DE102016216071B4

DE102016216071B4 - Konzept zur Performancesteigerung in Backscatter- oder Last-Systemen

Info

Publication number: DE102016216071B4
Application number: DE102016216071.0A
Authority: DE
Inventors: Philip Schmidt; Gerd vom Bögel; Frederic Meyer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2036-08-27
Also published as: US20180062905A1; DE102016216071A1; US10554472B2

Abstract

Transceiver (100), mit folgenden Merkmalen:einem Transmitter (102), der ausgebildet ist, um ein Sendesignal (104) zu einem Funkmodul (140), das einen Backscatter-Modulator oder Last-Modulator aufweist, zu senden;wobei das Sendesignal (104) zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalen (110,112) basieren;wobei das Sendesignal (104) das Antwortsignal (148) des Funkmoduls (140) amplitudenmäßig im Spektralbereich überdeckt.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Transceiver, und im speziellen, auf einen Transceiver zur Kommunikation mit einem Funkmodul mit einem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Performancesteigerung in Backscatter-Systemen.
In RFID (RFID = Radio-Frequency IDentification, dt. Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen z.B. im UHF (UHF = Ultra High Frequency, dt. Dezimeterwelle) Bereich oder mit Hilfe magnetischer Kopplung z.B. im LF (LF = Low Frequency, dt. Langwelle) und HF (HF = High Frequency, dt. Kurzwelle) Bereich) Systemen ist auf Seiten des Transponders i.d.R. nur eine begrenzte und geringe Menge an Energie verfügbar. Aus diesem Grund wird in Transpondersystemen, die mit elektromagnetischer Kopplung arbeiten (UHF und höhere Frequenzen), die Backscatter Modulation zum Übertragen der Daten vom Transponder zum Lesegerät (Uplink) eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Modulationsverfahren, bei dem der Radarquerschnitt des Transponders in Abhängigkeit der Transponderdatenrate f_Tag variiert wird. Der Radarquerschnitt beinhaltet die geometrischen Abmessungen des Transponders, sowie den Reflexionsfaktor, der angibt, welcher Anteil der einfallenden Welle (in diesem Fall des Trägers) zurückgestrahlt bzw. reflektiert wird. Durch diese Backscatter-Modulation resultiert eine spektrale Charakteristik, bei der das „rückgestreute“ Transpondersignal spektral gesehen sehr nah neben dem Trägersignal liegt, siehe 5.
Im Detail zeigt 5 in einem Diagramm eine prinzipielle Darstellung der Energie eines Backscatter-Signals 10 und Träger-Signals 12 über die Frequenz bei der klassischen Übertragung in einem Transpondersystem. Dabei beschreibt die Ordinate einen Betrag einer Amplitude der Signale und die Abszisse die Zeit.
Diese Charakteristik hat zur Folge, dass die Detektion und Separierung des Transpondersignals im Empfängermodul nicht trivial ist. Da eine direkte Filterung des Transpondersignals aus dem hochfrequenten Empfangssignal nicht möglich ist, weil notwendige steilflankige bzw. schmalbandige Filter nicht oder nur mit extrem hohen Aufwand realisierbar sind. Ein weiteres Problem beim Empfangen solcher Backscatter-Signale ist das Amplitudenverhältnis des Transpondersignals gegenüber dem Trägersignal (SCR = Signal-to-Carrier Ratio, dt. Signal-Träger-Verhältnis) und dem Rauschen (SNR = Signal-to-Noise Ratio, dt. Signal-Rausch-Verhältnis), welches keine direkte Demodulation des Transpondersignals erlaubt. Eine Verstärkung des Transpondersignals mittels Kleinsignalverstärker (LNA = Low Noise Amplifier) ist nicht möglich, da das wesentlich größere Trägersignal zum Übersteuern des LNA's führen würde, sodass keine Verstärkung des Transpondersignals im RF-Pfad (RF = Radio Frequency, dt. Radiofrequenz) stattfinden kann. Eine Filterung und Verstärkung im Basisbandbereich ist hingegen möglich, sodass homodyne Empfangsarchitekturen (Direktmischempfänger) standardmäßig im Einsatz sind. Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist, dass durch die fehlende Eingangsfilterung und Vorverstärkung nur Signale mit gutem SNR dekodierbar sind und damit Reichweite verschenkt wird. Die gesamte zugrundeliegende Problematik ist in [1] detailliert beschrieben.
Der Stand der Technik, zur Lösung der beschriebenen zentralen Fragestellung, ist in [1] ausführlich dargestellt. Grundlegend werden dort drei Lösungswege beschrieben.
In aktuellen Standardlesegeräten, die im UHF-Frequenzbereich arbeiten, sind aufgrund dieser oben beschriebenen Problematik homodyne Empfängerkonzepte im Einsatz, d.h. dass das empfangene Signal direkt ins Basisband runtergemischt wird. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen Transpondersignal und Trägerfrequenz erheblich und das Abblenden dieser ungewollten Signalanteile durch Filtern wird einfach realisierbar.
Zudem gibt es im Uplink zwei weitere, verbesserte Lösungsansätze, die Verbesserungspotential erschließen und in der Literatur und Praxis zu finden sind.
Beim ersten Lösungsansatz wird ein sogenannter Hilfsträger verwendet. Hier wird in Abhängigkeit der Transponderdatenrate f_Tag eine zusätzliche Signalquelle mit einer Frequenz f_HT umgeschaltet, wodurch das Transpondersignal spektral um ±f_HT verschoben wird. Dabei kann das Transpondersignal soweit verschoben werden, dass es ohne Probleme aus dem Empfangssignal im RF-Pfad des Lesegeräts herausgefiltert werden kann, ohne dass das Trägersignal einen störenden Einfluss hat. Hierbei wäre dann nach der Filterung auch die Nutzung eines LNAs (Low Noise Amplifier, dt. rauscharmer Verstärker) zur Verstärkung des Transpondersignals denkbar. Das Problem bei diesem Lösungsansatz ist, dass die zusätzliche Signalquelle den Energiebedarf des Transponders wesentlich erhöht, womit sich eine erheblich geringere Energiereichweite ergibt und die resultierende Lesereichweite des Transponders geringer als ohne Verwendung eines Hilfsträgers sein kann.
Der zweite Lösungsansatz des Problems beruht auf der sogenannten Trägerunterdrückung. Hierbei wird durch Hardware oder Software oder Kombinationen aus Hard- und Software die Amplitude des Trägersignals verringert. Zum Empfangssignal wird bei diesem Ansatz das inverse Trägersignal addiert. Das damit verbesserte SCR (Verhältnis von Transpondersignal zu Trägersignal) erlaubt eine fehlerfreie Demodulation des Transpondersignals, wobei auch die Nutzung eines LNAs zur Verstärkung im RF Pfad des Lesegerätes möglich wird.
Bei der EP 1 810 210 B1 erzeugt ein Basisbandteil eines RFID Schreib-/Lesegeräts als ein Kompensationssignal eine in Amplitude und Phase gewichtete Kopie eines Sendesignals, welches Kompensationssignal nach einer linearen Modulation an einem Eingang eines Empfängers in einer Additionsstufe von einem störenden Kopplungssignal zwischen dem Sender und dem Empfänger subtrahiert wird. Dabei ist von Bedeutung, dass dem Sendesignal (und damit auch dem Kompensationssignal, welches ja eine gewichtete Kopie darstellt) ein Hilfssignal mit einem Frequenzoffset fd zu einem Trägersignal des RFID Schreib-/Lesegeräts aufgeprägt wird, zwecks einer gleichspannungsfreien Verarbeitung im Empfänger nach einem RX Konverter. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass lediglich lineare Bauteile für das Verfahren notwendig sind, um eine verbesserte Dämpfung eingekoppelter Sendesignale im Empfänger bereitzustellen. Diese verbesserte Dämpfung erlaubt nun erstmalig, den gesamten Empfangsteil auf eine massgeblich verkleinerte Dynamik des zu erwartenden Einganssignals auszulegen. Demzufolge ist mit einer solchen Dynamikanpassung, eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Antwortsignalen von elektronischen Etiketten erreichbar. Ein sicheres Erkennen und Verarbeiten solcher Antwortsignale geht damit vorteilhaft einher.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht, in Backscatter- oder Last-Systemen eine Energieübertragungsreichweite zu erhöhen ohne eine Datenübertragungsreichweite zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung schafft einen Transceiver, der ausgebildet ist, um ein Sendesignal zu einem Funkmodul, welches einen Backscatter- oder Last-Modulator aufweist, zu senden, wobei das Sendesignal zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalen oder Signalquellen basieren.
Die Erfindung schafft ferner ein System mit einem Transceiver und einem Funkmodul. Der Transceiver ist ausgebildet, um ein Sendesignal zu einem Funkmodul, welches einen Backscatter- oder Last-Modulator aufweist, zu senden, wobei das Sendesignal zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalen oder Signalquellen basieren. Das Funkmodul weist einen Backscatter- oder Last-Modulator auf, wobei das Funkmodul ausgebildet ist, um das Sendesignal zu empfangen und um ein Backscatter-moduliertes oder Last-moduliertes Signal auszusenden.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren mit einem Schritt des Sendens eines Sendesignals zu einem Funkmodul, welches einen Backscatter- oder Last-Modulator aufweist, wobei das Sendesignal zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalquellen basieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Sendesignal zwei unterschiedliche Signalanteile aufweisen, die auf zwei voneinander unabhängigen Signalen basieren.
Die zwei voneinander unabhängigen Signale können von zwei voneinander unabhängigen Signalquellen bereitgestellt werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Transceiver ausgebildet sein, um die zwei voneinander unabhängigen Signale zu kombinieren, um das Sendesignal zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen können die zwei voneinander unabhängigen Signale unabhängigen voneinander moduliert sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann ein erstes Signal der zwei voneinander unabhängigen Signale von einer ersten Signalquelle bereitgestellt werden, wobei ein zweites Signal der zwei voneinander unabhängigen Signale von einer zweiten Signalquelle bereitgestellt werden kann. Die erste Signalquelle und die zweite Signalquelle können voneinander unabhängig sein.
Bei Ausführungsbeispielen können an das Funkmodul zu übertragene Daten nur (oder ausschließlich) auf das erste Signal auf moduliert sein.
Beispielsweise sind an das Funkmodul zu übertragene Daten somit nicht auf das zweite Signal auf moduliert. Mit anderen Worten, auf das zweite Signal sind keine an das Funkmodul zu übertragende Daten auf moduliert.
Bei Ausführungsbeispielen kann das erste Signal ein Trägersignal sein, auf das an das Funkmodul, welches den Backscatter-Modulator oder Last-Modulator aufweist, zu übertragene Daten auf moduliert sind, wobei das zweite Signal zur Unterstützung einer Trägerunterdrückung dienen kann.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Datenrate des ersten Signals kleiner oder gleich einer Datenrate des zweiten Signals sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das erste Signal Amplitudenmoduliert sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das zweite Signal Phasenmoduliert, Frequenzmoduliert oder OFDM moduliert sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Transceiver ausgebildet sein, um das erste Signal von einer ersten Signalquelle zu erhalten und um das zweite Signal von einer zweiten Signalquelle zu erhalten, wobei die erste Signalquelle und die zweite Signalquelle voneinander unabhängig sind.
Beispielsweise kann der Transceiver die erste Signalquelle und die zweite Signalquelle aufweisen. Alternativ kann der Transceiver mit der ersten Signalquelle und der zweiten Signalquelle verbunden sein, d.h. die erste Signalquelle und die zweite Signalquelle können extern zu dem Transceiver ausgeführt sein. Natürlich kann der Transceiver auch eine der beiden Signalquellen aufweisen und mit der anderen der beiden Signalquellen verbunden sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Transceiver ausgebildet sein, um dem Funkmodul, welches einen Backscatter- oder Last-Modulator aufweist, eine Modulationsfrequenz vorzugeben, wobei eine Bandbreite einer Signalquelle des Sendesignals zumindest doppelt so groß ist wie eine Datenrate des Funkmoduls mit dem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Transceiver einen Receiver aufweisen, der ausgebildet ist, um ein Empfangssignal zu empfangen, wobei das Empfangssignal eine Überlagerung des Sendesignals und eines von dem Funkmodul ansprechend auf das Sendesignal ausgesendetes Antwortsignal umfasst.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Sendesignal das Antwortsignal des Funkmoduls mit dem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator im Spektralbereich Amplitudenmäßig überdecken.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Receiver ausgebildet sein, um das Empfangssignal unter Verwendung eines Referenzsignals zu synchronisieren, wobei das Referenzsignal zumindest teilweise auf dem Sendesignal oder dem zweiten Signal basiert.
Beispielsweise kann das Referenzsignal dem Sendesignal entsprechen, oder eine Amplitudenmäßig verstärkte oder abgeschwächte Version des Sendesignals oder des zweiten Signals sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Receiver ferner ausgebildet sein, um das Empfangssignal und das Referenzsignal zu verrechnen, um das von dem Funkmodul ausgesendete Antwortsignal zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Receiver ferner ausgebildet sein, um das Antwortsignal zu demodulieren, um ein Datensignal zu erhalten.
Das Datensignal kann dem Datensignal entsprechen, mit dem das von dem Funkmodul empfange Signal in dem Backscatter- oder Last-Modulator des Funkmoduls moduliert wird.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Transceiver ein Lesegerät sein, wie z.B. ein Lesegerät zum Auslesen von Funkanhängern bzw. Funketiketten (Transpondern). Beispielsweise kann der Transceiver ein RFID Lesegerät (Radio-Frequency IDentification, dt. Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen) sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Funkmodul ein Funkanhänger bzw. Funketikett (Transponder) sein. Beispielsweise kann das Funkmodul ein RFID Transponder sein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmen auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Transceivers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit dem in 1 gezeigtem Transceiver und einem Funkmodul, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 in einem Diagramm einen Betrag einer Amplitude des Sendesignals und des von dem Funkmodul ansprechend auf das Sendesignal ausgesendetes Antwortsignal, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 in einem Diagramm einen Betrag einer Amplitude eines Trägersignals und eines Backscatter-Signals.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar ist.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Transceivers 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Transceiver 100 umfasst einen Transmitter 102, der ausgebildet ist, um ein Sendesignal 104 zu einem Funkmodul, das einen Backscatter- oder Last-Modulator aufweist, zu senden, wobei das Sendesignal 104 zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf zwei voneinander unabhängigen Signalen 110 und 112 basieren.
Die zwei voneinander unabhängigen Signale 110 und 112 können von zwei voneinander unabhängigen Signalquellen 106 und 108 bereitgestellt werden.
Im Detail kann das erste Signal 110 von einer ersten Signalquelle 106 bereitgestellt werden, wobei das zweite Signal 112 von einer zweiten Signalquelle 108 bereitgestellt werden kann. Die erste Signalquelle 106 und die zweite Signalquelle 108 können voneinander unabhängig sein, d.h. es können zwei separate Signalquellen sein, die voneinander unabhängige Signale bereitstellen. Eine Veränderung eines Parameters einer Signalquelle 106 (oder 108) führt somit nur zu einer Veränderung einer Charakteristik (z.B. Amplitude, Phase, Modulation) des von der Signalquelle 106 (oder 108) bereitgestellten Signals 110 (oder 112), nicht jedoch zu einer Veränderung einer Charakteristik (z.B. Amplitude, Phase, Modulation) des von der anderen Signalquelle 108 (oder 106) bereitgestellten Signals 112 (oder 110).
Das erste Signal 110 und das zweite Signal 112 können unabhängigen voneinander moduliert sein. So kann das erste Signal mit einer ersten Modulationsart moduliert sein, wobei das zweite Signal mit einer zweiten Modulationsart moduliert sein kann, wobei die erste Modulationsart und die zweite Modulationsart unterschiedlich sind.
Beispielsweise kann das erste Signal Amplitudenmoduliert sein, während das zweite Signal Phasenmoduliert, Frequenzmoduliert oder OFDM moduliert (OFDM = Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, dt. Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) sein kann.
An das Funkmodul zu übertragene Daten können dabei nur (oder ausschließlich) auf das erste Signal 110 auf moduliert sein. An das Funkmodul zu übertragene Daten sind somit nicht auf das zweite Signal 112 auf moduliert.
Das erste Signal 110 kann somit ein Signal sein, auf das an das Funkmodul mit dem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator zu übertragene Daten aufmoduliert sind. Das zweite Signal 112 kann zur Unterstützung einer Trägerunterdrückung dienen. Das erste Signal 110 und das zweite Signal 112 können zusammen das Trägersignal bilden. Mit anderen Worten, das Trägersignal (oder Sendesignal) 104 kann eine Kombination aus dem ersten Signal 110 und dem zweiten Signal 112 sein.
Der Transceiver 100 kann ausgebildet sein, um das erste Signal 110 und das zweite Signal 112 zu kombinieren, um ein kombiniertes Signal zu erhalten, wobei das Sendesignal 104 auf dem kombinierten Signal basiert.
Beispielsweise kann das Sendesignal 104 eine verstärkte Version und/oder in den RF-Bereich verschobene Version des kombinierten Signals sein. Der Signalkombinierer kann dem Transmitter 102 vorgeschaltet sein oder in dem Transmitter 102 integriert sein.
Der Transceiver 100 kann ferner einen Receiver 114 aufweisen, der ausgebildet ist, um ein Empfangssignal 116 zu empfangen, wobei das Empfangssignal 116 eine Überlagerung des Sendesignals und eines von dem Funkmodul ansprechend auf das Sendesignal ausgesendetes Antwortsignal umfasst.
Der Receiver 114 kann ausgebildet sein, um das Empfangssignal 116 unter Verwendung eines Referenzsignals zu synchronisieren, wobei das Referenzsignal (zumindest teilweise) auf dem Sendesignal (104) oder zweiten Signal (112) basiert.
Beispielsweise kann das Referenzsignal dem Sendesignal entsprechen, oder eine Amplitudenmäßig verstärkte oder abgeschwächte Version des Sendesignals (104) oder des zweiten Signals (112) sein.
Der Receiver 114 kann ferner ausgebildet sein, um das Empfangssignal 116 und das Referenzsignal zu verrechnen, um das von dem Funkmodul ausgesendete Antwortsignal zu erhalten.
Der Receiver 114 kann ferner ausgebildet sein, um das Antwortsignal zu demodulieren, um ein Datensignal 117 zu erhalten. Das Datensignal kann dem Datensignal entsprechen, mit dem das von dem Funkmodul empfange Signal in dem Backscatter- oder Last-Modulator des Funkmoduls moduliert wird.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des Transceivers 100 anhand des in 2 gezeigten Kommunikationssystems beschrieben.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationssystems 130 mit dem in 1 gezeigten Transceiver 100 und einem Funkmodul 140 mit einem Backscatter- oder Last-Modulator.
Wie in 2 zu erkennen ist kann der Transceiver 100 ein Lesegerät sein und das Funkmodul 140 ein Transponder sein. Das Lesegerät 100 kann den Transmitter 102 und den Receiver 114 umfassen, die im Folgenden als Transmitter A und Receiver A bezeichnet werden. Der Transponder 140 kann einen Transmitter 142 und einen Receiver 144 umfassen, die im Folgenden als Transmitter B und Receiver B bezeichnet werden.
Das Kommunikationssystem (oder Übertragungssystem) 130 kann somit ein drahtloses Kommunikationssystem mit Backscatter- oder Last-Modulationsprinzip für Transponder sein.
Im Downlink kann von dem Transmitter A (102) ein Signal Cs (Sendesignal 104) mit den Signalanteilen As und Bs ausgesendet werden. Dieses Signal Cs (Sendesignal 104) kann aus zwei verschiedenen, unabhängigen Signalquellen 106 und 108 (siehe 1) gebildet werden und kann unter Anwendung verschiedener Modulationsarten gemischt werden. Eines der beiden Signale - z.B. As (erstes Signal 110) - kann den Träger repräsentieren, auf den auch Daten für die Übertragung im Downlink aufmoduliert sein können. Wenn As (erstes Signal 110) der Träger ist, dann kann Bs (zweites Signal 112) ein beliebiges Signal sein, welches im Folgenden zur Trägerunterdrückung genutzt werden kann. Die beiden Datenquellen As (106) und Bs (108) (siehe 1) können dieselbe oder unterschiedliche Datenraten aufweisen und können inkohärent sein. Das Verhältnis der Datenraten zueinander hat Einfluss auf die Stabilität der Trägerunterdrückung, wie weiter unten detailliert ausgeführt wird.
Im Receiver B (142) kann das Empfangssignal Cs dem Backscatter-Modulator in Transmitter B 144 zugeführt und mit dem Datensignal Es (146) moduliert werden. Es stellt das Datensignal dar, mit dem Daten im Uplink von B (Transponder 140) nach A (Lesegerät 100) übertragen werden. Transmitter B (144) strahlt das resultierende Signal Ds (Antwortsignal 148) ab.
Am Receiver A 114 wird nun das Signal Fs (Empfangssignal 116), welches die von Transmitter A (102) und Transmitter B (144) übertragenen Signale Cs (Sendesignal 104) und Ds (Antwortsignal 148) umfasst, empfangen. Im Receiver A (114) kann das nun empfangene Signal Fs (Empfangssignal 116) Frequenz und Phasen synchronisiert werden, sodass eine verbesserte (oder sogar optimale) Demodulation möglich ist. Anschließend kann dieses Signal Fs (Empfangssignal 116) mit einem Signal Gs (Referenzsignal), welches identisch zu Cs (Sendesignal 104) ist, synchronisiert werden. Anschließend können Fs (Empfangssignal 116) und Gs (Referenzsignal) verrechnet werden, sodass (ausschließlich) das von Transmitter B (144) ausgesendete Signal Ds (Antwortsignal 148) resultiert. Aus dem Signal Ds kann letztlich mittels eines Standard Backscatter- oder Last-Demodulators das Signal Es (Datensignal 117) zurückgewonnen werden.
Für die Synchronisation könnte den Rohdatenströmen der Datenquellen As, Bs und Es optional zusätzliche Redundanz, z.B. Trainingssequenzen, hinzugefügt werden.
Messungen haben gezeigt, dass mit diesem Verfahren eine Voll-Duplex-Inband Kommunikation realisierbar ist. Die spektrale Charakteristik der in Inband Kommunikation ist in 3 dargestellt.
Im Detail zeigt 3 in einem Diagramm einen Betrag einer Amplitude des Sendesignals 104 und des von dem Funkmodul ansprechend auf das Sendesignal ausgesendetes Antwortsignal 148 (Backscatter Signal), gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei beschreibt die Ordinate einen Betrag der Amplitude und die Abszisse die Zeit.
Wie in 3 zu erkennen ist, überdeckt eine Amplitude des Sendesignals 104 eine Amplitude des Antwortsignals 148 des Funkmoduls. Mit anderen Worten, das Sendesignal 104 überdeckt das Antwortsignal 148 des Funkmoduls amplitudenmäßig im Spektralbereich.
Das Signal As (erste Signal 110) kann ein amplitudenmoduliertes Signal sein, mit dem Daten vom Lesegerät 100 in Richtung des Transponders 140 übertragen werden können. Das zusätzliche Signal Bs (zweite Signal 112) kann ein phasenmoduliertes, frequenzmoduliertes bzw. ein OFDM (orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) Signal sein.
Wie bereits zuvor beschrieben, können die Signale As (erstes Signal 110) und Bs (zweites Signal 112) unterschiedliche Datenraten aufweisen. Je nach Auswahl der Modulationsarten und Datenraten von As (erstes Signal 110) und Bs (zweites Signal 112) ändert sich die spektrale Charakteristik des Signals Fs, und damit das Empfangssignal 116 des Lesegeräts 100 sowie allgemein das Signal auf der Luftschnittstelle (primär wird Cs verändert, wovon Ds und Fs abhängen).
Als Beispiel hierzu sei As (erstes Signal 110) amplituden- und Bs (zweites Signal 112) phasenmoduliert. As gibt dabei dem Funkmodul die Datenrate des Datensignals Es vor. In Abhängigkeit der Datenraten der Signale entstehen nun folgende spektrale Charakteristika (es handelt sich hierbei um eine genäherte und vereinfachte Darstellung der Verhältnisse):

- Datenrate(As) > Datenrate(Bs): Charakteristik entsprechend 5;
- Datenrate(As) = Datenrate(Bs): Charakteristik entsprechend 3; und
- Datenrate(As) < Datenrate(Bs): Charakteristik entsprechend 3.

Bei Ausführungsbeispielen kann das System 130 ein drahtloses Funksystem sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das System 130 ein Backscatter System 130 sein.
Ausführungsbeispiele können durch eine analoge Trägerunterdrückung erweitert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Signal As (erstes Signal 110) periodisch sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Signal Bs (zweites Signal 112) ein Schlüssel sein, mit dem die Kommunikation geschützt bzw. verdeckt wird.
Bei Ausführungsbeispielen ist keine Kanal- oder Signalschätzung zur Unterdrückung nötig.
Bei Ausführungsbeispielen kann ein zusätzliches Signal (As oder Bs oder Cs) genutzt werden, um die Information zur Ansteuerung der Trägerunterdrückung zu erhalten.
Ausführungsbeispiele sind Mehrempfängerfähig. Ausführungsbeispiele bilden keine Einschränkung bei der Punkt- zu Multipunkt-Übertragung (Broadcast-Verfahren). Es können aber durch die Bekanntgabe der gewählten Kodierung an bestimmte Empfänger Gruppen gebildet werden, die zum Empfang befähigt werden. Damit ist eine einfache Selektion gewünschter Empfänger aus einer größeren Anzahl vorhandener Empfänger möglich.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Datenrate von Es (Datensignal 146) kleiner als die halbe Bandbreite von As (erstes Signal 110) oder Bs (zweites Signal 112) gewählt werden, so dass Ds spektral gesehen unterhalb von Cs (Inband Kommunikation) liegt. Bei Ausführungsbeispielen kann die Datenrate von Es (Datensignal 146) auch größer gewählt werden, mit der Auswirkung das eine spektrale Charakteristik wie bei einer klassischen Backscatter-Übertragung resultiert, siehe 5.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Signalanteil von Cs (Sendesignal 104) mit dem Daten Richtung Transponder übertragen werden, z.B. As (erstes Signal 110), amplitudenmoduliert sein, da die Demodulation eines amplitudenmodulierten Signals am Transponder 140 am besten und energieeffizientesten realisierbar ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Signalanteil, der zur Trägerunterdrückung genutzt wird, z.B. Bs (zweites Signal 112), phasenmoduliert sein, so dass die Synchronisation der Datenströme Bs (zweites Signal 112) oder Cs (Sendesignal 104) und Fs (Empfangssignal 116) vor der Subtraktion über die Phase realisiert werden kann. Dies hat wiederum einen Vorteil in Bezug auf die benötigte Rechenleistung. (Bei der klassischen Inband-Kommunikation, wie z.B. in [2] beschrieben, wird diese Synchronisation zu meist im Frequenzbereich durchgeführt, weil in der Regel OFDM-Signale synchronisiert werden.)
Bei Ausführungsbeispielen kann zur Synchronisation von Cs (Sendesignal 104) und Fs (Empfangssignal 116) keine Demodulation der Signale nötig sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann mehr Energie vom Lesegerät 100 zum Transponder 140 übertragen werden kann, wodurch sich die (Energie-) Reichweite erhöht.
Bei Ausführungsbeispielen kann durch den Ansatz der Trägerunterdrückung das Transpondersignal spektral gesehen innerhalb des Trägersignals liegen, wodurch der Energiebedarf des Transponders wesentlich reduziert werden kann, da ein Hilfsträger entfallen kann, und wiederrum die Reichweite des System erhöht werden kann. Mit diesem Ansatz kann eine Voll-Duplex-Inband Kommunikation für Backscatter-Systeme realisiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen können auf Grund der höheren Reichweite des Systems und der mehr verfügbaren Energie, können neue Anwendungsgebiete adressiert werden, die mit System dem Stand der Technik bislang nicht realisierbar sind.
Ausführungsbeispiele können in allen Backscatter Systemen eingesetzt werden, bei denen die zugängliche Kanalbandbreite größer als die Nutzdatenrate des Transponders ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren umfasst einen Schritt 202 des Sendens eines Sendesignals zu einem Funkmodul mit einem Backscatter- oder Last-Modulator, wobei das Sendesignal zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalquellen basieren.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen es die Energiereichweite eines Transponders zu erhöhen (oder sogar zu maximieren), ohne die Kommunikations-reichweite eines Backscatter-Signals im Uplink zu verschlechtern.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) oder eine Grafikkarte (GPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Literarturverzeichnis

[1] Finkenzeller, K., „RFID Handbuch - Grundlagen und praktische Anwendungen von Transpondern, kontaktlosen Chipkarten und NFC“, 7. Auflage, Hanser Verlag, 2015.
[2] Sabharwal, A., Schnitter, P., Guo, D., Bliss, D. W., Rangarajan, S., Wichmann, R., „In-Band Full-Duplex Wireless: Challenges and Opportunities“, 2014.

Claims

Transceiver (100), mit folgenden Merkmalen: einem Transmitter (102), der ausgebildet ist, um ein Sendesignal (104) zu einem Funkmodul (140), das einen Backscatter-Modulator oder Last-Modulator aufweist, zu senden; wobei das Sendesignal (104) zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalen (110,112) basieren; wobei das Sendesignal (104) das Antwortsignal (148) des Funkmoduls (140) amplitudenmäßig im Spektralbereich überdeckt.
Transceiver (100) nach Anspruch 1, wobei das Antwortsignal (148) des Funkmoduls (140) spektral gesehen innerhalb des Sendesignals (104) liegt.
Transceiver (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die voneinander unabhängigen Signale (110,112) von voneinander unabhängigen Signalquellen (106,108) bereitgestellt werden.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Transceiver (100) ausgebildet ist, um die zwei voneinander unabhängigen Signalen (110,112) zu kombinieren, um das Sendesignal (104) zu erhalten.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zwei voneinander unabhängigen Signale (110,112) unabhängig voneinander moduliert sind.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an das Funkmodul mit dem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator zu übertragene Daten nur auf ein erstes Signal der zwei voneinander unabhängigen Signale (110,112) auf moduliert sind.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein erstes Signal der zwei voneinander unabhängigen Signale (110,112) ein Signal ist, auf das an das Funkmodul mit dem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator zu übertragene Daten auf moduliert sind, wobei ein zweites Signal der zwei voneinander unabhängigen Signale (110,112) zur Trägerunterdrückung dient.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei eine Datenrate eines Transponderdatensignals (146) kleiner oder gleich einer Datenrate des zweiten Signals (112) ist, so dass das Antwortsignal (148) des Funkmoduls (140) spektral gesehen unterhalb des Sendesignals (104) liegt.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Signal Amplitudenmoduliert ist und/oder wobei das zweite Signal phasenmoduliert, frequenzmoduliert oder OFDM moduliert ist.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Transceiver (100) ausgebildet ist, um ein erstes Signal (110) der zwei voneinander unabhängigen Signale (110,112) von einer ersten Signalquelle (106) zu erhalten und um ein zweites Signal (112) der zwei voneinander unabhängigen Signale (110,112) von einer zweiten Signalquelle (108) zu erhalten, wobei die erste Signalquelle (106) und die zweite Signalquelle (108) voneinander unabhängig sind.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Transceiver (100) ausgebildet ist, um dem Funkmodul (140) mit dem Backscatter-oder Last-Modulator eine Modulationsfrequenz vorzugeben; wobei die Bandbreite des Sendesignals (104) zumindest doppelt so groß ist wie eine Datenrate eines Antwortsignals des Funkmoduls (140) mit dem Backscatter-Modulator oder Last-Modulator.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Transceiver (100) einen Receiver (114) aufweist, der ausgebildet ist, um ein Empfangssignal (116) zu empfangen, wobei das Empfangssignal (116) eine Überlagerung des Sendesignals (104) und eines von dem Funkmodul ansprechend auf das Sendesignal (104) ausgesendetes Antwortsignal (148) umfasst.
Transceiver (100) nach Anspruch 12, wobei der Receiver (114) ausgebildet ist, um das Empfangssignal (116) unter Verwendung eines Referenzsignals zu synchronisieren, wobei das Referenzsignal dem Sendesignal (104) oder dem zweiten Signal (112) entspricht.
Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei der Receiver (114) ausgebildet ist, um das Empfangssignal (116) und das Referenzsignal zu verrechnen, um das von dem Funkmodul ausgesendete Antwortsignal (148) zu erhalten.
Transceiver (100) nach Anspruch 14, wobei der Transceiver einen Demodulator aufweist, der ausgebildet ist, um das Antwortsignal (148) zu demodulieren, um ein Datensignal (117) zu erhalten.
System (130), mit folgenden Merkmalen: einem Transceiver (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15; und einem Funkmodul (140) mit Backscatter-Modulator oder Last-Modulator, wobei das Funkmodul (140) ausgebildet ist, um das Sendesignal (104) zu empfangen und um ein Backscatter-moduliertes oder Last-moduliertes Signal als Antwortsignal (148) auszusenden.
Verfahren, mit folgenden Schritten: Senden eines Sendesignals zu einem Funkmodul, welches einen Backscatter-Modulator oder Last-Modulator aufweist, wobei das Sendesignal zwei unterschiedliche Signalanteile aufweist, die auf voneinander unabhängigen Signalquellen basieren; wobei das Sendesignal (104) das Antwortsignal (148) des Funkmoduls (140) amplitudenmäßig im Spektralbereich überdeckt.