DE102004013837B4

DE102004013837B4 - Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung

Info

Publication number: DE102004013837B4
Application number: DE102004013837A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Friedrich (Fh)
Original assignee: Atmel Germany GmbH
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: US20050210360A1; DE102004013837A1; US7613987B2; CN1671055A

Abstract

Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation (BS) und einem oder mehreren Transpondern (TR1, TR2, TR3), bei dem
– von der Basisstation (BS) elektromagnetische Trägerwellen emittiert werden,
– Daten, die aus aufeinanderfolgenden Zeichen bestehen, von einem jeweiligen Transponder (TR1, TR2, TR3) zur Basisstation (BS) durch Modulation und Rückstreuen der elektromagnetischen Trägerwellen übertragen werden, und
– je eines der Zeichen von einem jeweiligen Transponder (TR1, TR2, TR3) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls (I) kodiert und übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
– innerhalb wenigstens eines der vorgegebenen Zeitintervalle (I) zusätzlich zu dem zu übertragenden Zeichen ein Sicherungszeichen übertragen wird, das aus den zu übertragenden Daten gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem oder mehreren Transpondern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Übertragungsverfahren zwischen einer oder mehreren Basisstationen bzw. Lesegeräten und einem oder mehreren Transpondern finden beispielsweise bei kontaktlosen Identifikationssystemen oder sogenannten Radio-Frequency-Identification(RFID)-Systemen Verwendung. Auf dem Transponder können auch Sensoren, beispielsweise zur Temperaturmessung, integriert sein. Derartige Transponder werden auch als Remote-Sensoren bezeichnet.
Die Transponder bzw. deren Sende- und Empfangseinrichtungen verfügen üblicherweise nicht über einen aktiven Sender für die Datenübertragung zur Basisstation. Derartige nicht aktive Systeme werden als passive Systeme bezeichnet, wenn sie keine eigene Energieversorgung aufweisen, und als semipassive Systeme bezeichnet, wenn sie eine eigene Energieversorgung aufweisen. Passive Transponder entnehmen die zu ihrer Versorgung benötigte Energie dem von der Basisstation emittierten elektromagnetischen Feld.
Zur Datenübertragung von einem Transponder zur Basisstation mit UHF oder Mikrowellen im Fernfeld der Basisstation wird in der Regel die sogenannte Backscatter- oder Rückstreukopplung eingesetzt. Hierzu werden von der Basisstation elektromagnetische Trägerwellen emittiert, die durch die Sende- und Empfangseinrichtung des Transponders entsprechend den an die Basisstation zu übertragenden Daten mit einem Modulationsverfahren moduliert und reflektiert werden. Die typischen Modulationsverfahren hierfür sind die Amplitudenmodulation, die Phasenmodulation und die Amplitude-Shift-Keying(ASK)-Unterträgermodulation, bei der die Frequenz oder die Phasenlage des Unterträgers geändert wird.
Die zu übertragenden Daten bestehen aus aufeinanderfolgenden Zeichen, die üblicherweise von einem Transponder jeweils innerhalb eines vorgegebenen Zeit- bzw. Zeichenintervalls kodiert und übertragen werden. Bei einer binären Übertragung beträgt der Wert eines Zeichens entweder "0" oder "1". Zur Kodierung eines Zeichens sind unterschiedliche Verfahren bekannt.
Ein erstes Kodierungsverfahren ist die sogenannte 3Phase1-Kodierung, wie sie beispielsweise in der ISO WD 18000-6 Mode 3 vom 1. 2. 2002 beschrieben ist. Hierbei wird die Wertigkeit eines Zeichens durch die Zeitdifferenz zwischen einer von der Basisstation erzeugten Synchronisationsmarke und einem von einem Transponder erzeugten Zustandswechsel eines Modulationssignals kodiert. Die Kodierung erfolgt synchron zu den Synchronisationsmarken. Die Synchronisationsmarken werden auch als "Notch" bezeichnet.
Ein weiteres Kodierungsverfahren ist die sogenannte Non-Return-To-Zero-Inverted(NRZI)-Kodierung. Eine "1" wird hierbei durch einen Flanken- bzw. Modulationszustandswechsel eines seriell übertragenen Signals, des sogenannten Line-Codes, am Beginn eines Zeichen- bzw. Bit- Intervalls dargestellt. Wenn eine "0" übertragen wird, findet keine Änderung des seriellen Signals bzw. des Modulationszustandes statt. Eine Variante dieses Verfahrens ist die sogenannte soft-NRZI-Kodierung, bei der ein Flankenwechsel versetzt in Bezug auf ein Taktsignal bzw. eine Synchronisationsmarke stattfindet.
Ein weiteres Kodierungsverfahren ist die sogenannte FMO- bzw. Differential-Biphase(DBP)-Kodierung, die beispielsweise in dem Lehrbuch Klaus Finkenzeller, RFID-Handbuch, 3. Aufl., HANSER, 2002, siehe insbesondere Kapitel 6.1 Codierung im Basisband, beschrieben ist. Hierbei wird eine "0" durch eine beliebige Flanke in der Mitte des Bit-Intervalls dargestellt. Wenn eine "1" übertragen wird, findet kein Flankenwechsel in der Mitte des Intervalls statt. Unabhängig vom Wert des zu übertragenden Zeichens wird am Anfang jedes Bit-Intervalls ein Flankenwechsel erzeugt, wodurch eine Taktrückgewinnung erleichtert wird.
Da die von den Transpondern zurückgestreuten Signale eine sehr geringe Leistung aufweisen, kann es aufgrund von Störquellen in der Ungebung der Transponder leicht zu Verfälschungen der übertragenen Zeichen bzw. Daten kommen. Beispielsweise kann die Leistung der zurückgestreuten Signale im Bereich von –100 dBm liegen, wohingegen die Leistung von Störsignalen, beispielsweise verursacht durch Mobiltelefone, im Bereich von –54 dBm liegen kann. Um die Übertragungssicherheit zu erhöhen, werden üblicherweise Sicherungszeichen im Anschluss an zu übertragende (Nutz-)Zeichen bzw. (Nutz-)Daten gesendet, die aus den Daten mit Hilfe von mathematischen Operationen gebildet werden. Üblicherweise handelt es sich hierbei um sogenannte Parity-Bits und/oder um sogenannte Cyclic-Redundancy-Codes bestimmter Länge, in der Regel 16 Bits.
Durch das Anfügen der Sicherungszeichen erhöht sich die zur Datenübertragung benötigte Zeit entsprechend der Anzahl der zusätzlich übertragenen Sicherungszeichen bzw. Sicherungsbits. Dies wirkt sich negativ auf die nutzbare Übertragungsbandbreite aus, da die Sicherungszeichen lediglich zur Absicherung und nicht zur Übertragung von Nutzdaten dienen.
Eine Möglichkeit zur Kompensation dieser Zunahme der Übertragungszeit ist das Erhöhen der Übertragungsrate. Eine Erhöhung der Übertragungsrate setzt jedoch eine Erhöhung der Oszillatorfrequenz im jeweiligen Transponder voraus, wodurch sein Stromverbrauch zunimmt und die Übertragungsreichweite folglich abnimmt. Weiterhin nimmt die benötigte Übertragungsbandbreite zu. Dies ist jedoch nur in den Grenzen der jeweiligen vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Normen möglich. Da die Rauschenergie ebenfalls mit der Bandbreite zunimmt, ist zusätzlich eine höhere Empfindlichkeit bzw. Sensitivität des Empfangsteils der Basisstation erforderlich.
In der US 2003/0151497 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem während einer Datenübertragung von einer Basisstation zu einem Transponder Sicherungszeichen im Anschluss an zu übertragende (Nutz-)Zeichen bzw. (Nutz-)Daten übertragen werden.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur drahtlosen Datenübertragung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen vergleichsweise hohe Übertragungsraten unter verbesserter Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite erzielbar sind und die eine große Übertragungsreichweite und Übertragungssicherheit ermöglichen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird innerhalb wenigstens eines der vorgegebenen Zeitintervalle zusätzlich zu dem zu übertragenden Zeichen ein Sicherungszeichen übertragen, das aus den zu übertragenden Daten gebildet wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, auf die Übertragung von Sicherungszeichen im Anschluss an die Nutzdaten zu verzichten, da diese bereits während der Übertragung der Nutzdaten in einem oder mehreren Zeit- bzw. Zeichenintervallen übertragen werden. Dies verringert die benötigte Übertragungsdauer, ohne dass die Übertragungsrate und dadurch die notwendige Übertragungsbandbreite erhöht werden muss. Eine Kombination herkömmlicher Sicherungsmechanismen, bei denen die Sicherungszeichen im Anschluss übertragen werden, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, erhöht die sogenannte Hammingdistanz, wodurch sich die Möglichkeit der Fehlererkennung bzw. der Fehlerkorrektur verbessert. Das zugrunde liegende, herkömmliche Kodierungsverfahren kann dabei derart erweitert werden, dass die Erweiterung kompatibel mit herkömmlichen Systemen bleibt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 2 ist die Modulation eine PSK-Modulation oder eine ASK-Modulation. Derartige Modulationsverfahren sind einfach zu implementieren und weisen eine hohe Störfestigkeit auf.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 3 ist die Kodierung eine 3Phase1-Kodierung, eine FMO-Kodierung oder eine NRZI-Kodierung. Bevorzugt wird als Variante der NRZI-Kodierung eine soft-NRZI-Kodierung verwendet. Die genannten Kodierungsverfahren werden ausgehend vom Standard derart erweitert, dass sie kompatibel mit herkömmlichen Systemen bleiben. Die Erweiterung kann dergestalt erfolgen, dass innerhalb des Zeit- bzw. Bit-Intervalls das (Nutz-)Zeichen herkömmlich kodiert wird und das Sicherungszeichen durch einen Wechsel des Modulationszustandes an Zeitpunkten kodiert wird, bei denen gemäß dem Standard kein Wechsel des Modulationszustandes erfolgt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 4 wird das Zeitintervall von der Basisstation durch aufeinanderfolgende Synchronisationsmarken oder "Notches" vorgegeben. Eine derartige synchrone bzw. quasi-synchrone Übertragung erhöht die Übertragungssicherheit und vereinfacht das Übertragungsverfahren.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 5 werden die Synchronisations- bzw. Bitabgrenzungsmarken durch Feldlücken oder durch eine Phasenumkehr der elektromagnetischen Trägerwelle erzeugt. Vorteilhafterweise kann hierzu eine doppelten Seitenbandmodulation mit unterdrücktem Träger verwendet werden, wodurch die Bandbreitenausnutzung verbessert wird und die Übertragungssicherheit und die Übertragungsreichweite zunimmt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 6 ist das Sicherungszeichen Teil eines aus den Daten gebildeten Cyclic-Redundancy-Codes (CRC). Alternativ oder in Kombination ist gemäß Anspruch 7 das Sicherungszeichen ein Paritätsbit. Auf diese Weise kann auf die Übertragung des CRC und/oder des Paritätsbits im Anschluss an die Datenübertragung teilweise oder vollständig verzichtet werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 8 wird das Sicherungszeichen durch einen zusätzlichen Modulationszustand kodiert, der nicht zur Kodierung eines Zeichens dient. Dies ermöglicht eine einfache Trennung der (Nutz-)Zeichen von den Sicherungszeichen und erleichtert die Kompatibilität mit herkömmlichen Systemen. Vorteilhaft wird gemäß Anspruch 9 der zusätzliche Modulationszustand durch Ansteuerung eines Varaktors im Eingangskreis des Transponders erzeugt. Beispielsweise kann dieser zusätzliche Modulationszustand durch Anlegen Identischer Potentiale an die Varaktoranschlüsse erzeugt werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 10 wird das Sicherungszeichen innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls nach dem zu übertragenden Zeichen übertragen. Dies ermöglicht eine einfache Trennung der (Nutz-)Zeichen von den Sicherungszeichen und erleichtert die Kompatibilität mit herkömmlichen Systemen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 11 sind die Zeichen Teil einer Identifikationsbitolge, die während eines Transponder-Auswahlverfahrens von einem Transponder an die Basisstation übertragen wird. Zur Auswahl einzelner oder mehrerer Transponder aus einer Vielzahl von Transpondern dienen die sogenannten Arbitrations- oder Antikollisionsverfahren. Ein erstes derartiges Verfahren ist beispielsweise in der älteren deutschen Patentanmeldung DE 10336308 A1 der Anmelderin beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Ein weiteres Auswahlverfahren ist in der ISO WD 18000-6 Mode 3 vom 01. 02. 2002 beschrieben, bei dem die Auswahl ebenfalls anhand einer Identifikationsbitfolge erfolgt. Die Auswahlverfahren arbeiten im Vollduplex-Modus, wodurch die Auswahldauer abnimmt. Die Identifikationsbitfolge wird zeichen- bzw. bitweise vom Transponder an die Basisstation übertragen. Zur Sicherung der vom Transponder während des Auswahlverfahrens übertragenen Zeichen, insbesondere der Bits der Identifikationsbitfolge, wird herkömmlicherweise eine 16-Bit CRC gebildet, die im Anschluss an die Daten bzw. die Nachricht übertragen wird. Erfindungsgemäß wird zusätzlich oder anstatt der im Anschluss übertragenen Sicherungsdaten bereits während der Übertragung der (Nutz-)Zeichen bzw. der Bits der Identifikationsbitfolge mindestens ein Sicherungszeichen übertragen. Dies verringert die zur Arbitration benötigte Zeit und/oder erhöht die Störfestigkeit.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen schematisch:
1 ein Algorithmus zur Erzeugung eines Multiplexerauswahlsignals in Pseudocode-Darstellung,
2 ein Algorithmus zur Erzeugung eines Modulationszustandes entsprechend dem Wert des Sicherungszeichens in Pseudocode-Darstellung,
3 ein Zeitablaufdiagramm des Modulationszustands während der Übertragung einer Zeichenfolge unter Verwendung der in 1 und 2 gezeigten Pseudocodes und
4 ein Zeitablaufdiagramm des Modulationszustands von drei Transpondern während eines Auswahlverfahrens.
1 zeigt sogenannten, an VHDL angelehnten Pseudocode zur Bestimmung des Werts einer Variablen CRC_zone, deren Wert den Zustand eines Multiplexerauswahlsignals steuert. VHDL ist eine Hardwarebeschreibungssprache, die beim Design bzw. beim Entwurf digitaler Schaltungen verwendet wird. Aus Gründen der leichteren Lesbarkeit wird nachfolgend das Multiplexerauswahlsignal auch mit CRC_zone bezeichnet. Der gezeigte Pseudocode läuft als Prozess zyklisch auf einer hierfür geeigneten Ausführungseinheit in einem nicht gezeigten Transponder ab. Das Multiplexerauswahlsignal CRC_zone dient zur Ansteuerung eines nicht gezeigten Multiplexers im Transponder, der an seinen Ausgang in Abhängigkeit vom Multiplexerauswahlsignal CRC_zone entweder ein Modulationssignal entsprechend dem Wert des zu übertragenden Zeichens oder ein Modulationssignal entsprechend dem Wert des Sicherungszeichens anlegt. Das Multiplexerauswahlsignal CRC_zone dient folglich zur Einblendung des dem Wert des Sicherungszeichens entsprechenden Modulationszustandes innerhalb eines für die Kodierung eines zu übertragenden Zeichens vorgesehenen Zeitintervalls.
Das jeweilige Zeitintervall wird hierbei in vier gleich große Bereiche aufgeteilt, wobei in 1 gezeigte Variablen bzw. Signale S_1/4, S_1/2 und S_3/4 ab einem Zeitpunkt innerhalb eine jeweiligen Zeitintervalls den logischen Wert "1" annehmen, ab dem der zugeordnete Bereich innerhalb des jeweiligen Zeitintervalls erreicht ist. Das Signal S_1/4 nimmt ab dem Zeitpunkt den Wert "1" an, ab dem ein Viertel der Dauer des Zeitintervalls verstrichen ist. Das Signal S_1/2 nimmt ab dem Zeitpunkt den Wert "1" an, ab dem die Hälfte der Dauer des Zeitintervalls verstrichen ist, und das Signal S_3/4 nimmt ab dem Zeitpunkt den Wert "1" an, ab dem drei Viertel der Dauer des Zeitintervalls verstrichen sind. Eine derartige Aufteilung eines Zeitintervalls ist exemplarisch in 3 gezeigt. Die Übermittlung der zugehörigen Zeitreferenzen an die Transponder kann beispielsweise durch Übertragung einer oder mehrerer Referenzen innerhalb eines Kopfabschnitts eines Datenpakets erfolgen, das von der Basisstation im Rahmen einer Datenübertragung an einen oder mehrere Transponder übertragen wird.
Das Multiplexerauswahlsignal CRC_zone wird in Abhängigkeit von einer Variablen return_mod gesetzt. Die Variable return_mod zeigt das eingestellte Kodierungsverfahren an und kann als Wert soft_NRZI stellvertretend für ein soft-NRZI-Kodierungsverfahren, 3Phase1 stellvertretend für ein 3Phase1-Kodierungsverfahren, FMO stellvertretend für das gleichnamige Kodierungsverfahren oder NRZI stellvertretend für das gleichnamige Kodierungsverfahren aufweisen. Zur Bestimmung des Multiplexerauswahlsignals CRC_zone wird, außer beim 3Phase1-Kodierungsverfahren, noch der Wert einer Variablen data berücksichtigt, die den Wert des zu übertragenden (Nutz-)Zeichens bzw. (Nutz-)Datums widerspiegelt.
2 zeigt sogenannten, an VHDL angelehnten Pseudocode zur Bestimmung des Werts einer Variablen Mod, deren Wert den Modulationszustand steuert, der dem zu übertragenden Sicherungszeichens zugeordnet ist. Aus Gründen der leichteren Lesbarkeit wird nachfolgend dieser, der Variablen Mod zugeordnete Modulationszustand ebenfalls mit Mod bezeichnet. Der Modulationszustand Mod liegt in Abhängigkeit vom Multiplexerauswahlsignal CRC_zone am Ausgang des Multiplexers an und wird ebenfalls in Abhängigkeit von der Variablen return_mod ermittelt. Wenn als Kodierungsverfahren 3Phase1 eingestellt ist, entspricht der Modulationszustand Mod dem Wert eines zu sendenden Sicherungszeichens crc2send. Bei anderen Kodierungsverfahren findet eine Fallunterscheidung anhand des Wertes der Variablen data statt. Wenn der Wert der Variablen data, d. h. der Wert des zu übertragenden Zeichens bzw. Datums, gleich dem Wert der Variablen crc2send ist, wird der Modulationszustand Mod gleich dem Wert einer Variablen mod_data gesetzt, die den Wert des aktuell anliegenden Modulationszustands widerspiegelt. Andernfalls wird der Wert auf den invertierten Wert der Variablen mod_data gesetzt.
3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des Modulationszustands während der Übertragung einer Zeichenfolge unter Verwendung der in 1 und 2 gezeigten Pseudocodes bei Verwendung unterschiedlicher Kodierungsverfahren. In vertikaler Richtung sind gestrichelt die Grenzen der jeweiligen Zeitintervalle I eingezeichnet, innerhalb denen jeweils ein Zeichen sowie ein Sicherungszeichen kodiert und übertragen werden. Die Intervallgrenzen werden durch Übertragung von nicht gezeigten Synchronisationsmarken durch die Basisstation bestimmt. Die Intervalldauern sind konstant.
Die erste Zeile zeigt den zeitlichen Verlauf eines Signals level2send, das der zu sendenden Zeichenfolge des Transponders entspricht. Die Werte der zu sendenden Zeichen betragen "1", "1", "0", "1", "0", "0" und "0". Die zweite Zeile zeigt den zeitlichen Verlauf des Signals bzw. der dem Signal zugeordneten Variablen crc2send, d. h. der Sicherungszeichen. Die Werte der Sicherungszeichen betragen "0", "0", "1", "0", "1" "1" und "0". Pro Intervall I sind folglich folgende Wertepaare zu kodieren und zu übertragen: [1, 0], [1, 0], [0, 1], [1, 0], [0, 1], [0, 1] und [0, 0]. Ab der dritten Zeile ist der zeitliche Verlauf der Modulationszustände für die Kodierungsverfahren NRZI, soft_NRZI, 3Phase1 und FMO aufgetragen, wobei die jeweils obere Zeile den Verlauf des Modulationszustandes gemäß dem Standard zeigt, d. h. ohne zusätzliche Übertragung von Sicherungszeichen, und die jeweils untere Zeile den erfindungsgemäßen Verlauf zeigt, bei dem das jeweilige Sicherungszeichen innerhalb eines jeweiligen Intervalls I mit übertragen wird.
Nachfolgend wird exemplarisch der Verlauf des Modulationszustands anhand der Pseudocodes von 1 und 2 hergeleitet.
Als Beispiel dient derjenige Verlauf, wenn als Kodierungsverfahren ein NRZI-Verfahren zugrunde gelegt wird. Die Verläufe für die verbleibenden Kodierungsverfahren bestimmen sich analog anhand des Pseudocodes von 1 und 2.
Zuerst wird anhand 1 der Wert der Variablen CRC_zone innerhalb des ersten Intervalls bestimmt. Der Wert der Variablen return_mod beträgt NRZI, folglich bestimmt sich der Wert von CRC_zone in Abhängigkeit vom Wert der Variablen data. Die Variable data repräsentiert den Wert des zu übertragenden Zeichens und ist identisch mit level2send, d. h. ihr Wert beträgt im ersten Intervall "1". Der Wert der Variablen CRC_zone ist folglich gleich dem Wert der Variablen S_1/2 logisch UND-Verknüpft mit dem invertierten Wert der Variablen S_3/4. Der Wert der Variablen S_1/2 ist in der ersten Hälfte des Intervalls "0" und in der zweiten Hälfte "1". Der Wert der Variablen S_3/4 ist im letzen Viertel des Intervalls "1" und sonst "0". Aus der logischen Verknüpfung ergibt sich, dass der Wert der Variablen CRC_zone in einem Bereich beginnend in der Mitte des Intervalls bis zu drei Vierteln des Intervalls "1" und sonst "0" ist. Der Multiplexer wird folglich durch das Signal CRC_zone derart angesteuert, dass an seinem Ausgang bis auf den Bereich zwischen der Hälfte und drei Vierteln des Intervalls das herkömmliche Modulationssignal anliegt, das mit der zugeordneten oberen Zeile des Standardkodierungsverfahrens übereinstimmt und das zu übertragende Zeichen darstellt.
Im Bereich, in dem das Signal CRC_zone "1" ist, liegt am Ausgang des Multiplexers der durch die Variable Mod definierte Modulationszustand an. Dieser Modulationszustand kodiert das zu übertragende Sicherungszeichen crc2send. Im ersten Intervall hat das Sicherungszeichen crc2send den Wert "0". Der Wert der Variablen Mod bestimmt sich gemäß 2. Aufgrund des eingestellten Kodierungsverfahrens und da das zu übertragende Zeichen data nicht identisch mit dem zu übertragenden Sicherungszeichen crc2send ist, ergibt sich Mod durch Invertierung von mod_data. Die Variable mod_data spiegelt den Wert des aktuell anliegenden Modulationszustands wider, ihr Wert beträgt "0". Folglich bestimmt sich der Wert von Mod zu "1". Es ergibt sich der in 3 dargestellte zeitliche Verlauf des Modulationssignals, der in den Bereichen zwischen dem Beginn und der Hälfte sowie drei Vierteln und dem Ende des ersten Intervalls "0" und im restlichen Bereich "1" ist.
Zur Ermittlung des Signalverlaufs im zweiten Intervall wird wiederum zuerst der Wert der Variablen CRC_zone innerhalb des zweiten Intervalls anhand 1 bestimmt. Da die zugrundeliegenden Werte der Variablen return_mod, data und S_1/2 und S_1/4 innerhalb des zweiten Intervalls gleich sind, ergibt sich der gleiche Verlauf des Werts der Variablen CRC_zone im zweiten Intervall, d. h. lediglich im Bereich zwischen der Hälfte und drei Vierteln des zweiten Intervalls wird die Kodierung des Sicherungszeichens crc2send eingeblendet, sonst entspricht der Signalverlauf dem Kodierungsstandard, der in der darüber liegenden Zeile dargestellt ist. Da das zu übertragende Zeichen data bzw. level2send mit dem zu übertragenden Sicherungszeichen crc2send nicht übereinstimmt, ergibt sich gemäß 2 der Wert der Variablen Mod durch Invertierung des Wertes der Variablen mod_data, der "1" beträgt. Es entsteht der in 3 dargestellte zeitliche Verlauf des Modulationssignals, der in den Bereichen zwischen dem Beginn und der Hälfte sowie drei Vierteln und dem Ende des ersten Intervalls "1" und im restlichen Bereich "0" ist.
Zur Ermittlung des Signalverlaufs im dritten Intervall wird erneut zuerst der Wert der Variablen CRC_zone innerhalb des dritten Intervalls anhand 1 bestimmt. Der Wert der Variablen data ist nun "0", d. h. der Wert der Variablen CRC_zone ergibt sich durch Invertierung des Werts der Variablen bzw. des Signals S_1/4. Dies bedeutet, dass in einem Bereich zwischen dem Beginn und einem Viertel des dritten Intervalls die Kodierung des Sicherungszeichens crc2send eingeblendet wird, sonst entspricht der Signalverlauf dem Kodierungsstandard, der in der darüber liegenden Zeile dargestellt ist. Da das zu übertragende Zeichen data bzw. level2send mit dem zu übertragenden Sicherungszeichen crc2send nicht übereinstimmt, ergibt sich gemäß 2 der Wert der Variablen Mod durch Invertierung des Wertes der Variablen mod_data, der "1" beträgt. Es entsteht der in 3 dargestellte zeitliche Verlauf des Modulationssignals, der im Bereich zwischen dem Beginn und einem Viertel "0" und im restlichen Bereich "1" ist.
Der weitere Verlauf des Modulationssignals kann einfach anhand von 1 und 2 bestimmt werden. Grundsätzlich wird zuerst der Bereich anhand von 1 bestimmt, in dem innerhalb des jeweiligen Intervalls der dem Sicherungszeichen zugeordnete Modulationszustand eingeblendet wird. Der Modulationszustand des verbleibenden Bereichs des Intervalls bleibt im Vergleich zum Standard-Kodierungsverfahren unverändert. Der Wert des Modulationszustand ergibt sich dann gemäß 2.
In einer Erweiterung des beschriebenen Verfahrens besteht die Möglichkeit, insbesondere bei hoher zur Verfügung stehender Bandbreite oder wenn die Datenübertragungsrate klein gegenüber der zur Verfügung stehender Bandbreite ist, sogenannte Sub-Carrier oder Hilfsträger zu verwenden, die beispielsweise in dem Lehrbuch Klaus Finkenzeller, RFID-Handbuch, 3. Aufl., HANSER, 2002, siehe insbesondere Kapitel 6.2.4 Modulationsverfahren mit Hilfsträger, beschrieben sind. Wenn nur ein Hilfsträger verwendet wird, kann die oben beschriebene Kodierung als Maske verwendet werden, d. h. die in 3 gezeigten Verläufe des Modulationszustands dienen zum Ein- bzw. Ausschalten des Hilfsträgers, wobei der Hilfsträger bei einem der beiden auftretenden Modulationszustände eingeschaltet und in dem anderen ausgeschaltet wird. Wenn zwei Hilfsträger zur Verfügung stehen, kann eine Umschaltung zwischen den Hilfsträgern anhand der gezeigten Modulationszustände erfolgen.
4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des Modulationszustands von drei Transpondern TR1 bis TR3 während eines Auswahl- oder Arbitrationsverfahrens, wobei die Kodierung auf einer 3Phase1-Kodierung basiert, die wie bereits in 3 gezeigt derart erweitert wird, dass innerhalb eines Intervalls ein Zeichen sowie ein Sicherungszeichen übertragen wird.
Das Auswahlverfahren findet hierbei vorzugsweise wie in der ISO WD 18000-6 Mode 3 vom 01. 02. 2002 beschrieben statt. Die Auswahl eines oder einer Gruppe von Transpondern erfolgt anhand einer von der Basisstation BS übertragenen Auswahlbitfolge. Die Auswahlbitfolge wird bitweise an die Transponder TR1 bis TR3 übertragen. Die Wertigkeit eines Bits der Auswahlbitfolge wird anhand der Zeitdauer zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Synchronisationsmarken kodiert. Eine Zeitdauer T0 zwischen zwei Synchronisationsmarken kodiert im gezeigten Beispiel den Wert "0" und eine Zeitdauer T1 den Wert "1". Die Intervallbreite ist folglich im Gegensatz zur Intervallbreite von 3 nicht konstant.
Alle notwendigen Übertragungsparameter, beispielsweise T0, T1 sowie weitere beliebige Referenzen oder Konstanten, können in sogenannten Header- oder Kopfabschnitten, die üblicherweise zu Beginn einer Datenübertragung gesendet werden, zwischen den Teilnehmern BS und TR1 bis TR3 der Datenübertragung ausgetauscht werden.
Die Transponder TR1 bis TR3 streuen im Vollduplexbetrieb gleichzeitig mit der Übertragung eines Auswahlbits durch die Basisstation BS ein zugehöriges Bit ihrer Identifikationsbitfolge in einem durch zwei aufeinanderfolgende Synchronisationsmarken gebildeten Intervall an die Basisstation BS zurück. Die jeweiligen Transponder TR1 bis TR3 vergleichen das Auswahlbit mit dem zugehörigen Bit ihrer Identifikationsbitfolge. Sind die Bits identisch, nimmt der jeweilige Transponder weiter am Auswahlverfahren teil. Sind die Bits nicht identisch, wechselt der jeweilige Transponder in einen Stillhaltemodus und nimmt nicht weiter am aktuellen Auswahlvorgang teil.
Zur Absicherung der von den Transpondern TR1 bis TR3 übertragenen Bits ihrer Identifikationsbitfolge wird in dem entsprechenden Intervall gleichzeitig ein Sicherungszeichen bzw. ein Sicherungsbit übertragen. Eine Übertragung eines CRC im Anschluss an die Übertragung der Identifikationsbitfolge ist nicht zwingend notwendig. Dies verringert die zur Arbitration benötigte Zeit.
Die Kodierung der von den Transpondern TR1 bis TR3 übertragenen Zeichen sowie der Sicherungszeichen erfolgt in Analogie zu den in 1 und 2 gezeigten Pseudocodes. Als Referenz-Intervallbreite, die in vier gleich lange Bereiche aufgeteilt wird, denen die in 2 gezeigten Signale S_1/4, S_1/2 und S_3/4 zugeordnet werden, wird das kürzere Intervall mit der Breite T0 gewählt. Bei Intervallen der Dauer T1 bleibt der Modulationszustand nach der Zeit T0 bis zur Dauer T1 konstant.
In 4 hat das Auswahlbit im ersten Intervall den Wert "1". Das zugehörige Bit der Identifikationsbitfolge des Transponders TR1 weist den Wert "0" auf. TR1 überträgt sein Identifikationsbit sowie ein Sicherungszeichen bzw. -bit, das den Wert "0" aufweist. Da für den Transponder TR1 das Auswahlbit und das Identifikationsbit nicht übereinstimmen, wechselt er in einen Stillhaltemodus und nimmt nicht weiter am aktuellen Auswahlvorgang teil. Das zugehörige Bit der Identifikationsbitfolge der Transponder TR2 und TR3 weist jeweils den Wert "1" auf. TR2 und TR3 übertragen ihr jeweiliges Auswahlbit sowie das Sicherungszeichen bzw. -bit, das jeweils den Wert "0" aufweist.
Im zweiten Intervall beträgt der Wert des Auswahlbits ebenfalls "1". Die Werte der entsprechenden Identifikationsbits der Transponder TR2 und TR3 stimmen mit dem Wert des Auswahlbits überein, folglich nehmen beide Transponder TR2 und TR3 weiter am Auswahlverfahren teil. Der Wert der jeweiligen Sicherungsbits beträgt "1".
Im dritten Intervall beträgt der Wert des Auswahlbits "0". Da der Wert des Identifikationsbits des Transponders TR2 "1" ist, nimmt dieser nicht weiter am Auswahlverfahren teil. TR2 überträgt als Sicherungsbit den Wert "1". TR3 überträgt als Identifikationsbit den Wert "0" und als Sicherungsbit den Wert "1". Das Auswahlverfahren wird nachfolgend über zwei Intervalle weitergeführt, wobei der Wert des Auswahlbits und des entsprechenden Identifikationsbits jeweils übereinstimmt. Der Transpon der TR3 ist bzw. bleibt ausgewählt. Die Basisstation BS kann nun Schreib-, Lese oder sonstige Kommandos auf dem ausgewählten Transponder TR3 ausführen.
Das in 4 gezeigte Beispiel basiert auf einer 3Phase1-Kodierung. Selbstverständlich lassen sich auch andere Kodierungstypen, insbesondere die in 3 gezeigten, auf das in 4 beschriebene Arbitrationsverfahren anwenden.
Alternativ oder zusätzlich lässt sich zur Übertragung bzw. Kodierung des Sicherungszeichens ein zusätzlicher Modulationszustand verwenden, der nicht zur Kodierung eines Zeichens dient. Beispielsweise kann bei einer Phasenmodulation bzw. Phasenumtastung, die üblicherweise zwischen zwei unterschiedlichen Phasenlagen alterniert, eine dritte Phasenlage zur Kodierung des Sicherungszeichens eingeführt werden.
Eine Schaltungsanordnung zur Phasenmodulation ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10158442 A1 der Anmelderin dargestellt, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Hierbei wird die Kapazitätsänderung im Eingangskreis mit Hilfe eines Varaktors bewerkstelligt, der durch Varaktorsteuerungsmittel in Form einer steuerbaren Spannungsquelle mit einer Steuerspannung zur Veränderung seiner Kapazität beaufschlagt wird.
Zur Erzeugung der dritten Phasenlage kann bei Verwendung eines sogenannten Accumulation-Mode-Varactors ein identisches Potential an beide Varactor-Anschlüsse angelegt werden. Die erste und die zweite Phasenlage wird herkömmlich durch Umschalten der am Varaktor anliegenden Polarität der Steuerspannung erzeugt.
Vorteilhafterweise wird dieser zusätzliche Modulationszustand an den Zeitpunkten erzeugt, an denen, wie bereits beschrieben, die dem Sicherungszeichen zugeordnete Kodierung innerhalb des Intervalls eingeblendet wird. Die Ermittlung der Zeitpunkte kann hierbei analog zu der in 2 beschriebenen Bestimmung der Variablen CRC_zone erfolgen.

Claims

Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation (BS) und einem oder mehreren Transpondern (TR1, TR2, TR3), bei dem – von der Basisstation (BS) elektromagnetische Trägerwellen emittiert werden, – Daten, die aus aufeinanderfolgenden Zeichen bestehen, von einem jeweiligen Transponder (TR1, TR2, TR3) zur Basisstation (BS) durch Modulation und Rückstreuen der elektromagnetischen Trägerwellen übertragen werden, und – je eines der Zeichen von einem jeweiligen Transponder (TR1, TR2, TR3) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls (I) kodiert und übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – innerhalb wenigstens eines der vorgegebenen Zeitintervalle (I) zusätzlich zu dem zu übertragenden Zeichen ein Sicherungszeichen übertragen wird, das aus den zu übertragenden Daten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation eine PSK-Modulation oder eine ASK-Modulation ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung eine 3Phase1-Kodierung, eine FMO-Kodierung oder eine NRZI-Kodierung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall von der Basisstation durch aufeinanderfolgende Synchronisationsmarken vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsmarken durch Feldlücken oder durch eine Phasenumkehr der elektromagnetischen Trägerwelle erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungszeichen Teil eines aus den Daten gebildeten Cyclic-Redundancy-Codes ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungszeichen ein Paritätsbit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungszeichen durch einen zusätzlichen Modulationszustand kodiert wird, der nicht zur Kodierung eines Zeichens dient.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Modulationszustand durch Ansteuerung eines Varaktors im Eingangskreis des Transponders erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungszeichen innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls (I) nach dem zu übertragenden Zeichen übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeichen Teil einer Identifikationsbitfolge sind, die während eines Transponder-Auswahlverfahrens von einem Transponder an die Basisstation übertragen wird.