie
an den Transponder oder Sensor überträgt, wobei
nach Erreichen eines vorbestimmten Prozesszustands, insbesondere des
Transponders oder Sensors, wenigstens ein Quittungssymbol durch
den Transponder oder Sensor zur Basisstation übertragen wird.
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Weiterhin
schafft die Erfindung zur Lösung der
genannten Aufgabe eine Vorrichtung auf einem Transponder oder Remote
Sensor zum zeitvariablen, prozessabhängigen Steuern einer Datenübertragung in
RFID- oder Remote-Sensor-Systemen mit wenigstens einer Basisstation
und wenigstens einem Transponder oder Remote Sensor, aufweisend:
einen Oszillator zum Erzeugen eines Oszillator-Signals bei einer
ersten Frequenz; einen Frequenzteiler zum Erzeugen eines Quittungssignals
bei mindestens einer zweiten Frequenz aus dem Oszillator-Signal;
und einen Modulator zum Erzeugen eines an die Basisstation in Abhängigkeit
von einem Prozesszustand, insbesondere des Transponders oder Sensors,
zu übertragenden
Quittungssymbols. Der vorstehend aufgeführte Frequenzteiler ist allerdings
erfindungsgemäß nur dann
notwendig vorhanden, wenn zum Übertragen
des Quittungssymbols ein Hilfsträger
ausgegeben werden soll (s.u.).
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Bei
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens,
insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
kann die Basisstation umgehend erkennen, in welchem Zustand sich
ein bestimmter Prozess befindet, ohne dass hierfür auf unflexible und regelmäßig zeitlich
ungünstige
Voreinstellungen zurückzugreifen
ist.
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Eine
erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
die Übertragung des
Quittungssymbols asynchron zu einem Signal der Basisstation erfolgt.
Somit ist eine zeitlich optimal flexible Anzeige eines Prozesszustands
möglich,
wobei zugleich durch den Verzicht auf von der Basisstation übertragene
Synchronisationsmarken (sog. Notch-Signale, Modulationsdips) ein
Störeinfluss
auf parallel ablaufende Kommunikationen vermieden wird.
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Nach
einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die insbesondere
bei niederfrequenten Systemen, z.B. im Bereich von 125 kHz bzw.
13,56 MHz, zum Einsatz kommt, ist vorgesehen, dass eine Frequenz
des Trägersignals
zum Erzeugen eines Hilfsträgers
geteilt und dieser als Quittungssymbol verwendet wird, wie weiter
oben bereits angesprochen wurde. Alternativ wird zu diesem Zweck
eine interne Oszillator-Frequenz des Transponders oder Sensors zum
Erzeugen eines Hilfsträgers
geteilt und dieser als Quittungssymbol verwendet.
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Unter
einem "Hilfsträger" wird im Folgenden nach
dem Sprachgebrauch der Funktechnik eine zusätzlich eingeführte Taktfrequenz
fH verstanden, mit der beispielsweise im
Zuge einer auf Lastmodulation eines Trägersignals basierenden Übertragung
vom Tag zur Basisstation ein zu Modulationszwecken im Tag vorhandener
zusätzlicher
Lastwiderstand ein- und ausgeschaltet wird. Dabei entstehen zwei
Spektrallinien im Abstand ±fH um die Sendefrequenz fS (des
Trägersignals)
der Basisstation (s. Finkenzeller, RFID-Handbuch, 3. Aufl. (2002),
Hanser, S. 44 ff.).
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Nach
einer äußerst bevorzugten
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in Abhängigkeit
von dem Prozesszustand ein jeweils vorbestimmter Hilfsträger als
Quittungssymbol übertragen. War
beispielsweise eine Programmierung des Tags erfolgreich und lässt sich
eine bestimmte Verweildauer der Daten gewährleisten, so wird ein Hilfsträger einer
ersten Frequenz fH1 verwendet; kann die
Verweildauer nicht garantiert werden, so wird eine zweite Frequenz
fH2 verwendet. Auf diese Weise bekommt die
Basisstation immer ein eindeutiges Signal, auf dessen Grundlage
sie vorbestimmte, weitere Prozessschritte einleiten kann. Eine Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeichnet sich entsprechend durch eine Modulations-Steuereinheit
in Wirkverbindung mit dem Frequenzteiler zum Steuern der Frequenz
des Quittungssignals aus, wobei weiterhin vorzugsweise eine Betriebsart
und/oder Frequenz des Oszillators bzw. des Oszillator-Signals in Abhängigkeit
von zeitvariablen Prozesszuständen steuerbar
ist.
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In
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann vorgesehen sein, dass ein Teilerverhältnis von Trägersignal
und Quittungssignal aus einem Symbol zwischen der Basisstation und
dem Transponder oder Sensor übertragener
Rückverbindungs-Kopfdaten abgeleitet
wird. Somit lässt
sich in einfacher Weise sicherstellen, dass sich der Hilfsträger jederzeit
in einem bestimmten Frequenzbereich befindet, um insbesondere durch
entsprechende Empfangseinrichtungen der Basisstation zuverlässig aufnehmbar
zu sein. Nach einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird dabei eine in den Rückverbindungs-Kopfdaten
enthaltene Definition eines logischen "0"-Symbols oder eines
logischen "1"-Symbols zum Ableiten
des Teilerverhältnisses – sofern
ein Hilfsträger
ausgegeben werden soll – oder
direkt zum Erzeugen des Quittungssymbols verwendet. In letzterem
Fall steht eine logische "0" für eine gescheiterte
Prozessdurchführung; "1" bedeutet, dass der Prozess erfolgreich
abgeschlossen wurde.
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Alternativ
kann ein in den Rückverbindungs-Kopfdaten
enthaltenes Kodierungs-Referenzsymbol (vgl. z.B. ISO 18000-8 WD
Mode3 vom 01. Februar 2002) zum Ableiten des Teilerverhältnisses verwendet
werden. Nach einer anderen Variante kann auch ein Puls-Pausenverhältnis für die Übertragung
des Quittungssymbols aus einem Symbol zwischen der Basisstation
und dem Transponder oder Sensor übertragener
Rückverbindungs-Kopfdaten abgeleitet
werden, beispielsweise ein Verhältnis
von 25% zu 75% einer zeitlichen Dauer des entsprechenden Symbols
zum Übertragen
einer logischen "0" und ein Verhältnis von
50% zu 50% für
eine logische "1".
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Vorzugweise
endet erfindungsgemäß die Übertragung
des Quittungssymbols nach einer vorbestimmen Anzahl von Übertragungsvorgängen, z.B. nach
acht oder 16 Übertragungsvorgängen. Auf
diese Weise ist es möglich
zu erkennen, ob im Falle eines Vorhandenseins mehrerer Tags im Feld
alle diese Tags die Prozessdurchführung bzw. die Übertragung
des Quittungssymbols beendet haben.
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Um
weiterhin das Signal-Rauschverhältnis zu
verbessern, kann bei Ableitung der Hilfsträger-Frequenz aus den vorstehend
genannten Kopfdaten die Übertragung
des Quittungssymbols erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise durch
die Basisstation gesteuert in einem Frequenzbereich mit geringer
Rauschleistung erfolgen. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer besonderen Ausgestaltung Speichermittel zum Speichern eines von
der Basisstation empfangenen Zeitschritt-Signals zum Festlegen der
Frequenz des Quittungssymbols auf.
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Eine äußerst bevorzugte
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Transponder oder Sensor zum
Synchronisieren der Übertragung
des Quittungssymbols ein vorgegebener Zeitschritt wiederholt weitergezählt wird,
wobei der Zeitschritt vorzugsweise innerhalb einer Vor wärtsverbindung
zwischen der Basisstation und dem Transponder oder Sensor vereinbart
wird.
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In
bevorzugter Weiterbildung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dementsprechend Zählermittel
zum Weiterzählen
des Zeitschritts zwecks Synchronisierung einer Übertragung des Quittungssymbols
auf.
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Wenn
insbesondere das Weiterzählen
auch bei konstantem Feld erfolgt, d.h. wenn keine Datenübertragung
zum Tag stattfindet, ist es im Rahmen der Erfindung möglich, bei
mehreren im Feld der Basisstation vorhandenen Tags eine im wesentlichen
synchrone Übertragung
des Quittungssignals zu erreichen. Auf diese Weise kann das Signal-Rauschverhältnis weiter
verbessert werden. Dazu ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass
die Übertragung
des Quittungssymbols nach einer Zeit n × m × R1 nach Bereitstellung (Übertragen
und Speichern) des Zeitschritts erfolgt, wobei n ∈ N, n > 0, R1 den Zeitschritt
bezeichnet und der Wert von m von einer vereinbarten Kodierung des
Quittungssymbols abhängt,
z.B. m ∈ {1/4,
1/2, 1}.
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Weiterhin
besitzt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
im Zuge einer besonderen Ausgestaltung vorzugsweise Umschaltmittel,
wie einen Multiplexer, zum Umschalten zwischen einem Daten-Modulationsstrom
und einem Quittungs-Modulationsstrom des Transponders oder Sensors.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 schematisch
ein RFID-System mit einem Lesegerät und einer Anzahl von Tags
(Transponder oder Remote Sensoren) im Ansprechbereich des Lesegeräts;
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2 ein
Blockschaltbild eines Tags gemäß der 1;
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3 ein
Blockschaltbild der Modulations-Steuereinheit aus 2;
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4 in
einer schematischen Darstellung von der Basisstation übertragene
Rückverbindungs-Kopfdaten; und
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5 ein
Ablaufdiagramm einer zeitvariablen Programmierung.
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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.
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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 Vollduplex-fähiger Systeme 1 (gleichzeitige Übertragung
in der Vorwärts-
und Rückverbindung) kann
eine Datenübertragung
zum Lesegerät 2 auch bereits
während
der Vorwärtsverbindung
erfolgen.
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Obwohl
hier und im Folgenden teilweise nur von Transpondern die Rede ist,
lässt sich
die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch in Systemen mit
einer Anzahl von Remote Sensoren, ggf. auch in Verbindung mit einer
Anzahl von Transpondern, einsetzen.
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Die 2 zeigt
schematisch anhand eines Blockschaltbilds einen Transponder 3.1–3.4 des RFID-Systems 1 der 1,
hier in einer speziellen Ausgestaltung als Remote Sensor. Der Transponder/Sensor 3.1–3.4 weist
demnach zumindest einen integrierten Schaltkreis (IC) 3a und
als einzige äußere Beschaltung
zum Senden und Empfangen von Daten D, R inkl. Befehlen bzw. Steuersignalen
(z.B. Modulationsdips oder Notch-Signale) und ggf. Energie eine
(Dipol-)Antenne 3b auf. Weiterhin besitzt der Transponder/Sensor 3.1–3.4 gemäß der 2,
Speichermittel 3c, wie ein EEPROM, insbesondere zum Speichern
von der Basisstation empfangener Daten, sowie Zählermittel 3d zum
internen Weiterzählen
von Zeitschritten (s.u.). Optional enthalten sind ferner Energie-Versorgungsmittel 3e,
wie eine Batterie, wenn es sich um einen semi-passiven Transponder/Sensor 3.1–3.4 handelt,
was in der 2 durch die gestrichelte Darstellung
symbolisiert ist.
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In
Wirkverbindung mit Prozessführungs-/Rechenmitteln 3f weist
der erfindungsgemäße Transponder/Sensor 3.1–3.4 weiterhin
geeignete Sensormittel 3f' auf,
beispielsweise Mittel zum Messen einer Umgebungstemperatur oder
dergleichen. Die Prozessführungs-/Rechenmitteln 3f dienen
dem Transponder/Sensor 3.1–3.4 nach Art einer
State-Machine dazu, logische Verknüpfungen durchzuführen, und besitzen
die zusätzliche
Fähigkeit,
Variablenzustände
zu speichern. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel können so
von den Sensormitteln 3f' geliefert Messwerte
verarbeitet, umgerechnet, gespeichert und ggf. bewertet werden.
Wenn also der mit Hilfe der Sensormittel 3f' durchgeführte Messvorgang aufgrund möglicherweise
in Abhängigkeit
von Um gebungsparametern variabler Messdauer als in dem Transponder/Sensor 3.1–3.4 ablaufender,
zeitvariabler Prozess angesehen wird, der sich insbesondere durch
ein entsprechendes, von der Basisstation gesendetes Kommando initiieren
lässt,
so können
mittels der Prozessführungs-/Rechenmittel 3f (State-Machine) Informationen
betreffend einen (momentanen, zeitabhängigen) Zustand dieses Prozesses gewonnen
werden. Derartige Informationen können einen Ablauf des Messvorgangs
(abgeschlossen/nicht abgeschlossen) oder ein erhaltenes bzw. berechnetes
Ergebnis betreffen (Ergebnis sinnvoll/fehlerhaft).
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Ein
weiteres, eingangs bereits angesprochenes Beispiel für einen
in dem Transponder 3.1–3.4 ablaufenden,
zeitvariablen Prozess, der mittels der Prozessführungs-/Rechenmittel 3f überwachbar
ist, lässt
sich ein Programmiervorgang, beispielsweise in den Speichermitteln 3c,
anführen.
Der Zeitbedarf für ein
erfolgreiches Programmieren ist dabei eine Funktion mehrerer zeitlich
variabler Faktoren, wie Feldstärke
und -stabilität,
Größe und Lage
der Speichermittel 3c, garantierte Daten-Verweildauer etc.
Der Programmiervorgang kann in Abhängigkeit von diesen Faktoren
erfolgreich, bei zugleich ausreichender Verweildauer der programmierten
Daten, oder nicht erfolgreich abgeschlossen sein (z.B, aufgrund
einer unzureichenden Verweildauer).
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Schließlich besitzt
der Transponder/Sensor 3.1–3.4 in der gezeigten
Ausgestaltung eine Modulations-Steuereinheit 3g, die weiter
unten anhand der 3 näher erläutert wird.
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Die 3 zeigt
detailliert die Modulations-Steuereinheit 3g aus 2 in
Wirkverbindung mit den vorstehend bereits besprochenen Prozessführungs-/Rechenmitteln 3f,
der State-Machine. Demgemäss
weist die Modulations-Steuereinheit 3g (zumindest bei Hochfrequenz-Anwendungen;
s.o.) zunächst
einen internen Oszillator 3ga auf, der beispielsweise als
RC-Oszillator ausgeführt
sein kann und dessen Frequenz oder Betriebszustand (an/aus) durch
die State-Machine 3f steuerbar ist (Pfeil S1 in 3).
Weiterhin enthalten ist ein Frequenzteiler 3gb in Wirkverbindung
einerseits mit dem Oszillator 3ga und andererseits mit
einem Multiplexer 3gc. Auch der Frequenzteiler 3gb ist
mittels eines weiteren Steuersignals S2 durch die State-Machine 3f steuerbar.
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Der
Multiplexer 3gc besitzt gemäß der Darstellung in 3 wenigstens
noch einen weiteren Eingang für
einen Daten-Modulationsstrom DM der vom Transponder/Sensor an die
Basisstation zu übertragenden
Daten.
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Dem
Multiplexer 3gc nachgeschaltet weist die erfindungsgemäße Modulations-Steuereinheit 3g einen
Modulator 3gd auf, der zum Modulieren eines Trägersignals
(nicht gezeigt) der Basisstation zwecks Übertragung von Daten durch
den Transponder/Sensor 3.1–3.4 (2) über die
Rückverbindung
R zur Basisstation 2 ausgebildet ist. Dabei können grundsätzlich alle
gängigen
Modulationsarten zum Einsatz kommen, indem beispielsweise der Real-
und/oder Imaginärteil
der Eingangsimpedanz des Tags verändert wird. Der Veränderung
des Realteils entspricht eine Lastmodulation (auch: ASK; Amplitudentastung);
die Veränderung
des Imaginärteils
bewirkt eine Phasenmodulation (PSK; Phasenumtastung). In der Praxis
werden diese Modulationsarten gemischt verwendet. Schließlich besitzt
die Modulations-Steuereinheit
Steuermittel 3ge in Wirkverbindung mit der State-Machine 3f,
die ihrerseits zum Steuern des Multiplexers 3gc (Steuersignal
S3) und des Modulators 3gd (Steuersignal S4) eingerichtet
ist.
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Der
Oszillator 3ga liefert gemäß der 3 eine Taktinformation
TI bei einer ersten Frequenz, die gemäß der gezeigten Ausführungsform
dem Frequenzteiler 3gb zugeführt wird. Am Ausgang des Teilers
steht erfindungsgemäß eine Hilfsträger-Fre quenz
fH1, fH2 (s.o.)
als Quittungssignal zur Verfügung, die über die
State-Machine 3f (Steuersignal S2) von Zustandsinformationen
ZI des zeitvariablen Prozesses gesteuert wird und somit einen Quittungs-Modulationsstrom
QM für
eine Modulation des Trägersignals
durch den Modulator 3gd darstellt. Der Multiplexer 3gc schaltet
erfindungsgemäß nach Maßgabe der
Steuermittel 3ge (Steuersignal S3) zwischen dem Daten-Modulationsstrom
DM und dem Quittungs-Modulationsstrom QM um und gibt ggf. über das
Steuersignal S4 die entsprechende Modulation durch den Modulator 3gd frei,
um der Basisstation den Prozesszustand des Tags durch Übertragung
eines entsprechenden Quittungssymbols QS anzuzeigen. Hierzu empfangen
die Steuermittel 3ge beim dargestellten Ausführungsbeispiel
von der State-Machine 3f Eingangssignale
(Inputsignale) IN1–IN5,
mit der Zuordnung:
- IN1
- zeitvariabler Prozess
(Programmierung, Messvorgang, ...) abgeschlossen;
- IN2
- zeitvariabler Prozess
erfolgreich abgeschlossen (ausreichende Verweildauer, zulässiges Messergebnis,
...);
- IN3
- zeitvariabler Prozess
nicht erfolgreich abgeschlossen;
- IN4
- Datenmodulation freigegeben;
- IN5
- Quittungsmodulation
freigegeben.
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Bei
einfacheren, hier nicht gezeigten Versionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
die Signale IN2, IN3 entfallen. Die eigentliche Ablaufsteuerung
(Prozess- bzw. Quittungsbeginn; vgl. auch 5) erfolgt
in der State-Machine 3f.
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Die
4 illustriert,
wie erfindungsgemäß von der
Basisstation übertragene
Rückverbindungs-Kopfdaten
RLH, der sog. return Zink header, zum Festlegen des in dem Frequenzteiler
3gb verwendeten
Teilerverhältnisses
zum Erzeugen der Frequenzen f
H1, f
H2 aus der internen Oszillatorfrequenz benutzt
werden, um so sicher zu stellen, dass sich der Hilfsträger immer
in einem bestimmten Frequenzbereich befindet. Mit den Rückverbindungs-Kopfdaten RLH überträgt die Basisstation
gemäß der unveröffentlichten
Patentanmeldung
DE 10 2004
013156 (Anmeldetag 17.03.2004) derselben Anmelderin, die insoweit
durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird, vorzugsweise
Modulationsreferenzen und weitere Steuersymbole, beispielsweise
für Antikollisions-Routinen.
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In
der 4 ist bei a) das zu sendende Kopfdaten-Signal
(level2send) mit vier Teilsymbolen TS1–TS4 dargestellt, das insbesondere
als zweites Teilsymbol TS2 eine Zeitreferenz für die Datenstrom-Modulation
in der Rückverbindung
R vom Tag zur Basisstation enthält.
Darunter dargestellt ist das entsprechend modulierte Signal in verschiedenen Modulationsarten:
- b) NRZI-Kodierung (Non-Return-to-Zero-Inverted: logisch "1" entspricht einer Änderung des Modulationszustands;
bei "0" keine Änderung);
- c) soft-NRZI-Kodierung (NRZI-Kodierung mit zeitlich versetztem
Flankenwechsel);
- d) FMO-Kodierung ("0" entspricht einer
beliebigen Flanke in der Mitte eines Bit-Intervalls der Länge TS2, "1" einer Flanke am Intervallende); und
- e) 3phase1-Kodierung (Wertigkeit eines Zeichens abhängig vom
zeitlichen Abstand zu einer Synchronisationsmarke (Notch) der Basisstation; hier: "1" entspricht einem Abstand TS2/2, "0" entspricht TS2/4).
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Erfindungsgemäß wird nun
die Zeitreferenz aus den Kopfdaten RLH zum Ableiten der Hilfsträger-Frequenz
für das
an die Basisstation zu übertragende
Quittungssymbol QS (3) verwendet. Dies kann entweder
direkt aus dem Teilsymbol TS2 geschehen, oder je nach Kodierungsvereinbarung
aus einem logischen "1"- oder "0"-Symbol, wie oben beschrieben. Des weiteren
kann das Teilsymbol TS2 bei entsprechender Auswahl zum Festlegen
eines Puls-Pausenverhältnisses
für den
Hilfsträger
heran gezogen werden.
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Um
das Signal-Rauschverhältnis
der Quittungs-Übertragung
zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorzugsweise weiterhin wie
in der 5 gezeigt vorgegangen:
Die 5 zeigt
den zeitlichen Verlauf eines in einem Transponder ablaufenden zeitvariablen
Prozesses, z.B. einer Programmierung. Zunächst wird während eines ersten Zeitraumes
I durch den Transponder ein Datenstrom D mit Daten und Zeitreferenzen
(z.B. TS2; vgl. 4) empfangen. Eine dieser Zeitreferenzen,
hier: das Teilsymbol TS2 gemäß der 4,
wird als Zeitschritt-Referenz R1 in dem Transponder gespeichert,
z.B. in den Speichermitteln 3c (2). Anschließend erfolgt
während
des Zeitraums II die Programmierung, wobei der Zeitschritt R1 durch
die Zählermittel 3d weitergezählt wird,
auch wenn die Basisstation ein konstantes Feld aussendet, d.h. keine
Informationsübertragung
zum Transponder stattfindet. Da es sich bei Programmiervorgängen oder
dgl., wie bereits gesagt, um zeitvariable Prozesse handelt, schließt sich
erfindungsgemäß an den
Programmiervorgang (Abschnitt II) während des folgenden Zeitraums
III ein Quittungsabschnitt an. Die Quittierung, d.h. die Freigabe
der entsprechenden Modulation durch die Steuermittel 3ge (3)
zur Übertragung des
Quittungssymbols QS erfolgt nach einer Zeit n × m × R1 nach Bereitstellung (Empfang,
Speicherung) des Zeitschritts R1, wobei n ∈ N, n > 0, ist. Der Wert von m hängt von
einer vereinbarten Kodierung des Quittungssymbols QS ab, z.B. m ∈ {1/4,
1/2, 1}, wobei die exemplarisch aufgeführten Werte gemäß den obigen
Ausführungen
zur 4 für
eine 3phasel-Kodierung (Teildarstellung e) in 4),
eine FMO-Kodierung (d) bzw. eine (hard-)NRZI-Kodierung (c) stehen, wenn zugleich
eine Referenz für
die Bau drate im Falle asynchroner Übertragung gleich der Zeitreferenz für die Flankensteuerung
ist.
-
Auf
diese Weise beginnt die Übertragung des
Quittungssymbols QS bei Anwesenheit mehrerer Transponder 3.1–3.4 im
Feld einer Basisstation 2 (1) im wesentlichen
(raster-)synchron, so dass sich ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis ergibt.
-
Nach
empfangener Quittierung durch die Basisstation empfängt der
Transponder während
des Zeitraums IV zeitvariabel weitere Befehle (Daten).
-
Die
wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung sind die folgenden:
- – Bei
zeitvariablen Prozessen muss für
die zeitliche Steuerung kein ungünstiges "worst case"-Szenario vorgehalten
werden, da Anfang und Ende des Prozesses sowie sein Zustand für die Basisstation
klar erkennbar sind.
- – Die
Steuerung von RFID- oder Remote-Sensor-Systemen wird so schneller
und sicherer, was eine Kostenersparnis bedeutet.
- – Das
bislang praktizierte Auslesen von Daten nach einer Programmierung
kann entfallen, da die Datenintegrität regelmäßig schon durch eine Auswertung
von Sicherungszeichen, z.B. eine CRC-Auswertung, sichergestellt
wurde:
Wenn der Datenstrom von der Basisstation an ein Tag übertragen
wird, liefert die Basisstation auch Sicherungszeichen, die bei nicht
erfolgter Fehleranzeige ebenfalls programmiert werden. Daher genügt es in
den meisten Fällen
zu wissen, dass die Programmierung ordnungsgemäß verlaufen ist.
- – Durch
Verwendung einer Teilsymbol-Definition aus den Kopfdaten besteht
die Möglichkeit
einer einfachen Bandbreiten-Kontrolle.
- – Bei
beginnender Quittierung nach einer einheitlichen Zeit n × m × R1 ergibt
sich ein günstiges
Signal-Rauschverhältnis.
-
- 1
- RFID-System
- 2
- Basisstation
- 2'
- Sende-
und Empfangsmittel
- 3.1–3.4
- Transponder/Sensor
- 3a
- integrierter
Schaltkreis
- 3b
- Antenne
- 3c
- Speichermittel
- 3d
- Zählermittel
- 3e
- Batterie
- 3f
- State-Machine
- 3f'
- Sensormittel
- 3g
- Modulations-Steuereinheit
- 3ga
- Oszillator
- 3gb
- Frequenzteiler
- 3gc
- Multiplexer
- 3gd
- Modulator
- 3ge
- Steuermittel
- I–IV
- Zeitraum
- A
- Ansprechbereich,
Feld
- D
- Datenstrom
- DM
- Daten-Modulationsstrom
- fH1, fH2
- Hilfsträger (-Frequenz)
- IN1-IN5
- Input-Signal
- m
- Zahlenwert
- n
- natürliche Zahl
(> 0)
- QM
- Quittungs-Modulationsstrom
- QS
- Quittungssymbol
- R
- Rückverbindung
- R1
- Zeitschritt
- RLH
- Rückverbindungs-Kopfdaten
- S1–S4
- Steuersignal
- t
- Zeit
- TI
- Taktinformation
- TS1–TS4
- Teilsymbol
- ZI
- Zustandsinformation