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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen
von Daten zwischen einer Basisstation und wenigstens einer entfernten
Einheit, wie einem Transponder oder Remote Sensor, mit einer elektromagnetischen
Welle, auf die Informationspakete aus unterschiedlichen Symbolen
aufmoduliert werden, wobei die Informationspakete zumindest einen
Kopfabschnitt und einen nachfolgenden Datenabschnitt aufweisen,
wobei im Kopfabschnitt wenigstens eines Informationspakets die Symbole
eindeutig definiert werden, wobei in einem folgenden Datenabschnitt
mittels der Symbole Daten codiert und übertragen werden und wobei
der Datenabschnitt mittels einer zugeordneten Kenngröße, wie
einem CRC- oder Parity-Datum, auf seine Gültigkeit überprüft wird.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten mittels
einer elektromagnetischen Welle, auf die Informationspakete aus
unterschiedlichen Symbolen aufmodulierbar sind, mit einer Basisstation
und wenigstens einer entfernten Einheit, wie einem Transponder oder
Remote Sensor, wobei die Informationspakete zumindest einen Kopfabschnitt
und einen Datenabschnitt aufweisen, wobei im Kopfabschnitt wenigstens
eines Informationspakets die Symbole eindeutig definiert sind, wobei
in einem folgenden Datenabschnitt mittels der Symbole Daten codierbar
und übertragbar
sind und wobei die Vorrichtung weiterhin zum Überprüfen einer dem Datenabschnitt
zugeordneten Kenngröße, wie
eines CRC- oder Parity-Datums, ausgebildet ist.
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Im
Allgemeinen werden Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen
einer Basisstation und einer entfernten Einheit, beispielsweise
einem Transponder oder einem Remote Sensor – im Folgenden zusammenfassend
kurz als "Tag" be zeichnet – verwendet,
um innerhalb eines sogenannten Authentifizierungsprozesses eine
Identifikation durchzuführen. Grundlage
der bidirektionalen Datenübertragung
zwischen Tag und Basisstation bildet dabei ein Daten- oder Übertragungsprotokoll,
das unter anderem die Anzahl der Informationssymbole festlegt, beispielsweise
die Wertigkeiten je Datenbit, sowie die Kennung der einzelnen Symbole
definiert. Ein entsprechendes Verfahren – insbesondere betreffend eine vorteilhafte
Struktur des Kopfabschnitts – ist
Gegenstand der
EP 1417631 derselben
Anmelderin (veröffentlicht
am 12.05.2004), deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich zum
Bestandteil der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Im
Rahmen internationaler Zusammenarbeiten auf dem Gebiet der Radiofrequenz-Identifikation (RFID)
sind in der Vergangenheit sog. "(Minimal)-Air-Interfaces" in Form von Datenprotokoll-Schnittstellen
zwischen Tag und Basisstation definiert worden, vgl. "Specification for
an RFID Air Interface, EPCglobal, EPCTM Radio-Frequency Identity Protocols,
Class-1 Generation-2 UHF RFID, Protocol for Communications at 860
MHz-960 MHz, Version 1.0.7" vom
27.09.2004, kurz: EPCglobal. Bei derartigen Vereinbarungen ist es
in der Folge nicht ohne weiteres möglich, ein einmal festgelegtes
Protokoll in einfacher Weise um zusätzliche Kommandos oder dgl.
zu erweitern. Erschwerend kommt noch hinzu, dass bei derartigen
Protokollen vielfach Codesequenzen für spätere offizielle Erweiterungen
reserviert sind. Beispielhaft seien hier die Konzeptüberlegungen
für EPCglobal
erwähnt:
Basierend auf einem grundlegenden Protokollkonzept (Class-1) sollen weitere
Protokollklassen (Class-2 und Class-3) mit zusätzlichen Funktionalitäten, wie
Sensoranwendungen oder sicherheitsrelevante Applikationen erschlossen
werden. Für
Erweiterungen außerhalb
dieser Norm, jedoch auf der Grundlage des genannten Protokollkonzepts,
sind entweder sog. Customer Commands oder bestimmte fest vorgegebene
Codesequenzen zu berücksichtigen,
vgl. EPCglobal, S. 11.
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In
offenen RFID-Systemen mit wenigstens einer Basisstation und Tags
unterschiedlicher (und veränderlicher)
Art und Anzahl, in denen verschiedene Kunden ein und dieselbe Tag-Lösung geliefert
bekommen, funktionieren solche Ansätze in der Regel nicht. Zwar
kann in solchen Fällen
das eingesetzte Übertragungsprotokoll
grundsätzlich
kundenspezifische Codes anbieten; jedoch ergeben sich Komplikationen,
wenn eine Mehrzahl von Kunden zusätzlich noch Tags von unterschiedlichen
Herstellern bezieht, denn ein bestimmtes kundenspezifisches Kommando
kann jeweils nur einen Kunden adressieren insbesondere dann, wenn
mehrere Kunden eine jeweils kundenspezifische Lösung einsetzen wollen, lässt sich
diese folglich nicht mehr durch einen einzigen einheitlichen Code
darstellen. Daher sind für
Plattform-Lösungen,
bei denen ein Kommandocode kostengünstig erweitert oder ein Umschalten
in einen veränderten
Betriebsmodus (Multiprotokoll-Fähigkeit),
wie einen Vollduplex-Betrieb, ermöglicht werden soll, neuartige
Lösungsmechanismen
erforderlich.
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Ein
Datenübertragungsverfahren
bzw. eine Vorrichtung der genannten Art ist beispielsweise aus der
EP 1 060 454 B1 bekannt,
wobei ein in der Basisstation enthaltener Mikroprozessor die Länge eines von
einem Transponder empfangenen Datenstroms überprüft und im Falle einer fehlerhaften Übertragung ein
Interrupt-Signal überträgt. Bei
der Überprüfung kann
ein Prüfsummen-Verfahren
zum Einsatz kommen. Dabei ist insbesondere als nachteilig anzusehen,
dass das dort beschriebene Verfahren zwar prinzipiell das Abschalten
von Transpondern im Falle von Übertragungsfehlern
ermöglicht,
es sich jedoch nicht dafür
eignet, Protokollerweiterungen vorzunehmen, die sicher als solche
erkannt werden und nicht in Konflikt mit einem existierenden Protokoll
stehen.
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Die
WO 2004/047002 A1 beschreibt
ein Verfahren, das dazu dient zu ermitteln, ob ein Transponder zu
einer bestimmten Gruppe von Transpondern gehört. Dazu werden in dem Transponder
eine Anzahl von Startwerten für
ein CRC-Prüfverfahren
fest programmiert, von denen jeder eine bestimmte Transponder-Gruppe repräsentiert.
Um einen Transponder einer solchen Gruppe zuzuordnen, wird einer der
Startwerte dauerhaft aktiviert. Wenn nun eine Basisstation entsprechende
Daten an den Transponder überträgt, lässt sich
anhand eines Ergebnisses des CRC-Prüfverfahrens feststellen, welcher
Startwert aktiviert ist bzw. zu welcher Gruppe der Transponder gehört. Ein
solches Verfahren ist ebenfalls nicht dafür geeignet, in einem RFID-System
Protokollerweiterungen vorzunehmen, die sicher als solche erkannt werden.
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Aus
der
US 2003/0133435
A1 ein Verfahren zum Übertragen
von Daten bekannt, bei dem eine optimierte Übertragungsrate eingestellt
wird, indem Codierparameter für
Daten angepasst werden, die in einem Datenpaket-Kopfabschnitt übertragen
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass neue, das Protokoll erweiternde
Befehlssequenzen (nachfolgend zusammen mit Modusumschaltungen vereinfachend
als "Protokollerweiterungen" bezeichnet) sicher
als solche erkannt werden und nicht in Konflikt mit dem existierenden
Protokoll stehen. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Vorrichtung soll sich darüber hinaus durch einen hohen
Wiederverwertungsanteil standardmäßig vorhandener Logikschaltungen
auszeichnen, was eine zusätzliche
Kostengünstigkeit
der erfindungsgemäßen Lösung bedingt.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass zum Verändern
eines verwendeten Übertragungsprotokolls
wenigstens ein Kopfabschnitt so modifiziert wird, dass bei einer
entfernten Einheit, die das veränderte
Protokoll nicht unterstützt,
ein Fehlerzustand ausgelöst
wird und sich diese Einheit daraufhin aus einer Kommunikation mit
der Basisstation zurückzieht,
und dass bei einer das veränderte
Protokoll unterstützenden
entfernten Einheit ein zur Überprüfung der
Kenngröße erforderliches
Initialdatum bei Modifizierung des Kopfabschnitts auf Veranlassung
durch die Basisstation abweichend von einem Standardwert eingestellt
wird.
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Eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art ist zur Lösung der Aufgabe derart ausgebildet,
dass die Basisstation zwecks Änderung
eines verwendeten Übertragungsprotokolls
zum Modifizieren wenigstens eines Kopfabschnitts eingerichtet ist,
durch den bei einer das veränderte
Protokoll nicht unterstützenden
entfernten Einheit ein Fehlerzustand verbunden mit einem Rückzug aus
einer Kommunikati on mit der Basisstation auslösbar ist, und dass bei einer
das veränderte
Protokoll unterstützenden
entfernten Einheit ein zur Überprüfung der
Kenngröße erforderliches
Initialdatum bei Modifizierung des Kopfabschnitts abweichend von
einem Standardwert auf Veranlassung durch die Basisstation einstellbar ist.
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Somit
ist in einfacher Weise die angestrebte Erweiterung des Befehlsvorrats
bei an entsprechende Protokollvereinbarungen gebundene RFID-Systeme
möglich,
indem der o.g. Kopfabschnitt durch die Basisstation verändert wird,
was die Tags erkennen – zumindest
als Fehler für
den Fall, dass die Protokolländerung
nicht unterstützt
wird. Insbesondere lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
dazu verwenden, die Datenübertragung
von der Basisstation zum Tag auf einen Vollduplex-Modus umzustellen,
wobei das Tag das dekodierte Signal backscattert, sodass die Basisstation
eventuell vorhandene Fehler schnell erkennen kann. In der bereits
erwähnten
EPCglobal-Spezifikation ist festgelegt, dass der Link nur im Halbduplex-Modus
betrieben wird; anderenfalls sind kundenspezifische Kommandos erforderlich,
die erfindungsgemäß gerade
vermieden werden, wodurch sich der Logikaufwand entsprechend begrenzen lässt.
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In
Verbindung mit der erfindungsgemäßen Protokollumschaltung
ist es darüber
hinaus möglich, bestimmte
(Standard-)Kommandos abweichend von ihrer Standarddefinition zu
interpretieren und somit quasi doppelt zu belegen. Hierbei können jedoch
alle vorhandenen Speicher- und Dekodiereinrichtungen weiter verwendet
werden, da dass entsprechende Kommandowort unverändert bleibt. Auch dieser Umstand
trägt dazu
bei, dass ein hoher Wiederverwertungsanteil bestehender Schaltlogik
erreicht wird.
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In
der EPCglobal-Spezifikation ist unter Bezugnahme auf die dortige 6.4 auf Seite 25 dargestellt, welche Kopfabschnitt-Strukturen
zum Initialisieren (6.4 oben) bzw.
zur Befehlsübertragung (6.4 unten) von bzw. bei bidirektionalen
RF-Verbindungen zwischen Basisstation und Tag verwendet werden.
Sie entsprechen denjenigen in der o.g. EP-Veröffentlichung derselben Anmelderin.
Nach einem sog. Delimiter, einer "Leerstelle" vorbestimmter zeitlicher Dauer, weisen
die gezeigten Kopfabschnitt-Strukturen jeweils ein logisches Daten-Null-Symbol
auf, dass dazu verwendet werden kann, den Kopfabschnitt auf Plausibilität zu prüfen. Da
die Implementierung einer solchen Plausibilitätsprüfung jedoch nicht zwingend
vorgeschrieben ist, lässt
sich einerseits im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafter
Weise dieses Symbol zum Bewirken einer Protokolländerung verwenden. Demgemäss zeichnet
sich das erfindungsgemäße Verfahren in
einer Weiterbildung dadurch aus, dass das erste Symbol des wenigstens
einen Kopfabschnitts modifiziert wird. Vorzugsweise wird dabei das
erste logische Symbol des wenigstens einen Kopfabschnitts in sein
logisches Gegensymbol geändert,
d.h. aus einer Daten-Null entsteht erfindungsgemäß eine Daten-Eins. Andererseits
ergibt sich aufgrund der Unverbindlichkeit der Plausibilitätsprüfung auch,
dass bestimmte Tags eine Veränderung
des entsprechenden Symbols eventuell nicht bemerken, da bei ihnen keine Überprüfung stattfindet.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die speziell
diese Möglichkeit
sicher vermeidet, ist weiter unten detailliert beschrieben.
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Alternativ
wäre es
auch möglich,
nach dem Kopfabschnitt ein zusätzliches
Symbol anzufügen, dessen
zeitliche Dauer wesentlich länger
ist als jedes zuvor im Kopfabschnitt verwendete Symbol, so dass eine
regelmäßig im Tag
vorhandene Protokoll-Detektionseinrichtung dies als einen Fehler
interpretiert, wenn das Tag eine entsprechende Protokollerweiterung
nicht unterstützt.
Eine solche Lösung
besitzt jedoch den prinzipiellen Nachteil, dass bei schnellen Arbitrierungsroutinen
wertvolle Zeit durch das Übertragen
des zusätzlichen
Symbols verloren geht.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
das erste Symbol des wenigstens einen Kopfabschnitts zwischengespeichert
und mit einem nachfolgenden Kalibrierungssymbol verknüpft, beispielsweise
hinsichtlich der zeitlichen Länge
verglichen wird, um die Modifizierung des ersten Symbols nachzuweisen.
Entsprechend kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung in besonders
vorteilhafter Ausführungsform
eine Zwischenspeichereinrichtung für ein gegenüber einem ersten Protokoll
modifiziertes Symbol des wenigstens einen Kopfabschnitts, eine Verknüpfungseinrichtung
für das
zwischengespeicherte Symbol und ein Kalibrierungssymbol sowie eine
Bestimmungseinrichtung aufwei sen, die zum Nachweisen der Modifizierung
des zwischengespeicherten Symbols ausgebildet ist.
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Nach
der EPCglobal-Spezifikation wird im Anschluss an das Daten-Null-Symbol
ein Kalibrierungssymbol RTcal übertragen,
dessen Länge
sich aus den zeitlichen Dauern einer Daten-Null und einer Daten-Eins
additiv zusammensetzt, wobei der halbe Wert von RTcal in der Folge
als Grenzwert für
die Unterscheidung zwischen Daten-Nullen und Daten-Einsen verwendet
wird. Bevorzugter Weise wird also erfindungsgemäß das erste Symbol des Kopfabschnitts
so verändert,
dass sich in Verbindung mit der anschließenden RTcal-Definition für das modifizierte erste
Symbol eine logische Daten-Eins ergibt, die dann vom Tag als solche
erkennbar ist. Hierzu werden die beiden genannten Symbole nach dem
Vorstehenden zeitlich ausgemessen und verglichen (verknüpft), wobei
die zeitliche Länge
des ersten Symbol – wie
gesagt – zumindest
zwischengespeichert wurde.
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Ein
Tag, das die entsprechenden (aufgrund der sich in der Kopfabschnitt-Änderung manifestierenden Anfrage
durch die Basisstation im Hinblick auf die folgenden Befehlsdaten
auch nötigen)
Protokollerweiterungen unterstützt,
weiß zu
diesem Zeitpunkt prinzipiell, dass ein Kommando aus dem erweiterten Befehlsvorrat
oder eine Modusumschaltung auszuführen bzw. vorzunehmen ist.
Allerdings ist es hierzu zwingend erforderlich, dass das Tag die
Länge des ersten
Symbols auch tatsächlich
wie beschrieben überprüft, wie
bereits weiter oben angesprochen. Ist dies nicht der Fall, so kann
das entsprechende Tag die Veränderung
im Protokoll nicht identifizieren. Aus diesem Grund ist nach einer äußerst bevorzugten Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen,
dass bei Modifizierung des wenigstens einen Kopfabschnitts bei einer
das veränderte
Protokoll unterstützenden
entfernten Einheit ein Pseudodatenstrom aus wenigstens einem Signalimpuls
erzeugt wird, der sich in der Folge zwecks eindeutiger Unterscheidbarkeit
erweiterungsfähiger
Tags von nicht erweiterungsfähigen
Tags verwenden lässt. Dementsprechend
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine das veränderte Protokoll
unterstützende
entfernte Einheit bei Modifizierung des wenigstens einen Kopfabschnitts
zum Erzeugen eines Pseudodatenstroms aus wenigstens einem Signalimpuls
ausgebildet ist.
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Der
Pseudodatenstrom ist im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
während
der Übertragung
des Kopfabschnitts durch die Basisstation wirksam. Vorliegend bedeutet "wirksam", dass der Pseudodatenstrom
einer geeigneten Einrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt wird
und dass dabei eine gegenüber
der Verwendung eines standardmäßigen Übertragungsprotokolls
definierte Veränderung
der maßgeblichen
Signalverläufe
auftritt. Beispielsweise kann der Pseudodatenstrom einer Prüfeinrichtung,
wie einem CRC-Register, zugeführt und
dort (mit-)verarbeitet werden, sodass er das Ergebnis der CRC-Bestimmung
wirksam (mit-)beeinflusst.
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Vorteilhafter
Weise wird der Pseudodatenstrom, z.B. ein aus regelmäßig während des
Kopfabschnitts übertragenen
Notch-Signalen abgeleitetes Signal, während des wenigstens einen
Kopfabschnitts und/oder direkt nach Empfang eines letzten Kopfabschnitts-Symbols
erzeugt und bereitgestellt. Zu seiner Verarbeitung in Sinne der
Erfindung kann die Vorrichtung weiterhin eine Schaltungseinrichtung aufweisen,
die zum Überprüfen eines
nachfolgenden Datenabschnitts auf dessen Gültigkeit nach Maßgabe des
Pseudodatenstroms ausgebildet ist, d.h. dass nach Maßgabe des
Pseudodatenstroms ein nachfolgender Datenabschnitt auf dessen Gültigkeit überprüft wird.
Die Schaltungseinrichtung liefert zu diesem Zweck ein Ergebnis,
das eben dazu verwendet wird, die Gültigkeit des im Datenabschnitt übertragenen
Kommandos zu überprüfen. Bei
der Schaltungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Bitzähler handeln,
der durch den Pseudodatenstrom gestartet wird und einfach die Anzahl
der übertragenen
Bits zählt,
wobei jede Kommandosequenz aus einer bestimmten vorbekannten (und
gespeicherten) Anzahl von zu übertragenden
Bits und ggf. Prüfbits, wie
Parity-Bits oder CRC-Bits, gebildet ist. Eine entsprechende Weiterentwicklung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass eine Anzahl in dem Datenabschnitt zu übertragender
Datenbits überprüft wird.
Ein Kommando wird demgemäss
dann als gültig
betrachtet, wenn der Code korrekt ist und entsprechend die Bitanzahl
mit der vorgegebenen Definition des Kommandos korrespondiert. Falls
vorhanden, muss auch die Prüfsumme
oder dgl. korrekt sein.
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Die
vorstehend beschriebene Verwendung eines Bitzählers kann sich mit Blick auf
die Kosten als nachteilig erweisen, da der Bitzähler auch für "unkritische" Protokoll-Zwischenschritte, wie das
Abspeichern eines empfangenen Kommandos, eingesetzt wird, wodurch
sich der Dekodieraufwand, der zum Erfassen der zusätzlichen
Pulse des Pseudodatenstroms erforderlich ist, vergrößert, was
eine negative Kostenfolge bedingt.
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Eine
alternative Möglichkeit
besteht darin, den vom Tag erzeugten Pseudodatenstrom einer Schaltungseinrichtung
zuzuführen,
die für
die Sicherungsebene des Protokolls zuständig ist, beispielsweise einer
CRC- oder Parity-Einheit, sodass erfindungsgemäß eine dem Datenabschnitt zugeordnete Kenngröße, wie
ein CRC- oder Parity-Datum, überprüft wird.
Dementsprechend kann bei einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten
Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Schaltungseinrichtung zum Überprüfen einer
dem Datenabschnitt zugeordneten Kenngröße ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang
wird durch eine Weiterbildung des Verfahrens erreicht, dass gerade
die Überprüfung der
Kenngröße den Fehlerzustand
bei das veränderte
Protokoll nicht unterstützenden
Einheiten auslöst.
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Bei
einer das veränderte
Protokoll unterstützenden
entfernten Einheit wird erfindungsgemäß ein zur Überprüfung der Kenngröße erforderliches
Initialdatum, der sog. Preload-Wert, bei Modifizierung des wenigstens
einen Kopfabschnitts abweichend von einem Standardwert eingestellt.
Dies geschieht insbesondere dadurch, dass das zur Überprüfung der Kenngröße erforderliche
Initialdatum von der Basisstation zu den entfernten Einheiten übertragen
wird, wobei die Übertragung
des Initialdatums vorzugsweise mit dem wenigstens einen Kopfabschnitt
erfolgt. Dabei kann das Initialdatum vorteilhafter Weise implizit übertragen
werden, indem der von den entsprechenden Tags in Reaktion auf die
Aufforderung durch die Basisstation generierte Pseudodatenstrom
zum Einstellen des Initialwerts verwendet wird. "Implizites Einstellen" bedeutet in diesem
Fall, dass die Basisstation nicht einfach einen Wert für das CRC-Register
einstellt (vorgibt), sondern das hierzu während des Kopfabschnitts im
Tag erzeugte (Pseudo-)Daten verwendet werden.
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Alternativ
ist jedoch auch ein direktes Einstellen des Preload-Werts ohne Rückgriff
auf einen Pseudodatenstrom möglich.
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In
entsprechender Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Kenngröße durch die Basisstation unter
Berücksichtigung
des in der das veränderte Protokoll
unterstützenden
Einheit generierten Pseudodatenstroms erzeugt wird.
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Das
Tag kann so am Ende der Forward-Übertragung
das von der Schaltungseinrichtung gelieferte Ergebnis mit einem
(vorbekannten) Erwartungswert vergleichen. Im Falle einer speziell als
CRC-Einheit ausgebildeten Schaltungseinrichtung müssen die
Basisstation und das Tag hierbei nach dem Vorstehenden berücksichtigen,
dass zum Ermitteln des CRC-Werts der Startwert der Berechnung (Initialdatum)
aufgrund des eingefügten
Pseudodatenstroms gegenüber
einem Standard-Kopfabschnitt ohne Protokollerweiterung geändert werden muss.
Der Startwert drückt
sich – wie
bereits oben erwähnt – als sog.
Preload-Wert aus und wird vorzugsweise implizit im Kopfabschnitt
für das
Tag eingestellt: Nach einem ersten in Abhängigkeit von Symbolen des Kopfabschnitts
durch das Tag erzeugten Clockimpuls erfolgt ein Reset der CRC-Einheit;
die folgenden Impulse werden auf das CRC-Register gegeben und entsprechend
zum Einstellen des Preload-Werts verwendet. Alternativ möglich ist
es im diesem Zusammenhang auch, das erste Reset der CRC-Einheit
bereits mit einem den Kopfabschnitt einleitenden Begrenzungssymbol
(Delimiter) durchzuführen.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass ein längerer Pseudodatenstrom verwendet
werden kann.
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Grundsätzlich ist
im Zuge der vorliegenden Erfindung zwecks Protokollerweiterung also
beispielsweise folgendes Vorgehen möglich: Zunächst wird das erste Symbol
des wenigstens einen Kopfabschnitts durch die Basisstation modifiziert.
Vorzugsweise wird dazu das erste logische Symbol des wenigstens
einen Kopfabschnitts in sein logisches Gegensymbol geändert (Daten-Eins
statt Daten-Null). Anschließend
ist es möglich,
einfach einen bestimmten, vom Standard (z.B FFFFh für ein 16-Bit-CRC-Register)
abweichenden Preload-Wert (z.B. EEEEh) direkt einzustellen, was
jedoch u.U. hardwaretechnisch ungünstiger als die nachfolgend genannte
Alternative ist. Im Hinblick auf den zu treibenden Hardware-Aufwand
kann es nämlich
einfacher sein, den neuen Preload-Wert wie beschrieben unter Ausnutzung
des ggf. vom Tag generierten Pseudodatenstroms (implizit) einzustellen.
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Nach
dem Kopfabschnitt ist somit in jedem Fall der Befehlssatz eindeutig
definiert. Falls keine Protokollerweiterung vorliegt, erfolgt ein
erneutes Reset der CRC-Einheit. Eine Abweichung der von der Basisstation
und dem Tag ermittelten CRC-Werte bewirkt eine Fehlermeldung durch
das Tag, das den CRC-Fehler (oder entsprechend einen Parity-Fehler) erkannt
hat und sich daraufhin von der Kommunikation zurückzieht.
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Wenn
die für
einen bestimmten (erweiterten) Befehl erwartete (Pseudo-)Datumsfolge
vorab definiert ist, lässt
sich über
die konkrete mathematische Ausgestaltung der verwendeten Einheit
eine optimierte Hamming-Distanz erreichen, die angibt, wie sicher
das in der CRC-Einheit verwendete Polynom hinsichtlich der Sicherheit
einer Bitfehlererkennung ist. Der Pseudodatenstrom kann z.B. im
Datenblatt des Tags bzw. des entsprechenden ICs veröffentlicht sein.
Bei drei Kopfabschnitt-Symbolen mit jeweils einem CRC-Clockimpuls ergeben
sich somit 2^3 mögliche
Ausgestaltungen für
den Pseudodatenstrom.
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Erfindungsgemäß ist es
somit möglich,
eine vorbekannte Minimaldefinition für ein RFID-Air-Interface so
zu erweitern, dass vollständig
neue Befehlssequenzen, z.B. ein deterministisches Arbitrierungskommando
oder ein "Send Sub-Carrier"-Befehl, oder neue
Betriebsmodi, wie ein Vollduplex-Modus im Forward- und Return-Link,
freischaltbar sind. Als erstes Indiz für derartige Erweiterungen wird
zunächst
der Kopfabschnitt unter Berücksichtigung
eines günstigen
Timings (nur geringfügige
zeitliche Verlängerung)
verändert.
Anschließend
wird vorteilhafter Weise durch wenigstens einen zusätzlichen
Signalimpuls die unbedingte Unterscheidbarkeit sichergestellt, insbesondere
durch Verarbeitung des Impulses auf der Sicherungsebene der Kommunikation
(CRC-Einheit oder Bitzähler),
wie vorstehend detailliert beschrieben.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der
Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit
einer Basisstation und einem passiven Transponder;
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2 in
schematischer Darstellung mögliche
erfindungsgemäße Signalverläufe für den Fall
eines Default-Datenstroms ohne Protokollerweiterung;
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3 analog
zur Darstellung der 2 den Fall einer Protokollerweiterung
unter Verwendung eines vom Transponder erzeugten Pseudodatenstroms;
und
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4 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in Form einer Anordnung zur Datenübertragung von einer Basisstation
BS und einem passiven Transponder (Tag) TA abgebildet. Hierbei entnimmt
der Transponder TA seine Energie P aus einer Trägerwelle (nicht gezeigt) der
Basisstation BS. Derartige Systeme werden unter anderem im Bereich
des Kraftfahrzeug (KFZ) eingesetzt, wobei der Transponder im Türschlüssel und
die Basisstation BS im Auto eingebaut ist. Die Basisstation BS weist
einen integrierten Schaltkreis IC1 auf, der eine Sende- und Empfangseinheit
SE1 mit einem Sendeteil SXT1 und einem Empfangsteil RXT1 steuert.
Zur Übertragung von
Daten D sendet zunächst
die Basisstation BS eine modulierte Trägerwelle (nicht gezeigt) aus,
die von dem Transponder TA mittels einer Sende- und Empfangseinheit
SE2, die einen Empfangsteil RXT2 und einen Sendeteil SXT2 aufweist,
empfangen und zur Auswertung an eine Steuereinheit CON weitergeleitet
wird, wobei das Sende- und Empfangsteil SE2 außerdem die zur Versorgung des
Transponders TA notwendige Energie P absorbiert. Die Datenübertragung
D erfolgt bidirektional auch zurück
vom Transponder TA zur Basisstation BS (Backscatter), beispielsweise
in einem Halb- oder Vollduplex-Verfahren.
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Die
genannten Empfangs- und Sendeteile weisen jeweils eine geeignete
Antenneneinrichtung, wie eine Dipolantenne oder dgl. auf. Ferner
umfasst zumindest die integrierte Schaltung IC2 eine Steuereinheit
CON und einer Speichereinheit SP, in der unter anderem die festgelegten
Kenngrößen eines
zur Datenübertragung
von Informationspaketen verwendeten Protokolls und erfindungsgemäß ggf. bestimmte
Protokollerweiterungen, wie Befehle zur Modusumschaltung, abgelegt
sind. Eine entsprechende Speichereinheit (nicht gezeigt) ist vorteilhafter
Weise auch in der integrierten Schaltung IC1 der Basisstation BS
enthalten. Darüber
hinaus kann die Speichereinheit SP auch zum Zwischenspeichern durch
das Tag TA empfangener Daten bzw. einzelner empfangener Datenbits
dienen. Beide integrierten Schaltungen IC1, IC2 besitzen zudem eine
Schaltungseinrichtung SCH1, SCH2, die zum Erzeugen und Überprüfen einer
den übertragenen
Daten D zugeordneten Kenngröße, z.B.
einer CRC-Prüfsumme,
ausgebildet sind. Folglich kann es sich bei der Schaltungseinrichtung
insbesondere um ein CRC-Register handeln, d.h. eine Art Rechenautomat
mit einer bestimmten Polynom-Rechenvorschrift,
der mit einem geeigneten Datenstrom beaufschlagbar ist, was dem
Fachmann geläufig
ist.
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Die
integrierte Schaltung IC2 bzw. die Steuereinheit CON weist erfindungsgemäß weiterhin
eine Verknüpfungseinrichtung
VER für
zumindest ein in der Speichereinheit SP zwischengespeichertes Daten-Symbol
(SYM1; s. hierzu detailliert weiter unten) und ein von der Basisstation
BS empfangenes Kalibrierungssymbol (RTcal; s. hierzu detailliert
weiter unten) sowie eine Bestimmungseinrichtung BES auf, die zum
Nachweisen einer bestimmten Eigenschaft des zwischengespeicherten
Symbols SYM1, wie einer gegenüber
einem standardmäßigen Übertragungsprotokoll
erfolgten Modifizierung, ausgebildet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Verknüpfungseinrichtung
VER zum Vergleichen der beiden vorstehend genannten Symbole hinsichtlich ihrer
zeitlichen Länge
ausgebildet, sodass die Bestimmungseinrichtung BES, ggf. unter Zusammenwirken
mit der Speichereinheit SP, in der entsprechende Vorgabewerte abgelegt
sind, in der Lage ist zu erkennen, ob die Länge des Symbols SYM1 gegenüber einer
Standardlänge
verändert,
z.B. verlängert
worden ist.
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Gemäß der Darstellung
in 1 hat die Sende- und Empfangseinheit SE2 des Tags
TA einen Sende- und einen Empfangspfad. In Verbindung mit passiven
Transpondern sind diese in der Regel so aufgebaut, dass beide Pfade – abweichend
vom gezeigten Ausführungsbeispiel – mit einer
gemeinsamen Antenne betrieben werden, was dem Fachmann ebenfalls
bekannt ist.
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Die
2 zeigt
schematisch mögliche
zeitliche Signalverläufe
im Falle eines von der Basisstation BS (
1) gesendeten
Default-Datenstroms, bei dem es zu keiner Protokollerweiterung kommt.
Die Zeit t läuft
in den
2 und
3 jeweils von links nach rechts
in Richtung des Pfeils. Zunächst
ist in
2 (oben) ein Signalstrom SBS von der Basisstation
BS zum Tag TA (
1) bei einer ersten Datenrate
dargestellt. Dabei handelt es sich um den Anfang eines Kopfabschnitts
aus beispielsweise zwei oder drei Symbolen, mit dem die Basisstation
und das Tag jeweils eine Kommunikation mit dem jeweils anderen Vorrichtungsbestandteil
einleiten (vgl. die entsprechende Offenbarung in der
EP 1417631 derselben Anmelderin).
Vor dem eigentlichen Kopfabschnitt liegt ein Begrenzungssymbol,
ein sog. Delimiter DL in Form einer Feldlücke mit definierter Dauer,
vgl. EPCglobal-Spezifikation. Daran schließt sich als erstes Symbol SYM1
des Kopfabschnitts im Falle der
2 eine logische
Daten-Null D0 an. Diese ist definiert als Symbol mit einer zeitlichen
Dauer T < ½ × RTcal,
wobei RTcal ein auf das erste Symbol SYM1 folgendes Kalibrierungssymbol
ist, das bzw. dessen zeitliche Dauer definiert, wie die Basisstation
die Werte 0, 1 und ggf. ein Übertragungsende
EOF (end of frame) codiert.
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Unterhalb
des Signalstroms SBS ist in 2 ein Signalverlauf
RCRC für
ein Reset des CRC-Registers SCH2 des Tags TA (1)
gezeigt. Da die Basisstation am Anfang des Kopfabschnitts standardmäßig eine
Daten-Null sendet, wird das CRC-Register mittels der gezeigten Impulse
I1, I2 zwei Mal in einen Anfangszustand zurück gesetzt, beispielsweise
nach dem RTcal-Symbol.
Wie darunter dargestellt ist, wird dabei am Ende jedes Symbols des
Kopfabschnitts ein Impuls I3, I4 eines Clocksignals CCRC erzeugt
und auf das CRC-Register SCH2 gegeben, wobei die aktive Flanke die
negative edge des jeweiligen Impulses I3, I4 ist. Das CRC-Register SCH2
erhält
demgemäss
im Falle eines Default-Datenstroms zwar zwei Impulse I3, I4, von
denen der zweite I4 bereits nicht mehr im Kopfabschnitt, sondern
schon im zeitlich darauf folgenden Datenabschnitt der Übertragung
liegt. Allerdings wirkt sich nur dieser zweite Clockimpuls I4 aus,
da zuvor durch den Impuls I2 ein Reset erfolgt ist: Der Impuls I2
bringt das CRC-Register SCH2 in den Grundzustand; mit dem Impuls
I4 folgt dann der nächste
Rechenschritt.
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Unterhalb
des CCRC-Signals ist ein möglicher
Pseudodatenstrom DCRC für
die CRC-Berechnung angegeben. Bei diesem Datenstrom handelt es sich
um eine zuvor vereinbarte Datenfolge, die vorzugsweise immer auf
die gleiche Weise erzeugt wird. Er wirkt sich letztendlich aber
nur aus, wenn kein Impuls I2 vorhanden ist (s.u.; vgl. 3).
Der Datenstrom DCRC kann grundsätzlich
auch von der Basisstation stammen. In diesem Fall muss jedoch definiert
sein, welche Daten sich bei Steuersymbolen ergeben.
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Alternativ
möglich
ist in diesem Zusammenhang auch eine Realisierung, bei der das CRC-Register
zunächst
mit dem Delimiter DL zurück
in den Anfangszustand gesetzt wird. Anschließend wird es während des
gesamten Kopfabschnitts mit einem Pseudodatenstrom beaufschlagt.
Erst wenn das Tag erkannt hat, dass die Protokollerweiterung nicht
aktiviert werden soll, wird das CRC-Register durch einen entsprechenden
Impuls (vgl. I2, I3 in 2) wieder zurück gesetzt.
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Die 3 zeigt
demgegenüber
die entsprechenden Signalverläufe
SBS', RCRC', CCRC', DCRC' für den Fall,
dass ein Protokollerweiterungen unterstützendes Tag TA (1)
von der Basisstation BS aufgefordert wird, auf den erweiterten Befehlsvorrat
zuzugreifen oder in einen anderen Betriebsmodus zu wechseln. Die
Darstellung der 3 basiert allein aus zeichnerischen
Gründen
auf einer zweiten Datenrate, die von der Datenrate der 2 abweicht. Dies
hat auf den Erfindungsgegenstand keinerlei beschränkende Wirkung.
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Zum
Zweck der Protokollerweiterung sendet die Basisstation BS nach dem
Delimiter DL als erstes Symbol SYM1 des Signalstroms SBS' eine Daten-Eins D1, gefolgt
von dem Kalibrierungssymbol RTcal, wie oben beschrieben. Aufgrund
der Daten-Eins im Signalstrom SBS' erfolgt in diesem Fall nach dem RTcal-Symbol
kein Reset des CRC-Registers SCH2, sondern nur durch einen Impuls
I1' des Signals
RCRC' im Anschluss
an den Delimiter DL. Im Folgenden gehen alle Clockimpulse I2'-I4' des Signals CCRC' auf das CRC-Register SCH2, sodass sich
für dieses
ein gegenüber
der Darstellung in 2 veränderter Preload-Wert ergibt,
der bei der anschließenden
Berechnung der CRC-Prüfsumme unter
Einbeziehung des vom Tag generierten Pseudodatenstrom DCRC' mit zu berücksichtigen
ist. Der Pseudodatenstrom DCRC' für die CRC-Berechnung ist
wiederum eine zuvor vereinbarte Datenfolge, die vorzugsweise immer
auf die gleiche Weise erzeugt wird und die sich vorliegend auswirkt,
weil kein Reset-Impuls I2 vorhanden ist (s.o.; vgl. 2).
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Als
alternative Ausführungsform
kann statt der Daten-Eins D1 (3) als erstes
Symbol SYM1 auch das weiter oben eingeführte EOF-Symbol anstelle der
Daten-Null D0 (2) verwendet werden, um die
Protokollerweiterung anzuzeigen.
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Der
Preload-Wert wird dem Tag TA folglich durch die Basisstation BS
im Kopfabschnitt implizit mitgeteilt und von diesem erkannt, wenn
das Tag die Protokollerweiterung unterstützt und das erste Symbol SYM1
des Kopfabschnitts auswertet. Der Basisstation ist in jedem Fall
die korrekte CRC-Prüfsumme unter
Berücksichtigung
des Preload-Werts bekannt bzw. durch die Schaltungseinrichtung SCH1
(1) bestimmbar und wird an das Tag übermittelt.
Dieses wird nun erfindungsgemäß nur dann
keinen CRC-Fehler feststellen, wenn es den Preload-Wert richtig
aus dem Kopfabschnitt entnommen hat, d.h. wenn es die Protokollerweiterung
auch tatsächlich unterstützt. Dieser
Umstand wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dazu verwendet,
solche Tags, die im Falle der 3 einen
CRC-Fehler erkennen, von der Kommunikation mit der Basisstation
auszunehmen.
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Abschließend zeigt
die 4 anhand eines Flussdiagramm nochmals einen möglichen
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst
wartet das Tag TA (1) in einem ersten Schritt S1
auf den Delimiter DL (2, 3).
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Wird
die entsprechende schleifenartige Abfrage in Schritt S1 bejaht (j)
und ist dieser empfangen worden, erfolgt in Schritt S2 ein Reset
des CRC-Registers
SCH2. Anderenfalls (n) wird Schritt S1 erneut ausgeführt.
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An
Schritt S2 anschließend
wartet das Tag in Schritt S3 auf die nächste steigende Flanke im Signalstrom
SBS, SBS' (2, 3),
die das Ende des ersten Symbols SYM1, hier: der Daten-Null D0 (2)
oder der Daten-Eins D1 (3) markiert. Wird die entsprechende
schleifenartige Abfrage in Schritt S3 bejaht (j), wird im nachfolgenden
Schritt S4 die zeitliche Länge
T des ersten Symbols SYM1 (vgl. 2, 3)
in der Speichereinheit SP (1) zwischengespeichert
und der logische Zustand des DCRC(')-Datenstroms (2, 3)
verändert, DCRC(') = 1. Zugleich wird
ein Clockimpuls I1, I1' auf das
CRC-Register SCH2
gegeben. Der entsprechende neue Wert des Registers hängt dabei
explizit von der verwendeten Rechenvorschrift (Polynom) ab. Daraufhin
wartet das Tag in Schritt S5 wiederum auf eine steigende Signalflanke,
deren Eintreffen (j) das Ende des RTcal-Symbols definiert (2, 3). Anschließend wird
in Schritt S6 der Wert für
RTcal in der Speichereinheit SP gespeichert, der logische Zustand
des DCRC(')-Datenstroms
(2, 3) verändert, DCRC(') = 0, und ein weiterer
Clockimpuls auf das CRC-Register SCH2 gegeben.
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Weiterhin
wird in Schritt S6 der Wert des ersten Symbols SYM1 überprüft. Dazu
wird erfindungsgemäß das zwischengespeicherte
Symbol SYM1 mit dem nachfolgenden Kalibrierungssymbol RTcal arithmetisch-vergleichend – wie bereits
weiter oben detailliert beschrieben wurde – in der Verknüpfungseinrichtung
VER (
1) verknüpft,
um die (zeitliche) Modifizierung des ersten Symbols mittels der
Bestimmungseinrichtung BES (
1) nachzuweisen.
Daran schließt
sich in Schritt S7 eine Abfrage dahingehend an, ob es sich bei dem
ersten Symbol um eine Daten-Null D0 handelt. Wird diese Abfrage
bejaht (j), so wird das CRC-Register SCH2 in Schritt S8 bis zum
Eintreffen das ersten Datensymbols zurückgesetzt, vgl. Impuls I2 in
2.
Danach wartet das Tag in Schritt S9 auf das Ende des Kopfabschnitts,
das z.B. wie in der
EP 1417631 definiert
ist. In diesem Fall (j) springt das Verfahren nach Schritt S10,
der sich für
SYM1 = D1 (erstes Symbol ist eine Daten-Eins,
3) direkt
an den Schritt S7 anschließt, und
gibt weitere Clockimpulse (I4 in
2; I3', I4' in
3)
auf das CRC-Register SCH2, bis das Ende der Übertragung erreicht ist. Wenn
die ersten wirklichen Daten übertragen
werden, hat das CRC-Register demnach für die beiden oben dargestellten
Fälle unterschiedliche
Werte.
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Anschließend wird
erfindungsgemäß weiter verfahren,
wie bereits oben im Detail beschrieben.
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- BES
- Bestimmungseinrichtung
- BS
- Basisstation
- CCRC,
CCRC'
- Clocksignal
- CON
- elektrisch
isolierende Schicht, Feldoxid-Schicht
- D
- Datenübertragung
- DL
- Begrenzungssymbol,
Delimiter
- DCRC,
DCRC'
- Datenstrom
- D0
- Daten-Null
- D1
- Daten-Eins
- IC1
- integrierte
Schaltung
- IC2
- integrierte
Schaltung
- I1-I4'
- Impuls
- P
- Versorgungsenergie
- RCRC,
RCRC'
- Resetsignal
- RTcal
- Kalibrierungssymbol
- RXT1
- Empfangsteil
- RXT2
- Empfangsteil
- SBS,
SBS'
- Signalstrom
- SCH1
- Schaltungseinrichtung
- SCH2
- Schaltungseinrichtung
- SE1
- Sende-
und Empfangseinheit
- SE2
- Sende-
und Empfangseinheit
- SP
- Speichereinheit
- SXT1
- Sendeteil
- SXT2
- Sendeteil
- SYM1
- erstes
Kopfabschnitt-Symbol
- S1-S10
- Verfahrensschritt
- t
- Zeit
- TA
- Tag
- VER
- Verknüpfungseinrichtung