Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten drahtlosen Datenübertragung

专利摘要:
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, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn 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. Weiterhin ist eine mit dem genannten Verfahren einsetzbare Vorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung mit wenigstens einem Lesegerät und wenigstens einem in einem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts befindlichen Transponder oder Remote-Sensor angegeben. Dabei entfällt erfindungsgemäß insbesondere eine Kompensation von herstellungs- und temperaturabhängigen Effekten einer On-Chip-Oszillator-Frequenz.
公开号:DE102004014563A1
申请号:DE200410014563
申请日:2004-03-25
公开日:2005-12-22
发明作者:Ulrich Dipl.-Ing. Friedrich (Fh)
申请人:Atmel Germany GmbH；
IPC主号:G01S13-74

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern von Übertragungseigenschaften,wie einem Signal-Rauschverhältnis,in einer Rückverbindung beiBackscatter-RFID- oderRemote-Sensor-Systemen, wobei wenigstens ein Transponder oder Sensor ineinem asynchronen Modus Nutzdaten an wenigstens ein Lesegerät überträgt. Darüber hinausbetrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur drahtlosen Datenübertragungmit wenigstens einem Lesegerätund wenigstens einem in einem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts befindlichenTransponder oder Remote Sensor, wobei das Lesegerät zumindest zumSenden und der Transponder oder Sensor zumindest zum Empfangen Übertragungsparameter aufweisenderKopfdaten ausgebildet ist.
[0002] AutomatischeIdentifizierungsverfahren, auch als Auto-ID bezeichnet, haben inden letzten Jahren in vielen Dienstleistungsbereichen, in der Beschaffungs-und Distributionslogistik, im Handel sowie in der Produktion undin Materialflusssystemen großeVerbreitung gefunden. Ziel der Auto-ID ist dabei die umfassendeBereitstellung von Informationen zu Personen, Tieren, Objekten undWaren.
[0003] EinBeispiel fürsolche Auto-ID-Systeme sind die heute weit verbreiteten Chipkarten,bei denen ein Silizium-Speicherchip über eine mechanisch-galvanischeKontaktierung durch ein Lesegerätim Energie versorgt, ausgelesen und ggf. auch neu programmiert wird.Dabei wird das Erfassungsgerätregelmäßig alsLesegerätbezeichnet, unabhängigdavon, ob damit Daten nur gelesen oder auch neu geschrieben werdenkönnen.
[0004] BeiRFID-Systemen kann die Energieversorgung des Datenträgers – des Transponders – nichtallein durch galvanisches Kontaktieren sondern auch berührungslosunter Verwendung elektromagnetischer Felder im Radiobereich (radiofrequency: RF) erfolgen.
[0005] RFID-Systemebestehen aus zwei grundlegenden Komponenten, nämlich dem Transponder bzw.dem Sensor im Falle eines Remote-Sensor-Systems, d.h. einem anwendungsspezifischen integriertenSchaltkreis (IC) mit einem Koppelelement, wie einer Dipolantenneals Sende- und Empfangsmittel, sowie aus dem Lesegerät (auch:Basisstation), das typischerweise ein Hochfrequenzmodul (Sender-Empfänger) undebenfalls ein Koppelelement aufweist. Das Lesegerät versorgtden Transponder oder Sensor, der in der Regel keine eigene Spannungsversorgungbesitzt, 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 vorBeginn der eigentlichen Nutzdaten-Übertragung in der Rückverbindungein sog. return link header (Rückverbindungs-Kopfdaten)durch den Transponder oder Sensor übertragen, durch den Übertragungsparameterder Rückverbindungdefiniert werden, z.B. die zu verwendende Modulationskodierung oderdergleichen.
[0006] SolcheRFID-Systeme, deren Reichweite deutlich über 1 m liegt, arbeiten mitelektromagnetischen Wellen im UHF- und Mikrowellenbereich. Dabeikommt überwiegenderWeise ein nach seiner physikalischen Funktionsweise als Backscatter-Prinzipbezeichnetes Rückstrahl-Verfahrenzum Einsatz, im Zuge dessen ein Teil der vom Lesegerät beim Transponderankommenden Energie reflektiert (rückgestrahlt; sog. Backscattering)und dabei ggf. zur Datenübertragungmoduliert wird: Der IC empfängt über dasKoppelelement einen Hochfrequenz-Träger, den erdurch geeignete Modulations- und Rückstreueinrichtungen teilweisean das Lesegerätzurück überträgt.
[0007] Beiden vorstehend skizzierten, auf Backscattering basierenden RFID-und Remote-Sensor-Systemen,ist im Allgemeinen als nachteilig anzusehen, dass die Rückverbindunghinsichtlich der Leistungsbilanz sehr schwach ist, vor allem aufgrund derFreiraumdämpfungsowohl in der Vorwärts-als auch in der Rückverbindung.Daher ist speziell bei der Auslegung derartiger Systeme darauf zuachten, dass ein hohes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (signal-to-noise ratio:SNR) und somit eine kleine Bitfehler-Rate erzielbar sind.
[0008] EinmöglicherAnsatz ist die Verwendung sog. "synchronerRückverbindungen", bei denen das Lesegerät in bestimmtenzeitliche AbständenSynchronisationsmarken (Notch-Signale) sendet, die eine Bitlänge in derRückverbindungdefinieren. Dabei ist in der Regel ein schaltungstechnischer Mehraufwanderforderlich, der sich ungünstigauf den Preis solcher Systeme auswirkt. Darüber hinaus ist bei Verwendungsynchroner Rückverbindungeneine Störwirkungauf andere Lesegerätein der Nachbarschaft aufgrund der ungünstigen Energiebilanz als nachteiliganzusehen.
[0009] Ausder ISO-Norm 18000-6 FDIS sind weiterhin Systeme mit asynchronerRückverbindungbekannt, bei denen ein Transponder oder Sensor einen "freien" Datenstrom ohneBeeinflussung durch vom Lesegerätgesendete Synchronisationsmarken überträgt. Derartige asynchrone Linkmechanismenlassen sich bei UHF RFID-Systemen preiswerter als die genanntensynchronen Linkmechanismen realisieren. Zudem besitzen asynchroneVerfahren Vorteile bei Anwendung in RFID- oder Remote-Sensor-Systemen, die eineMehrzahl von Lesegerätenin einem gemeinsamen Wirkungsbereich umfassen, da sich der Rauschbeitragdurch Asynchronbetrieb reduzieren lässt.
[0010] Für eine effizienteDatenübertragungin 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-Kopfdatenoffenbart, die es einem Lesegerätermöglichensollen, sich auf die Datenrate eines Transponders einzusynchronisieren.Zu diesem Zweck enthalten die Kopfdaten eine bestimmte, zeitlich-regelmäßige Abfolgevon Modulationszuständen(Ein/Aus). Ein weiteres Beispiel für einen solchen Ansatz zeigtder ANSI T6-Standard (Seite 4-1, 4–1 ).
[0011] Umdas Signal-Rauschverhältnisder Verbindung erträglichzu halten, ist bei asynchroner Übertragungeine relativ stabile Baudrate erforderlich. Diese wird von einemin dem Transponder oder Sensor angeordneten On-Chip-Oszillator abgeleitet,der jedoch regelmäßig herstellungsbedingtToleranzen hinsichtlich seiner Schwingungsperiode aufweist. Um dennochdie beispielsweise in ISO 18000-6 FDIS (Seite 10, Einträge Tag:9/Tag:9a)definierten Werte (40 kbit/s mit ± 15% Toleranz) erreichenzu können, istbei derartigen vorbekannten Lösungenein zusätzlicherSchaltungsaufwand (Verwendung unterschiedlicher Stromspiegel) zuAusgleichszwecken erforderlich, da die zu erwartenden Prozesstoleranzenfrei laufender RC-Oszillatoren weitaus größer sind. Zudem vergrößern sichdie Toleranzen bei einer regelmäßig angestrebtenLow-Power-Ausbildung der Oszillatoren. Vorbekannte Systeme erreichendie angestrebte Genauigkeit, die u.a. zum Erkennen von Kollisionenim Protokoll (mehr als ein Transponder oder Sensor sendet einenDatenstrom an das Lesegerät) oderzum 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 nichtflüchtigenFestwertspeicher, wobei dieser Wert anschließend wiederholt ausgelesenvorzugsweise nach einem power-on-reset (POR) und einer Abgleichschaltung(Stromspiegel-Umschaltung) zugeführtwird. Auf diese Weise lässtsich eine relative Frequenzgenauigkeit einhalten. Der so gewonnene Oszillatortaktwird bei Aktivierung der Rückverbindungz.B. einem Teiler zugeführt,der dann mittels entsprechender Beschaltung Begrenzungsmarken für die Datenübertragungzum Lesegerätbei der gewünschtenBaudrate generiert.
[0012] BeiAbgleichverfahren der vorstehend beschriebenen Art ist insbesondereals nachteilig anzusehen, dass durch das Ablegen zusätzlicherBits ohnehin knapper Speicherplatz verbraucht wird. Darüber hinausbenötigendie genannten Auslese- und AbgleichprozedurenZeit und verursachen eine zusätzlicheAktivität(Leistungsverbrauch) auf dem Transponder- oder Sensor-Chip. Zudemerfordern die notwendigen Schaltungsmaßnahmen zusätzliche Fläche und zusätzlichen Strom, was sich ungünstig sowohlauf die Reichweite der Verbindung als auch auf den Preis des Transponder-oder Sensor-IC auswirkt. Weiterhin bleibt generell eine zusätzlich mögliche Temperaturdriftdes Oszillators unberücksichtigt: Umdiese auszugleichen, sind wiederum flächen- und stromintensive Maßnahmenerforderlich. In der Folge ist damit bei vorbekannten Systemen dieBaudrate nicht stabil, so dass sich für bestimmte Anwendungen sehrgeringe Signal-Rauschverhältnisseergeben.
[0013] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einerVorrichtung der eingangs genannten Art die vorstehend aufgeführten Nachteilezu vermeiden.
[0014] DieAufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurchgelöst,dass vor Begin der Nutzdaten-Übertragungdas LesegerätRückverbindungs-Kopfdaten an denTransponder oder Sensor überträgt, diezumindest ein Bitlängen-Referenzsymbol alsReferenzzeit zum Festlegen der Bitlänge in der Rückverbindungenthalten. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art weist zurLösung derAufgabe in dem Transponder oder Sensor enthaltene Vergleichs- undSteuermittel auf, die zum Vergleichen einer Zeit mit einer in denKopfdaten enthaltenen Referenzzeit und zum Steuern einer Baudrate einer Übertragungvom Transponder oder Sensor zum Lesegerät in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnisausgebildet sind. Dadurch könnendie beim Stand der Technik erforderlichen, flächenintensiven Schaltungsmaßnahmenzum Erzielen einer genauen Oszillatorfrequenz entweder gänzlich entfallenoder – fallsderartige Schaltungen alternativ dennoch vorhanden sind – zumindeststillgelegt werden, so dass der entsprechende Strom eingespart wird.Zudem sind bei erfindungsgemäßer Übertragungvon Zeitreferenzen fürdie Bitlängesehr hohe Genauigkeiten erzielbar, die für ein gutes Signal-Rauschverhältnis sorgen.Hierbei liegt die Genauigkeit der Verbindung im Bereich zwischeneinem und zwei Oszillatortakten.
[0015] Beieiner Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,dass das Lesegerätvor dem Übertragender Rückverbindungs-Kopfdatenwenigstens ein weiteres Steuersignal an den Transponder oder Sensorsendet, nach Maßgabe dessender Transponder oder Sensor eine Datenstrom-Generierung abbrichtund auf einen Empfang der Rückverbindungs-Kopfdatenwartet. Insbesondere sendet der Transponder oder Sensor dabei zunächst innerhalbeiner gewissen Zeit nach dem Ende der Vorwärtsverbindung – wie inder o.g. ISO-Norm vorgesehen – vonihm selbst gesteuerte Rückverbindungs-Kopfdaten,deren Generierung er jedoch abbricht, wenn ihm durch den Empfangdes weiteren Steuersignals, beispielsweise ein Gap-, Notch- oder Modulationseinbruch-Signal,mitgeteilt wird, dass sich ein "intelligentes" Lesegerät innerhalbdes Systems befindet. Ein solches ist erfindungsgemäß in derLage, durch Übertrageneines vom Lesegerätgesteuerten Headers eine Verbesserung der Übertragungseigenschaften inder Rückverbindungzu erreichen.
[0016] DasBitlängen-Referenzsignallässt sichin bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweisezum Einstellen einer quasibeliebigen Baudrate für die Nutzdaten-Übertragungdes Transponders oder Sensors verwenden. Dabei wird zum Einstellender Baudrate vorzugsweise ein Zählerwerteines Zählermittelsmit der Referenzzeit verglichen. Nach Maßgabe dieses Vergleichs, d.h.bei Gleichheit der durch den Zählerwert repräsentiertenZeit und der Referenzzeit kann dann die Übertragung eines gegenwärtigen Nutzdaten-Bits beendet,könnendie Zählermittelzurückgesetzt und kann mit der Übertragungdes nächstenNutzdaten-Bits begonnen werden.
[0017] Eineweitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sichdementsprechend dadurch aus, dass die Vergleichs- und SteuermittelZählermittelaufweisen und dass nach Maßgabeeines Vergleichs zwischen einem Zählerwert der Zählermittelund der Referenzzeit durch die Vergleichs- und Steuermittel einBitlängen-Steuersignal zumBeenden der Übertragungeines Nutzdaten-Bits des Transponders oder Sensors, zum Rücksetzen derZählermittelund zum Beginnen der Übertragung desnächstenNutzdaten-Bits generierbar ist.
[0018] DieZählermittelkönnenals einfacher Aufwärts-oder Abwärtszähler oderalternativ als mit einem der Referenzzeit entsprechenden Wert ladbarer Zähler ausgebildetsein, durch den nach einer dem Ladewert entsprechenden Anzahl anZählereignissendas Bitlängen-Steuersignalgenerierbar ist.
[0019] Umin folgenden Protokollen zwecks weiterer Verbesserung der Übertragungseigenschaftensogar die Zeiten zur Übertragungder Kopfdaten einsparen zu können,sieht eine äußerst bevorzugteWeiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass zumindestdie Referenzzeit in dem Transponder oder Sensor gespeichert wird.Dadurch wird ermöglicht,dass fürfolgende Übertragungenkeine Rückverbindungs-Kopfdaten übertragenwerden müssen unddass die gespeicherte Referenzzeit zum Einstellen der Baudrate verwendetwerden kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtungist entsprechend gekennzeichnet durch Speichermittel in dem Transponder oderSensor zum Speichern zumindest der Referenzzeit.
[0020] Nacheiner weiteren Ausführungdes Verfahrens wird die Referenzzeit für die Bitlänge so gewählt, dass das Lesegerät vor Ablaufder Referenzzeit ein weiteres Steuersignal (Notch-Signal) überträgt. Aufdiese Weise besteht erfindungsgemäß eine sehr einfache Möglichkeiteiner alternativen Realisierung einer synchronen Rückverbindung,mit der sich regelmäßig einmaximales Signal-Rauschverhältnis erzielenlässt..Hierauf aufbauende, weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrenssehen vor, dass bei Empfang des weiteren Steuersignals die Zählermittelzurückgesetzt werden und mit der Übertragungdes nächstenNutzdaten-Bits begonnen wird, wohingegen bei Ausbleiben des weiterenSteuersignals die Nutzdaten-Übertragungdurch den Transponder oder Sensor beendet wird, d.h. trifft während derReferenzzeit kein weiteres Steuersignal beim Transponder oder Sensorein, so wirkt dies wie ein EOT-Signal (end-of-transmission).
[0021] Demgemäss siehteine weitere, äußerst bevorzugteVariante der erfindungsgemäßen Vorrichtungvor, dass die Zählermittelzusätzlichdurch ein innerhalb der Referenzzeit empfangenes weiteres Steuersignaldes Lesegerätsrücksetzbarbzw. neu ladbar sind.
[0022] WeitereEigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgendenBeschreibung von Ausführungsbeispielenanhand der Zeichnung. Es zeigt:
[0023] 1 ineiner schematischen Darstellung ein RFID-/Sensor-System, d.h. eineerfindungsgemäße Vorrichtung,bei der das erfindungsgemäße Verfahrenanwendbar ist;
[0024] 2 denprinzipiellen Aufbau eines Transponders oder Sensors der erfindungsgemäßen Vorrichtungnach 1;
[0025] 3 eineDatenübertragungin der Vorwärts-und Rückwärtsverbindunggemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
[0026] 4 detailliertdie zusätzlichenerfindungsgemäßen, vomLesegerätgesteuerten Rückverbindungs-Kopfdatenaus 3; und
[0027] 5 einAblaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0028] Die 1 zeigtein RFID-System 1 mit einem Lesegerät 2 in Verbindungmit einem geeigneten Sende- und Empfangsmittel 2', wie einerDipol-Antenne, und eine Anzahl von Transpondern 3.1–3.4, diesich gemeinsam in einem Ansprechbereich A des Lesegeräts 2 befinden.Obwohl in der folgenden Beschreibung regelmäßig nur von Transpondern die Redeist, lässtsich das erfindungsgemäße Verfahren ebensobei Remote-Sensor-Systemen oder bei gemischten Sensor-Transponder-Systemeneinsetzen.
[0029] Einvon dem Lesegerät 2 bzw.dem Sendemittel 2' ausgesendeterDatenstrom D wird dabei von allen Transpondern 3.1–3.4 gleichzeitigempfangen. Die Datenübertragungvom Lesegerät 2 zueinem Transponder 3.1–3.4 wirdim Folgenden als Vorwärtsverbindung(forward link) bezeichnet. Die Transponder 3.1–3.4 antworten zumindestauf eine abgeschlossene Datenübertragungvom Lesegerät 2 über RückverbindungenR (return link), wobei ein Teil der vom Lesegerät 2 zusammen mit denDaten D beim Transponder 3.1–3.4 ankommenden Energie reflektiert(rückgestrahlt;sog. Backscattering) und dabei ggf. zur Datenübertragung vom Transponder 3.1–3.4 zumLesegerät 2 moduliertwird. Bei einem Einsatz Full-Duplexfähiger Systeme 1 kanneine Datenübertragungzum Lesegerät 2 auchbereits währendder Vorwärtsverbindungerfolgen.
[0030] Die 2 zeigtden prinzipiellen Aufbau eines der Transponder 3.1–3.4 der 1,soweit dies zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung zweckdienlichist. Der Transponder 3.1–3.4 weist demnach zunächst einenintegrierten Schaltkreis IC auf, der eine einzige Außenbeschaltungin Form einer (Dipol-)Antenne 3a besitzt, über dieder Transponder 3.1–3.4 inder Lage ist, einen HF-Trägervom Lesegerät 2 (1)zu empfangen. Weiterhin umfasst der integrierte Schaltkreis IC geeigneteModulations- und Rückstreueinrichtungen 3b, über dieder Transponder 3.1–3.4 inLage ist, ein empfangenes Träger-Signalim sog. Backscatter teilweise an das Lesegerät 2 zurück zu übertragenund hierbei zur Übertragungeigener (Nutz-)Daten zu nutzen.
[0031] Weiterhinbesitzt der Transponder 3.1–3.4 erfindungsgemäß Vergleichs-und Steuermittel 3c, insbesondere zum Steuern einer Baudrateeiner Übertragungvom Transponders 3.1–3.4 zumLesegerät 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 Zählerausgebildet sein können.Weiterhin sind in 2 Speichermittel 3e zumSpeichern zumindest einzelner Daten oder Datenelemente des DatenstromsD (1) vom Lesegerät 2 dargestellt.
[0032] Darüber hinausenthältder integrierte Schaltkreis IC des Transponders 3.1–3.4 beimgezeigten Ausführungsbeispielnoch einem On-Chip-Oszillator 3f, insbesondere einen RC-Oszillator,als internen Taktgenerator des Transponders sowie optional (gestricheltbzw. strich-punktiert dargestellt) geeignete Schaltungsmittel 3g bzw.Umschaltmittel 3h, die – wie in der Beschreibungseinleitungausgeführt – zum aktivenStabilisieren eines Takts des Oszillators 3f gegenüber Fertigungstoleranzenund/oder Temperatureinflüssendienen bzw. durch die die Schaltungsmittel 3g aktivierbarund deaktivierbar sind.
[0033] Die 3 zeigtexemplarisch eine Datenübertragungin einer Vorwärts-V und RückwärtsverbindungR gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,jeweils dargestellt überder Zeit t. Zunächst überträgt das Lesegerät 2 inder VorwärtsverbindungV eigene Nutzdaten ND (gestrichelt gezeichnet), wie Programmierdatenoder dgl., an den oder die Transponder 3.1–3.4,gefolgt von einem EOT-Symbol, das das Ende der Datenübertragungin der VorwärtsverbindungV markiert. Nachdem das EOT aus der Vorwärtsverbindung V vom Transpondererkannt wurde, sendet dieser (ggf. nach einer gewissen Zeit T, wiein der o.g. ISO-Normvorgesehen) vereinbarte, vom Transponder gesteuerte Kopfdaten RLHTfür die RückverbindungR, den sog. return link header, die beispielsweise Referenzen für Modulationskodierungenin der Rückverbindungusw. enthalten.
[0034] Erfindungsgemäß sendetnun das Lesegerät bzw.empfängtder Transponder währendder Zeit T oder währenddes Übertragensder Rückverbindungs-Kopfdaten RLHT einSteuersignal SS des Lesegeräts;in der 3 ist die erste dieser beiden Alternativen alsgestrichelte vertikale Linie SS und die zweite Alternative als durchgängige vertikaleLinie SS dargestellt. Bei dem Steuersignal SS kann es sich insbesondereum 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 Transponderaufgrund des Steuersignals SS, dass ein intelligentes Lesegerät 2,d.h. ein Lesegerätzumindest mit Fähigkeitenzum aktiven Anpassen der Rückverbindungim System 1 (1) ist, und der Transponderwartet auf den Empfang zusätzlicher, vomLesegerätgesteuerter Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL, andie anschließender mit seiner Übertragungeines erstes Nutzdaten-Bits NDB1 zum Lesegerät beginnt.
[0035] Diein der vorstehend beschriebenen 3 nur alsDatenblock dargestellten zusätzlichenKopfdaten RLHL sind in der 4 exemplarischdetailliert gezeigt: Demnach weist der vom Lesegerät gesteuerte,zusätzlicheHeader RLHL eine Reihe von m, m ϵ ∞, Teilsymbolen TS1, ..., TSmauf, wobei die einzelnen Teilsymbole des Headers RLHL durch einezeitliche Abfolge von Notch-Signalen N definiert sind, die jeweilseinen zeitlichen Abstand T1, T2, T3, .... haben. Durch die Übertragungder vorstehend definierten Rückverbindungs-KopfdatenRLHL empfängtder Transponder u.a. die Mitteilung, – ob dieRückverbindungR synchron oder asynchron erfolgt; diese Einstellung kann beispielsweise über einerelative Zeitdauer zweier Teilsymbole TS2, TS3 vorgenommen werdenund ist Gegenstand einer parallelen Anmeldung desselben Anmelders(hier wird zunächstgrundsätzlichvom Vorliegen einer asynchronen Rückverbindung ausgegangen); – wielang ein Bit in der Rückwärtsverbindungist; somit kommt einem Teilsymbol, z.B. dem Teilsymbol TS4 bzw.dessen zeitlicher Dauer T4, die Funktion einer Bitlängen-Referenzzeitzu; weiterhin – inwelcher Modulationskodierung der Datenstrom an das Lesegerät übermitteltwerden soll (NRZ, NRZI, FM0, 3phase1 oder dgl.) und/oder – inwelcher Modulationsart (ASK, PSK) er den Datenstrom zum Lesegerät generierensoll und/oder – wieviele Teilsymbole (hier: m) als Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL übertragenwerden.
[0036] Die Übertragungvon (zeitlichen) Referenzmarken, insbesondere für die Bitlänge, ist erfindungsgemäß mit sehrhoher Genauigkeit im Bereich von ein bis zwei Takten des internenOszillators 3f (2) möglich, was zur Verbesserungdes Signal-Rauschverhältnissesbei asynchroner Rückverbindungnutzbar ist: Mit Hilfe der Bitlängen-Referenzzeit(hier: der Zeitdauer T4 des Header-Teilsymbols TS4) kann der Transpondereine quasi beliebige Baudrate (Bittakt) in der Rückverbindung einstellen. Hierzuwird ein ZählerwertZ der Zählermittel 3d in denVergleichs- und Steuermitteln 3c des Transponders 3.1–3.4 (2),der nach Maßgabedes internen Takts mit einer Zeit t korrespondiert, durch die Vergleichs-und Steuermittel 3c mit der Referenzzeit T4 verglichen.In Abhängigkeitvom Ergebnis dieses Vergleichs, beispielsweise bei Gleichheit, wirdin den Vergleichs- und Steuermitteln 3c ein Bitlängen-Steuersignalgeneriert, durch das die Übertragungeines Nutzdaten-Bits, z.B. des ersten Nutzdaten-Bits NDB1 in 3 (s.o.),beendet und die Übertragungdes nächstenDatenbits NDBi, i = 2, ..., n (n ∊ ∞), gestartet wird. DiesesBitlängen-Steuersignal istin der 3 mit dem Bezugszeichen SS' bezeichnet (gestrichelte vertikaleLinien im rechten Teil der 3). Desweiteren wird das Bitlängen-Steuersignal SS' zum Rücksetzender Zählermittel 3d verwendet;wenn es sich bei Letzteren um einen ladbaren Zähler handelt, wird dieser entsprechendauf das Bitlängen-Steuersignal SS' hin neu mit derBitlängen-ReferenzzeitT4 bzw. einem von dieser abgeleiteten Zählerwert Z geladen, wobei anschließend einZähler-Überlauf bzw. ein Erreichendes ZählerwertsNull einen Interrupt (entsprechend dem vorstehend erläutertenBitlängen-SteuersignalSS') generiert.D.h. durch den ladbaren Zählerwird nach einer dem Ladewert (der Referenzzeit T4) entsprechendenAnzahl an Zählereignissendas Bitlängen-Steuersignal(SS') generiert.
[0037] UnterVerwendung der in der 2 dargestellten Speichermittel 3e istes erfindungsgemäß zusätzlich möglich, dieReferenzzeit T4 bzw. den zugeordneten Zählerwert Z dauerhaft zu speichern,wodurch sich in folgenden Protokollen sogar die Übertragungszeiten für die Rückverbindungs-Kopfdaten einsparenlassen.
[0038] Desweiteren lässtsich erfindungsgemäß durchgeeignetes Einstellen der Referenzzeit T4 in einfacher Weise eineMöglichkeitder Umschaltung zu einer synchronen Rückverbindung realisieren, indemdas Lesegerätvor Ablauf der Referenzzeit T4 ein weiteres Steuersignal (Notch-Signaloder dgl.) sendet; dieses ist in der 3 (rechts)aufgrund weitgehender Gleichheit der Wirkung ebenfalls mit dem BezugszeichenSS' bezeichnet,wobei jedoch grundsätzlichnicht erforderlich ist, dass das weitere Steuersignal SS' bereits nach demersten Nutzdaten-Bit NDB1 oder generell nach einem bestimmten Nutzdaten-BitNDBi empfangen wird. Prinzipiell ist der Wechsel in den synchronenModus, wobei anschließendzur Beendigung jedes weiteren Nutzdaten-Bits des Transponders einSteuersignal SS' ergehen muss,jederzeit währendder Nutzdaten-Übertragung vomTransponder zum Lesegerätmöglich.Ein anschließendesAusbleiben des weiteren Steuersignals SS' wird dann vom Transponder als EOT für die Rückverbindunginterpretiert. Somit wird insbesondere eine Loop- oder Schleifen-Funktiondas Datenstroms zum Lesegerätermöglicht,wodurch sich das Signal-Rauschverhältnis in der Rückverbindungweiter verbessern lässt.
[0039] Alsgrundlegender Unterschied zwischen den beiden im Vorstehenden beschriebenenArten von Steuersignalen SS' bleibtalso hervor zu heben, dass diese in ersterem Falle durch den Transponder 3.1–3.4 indessen Vergleichs- und Steuermitteln 3c (2)und in letzterem Falle durch das Lesegerät 2 (1)zum Anpassen der RückverbindungR erzeugt werden.
[0040] Die 5 fasstdie zuletzt beschriebenen Verfahrensabläufe nochmals zusammen: In Schritt S1empfängtder Transponder das EOT-Symbol des Lesegeräts (vgl.
[0041] 3),anschließenderfolgt in Schritt S2, ggf. nach Abwarten einer Zeit T (3),ein kombiniertes (gleichzeitiges) Senden der vom Transponder gesteuertenRückverbindungs-KopfdatenRLHT und ein Empfangen RX bzw. Warten auf einen Empfang eines SteuersignalsSS von einem intelligenten Lesegerät. Wird dabei in einem nachfolgendenSchritt S3 die Abfrage dahingehend, ob das Steuersignal SS empfangenwurde, verneint (n), so kehrt das Verfahren schleifenartig nachSchritt S2 zurück,bevor der Transponder nach Ablauf einer vorgegebenen maximalen Wartezeitmit einer voreingestellten Datenübertragungzum Lesegerätbeginnt (Schritt S4; gestrichelter Pfeil in 5).
[0042] ImFalle einer bejahten Abfrage (j) in Schritt S3 sendet das Lesegerät bzw. empfängt derTransponder in Schritt S5 die vom Lesegerät gesteuerten Rückverbindungs-Kopfdaten RLHL mitzumindest einem Bitlängen-ReferenzsymbolTS4 als Referenzzeit T4 zum Festlegen der Bitlänge in der RückverbindungR, wie vorstehend detailliert erläutert. Daraufhin erfolgt inSchritt S6 eine weitere Abfrage dahingehend, ob das Lesegerät mit denKopfdaten RLHL eine synchrone Rückverbindung(Schritt S7; strich-punktierter Pfeil "SYNC" in 5)oder eine asynchrone RückverbindungR (Pfeil "ASYNC" in 5)kommandiert hat, beispielsweise übereine relative Längeder Teilsymbole TS2, TS3 (s.o.). Bei befohlener asynchroner Rückverbindungkann gemäß einerbevorzugten, optionalen Ausgestaltung der Erfindung die ReferenzzeitT4 gespeichert werden (Schritt S8; gestrichelt in 5).Danach werden in Schritt S9 die Zählermittel 3d (2)zurückgesetzt bzw. neu geladen und in Schritt S10 das erste/i-te Nutzdaten-BitNDB1/i an das Lesegerät übertragen, wobeizugleich der ZählerwertZ der Zählermittel 3d erhöht bzw.erniedrigt wird. Daran schließtsich eine Abfrage (Schritt S11) dahingehend an, ob der erreichteZählerwertZ der Referenzzeit T4 entspricht. Ist dies der Fall (j), so erfolgtin Schritt S12 eine weitere Abfrage dahingehend, ob noch weitereNutzdaten-Bits NDBizu senden sind. Wird dies bejaht (j), so kehrt das Verfahren nachSchritt S9 zurück,was dem weiter oben erläutertenGenerieren des Bitlängen-Steuersignals SS' durch den Transponderentspricht; anderenfalls (n) endet die Rückverbindung und damit dasVerfahren in Schritt S13.
[0043] Wirddagegen die Abfrage in Schritt S11 verneint (n: Referenzzeit T4noch nicht erreicht), so findet eine weitere Abfrage (Schritt S11') dahingehend statt,ob vor Ablauf der Referenzzeit ein weiteres Steuersignal SS' vom Lesegerät empfangenwurde. Eine Verneinung (n) dieser Abfrage führt das Verfahren nach SchrittS10 zurück,d.h. das gegenwärtige Datenbitwird weiter übertragen.Anderenfalls (j) wird die Bit-Übertragungbeendet und das Verfahren mit Schritt S12 (noch Daten ) fortgesetzt.
1 RFID-System 2 Lesegerät 2' Sende-und Empfangsmittel 3.1–3.4 Transponder 3a Dipolantenne 3b Modulations-/Rück streueinrichtungen 3c Vergleichs-/Steuermittel 3d Zählermittel 3e Speichermittel 3f On-Chip-Oszillator 3g Schaltungsmittel 3h Umschaltmittel A Ansprechbereich,Feld ASYNC asynchroneRückver bindung D Datenstrom IC integrierterSchaltkreis EOT Endsymbol j bejahteAbfrage n verneinteAbfrage N Notch-Signal NDBi Nutzdaten-Bit R Rückverbindung RLHT/L Rückverbindungs- Kopfdaten RX Empfang S1–S13 Verfahrensschritte SS,SS' Steuersignal SYNC synchroneRückverbind ung T Zeit t Zeit T1–T4 Dauer T4 Referenzzeit TS1- TSm Teilsymbol V Vorwärtsverbindung Z Zählerwert

权利要求:
Claims (15)
[1] Verfahren zum Verbessern von Übertragungseigenschaften, wieeinem Signal-Rauschverhältnis, ineiner Rückverbindungbei Backscatter-RFID- oder Remote-Sensor-Systemen, wobei wenigstens ein Transponderoder Sensor in einem asynchronen Modus Nutzdaten an wenigstens einLesegerät überträgt, dadurchgekennzeichnet, dass vor Begin der Nutzdaten-Übertragungdas LesegerätRückverbindungs-Kopfdatenan den Transponder oder Sensor überträgt, diezumindest ein Bitlängen-Referenzsymbolals Referenzzeit zum Festlegen der Bitlänge in der Rückverbindungenthalten.
[2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Lesegerätvor dem Übertragen derRückverbindungs-Kopfdatenwenigstens ein weiteres Steuersignal an den Transponders oder Sensor sendet,nach Maßgabedessen der Transponder oder Sensor eine Datenstrom-Generierung abbrichtund auf einen Empfang der Rückverbindungs-Kopfdaten wartet.
[3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Bitlängen-Referenzsignal zumEinstellen einer Baudrate fürdie Nutzdaten-Übertragungdes Transponders oder Sensors verwendet wird.
[4] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass zum Einstellen der Baudrate ein Zählerwert eines Zählermittelsmit der Referenzzeit verglichen wird.
[5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass nach Maßgabedes Vergleichs die Übertragungeines Nutzdaten-Bits beendet wird, die Zählermittel zurück gesetztwerden und mit der Übertragungdes nächstenNutzdaten-Bits begonnen wird.
[6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet,dass zumindest die Referenzzeit in dem Transponder oder Sensor gespeichertwird.
[7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass fürfolgende Übertragungenkeine Rückverbindungs-Kopfdaten übertragenwerden und dass die gespeicherte Referenzzeit zum Einstellen derBaudrate verwendet wird.
[8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass das Lesegerätvor Ablauf der Referenzzeit ein weiteres Steuersignal überträgt.
[9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass bei Empfang des weiteren Steuersignals die Zählermittelzurückgesetzt werden und mit der Übertragungdes nächstenNutzdaten-Bits begonnen wird.
[10] Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,dass bei Ausbleiben des weiteren Steuersignals die Nutzdaten-Übertragungdurch den Transponder oder Sensor beendet wird.
[11] Vorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung mit wenigstens einemLesegerätund wenigstens einem in einem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts befindlichenTransponder oder Remote Sensor, wobei das Lesegerät zumindestzum Senden und der Transponder oder Sensor zumindest zum Empfangen Übertragungsparameteraufweisender Kopfdaten ausgebildet ist, gekennzeichnet durch indem 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 Übertragungvom Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4)oder Sensor zum Lesegerätin Abhängigkeitvon dem Vergleichsergebnis ausgebildet sind.
[12] Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Vergleichs- undSteuermittel (3c) Zählermittel(3d) aufweisen und dass nach Maßgabe eines Vergleichs zwischeneinem Zählerwert (Z)der Zählermittel(3d) und der Referenzzeit (T4) durch die Vergleichs- undSteuermittel (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 Rücksetzender Zählermittel(3d) und zum Beginnen der Übertragung des nächsten Nutzdaten-Bits (NDBi+1) generierbar ist.
[13] Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählermittel(3d) als mit einem der Referenzzeit (T4) entsprechendenWert ladbarer Zählerausgebildet sind, durch den nach einer dem Ladewert entsprechendenAnzahl an Zählereignissendas Bitlängen-Steuersignal(SS') generierbar ist.
[14] Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Zählermittel(3d) zusätzlichdurch ein innerhalb des Referenzzeit empfangenes weiteres Steuersignal(SS') des Lesegeräts (2)rücksetzbarbzw. neu ladbar sind.
[15] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnetdurch Speichermittel (3e) in dem Transponder (3.1, 3.2, 3.3, 3.4)oder Sensor zum Speichern zumindest der Referenzzeit (T4).

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