-
In passiven Transpondersystemen kann ein RFID-Chip oder auch ein Sensortransponder vom Lesegerät drahtlos über beispielsweise induktive Kopplung mit Energie versorgt werden. Der Transponder sendet bei ausreichender Energieversorgung Daten, die vom Transponderlesegerät empfangen werden. Es ist wünschenswert, mobile akkubetriebene Lesegeräte für eine verbesserte Energieeffizienz mit einem Lesegeräteschwingkreis hoher Güte zu versehen. Das vom Transponder aufmodulierte Datensignal wird in einem Transpondersystem mit einem Lesegeräteschwingkreis hoher Güte stark verzerrt und besitzt am Empfänger bei kontinuierlicher Energieversorgung einen sehr kleinen Modulationsgrad, da sich das reine Trägersignal mit der zig-fachen Amplitude dem modulierten Trägersignal überlagert.
-
Dies führt zu der Problematik, dass sich das Gebiet, in dem der Transponder mit Energie versorgt wird, zwar durch eine hohe Güte der Lesegerätespule ausweiten lässt, jedoch die Daten des Transponders mit den herkömmlichen Verfahren nicht mehr korrekt decodiert werden können. Darüber hinaus wird der Übertragungskanal durch äußere Einflüsse verändert. Bei den anwendbaren Verfahren gibt es einige Rahmenbedingungen. Die Datenrate ist insbesondere in LF- Transpondersystemen beschränkt, da die Trägerfrequenz entsprechend gering ist und der Datenkanal eine geringe Bandbreite besitzt. Aufwendige Codierungen, wie sie zum Beispiel in der UHF-Transpondertechnik verwendet werden, sind auf Grund des geringen Datendurchsatzes nicht sinnvoll. Des Weiteren sollte sich das Lesegerät auf die empfangenen Daten synchronisieren können.
-
Antennenspulen hoher Güte werden im Lesegeräteschwingkreis unter anderem auf Grund der reduzierten Datenbandbreite kaum eingesetzt. Allerdings gibt es Lösungsansätze, die getrennte Antennenspulen für das Senden und Empfangen vorsehen. Hier können die einzelnen Spulen für ihren Einsatzzweck optimiert werden. Die Empfangsspule kann für eine entsprechend größere Bandbreite ausgelegt werden als die Sendespule. Durch eine entsprechende Ausrichtung von Spulen wird die Überkopplung des Trägers von der Sendespule auf die Empfangsspule bei einigen Systemen verringert und es wird ein höheres Signal-Träger-Verhältnis erreicht. Dieser Ansatz ist jedoch nicht in jeder Anwendung einsetzbar und hat einen hohen räumlichen Aufwand sowie hohe Kosten für die Lesegeräte in Folge.
-
Im Patent [Tro1993] werden zwei zusätzliche Empfangsspulen genutzt, um mit einem Lesegerät ein Signal, welches in einem großen Frequenzabstand zum Hauptträger moduliert ist, zu detektieren. Dieses Konzept eignet sich nicht für mobile Lesegeräte, da der Aufwand und insbesondere die Abmessungen der Antennenspulen zu groß sind.
-
Des Weiteren gibt es Ansätze die sich auf die Anpassung und Verbesserung des Decodierers als solchem beschäftigen. Die typische Einsatzumgebung dieser Verfahren sind UHF-Transpondersysteme. Daher wurden die Verfahren in den unten genannten Veröffentlichungen für die Kommunikation mit elektromagnetischer Kopplung und deutlich höheren Frequenzen (> 100 MHz) auftretenden Effekte ausgelegt.
-
Im Patent [Wu2011] wird ein Matched-Filter mit Hilfe eines Sequenzgenerators angepasst. Hier wird nicht die Signalform, sondern die Signalfolge aus Rechtecksignalen dem jeweiligen Protokoll angepasst. Dies bringt keinen Decodierungsgewinn - es ermöglicht lediglich das Decodieren von Signalen verschiedener Protokolle bzw. Dekodierungen.
-
Das Patent [Cas1994] beschreibt eine verbesserte Korrelation durch die Verwendung eines sinusförmigen Mustersignals. Dies ist eine starke Vereinfachung der Signalcharakteristik die nicht dem Optimum entspricht.
-
Das Patent [Est2008] und die Veröffentlichungen [Mut2007], [Hua2007]. [Liu2007] und [Ang2009] beschäftigen sich mit der Anpassung des Matched Filters bezüglich der Symbollänge und der Synchronisation. Diese Verfahren verbessern die Decodierung in dem Fall, dass die Symbollänge im System nicht bekannt ist.
-
Das Patent [Dru2012] verlängert die Korrelationssequenz auf Kosten des Rechenaufwands vor und nach einem Symbol um eine halbe Symbollänge, um das Detektionsergebnis zu verbessern. Hier wird die Kenntnis des Vorgänger- und des Nachfolgerwertes bei der Differential-Biphase-Codierung ausgenutzt. Dieses Verfahren stützt sich nicht auf die Signalform selber, sondern auf das Bitmuster. Es benötigt des Weiteren weitaus mehr Ressourcen gegenüber gewöhnlichen Matched Filtern durch die doppelt so lange Korrelationslänge.
-
In [Lun2010] wird ein Least Squares-Ansatz für einen Entzerrungsfilter präsentiert, der die Koeffizienten für einen Finite Impulse Response-Filter schätzt, um hohe Datenraten in einem HF-Transpondersystem erreichen zu können. Dieses Verfahren benötigt keine Vorkenntnis über den Kanal; allerdings benötigt das System vor jedem Datenpaket eine Trainingssequenz vom Transponder, um einen optimalen Matched Filter zu schätzen.
-
Die Veröffentlichung [Mut2007] beschreibt über den Ansatz des angepassten Matched Filters hinaus wie die Eigenschaften der Differential-Biphase-Codierung mit einem Maximum-Likelihood-Sequence-Detector genutzt werden können. Dies entspricht im Wesentlichen einer gewöhnlichen Faltungsdecodierung.
-
Das Patent [Mut2012] zeigt die Implementierung eines ressourcensparenden Viterbidecodierers in einem RFID-Lesegerät. Nach der Korrelation des Empfangssignals mit jedem möglichen Sendesymbol werden modifizierte Korrelationswerte auf Basis von sich aus der Decodierung ergebenden, stationären Übergangswahrscheinlichkeiten berechnet. Die Decodierung der Sequenz erfolgt mit einem Maximum-Likelihood-Sequence-Detector.
-
In der Veröffentlichung [Yun2010] wird ein sogenannter JVSS-Algorithmus (Jiggle-Viterbi with Substate Selection) vorgestellt. Dieser Viterbi-Algorithmus erweitert zur besseren Synchronisierung jeden Zustand auf zwei Subzustände, welche einem gestauchten und einem gestrecktem DBP-Symbol entsprechen. Die Längen der Symbole sowie die Synchronisierung sind adaptierbar. Dieser Algorithmus bezieht sich ebenso wie die oben beschrieben Algorithmen auf eine verbesserte Decodierung bei unbekannter Symbollänge.
-
Das Patent [Sad2010] präsentiert einen Maximum-Likelihood-Sequence-Detector, der Differential-Biphase- oder Miller-codierte Sequenzen mit einem Trellis schätzt, welcher für jedes Symbol die Wahrscheinlichkeit aller möglichen Kombinationen von quantisierten Phasenlagen, Taktraten und Symbolen enthält. Mit einem iterativen Verfahren soll die Bitfehlerwahrscheinlichkeit minimiert werden. Dafür werden verschiedene Matched-Filter-Sets abhängig von möglichen Symbolen, Takt- oder Baudraten und der Phasenlage des Empfangssignals generiert. Nach einem zuvor festgelegten Abbruchkriterium erfolgt die Decodierung. Die bestimmten Wahrscheinlichkeiten werden dem Decoder an Stelle von harten Entscheidungen übergeben. Die wahrscheinlichste Phasenlage, die wahrscheinlichste Taktrate und die wahrscheinlichste Symbolform werden bestimmt. Darüber hinaus werden mit einem Kanalschätzer unter anderem die Koeffizienten eines Kanalentzerrers adaptiert. Das Verfahren des Maximum-Likelihood- Sequence-Detectors bezieht sich wiederum auf die Synchronisierung.
-
In der Veröffentlichung [Sch2012] wird ein Faltungscoder mit einer Codierrate von 1/2 und fünf Speicherelementen vorgestellt, der nicht den üblichen Normen entspricht und somit nicht für Standarttransponder eingesetzt werden kann. Dieses Verfahren erfordert zudem insbesondere auf der Transponderseite einen verhältnismäßig hohen Aufwand im Vergleich zu Standardcodierungen.
-
In der Veröffentlichung [Sch2013] wird ein iterativer Decoder für ein Transpondersystem vorgestellt. Auf der Transponderseite werden die Daten mit einem Faltungscoder mit vier Speicherelementen und einer Codierrate von 1/2 codiert, um anschließend von einem Interleaver verschachtelt und wiederum DBP- oder Miller-codiert zu werden bevor sie gesendet werden. Der Decoder auf der Lesegeräteseite maximiert die symbolweise A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit.
-
Die beiden letztgenannten Verfahren sind insbesondere auf der Transponderseite als zu aufwendig zu bewerten. Zudem verschlechtert die hohe Anzahl an Speicherelementen die Codierrate bei den üblichen kurzen Paketen in induktiv gekoppelten Transpondersystemen merklich.
-
In [Hag1995] wird ein allgemeiner Ansatz gegeben, der unter anderem vorschlägt den Matched-Filter-Ausgang in Form eines Log-Likelihood-Verhältnisses als Soft-Input für den Decoder zu nutzen. Als Anwendungsbeispiel wird beispielsweise der GSM-Codec für Sprachsignale angeführt. Das in der Veröffentlichung vorgestellte Verfahren zielt hauptsächlich darauf ab, die verbliebene Korrelation der Quelle in der Decodierung auszunutzen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorbekannten Decoderkonzepte zu verbessern.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Decoder für ein Transponderlesegerät, umfassend:
- eine erste Decoderstufe zum Verarbeiten eines demodulierten Signals, wobei das demodulierte Signal auf einem mittels eines Transponders modulierten und mittels eines Empfängers detektierten Signal beruht, wobei die erste Decoderstufe einen Korrelationsempfänger zum Korrelieren eines von dem demodulierten Signal abgeleiteten Signals mit einem idealen Empfangssignal, um so in dem detektierten Signal enthaltene Symbole zu erkennen, umfasst;
- eine Berechnungsstufe zur Berechnung einer Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen für die Richtigkeit der erkannten Symbole, wobei vorzugsweise die Berechnung anhand wenigstens eines von der ersten Decoderstufe bereitgestellten Signals erfolgt; und
- eine zweite Decoderstufe zum Verarbeiten wenigstens eines von der ersten Decoderstufe gelieferten Zwischensignals, welches die erkannten Symbole umfasst, und zum Verarbeiten wenigstens eines von der Berechnungsstufe gelieferten Zuverlässigkeitssignals, welches die Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen umfasst, wobei die zweite Decoderstufe einen Faltungsdecoder zum Verarbeiten wenigstens eines von dem Zwischensignal und dem Zuverlässigkeitssignal abgeleiteten Signals umfasst, um daraus ein Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das wenigstens eine von dem Zwischensignal und dem Zuverlässigkeitssignal abgeleitete Signal die erkannten Symbole verknüpft mit der Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen umfasst.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Codierungen in beispielsweise induktiv gekoppelten Transpondersystemen. Dabei ist der Decoder mehrstufig ausgelegt. Die Stufen sind unabhängig voneinander nutzbar und vorteilhaft. Zu Beginn kann ein empfangenes Datenpaket nach erfolgreicher Synchronisation auf seine Länge begrenzt und dem Decoder übergeben werden. Ein Datenpaket besteht für gewöhnlich aus einem Header, Nutzdaten und einer zyklische Redundanzprüfung (englisch cyclic redundancy check, daher meist CRC).
-
Der erfindungsgemäße Decoder verwendet in der ersten Stufe einen Korrelationsempfänger, verknüpft mehrere systemspezifische Zuverlässigkeitsinformationen und stellt sie in der zweiten Stufe einem Faltungsdecoder zur Verfügung.
-
Bei dem Korrelationsempfänger kann es sich um ein Optimalfilter (Englisch: Matched Filter) handeln. Für die erste Decoderstufe können in diesem Fall mit Hilfe der Modellierung eines sogenannten idealen Empfangssignals Matched-Filter-Koeffizienten für die jeweiligen Symbolformen gewonnen werden.
-
Mit einem geeigneten Modell des Transpondersystems kann eine so genannte Datenübertragungsfunktion ermittelt werden. Diese Datenübertragungsfunktion beschreibt die Übertragungsfunktion von der Spannung am Transponder zu dem Spannungsanteil an dem Empfänger, der vom Transponder verursacht wird.
-
Diese Datenübertragungsfunktion kann über variable Parameter für verschiedene Abstände, verschiedene Antennenspulen und verschiedene Umgebungen, die das Magnetfeld der Antennenspulen beeinflussen, angepasst werden, soweit dies notwendig ist. Beispielsweise beeinflussen ferromagnetische und leitfähige Materialien das Magnetfeld einer Spule in unterschiedlicher Art und Weise.
-
Eine typische Einhüllende der Spannung am Transponder kann modelliert und mit Hilfe von Messungen verifiziert werden. Die Verbesserung der Datenerkennung ist dabei insbesondere für den Fall großer Abstände zwischen den von der Umgebung nicht beeinflussten Spulen des Transpondersystems interessant. Aus diesem Grund wird zunächst dieser Fall für die Modellierung von Signalen betrachtet. Die Einhüllende der Transponderspannung kann hier unter Kenntnis der zu übertragenen Daten über Einschwing- und Abklingvorgänge mit verschiedenen RC-Gliedern modelliert werden. Bei Verringerung des Abstandes können zunehmend nichtlineare Effekte der jeweiligen Transponderschaltung bei der Modellierung berücksichtigt werden.
-
Die zugehörige Datenübertragungsfunktion kann unter Berücksichtigung des Demodulationsverfahrens in den Tiefpassbereich transformiert werden. Hieraus wird das sogenannte ideale Empfangssignal im Basisbandbereich ermittelt, indem eine modellierte Signalform, die die typische Einhüllende am Transponder darstellt, mit der Impulsantwort der Datenübertragungsfunktion im Tiefpassbereich gefaltet wird. Dieses ideale Empfangssignal stellt ein Signal dar, welches den systemtypischen Verzerrungen unterliegt, aber ohne den Einfluss von Störungen gewonnen wurde. Das ideale Empfangssignal eines Symbols ist abhängig von den gesendeten Daten sowie dem vorhergehenden Signalverlauf, da das System gedächtnisbehaftet ist. Aus diesem idealen Empfangssignal können ideale Matched-Filter-Koeffizienten entworfen werden, da die zu suchende Signalform für jedes Symbol mit dem entsprechenden vorhergehenden Verlauf bekannt ist.
-
Um einen ressourcensparenden Decoder zu erhalten können die Matched-Filter-Koeffizienten abhängig von einem Vorgängerwert ermittelt werden. Daraus ergeben sich für die zwei Standard-Codierungen Manchester und Differential-Biphase (DBP) je vier auftretende Symbole pro Codierung.
| DBP-Codierung | Manchestercodierung |
| (HIGH-) LOW-LOW | (HIGH-) LOW-HIGH |
| (LOW-) HIGH-HIGH | (LOW-) High-LOW |
| (HIGH-) LOW-HIGH | (LOW-) LOW- HIGH |
| (LOW-) HIGH-LOW | (HIGH-) HIGH-LOW |
-
Die Länge des Matched-Filters soll dabei auf die Länge eines Symbols begrenzt sein, um eine schnelle und ressourceneffiziente Korrelation bzw. Decodierung zu ermöglichen. Der Einfluss des Vorgängerwertes (in Klammern) wird über den Energiegehalt des Systems zu Beginn eines Symbols in die jeweilige Symbolform mit einbezogen. Dazu kann das ermittelte Datenübertragungssystem im Basisbandbereich zunächst mit einem Mittelwert für die Datenübertragung eingeschwungen und anschließend für eine halbe Symboldauer auf den spezifizierten Vorgängerwert gebracht werden, bevor das eigentliche Symbol an den Eingang des Systems gegeben wird. Das Ausgangssignal des Datenübertragungssystems kann auf die Symbollänge begrenzt werden. Nach einem Mittelwertabzug, einer Zeitinversion und einer Normierung und ggf. Gewichtung kann das Signal für einen Matched Filter verwendet werden. Für den Einsatz in einem digitalen Filter mit endlicher Impulsantwort (englisch finite: impulse response filter, FIR-Filter, oder manchmal auch Transversalfilter genannt) könnte das Signal mit der entsprechenden Abtastrate abgetastet werden, um die Filterkoeffizienten zu gewinnen. Die Filterausgänge werden ggf. mit Korrekturfaktoren gewichtet. Ein Entscheider im Korrelationsempfänger kann mit Hilfe der Ausgangssignale der Matched-Filter schätzen welches Symbol gesendet wurde.
-
Auf diesem Wege werden angepasste Matched-Filter-Koeffizienten für verschiedene Situationen und Antennen gewonnen, welche schon in der ersten Decoderstufe zu einer verbesserten Bitfehlerrate führen.
-
Bei dem Faltungsdecoder kann es sich um einen Viterbidecoder handeln. Die Differential-Biphase-Codierung entspricht einer Faltungscodierung und ist somit gedächtnisbehaftet. Die Manchestercodierung ist nicht von sich aus gedächtnisbehaftet, allerdings wird sie gedächtnisbehaftet durch das Datenübertragungssystem und die Beachtung des vorausgehenden Energiezustands. Der Viterbidecoder ist ein bekannter Algorithmus um einen Faltungscode effizient und effektiv zu decodieren. In Kombination mit dem für den Korrelationsempfänger beschriebenen Verfahren kann die Viterbidecodierung auch auf Manchestercodierte Signale angewendet werden.
-
In der zweiten Decoderstufe werden die Signale nach dem Korrelationsempfänger recodiert. Vorteilhafter Weise erfolgt dies nicht nach den Regeln der Faltungscodierung, sondern auf Basis der erkannten Symbolformen beziehungsweise der Zustände. Das heißt, dass bei Erkennung eines Symbols durch den Korrelationsempfänger eine nur zu diesem einen Symbol gehörende Non-Return-To-Zero- Datenfolge generiert werden kann. Diese Datenfolgen können aneinander gereiht und dem Viterbidecoder übergeben werden. Die zweite Decoderstufe erhält als weitere Eingangssignale zeitvariante Zuverlässigkeitsinformationen.
-
Der Viterbidecoder kann prinzipiell nicht nur binäre Werte, sondern auch probabilistische Informationen verarbeiten und eine sogenannte Soft-Decision treffen. Solch einem Soft-Viterbidecoder werden nicht nur die zu decodierenden Daten sondern auch deren Zuverlässigkeiten in Form einer A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit übergeben.
-
Für die Erfassung der zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen existieren verschiedene Abgriffspunkte im analogen und/oder im digitalen Teil des Transponderlesegerätes. Die aus den abgegriffenen Signalen berechneten Zuverlässigkeitsinformationen können symbol- oder paketweise bestimmt werden. Bei einem induktiv gekoppelten Transponderlesegerät können folgende zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen verwendet werden:
- Pro Symbol:
- • Amplitude des höchsten Matched-Filter-Ausgangssignals nach dem Entscheider im Korrelationsempfänger.
- • Differenz zwischen dem höchsten Matched-Filter-Ausgangssignal und dem zweithöchsten Matched-Filter-Ausgangssignal nach dem Entscheider im Korrelationsempfänger.
- • Frequenzselektiver Modulationsgrad (mittels der Werte aus Spektrogrammen einer Kurzzeit-Fouriertransformation).
- Klassischer Modulationsgrad im Zeitbereich
Pro Paket:
- • Korrelationskoeffizient über den Header eines Pakets
- • Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).
-
Mit den symbolweisen zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen kann der Soft-Viterbidecoder der zweiten Stufe gespeist werden, um die Fehlerkorrektur innerhalb eines empfangenen Pakets zu verbessern. Anhand von paketweisen zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen kann der Komplexitätsgrad einer Decodierung bestimmt werden oder auch entschieden werden, ein ganzes Paket zu verwerfen - zum Beispiel um einen Messwert eines Sensortransponders aus einer Messkurve herauszunehmen.
-
Eine Möglichkeit, um dem Viterbidecoder zeitvariante Zuverlässigkeitsinformationen zu übergeben, ist das Gewichten der vorzugsweise binären Daten mit einer A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit P(Elo) für einen richtig erkannten Datenwert unter der Kenntnis der Beobachtung o, wobei P(Elo)= 1-P(Elo). Die A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit kann mit Hilfe des Bayes-Theorems gewonnen werden mit P(Elo) = P(o|E) P(E) / P(o).
-
Mit Hilfe von bekannten Trainingsdaten kann nach der ersten Decoderstufe eine Einteilung der zu den Daten gehörenden zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen in die Klassen kein Fehler (E) und Fehler (E) erfolgen. Aus den Stichproben der zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen wird mit einem Schätzverfahren die A-Priori-Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(o) und die Likelihoodfunktion p(o|E) für die jeweilige zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ermittelt. Aus den eindimensionalen Dichtefunktionen können unter Verknüpfung mehrerer zeitvarianter Zuverlässigkeitsinformation mehrdimensionale Dichtefunktionen gewonnen werden.
-
Die Erfindung ermöglicht es, empfangene Symbole - trotz der eingangs beschriebenen Probleme bei Empfangsspulen mit hoher Güte - korrekt zu decodieren, was den Einsatz von Empfangsspulen mit hoher Güte ermöglicht und somit die Energieeffizienz ohne Verlust an Übertragungszuverlässigkeit und Reichweite erhöht. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Verwendung von Lesegeräteantennen hoher Güte.
-
Hierbei ergibt sich sowohl eine Verbesserung der Bitfehlerrate als auch der Paketfehlerrate. Weiterhin ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit zu einem CRC bei sicherheitskritischen Anwendungen mit ID- oder Sensortranspondersystemen.
-
Die Erfindung eignet sich insbesondere für RFID- oder Sensortransponderanwendungen in denen der Transponder mit einem mobilen Lesegerät ausgelesen werden soll, das möglichst energieeffizient und handlich ist.
-
Beispielsweise eignet sich der erfindungsgemäße Decoder für medizinische Implantate und passive Transponder in metallischen Umgebungen, z.B. Produktionsmaschinen.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine von der ersten Decoderstufe für die Berechnungsstufe bereitgestellte Signal das Zwischensignal oder ein von dem Zwischensignal abgeleitetes Signal.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung einer höchsten Amplitude des Zwischensignals ausgebildet, um so eine erste zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung einer Differenz zwischen einer höchsten Amplitude und einer zweithöchsten Amplitude des Zwischensignals ausgebildet, um so eine zweite zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Der Korrelationsempfänger kann beispielsweise vier Filter enthalten, sodass sich vier Ausgangssignale ergeben. Das Ausgangssignal mit der höchsten und der zweithöchsten Amplitude (zu einem synchronisierten Zeitpunkt) kann dann detektiert werden und aus dessen Amplitudenwerten kann die erste und die zweite Zuverlässigkeitsinformation für das Symbol gebildet werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Decoderstufe eine Vorverarbeitungsstufe, welche eine Mittelwertabzugsstufe zum Abziehen des Mittelwerts von dem demodulierten Signal, um so ein demoduliertes Vorsignal zu erzeugen, und/oder zum Abziehen des Mittelwerts von dem modulierten Signal, um so ein moduliertes Vorsignal zu erzeugen, aufweist.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine von der ersten Decoderstufe für die Berechnungsstufe bereitgestellte Signal das demodulierte Signal, das demodulierte Vorsignal, das modulierte Signal und/oder das modulierte Vorsignal.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung eines Modulationsgrads im Frequenzbereich des modulierten Vorsignals ausgebildet, um so eine dritte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen. Dieser Modulationsgrad wird frequenzselektiv, das heißt nur mit bestimmten Frequenzkomponenten des Signals oder der Signale, berechnet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung eines Modulationsgrads im Zeitbereich des modulierten Vorsignals ausgebildet, um so eine vierte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen. Für den Modulationsgrad (gleich ob im Zeit- oder Frequenzbereich) kann das modulierte und das demodulierte Signal benutzt werden. Der Modulationsgrad kann aber auch nur über das modulierte Signal ermittelt werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung eines Headers eines Pakets im demodulierten Vorsignal ausgebildet, um so eine fünfte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das demodulierte Vorsignal dem Korrelationsempfänger zugeführt.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist die Vorverarbeitungsstufe eine Normierungsstufe zum Normieren des demodulierten Vorsignals, um so ein normiertes demoduliertes Vorsignal zu erzeugen, und/oder zum Normieren des modulierten vor Signals, um so ein normiertes moduliertes Vorsignal zu erzeugen, auf, wobei vorzugsweise das normierte demodulierte Vorsignal dem Korrelationsempfänger zugeführt ist.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine von der ersten Decoderstufe für die Berechnungsstufe bereitgestellte Signal das normierte demodulierte Vorsignal und/oder das normierte modulierte Vorsignal.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung eines Modulationsgrads im Frequenzbereich des normierten modulierten Vorsignals ausgebildet, um so eine sechste zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe zur Erkennung eines Modulationsgrads im Zeitbereich des normierten modulierten Vorsignals ausgebildet, um so eine siebte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das normierte demodulierte Vorsignal dem Korrelationsempfänger zugeführt.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Korrelationsempfänger als Matched Filter Empfänger ausgebildet.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen dem Faltungsdecoder übergeben, indem die der zweiten Decoderstufe in dem von dem Zwischensignal und dem Zuverlässigkeitssignal abgeleiteten Signal zugeführten erkannten Symbole durcheine Vorverarbeitungsstufe der zweiten Decoderstufe mit einer A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit gewichtet sind.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung folgt der zweiten Decoderstufe eine Vorwärtsfehlerkorrekturstufe oder eine Prüfverfahren-Auswerteeinheit. Die Vorwärtsfehlerkorrekturstufe oder die Prüfverfahren-Auswerteeinheit kann mit den zusätzlichen Informationen aus der zweiten Stufe gespeist werden. Bei der Prüfverfahren-Auswerteeinheit kann es sich um eine CRC-Auswerteeinheit handeln.
-
Die oben formulierte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Transponderlesegerät, umfassend:
- einen Empfänger zum Empfangen eines von einem Transponder modulierten Signals, wobei der Empfänger zum Erzeugen eines demodulierten Signals auf der Basis des mittels des Empfängers empfangenen Signals ausgebildet ist; und
- einen Decoder, nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Verarbeiten des demodulierten Signals.
-
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Decoders für ein Transponderlesegerät bei dem
in einer ersten Decoderstufe ein demoduliertes Signal verarbeitet wird, wobei das demodulierte Signal auf einem mittels eines Transponders modulierten und mittels eines Empfängers detektierten Signal beruht, wobei in der ersten Decoderstufe mittels eines Korrelationsempfängers ein von dem demodulierten Signal abgeleitetes Signal mit einer idealen Empfangssignal korreliert wird, um so in dem empfangenen Signal enthaltene Symbole zu erkennen;
in einer Berechnungsstufe eine Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen für die Richtigkeit der erkannten Symbole berechnet wird, wobei vorzugsweise die Berechnung anhand wenigstens eines von der ersten Decoderstufe bereitgestellten Signals erfolgt; und
in einer zweiten Decoderstufe wenigstens ein von der ersten Decoderstufe geliefertes Zwischensignal, welches die erkannten Symbole umfasst, und wenigstens ein von der Berechnungsstufe geliefertes Zuverlässigkeitssignal, welches die Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen umfasst, verarbeitet wird, wobei in der zweiten Decoderstufe mittels eines Faltungsdecoders wenigstens ein von dem Zwischensignal und dem Zuverlässigkeitssignal abgeleitetes Signal verarbeitet wird, um daraus ein Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das wenigstens eine von dem Zwischensignal und dem Zuverlässigkeitssignal abgeleitete Signal die erkannten Symbole verknüpft mit der Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen umfasst.
-
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, welches ein Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch durchführt, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird.
-
Im Folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile anhand von Figuren näher beschrieben.
- 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Decoders;
- 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Empfängers eines erfindungsgemäßen Transponderlesegeräts;
- 3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transponderlesegeräts; und
- 4 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transponderlesegeräts.
-
Gleiche oder gleichartige Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion sind im Folgenden mit gleichen oder gleichartigen Bezugszeichen versehen.
-
In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele mit einer Vielzahl von Merkmalen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln. Es ist jedoch festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung auch unter Auslassung einzelner der beschriebenen Merkmale umgesetzt werden kann. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die in verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale auch in anderer Weise kombinierbar sind, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist oder zu Widersprüchen führen würde.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Decoders 1. Der Decoder 1 für ein Transponderlesegerät umfasst:
- eine erste Decoderstufe 2 zum Verarbeiten eines demodulierten Signals U1, wobei das demodulierte Signal U1 auf einem mittels eines Transponders modulierten und mittels eines Empfängers detektierten Signal beruht, wobei die erste Decoderstufe 2 einen Korrelationsempfänger 3 zum Korrelieren eines von dem demodulierten Signal U1 abgeleiteten Signals U1" mit einem idealen Empfangssignal, um so in dem empfangenen Signal enthaltene Symbole zu erkennen, umfasst;
- eine Berechnungsstufe 4 zur Berechnung einer Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 für die Richtigkeit der erkannten Symbole, wobei vorzugsweise die Berechnung anhand wenigstens eines von der ersten Decoderstufe 2 bereitgestellten Signals U1', U2', U3' erfolgt; und
- eine zweite Decoderstufe 5 zum Verarbeiten wenigstens eines von der ersten Decoderstufe 2 gelieferten Zwischensignals U3, welches die erkannten Symbole umfasst, und zum Verarbeiten wenigstens eines von der Berechnungsstufe 4 gelieferten Zuverlässigkeitssignals U4, welches die Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 umfasst, wobei die zweite Decoderstufe 2 einen Faltungsdecoder 6 zum Verarbeiten wenigstens eines von dem Zwischensignal U3 und dem Zuverlässigkeitssignal U4 abgeleiteten Signals U5 umfasst, um daraus ein Ausgangssignal U6 zu erzeugen, wobei das wenigstens eine von dem Zwischensignal U3 und dem Zuverlässigkeitssignal U4 abgeleitete Signal U5 die erkannten Symbole verknüpft mit der Mehrzahl von zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen umfasst.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Codierungen in induktiv gekoppelten Transpondersystemen. Dabei ist der Decoder 1 mehrstufig ausgelegt. Die Stufen 2, 5 sind unabhängig voneinander nutzbar und vorteilhaft. Zu Beginn kann ein empfangenes Datenpaket nach erfolgreicher Synchronisation auf seine Länge begrenzt und dem Decoder 1 übergeben werden. Ein Datenpaket besteht für gewöhnlich aus einem Header, Nutzdaten und Redundanz zur Fehlererkennung oder Korrektur - zum Beispiel für eine zyklische Redundanzprüfung (englisch cyclic redundancy check, daher meist CRC).
-
Der erfindungsgemäße Decoder 1 verwendet in der ersten Stufe 1 einen Korrelationsempfänger 3, verknüpft mehrere systemspezifische Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 und stellt sie in der zweiten Stufe 5 einem Faltungsdecoder 6 zur Verfügung.
-
Bei dem Korrelationsempfänger 3 kann es sich um ein Optimalfilter 3 (Englisch: Matched Filter) handeln. Für die erste Decoderstufe 2 können in diesem Fall mit Hilfe der Modellierung eines sogenannten idealen Empfangssignals Matched-Filter-Koeffizienten gewonnen werden.
-
Mit einem geeigneten Modell des Transpondersystems kann eine so genannte Datenübertragungsfunktion ermittelt werden. Diese Datenübertragungsfunktion beschreibt die Übertragungsfunktion von der Spannung am Transponder zu dem Spannungsanteil an dem Empfänger, der vom Transponder verursacht wird.
-
Diese Datenübertragungsfunktion kann über variable Parameter für verschiedene Abstände, verschiedene Antennenspulen und verschiedene Umgebungen, die das Magnetfeld der Antennenspulen beeinflussen, angepasst werden, soweit dies notwendig ist. Beispielsweise beeinflussen ferromagnetische und leitfähige Materialien das Magnetfeld einer Spule in unterschiedlicher Art und Weise.
-
Eine typische Einhüllende der Spannung am Transponder kann modelliert und mit Hilfe von Messungen verifiziert werden. Die Verbesserung der Datenerkennung ist dabei insbesondere für den Fall großer Abstände zwischen den Spulen des Transpondersystems interessant. Aus diesem Grund wird zunächst dieser Fall für die Modellierung von Signalen betrachtet. Die Einhüllende der Transponderspannung kann hier unter Kenntnis der zu übertragenen Daten über Einschwing- und Abklingvorgänge mit verschiedenen RC-Gliedern modelliert werden. Bei Verringerung des Abstandes können zunehmend nichtlineare Effekte der jeweiligen Transponderschaltung bei der Modellierung berücksichtigt werden.
-
Die zugehörige Datenübertragungsfunktion kann unter Berücksichtigung des Demodulationsverfahrens in den Tiefpassbereich transformiert werden. Hieraus wird das sogenannte ideale Empfangssignal im Basisbandbereich ermittelt, indem eine modellierte Signalform, die die typische Einhüllende am Transponder darstellt, mit der Impulsantwort der Datenübertragungsfunktion im Tiefpassbereich gefaltet wird. Dieses ideale Empfangssignal stellt ein Signal dar, welches den systemtypischen Verzerrungen unterliegt, aber ohne den Einfluss von Störungen gewonnen wurde. Das ideale Empfangssignal eines Symbols ist abhängig von den gesendeten Daten sowie dem vorhergehenden Signalverlauf, da das System gedächtnisbehaftet ist. Aus diesem idealen Empfangssignal können ideale Matched-Filter-Koeffizienten entworfen werden, da die zu suchende Signalform für jedes Symbol mit dem entsprechenden vorhergehenden Verlauf bekannt ist.
-
Um einen ressourcensparenden Decoder
1 zu erhalten, können die Matched-Filter-Koeffizienten abhängig von einem Vorgängerwert ermittelt werden. Daraus ergeben sich für die zwei Standard-Codierungen Manchester und Differential-Biphase (DBP) je vier auftretende Symbole pro Codierung.
| DBP-Codierung | Manchestercodierung |
| (HIGH-) LOW-LOW | (HIGH-) LOW-HIGH |
| (LOW-) HIGH-HIGH | (LOW-) High-LOW |
| (HIGH-) LOW-HIGH | (LOW-) LOW- HIGH |
| (LOW-) HIGH-LOW | (HIGH-) HIGH-LOW |
-
Die Länge des Matched-Filters soll dabei auf die Länge eines Symbols begrenzt sein, um eine schnelle und ressourceneffiziente Decodierung zu ermöglichen. Der Einfluss des Vorgängerwertes (in Klammern) kann über den Energiegehalt des Systems zu Beginn eines Symbols in die jeweilige Symbolform mit einbezogen werden. Dazu kann das ermittelte Datenübertragungssystem im Basisbandbereich zunächst mit einem Mittelwert für die Datenübertragung eingeschwungen und anschließend für eine halbe Symboldauer auf den spezifizierten Vorgängerwert gebracht werden, bevor das eigentliche Symbol an den Eingang des Systems gegeben wird. Das Ausgangssignal des Datenübertragungssystems kann auf die Symbollänge begrenzt werden. Nach einem Mittelwertabzug, einer Zeitinversion und einer Normierung und ggf. Gewichtung kann das Signal für einen Matched Filter verwendet werden. Für den Einsatz in einem digitalen Filter mit endlicher Impulsantwort (englisch: finite impulse response filter, FIR-Filter, oder manchmal auch Transversalfilter genannt) könnte das Signal mit der entsprechenden Abtastrate abgetastet werden, um die Filterkoeffizienten zu gewinnen. Die Filterausgänge werden ggf. mit Korrekturfaktoren gewichtet. Ein Entscheider im Korrelationsempfänger kann mit Hilfe der Ausgangssignale der Matched-Filter schätzen welches Symbol gesendet wurde.
-
Auf diesem Wege werden angepasste Matched-Filter-Koeffizienten für verschiedene Situationen und Antennen gewonnen, welche schon in der ersten Decoderstufe zu einer verbesserten Bitfehlerrate führen.
-
Bei dem Faltungsdecoder 6 kann es sich um einen Viterbidecoder 6 handeln. Die Differential-Biphase-Codierung entspricht einer Faltungscodierung und ist somit gedächtnisbehaftet. Die Manchestercodierung ist nicht von sich aus gedächtnisbehaftet, allerdings wird sie gedächtnisbehaftet durch das Datenübertragungssystem und die Beachtung des vorausgehenden Energiezustands. Der Viterbidecoder ist ein bekannter Algorithmus um einen Faltungscode effizient und effektiv zu decodieren. In Kombination mit dem für den Korrelationsempfänger beschriebenen Verfahren kann die Viterbidecodierung auch auf Manchestercodierte Signale angewendet werden.
-
In der zweiten Decoderstufe 5 werden die Signale nach dem Korrelationsempfänger 3 recodiert. Vorteilhafter Weise erfolgt dies nicht nach den Regeln der Faltungscodierung, sondern auf Basis der erkannten Symbolformen beziehungsweise der Zustände. Das heißt, dass bei Erkennung eines Symbols durch den Korrelationsempfänger eine nur zu diesem einen Symbol gehörende Non-Return-To-Zero- Datenfolge generiert werden kann. Diese Datenfolgen können aneinander gereiht und dem Viterbidecoder 6 übergeben werden. Die zweite Decoderstufe erhält als weitere Eingangssignale zeitvariante Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5.
-
Der Viterbidecoder 6 kann prinzipiell nicht nur binäre Werte, sondern auch probabilistische Informationen verarbeiten und eine sogenannte Soft-Decision treffen. Solch einem Soft-Viterbidecoder 6 werden nicht nur die zu decodierenden Daten sondern auch deren Zuverlässigkeiten in Form einer A-Priori-Wahrscheinlichkeit übergeben.
-
Für die Erfassung der zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 existieren verschiedene Abgriffspunkte im analogen und/oder im digitalen Teil des Transponderlesegerätes. Die aus den abgegriffenen Signalen U1', U2', U3 berechneten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 können symbol- oder paketweise bestimmt werden. Bei einem induktiv gekoppelten Transponderlesegerät können folgende zeitvariante Zuverlässigkeitsinformationen verwendet werden:
- Pro Symbol:
- • ZVZI1: Amplitude des höchsten Matched-Filter-Ausgangssignals nach dem Entscheider im Korrelationsempfänger.
- • ZVZI2: Differenz zwischen dem höchsten Matched-Filter-Ausgangssignal und dem zweithöchsten Matched-Filter-Ausgangssignal nach dem Entscheider im Korrelationsempfänger.
- • ZVZI3: Frequenzselektiver Modulationsgrad (mittels einer Kurzzeit-Fouriertransformation berechnet).
- • ZVZI4: Klassischer Modulationsgrad im Zeitbereich
- Pro Paket:
- • ZVZI5: Korrelationskoeffizient über den Header eines Pakets
- • Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).
-
Mit den symbolweisen zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformation ZVZI1 ... ZVZI4 kann der Soft-Viterbidecoder 6 der zweiten Stufe 5 gespeist werden, um die Fehlerkorrektur innerhalb eines empfangenen Pakets zu verbessern. Anhand von paketweisen zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI5 kann der Komplexitätsgrad einer Decodierung bestimmt werden oder auch entschieden werden, ein ganzes Paket zu verwerfen - zum Beispiel um einen Messwert eines Sensortransponders aus einer Messkurve herauszunehmen.
-
Eine Möglichkeit um zeitvariante Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 mittels des Signals U4 dem Viterbidecoder 6 zu übergebenen, ist das Gewichten der vorzugsweise binären Daten mit einer A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit P(Elo) für einen richtig erkannten Datenwert unter der Kenntnis der Beobachtung (o), wobei P(Elo)= 1-P(Elo). Die A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit kann mit Hilfe des Bayes-Theorems gewonnen werden mit P(Elo) = P(o|E) P(E) / P(o).
-
Mit Hilfe von bekannten Trainingsdaten kann nach der ersten Decoderstufe 2 eine Einteilung der zu den Daten gehörenden zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 in die Klassen kein Fehler (E) und Fehler (E) erfolgen. Aus den Stichproben der zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 kann mit einem Schätzverfahren die A-Priori-Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(o) und die Likelihoodfunktion p(o|E) für die jeweilige zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ZVZI1 ... ZVZI5 ermittelt werden. Aus den eindimensionalen Dichtefunktionen können unter Verknüpfung mehrerer zeitvarianter Zuverlässigkeitsinformation ZVZI1 ... ZVZI5 mehrdimensionale Dichtefunktionen gewonnen werden.
-
Die Erfindung ermöglicht es, empfangene Symbolfolgen - trotz der eingangs beschriebenen Probleme bei Empfangsspulen mit hoher Güte - korrekt zu decodieren, was den Einsatz von Empfangsspulen mit hoher Güte ermöglicht und somit die Energiereffizienz ohne Verlust an Übertragungszuverlässigkeit und Reichweite erhöht.
-
Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Verwendung von Lesegeräteantennen hoher Güte. Hierbei ergibt sich sowohl eine Verbesserung der Bitfehlerrate als auch der Paketfehlerrate. Weiterhin ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit zu einem CRC bei sicherheitskritischen Anwendungen mit ID- oder Sensortranspondersystemen.
-
Die Erfindung eignet sich insbesondere für RFID- oder Sensortransponderanwendungen in denen der Transponder mit einem mobilen Lesegerät ausgelesen werden soll, das möglichst energieeffizient und handlich ist.
-
Beispielsweise eignet sich der erfindungsgemäße Decoder für medizinische Implantate und passive Transponder in metallischen Umgebungen, z.B. Produktionsmaschinen.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine von der ersten Decoderstufe 2 für die Berechnungsstufe 4 bereitgestellte Signal U1', U2', U3' das Zwischensignal oder ein von dem Zwischensignal abgeleitetes Signal U3'.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung einer höchsten Amplitude des Zwischensignals U3 ausgebildet, um so eine erste zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ZVZI1 zu erzeugen.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung einer Differenz zwischen einer höchsten Amplitude und einer zweithöchsten Amplitude des Zwischensignals U3 ausgebildet, um so eine zweite zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ZVZI2 zu erzeugen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Decoderstufe 2 eine Vorverarbeitungsstufe 7, welche eine Mittelwertabzugsstufe 8 zum Abziehen des Mittelwerts von dem demodulierten Signal U1, um so ein demoduliertes Vorsignal U1' zu erzeugen, und/oder zum Abziehen des Mittelwerts von dem modulierten Signal U2, um so ein moduliertes Vorsignal U2' zu erzeugen, aufweist.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine von der ersten Decoderstufe 2 für die Berechnungsstufe 4 bereitgestellte Signal U1', U2', U3 das demodulierte Vorsignal U1' und/oder das modulierte Vorsignal U2'.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung eines Modulationsgrads im Frequenzbereich des modulierten Vorsignals U2' ausgebildet, um so eine dritte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ZVZI3 zu erzeugen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung eines Modulationsgrads im Zeitbereich des modulierten Vorsignals U2' ausgebildet, um so eine vierte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ZVZI4 zu erzeugen.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung eines Headers eines Pakets im demodulierten Vorsignal U1' ausgebildet, um so eine fünfte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation ZVZI5 zu erzeugen.
-
Gemäß einer nicht gezeigten zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das demodulierte Vorsignal U1' dem Korrelationsempfänger 3 zugeführt.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist die Vorverarbeitungsstufe 7 eine Normierungsstufe 9 zum Normieren des demodulierten U1' Vorsignals, um so ein normiertes demoduliertes Vorsignal U1" zu erzeugen, und/oder zum Normieren des modulierten Vorsignals U2', um so ein normiertes moduliertes Vorsignal zu erzeugen, auf, wobei vorzugsweise das normierte demodulierte Vorsignal U1" dem Korrelationsempfänger 3 zugeführt ist.
-
Gemäß einer nicht gezeigten zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine von der ersten Decoderstufe 2 für die Berechnungsstufe 4 bereitgestellte Signal U1', U2', U3' das normierte demodulierte Vorsignal U1" und/oder das normierte modulierte Vorsignal.
-
Nach einer nicht gezeigten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung eines Modulationsgrads im Frequenzbereich des normierten modulierten Vorsignals ausgebildet, um so eine sechste zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Nach einer nicht gezeigten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Berechnungsstufe 4 zur Erkennung eines Modulationsgrads im Zeitbereich des normierten modulierten Vorsignals ausgebildet, um so eine siebte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation zu erzeugen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das normierte demodulierte Vorsignal U1" dem Korrelationsempfänger 3 zugeführt.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Korrelationsempfänger 3 als Matched Filter Empfänger 3 ausgebildet.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5 dem Faltungsdecoder 6 übergeben, indem die der zweiten Decoderstufe 5 in dem von dem Zwischensignal U3 und dem Zuverlässigkeitssignal U4 abgeleiteten Signal U5 zugeführten erkannten Symbole durch eine Vorverarbeitungsstufe 10 der zweiten Decoderstufe mit einer A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit gewichtet sind.
-
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Empfängers 11 eines erfindungsgemäßen Transponderlesegeräts. Der Empfänger 11 umfasst eine Empfangsspule 12, welche dazu dient, ein von einem nicht gezeigten Transponder moduliertes Empfangssignal U7 zu empfangen. Die Empfangsspule 12 ist Teil eines Schwingkreises 14, dem ein kapazitiver Spannungsteiler 15 zugeordnet ist. Das Ausgangssignal des Spannungsteilers 15 kann nun das modulierte Signal U2 bilden. Das demodulierte Signal U1 ist erhältlich, indem das modulierte Signal U2 mittels des Demodulators 16 demoduliert wird. Der Schwingkreis 14 kann auch zum Senden benutzt werden, wenn er mittels eines Verstärkers 13 zum Schwingen angeregt werden kann. Die Empfangsspule 12 könnte dann auch als Sende- und Empfangsspule 12 bezeichnet werden. Weiterhin könnte der Empfänger dann als Sender und Empfänger 11 bezeichnet werden
-
3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transponderlesegeräts 17. Das Transponderlesegerät 17 umfasst
einen Empfänger 11 zum Empfangen eines von einem Transponder modulierten Signals U7, wobei der Empfänger 11 zum Erzeugen eines demodulierten Signals U1 auf der Basis des mittels der Empfangsspule 12 empfangenen Signals U7 ausgebildet ist; und
einen erfindungsgemäßen Decoder 1 zum Verarbeiten des demodulierten Signals U1.
-
4 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transponderlesegeräts 17. Das zweite Ausführungsbeispiel basiert dabei auf dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben.
-
Zusätzlich zu den Merkmalen des ersten Ausführungsbeispiels weist die erste Decoderstufe 2 eine Fehlerüberprüfungsstufe 18 auf. Analog weist die zweite Decoderstufe 5 eine Fehlerüberprüfungsstufe 19 auf.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung folgt der zweiten Decoderstufe 5 eine Vorwärtsfehlerkorrekturstufe oder eine Prüfverfahren-Auswerteeinheit 20. Auf diese Weise wird ein vorwärtsfehlerkorrigiertes Ausgangssignal U8 bereitgestellt.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens sieht folgende Schritte vor:
- • Speichern der diskretisierten Signale U1 und U2 in einem digitalen Speicher (FIFO).
- • Synchronisierung der gespeicherten Signale mit Paketanfang.
- • Mittelwertabzug.
- • Abgriff der beiden Signale U1' und U2' für die Berechnung der zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5.
- • Normierung des Signals U1'.
- • Zuführen des Signals U1" zum Korrelationsempfänger 3.
- • Ggf. Fehlerprüfung und Entscheidung über zweite Decoderstufe 5.
- • Abgriff der zwei höchsten Filterausgangssignale nach dem Entscheider für die Berechnung der zeitvarianten Zuverlässigkeitsinformation ZVZI1 ... ZVZI5.
- • Berechnung der ZVZI1 ... ZVZI5.
- • Aufbereitung des mit Hilfe des Korrelationsempfängers 3 decodierten Signals U3 für die Soft-Viterbidecodierung unter Einbindung zeitvarianter Zuverlässigkeitsinformationen ZVZI1 ... ZVZI5.
- • Soft-Viterbidecodierung
- • Ggf. erneute Fehlerprüfung und Entscheidung über dritte Decoderstufe.
- • Ggf. Übergabe der Daten und zugehöriger Softvalues U6 an äußere Decodierung und Verwertung in einer Prüfverfahren-Auswerteeinheit oder Vorwärtsfehlerkorrektur (z.B. CRC oder FEC).
-
Es versteht sich von selbst, dass diejenigen Aspekte der Erfindung, die vorstehend am Beispiel des erfindungsgemäßen Decoders und/oder des erfindungsgemäßen Transponderlesegerätes beschrieben sind, analog für das erfindungsgemäße Verfahren und/oder das erfindungsgemäße Computerprogramm zutreffend sind. Dies gilt natürlich auch umgekehrt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Decoder
- 2
- erste Decoderstufe
- 3
- Korrelationsempfänger
- 4
- Berechnungsstufe
- 5
- zweite Decoderstufe
- 6
- Faltungsdecoder
- 7
- Vorverarbeitungsstufe der ersten Decoderstufe
- 8
- Mittelwertabzugsstufe
- 9
- Normierungsstufe
- 10
- Vorverarbeitungsstufe der zweiten Decoderstufe
- 11
- Sender und Empfänger
- 12
- Sende- und Empfangsspule
- 13
- Verstärker
- 14
- Schwingkreis
- 15
- Spannungsteiler
- 16
- Demodulator
- 17
- Transponderlesegerät
- 18
- Fehlerüberprüfungsstufe der ersten Decoderstufe
- 19
- Fehlerüberprüfungsstufe der zweiten Decoderstufe
- 20
- Vorwärtsfehlerkorrekturstufe
- U1
- demoduliertes Signal
- U2
- moduliertes Signal
- U3
- Zwischensignal
- U4
- Zuverlässigkeitssignal
- U5
- von dem Zwischensignal und dem Zuverlässigkeitssignal abgeleitetes Signal
- U6
- Ausganssignal nach zweiter Stufe
- ZVZI1
- erste zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation
- ZVZI2
- zweite zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation
- U1'
- demoduliertes Vorsignal
- U2'
- moduliertes Vorsignal
- ZVZI3
- dritte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation
- ZVZI4
- vierte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation
- ZVZI5
- fünfte zeitvariante Zuverlässigkeitsinformation
- U1"
- von dem demodulierten Signal abgeleitetes Signal, normiertes Vorsig-
- nal U7
- Empfangssignal
- U8
- vorwärtsfehlerkorrigiertes Ausgangssignal
-
Quellen:
-
- [Tro1993] Troyk, Philip R.; DeMichele, Glenn A.: Method and apparatus for producing a subcarrier signal for transmission by an inductively coupled transponder. 30. März 1993. - US Patent 5, 198,807 .
- [Wu2011] Wu, Jiangfeng ; Major, Donald E. u. a.: Multi-protocol RF transceiver. 22. November 2011. - US 8,064,873 B2 .
- [Cas 1994] Casalegno, Massimo: Datenübermittlungsanlage. 13. März 1991. - EP 0 417 045 A1 .
- [Est2008] Esterberg, Aanand; Colleran, William T.; Cooper, Scott A.: RFID joint acquisition of time sync and timebase. 2. September 2008. - US 7,419,096 B2 .
- [Mut2007] Mutti, Carlo; Wittneben, Armin: Robust Signal Detection in Passive RFID Systems. In: RFID 2007, The First International EURASIP Workshop on RFID Technology, 2007.
- [Dru2012] Drucker, Vitaly: RFID Interrogator with Improved Symbol Decoding and Methods Based Thereon. 29. März 2012. - US 2012/0075077 A1 .
- [Hua2007] Huang, Chenling; Liu, Yuan; Han, Yifeng; Min, Hao: A new architecture of UHF RFID digital receiver for SoC implementation. In: Wireless Communications and Networking Conference, WCNC 2007. IEEE, 2007. S.1659-1663.
- [Liu2007] Liu, Yuan; Huang, Chenling; Min, Hao; Li, Guohong; Han, Yifeng: Digital Correlation Demodulator Design for RFID Reader Receiver. In: Wireless Communications and Networking Conference, WCNC 2007. IEEE, 2007. S. 1664-1668.
- [Ang2009] Angerer, Christoph; Rupp, Markus: Advanced synchronisation and decoding in RFID reader receivers. In: Radio and Wireless Symposium, 2009. RWS '09. IEEE, 2009, S. 59-62.
- [Lun2010] Lunglmayr, M.; Huemer, M.: Least Squares Equalization for RFID. In: Near Field Communication (NFC), 2010 Second International Workshop on IEEE, 2010, S. 90-94.
- [Mut2012] Mutti, Carlo: Decoding scheme for RFID reader. 21. Februar 2012. - US 8,120,466 B2 .
- [Yun2010] Yung-Yi, Wang; Jiunn-Tsair, Chen: A baseband signal processing scheme for joint data frame synchronization and symbol decoding for RFID systems. In: EURASIP Journal on Advances in Signal Processing 2010.
- [Sad2010] Sadr, Ramin: RFID Receiver. 09. Dezember 2010. US 2010/0310019 A1 .
- [Sch2012] Schantin, Andreas, „Forward Error Correction in Long-Range RFID systems" Proceedings of 2012 European Conference on Smart Objects, Systems and Technologies (SmartSysTech), pp. 1-6, 12.-13. Juni 2012.
- [Sch2013] Schantin, Andreas: Iterative decoding of baseband and channel codes in a long-range RFID system. In: Industrial Technology (ICIT). 2013 IEEE International Conference on, 2013, S. 1671-1676.
- [Hag1995] Hagenauer, J: Source-controlled channel decoding Communications, IEEE Transactions on, 1995, 43, 2449 -2457.
