DE19646153A1 - Warenkorbabtaster - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die automatische Erfassung von in einem Warenkorb beliebig angeordneten Waren.

Stand der Technik

In einem Selbstbedienungsgeschäft ist die Erfassung der vom Kunden selbst ausgesuchten und einem Warenkorb gesam­ melten Waren während eines Kassiervorgangs bislang nur dadurch zu bewerkstelligen, daß die Waren dem Warenkorb entnommen werden, einzeln registriert und dann vom Kunden verpackt werden.

Zur Identifizierung von einzelnen Gegenständen ist in der EP 0 281 142 B1 ein System vorgeschlagen, bei dem an den Gegenständen ein Transponder befestigt ist, der von einem Verprober abgefragt wird. Es wird dabei jedoch davon aus­ gegangen, daß sich jeweils nur maximal ein Transponder im Verproberfeld befindet. In der EP 0 181 327 B1 ist ein Resonanz-Tag dargestellt, welches passiv durch Feldschwä­ chung erkannt wird.

Von der Firma Texas Instruments wird unter dem Namen TIRIS ein Transpondersystem angeboten. Dieses System ar­ beitet ohne Batterie im Transponder. Dabei erzeugt der Verprober für 50 ms ein Hochfrequenzfeld von 134,2 kHz, das im Transponder gleichgerichtet wird und einen Konden­ sator auflädt. Die darin gespeicherte Energie wird ver­ wendet, um nach einer Synchronisationspause von 20 ms ein Datenpaket von 128 Bits in 20 ms zurückzuübertragen. Für die korrekte Funktion des Systems ist es jedoch auch bei diesem System notwendig, daß jeweils nur ein Transponder in Antennenreichweite vorhanden ist.

Eine Weiterentwicklung des TIRIS-Systems löst dieses Pro­ blem, indem der Sendeimpuls Datensignale enthält, die ei­ ne Adressinformation enthalten. Der Transponder reagiert nur, wenn die Adressinformation mit der in ihm gespei­ cherten Adressinformation übereinstimmt. Damit können mehr als ein Transponder in Antennenreichweite vorhanden sein. Allerdings muß die Steuereinheit des Verprobers die möglichen Adressen, eine nach der anderen, verproben. Dieses Verfahren ist nur dann sinnvoll, wenn die Anzahl der möglichen Adressen klein ist oder überhaupt nur eine Adresse benötigt wird. Für die Erkennung einer kleinen, nicht vorherbestimmbaren Teilmenge von vielleicht maximal 50 Transpondern aus einer Gesamtmenge von mehreren tau­ send ist das Verfahren unzweckmäßig lang.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Transpondersystem anzu­ geben, bei dem mehrere Transponder einer umfangreichen Gesamtmenge in Antennenreichweite vorhanden sein können und dennoch, ohne die Transponder örtlich zu verändern, zumindest die Anwesenheit jedes der Transponder in kürze­ rer Zeit als durch Durchprobieren der insgesamt möglichen Menge zu erfassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltschema eines Transponders,

Fig. 2 eine Anordnung der Elemente eines Transponders in gedruckter Schaltungstechnik.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Zur Erfassung der Waren erhalten die Waren ein Etikett, das mit einer Sende- und Empfangseinrichtung sowie einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgestattet ist. Eine sol­ che Anordnung wird als Transponder bezeichnet, wenn sie auf ein Signal eines Verprobers hin eine Antwort aus sen­ det. Die im folgenden benutzte Warennummer ist im Rahmen der folgenden Beschreibung keine Warenartnummer wie der bekannte EAN-Code, sondern eine Nummer, die das einzelne zu verkaufende Stück benummert, damit mehrere Stücke auch unterschieden werden können.

Die Prinzipschaltung eines solchen Transponders ist in Fig. 1 und einer mögliche Ausführungsform in gedruckter Schaltungstechnik in Fig. 2 schematisch dargestellt. Eine Spule L und eine Kondensator C bilden einen Schwingkreis, wobei die Spule b als planare Leiterbahnspule auf einer isolierenden Basisplatte BP ausgeführt ist. Auf diese Spule wird an den Kontaktstellen K0, K1 und K2 eine inte­ grierte Schaltung IS aufgesetzt, deren Anschlußpunkte beispielsweise mit leitfähigem Klebstoff mit der Spule verbunden werden. Anschlußpunkt K0 ist das Referenzpoten­ tial. An Anschluß K1 sind ein Resonanzkondensator C und ein Dämpfungswiderstand Rr angeschlossen. Anschlußpunkt K2 liefert über eine Diode D eine durch einen Kondensator Cs gepufferte Versorgungsspannung für einen Verstärker V und eine Prozessoreinheit µC. Anschlußpunkt K2 ist als Anzapfung ausgeführt, damit der Resonanzkreis nicht über­ mäßig bedämpft wird, er kann jedoch auch wegfallen, so daß die Diode D an K1 angeschlossen wird. An einem der beiden Anschlüsse wird auch ein Wechselstromsignal abge­ nommen, welches durch den Verstärker V verstärkt, gegebe­ nenfalls gleichgerichtet und vom Prozessor µC ausgewertet wird. Der Prozessor µC wiederum kann über einen Transi­ stor Tr einen Dämpfungswiderstand Rr dem Schwingkreis parallel schalten. Anstelle des Dämpfungswiderstands Rr kann auch ein Kondensator verwendet werden, so daß der Schwingkreis nicht bedämpft, sondern verstimmt wird. Der Prozessor µC kann beispielsweise als kundenspezifische Schaltung (ASIC) oder als Hybridbaustein unter Verwendung handelsüblicher Bausteine ausgeführt werden.

Ferner ist ein Anschluß Kx gezeigt, mit dem eine Waren­ nummer programmiert werden kann. Hierzu wird beispiels­ weise der Anschluß vielfach wiederholt; in Fig. 2 sind der Übersichtlichkeit halber nur drei dargestellt. Durch bei Y angedeutetes Durchtrennen der Verbindung wird ein Binärwort an den Prozessor µC übergeben. Diese Program­ mierung wird benutzt, wenn der Schaltkreis IS in identi­ schen Stücken gefertigt wird und eine einfache, nicht programmierbare Struktur besitzt. Falls der Schaltkreis IS durch elektrisch programmierbare Zellen wie beispiels­ weise in einem elektrisch programmierbaren Festwertspei­ cher (EPROM) individualisierbar ist, wird nur der eine Anschluß Kx benötigt. Da die Individualisierung vor der Verbindung der integrierten Schaltung IS mit der Basis­ platte BS erfolgen kann, ist auch die Fig. 2 gezeigte Verbindung mit dem Bezugspotential im eingebauten Zustand sinnvoll.

Die allgemeine Funktion einer solchen Anordnung besteht darin, daß ein Verprober (nicht dargestellt) ein elektro­ magnetisches Wechselfeld sendet, dessen Frequenz die Re­ sonanzfrequenz, z. B. 4,7 MHz, des durch L und C gebilde­ ten Schwingkreises ist. Dann bildet sich an der Anzapfung K2 eine Wechselspannung aus, die einerseits über die Di­ ode D den Kondensator Cs auflädt. Wenn eine besonders große Kapazität erwünscht ist, kann dieser Kondensator auch als hochkapazitiver Goldfolien-Kondensator ausge­ führt und in bekannter Weise extern von dem IS über zu­ sätzliche Leiterbahnen angeschlossen werden.

Bei ausreichender Betriebsspannung beginnen die, zwecks niedrigem Stromverbrauch in CMOS-Technik ausgeführten, Schaltkreise V und µP zu arbeiten. Durch den Verstärker V und einen nicht dargestellten Gleichrichter erkennt der Prozessor µP, daß ein Wechselfeld vorliegt. Unterbricht oder moduliert der Verprober das Wechselfeld, dann er­ kennt der Prozessor µP diese Änderungen. Dabei dienen beispielsweise kurzzeitige Unterbrechungen des Sendefel­ des als Bits einer seriellen Datenübertragung nach dem Asynchronverfahren. Durch die Pufferungswirkung des Kon­ densators bleibt die Versorgungsspannung erhalten. Es sind lediglich vor und erforderlichenfalls zwischen den Zeichen der Asynchronübertragung genügend lange Zeiten vorzusehen, um eine ausreichende Betriebsspannung zu er­ halten. Eine einfache Lösung besteht darin, jedes Byte zweimal aufeinanderfolgend auszusenden, wobei für die zweite Übertragung jedes Bit invertiert wird. Das Start­ bit ist eine Unterbrechung, das oder die Stopbits sind keine Unterbrechungen, so daß ein Tastverhältnis von 50% erreicht wird. Eine Amplitudenmodulation anstelle einer Austastung ist gleichfalls möglich. Ferner sind die aus der Technik der magnetischen Aufzeichnung bekannten Codes wie modifizierte Frequenzmodulation (MFM) und Group-Recording-Codes (GRC) möglich, die auf geringen Gleich­ spannungsanteil, hier 50% Tastverhältnis, und regelmäßi­ gen Abstand der Flanken ausgelegt sind. Bei einer Träger­ frequenz von 4,7 MHz sind Datenübertragungsraten bis zu 470 kBPS ohne weiteres erreichbar.

Anschließend an eine Übertragung vom Verprober zum Trans­ ponder erhält der Verprober das Sendefeld konstant auf­ recht, überwacht aber die Stärke des Sendefeldes. Der Transponder schaltet nun durch den Transistor Tr den Dämpfungswiderstand Rr an den Schwingkreis. Damit wird das Feld geschwächt. Insbesondere kann dieses in regelmä­ ßiger Frequenz von z. B. 120 kHz erfolgen, die vom Verpro­ ber leichter durch Wechselstromverstärker gefiltert wer­ den kann. Auch hier werden durch bekannte Verfahren wie das Asynchronverfahren Bitsignale übertragen, die dann beispielsweise eine Datenrate von 12 kBaud zulassen. Die geringere Rückübertragungsbandbreite ist bei dem anzuwen­ denden Verfahren nicht nachteilig.

Alternativ kann der Transponder mittels der Antenne Ener­ gie aus dem Hochfrequenzfeld entnehmen und in dem Spei­ cherkondensator Cs speichern. Nach Abschalten des Verpro­ bers speist sich die Schaltung im Transponder aus dem Speicherkondensator und sendet ihrerseits Datensignale aus. Hierzu wird ein Ausgangsanschluß des Prozessors µC direkt mit dem Kontakt K1 und damit mit dem Schwingkreis verbunden und kann damit den Schwingkreis zu Schwingungen anregen. Schaltungen hierzu mit oder ohne Verwendung der Anzapfung sind allgemein bekannt. Diese Anregung des Schwingkreises kann auf der gleichen Frequenz erfolgen, auf der der Transponder angesprochen wurde, so daß eine hohen Datenübertragungsrate möglich ist. Allerdings ist die übertragbare Datenmenge durch die Speicherkapazität des Kondensators begrenzt, dessen Energie ausreichen muß, um die gesamte Datenmenge zu senden.

Sind in dem Sendefeld eines Verprobers mehrere Transpon­ der vorhanden, so ist dies bei der Übertragungsrichtung vom Verprober zum Transponder problemlos möglich. Es ist lediglich dafür zu sorgen, daß die Spulen der Transponder nicht so eng gekoppelt sind, daß eine Resonanzverschie­ bung eintritt. Insbesondere dürfen die Spulen der Etiket­ ten nicht aufeinander liegen. Im Falle der Anwendung auf einen Warenkorb besteht die einfachste Lösung darin, dortselbst eine Fächereinteilung vorzusehen und in je­ weils ein Fach nur eine markierte Ware zu legen. Alterna­ tiv kann der Transponder so mit neutralem Material um­ kleidet werden, daß der benötigte Mindestabstand gewahrt wird. Die Energie eines Sendefeldes ausreichender Größe, das einen Warenkorb sicher umfaßt, kann problemlos mehre­ re Transponder mit einem Energiebedarf von z. B. je 100 µW versorgen. Alle Transponder empfangen dasselbe Datenmu­ ster. Lediglich bei der Benutzung des Rückkanals tritt eine Kollision auf, die im Sinne einer geschalteten Ver­ oderung wirkt.

Eine im TIRIS-System angegebene Lösung zur Erkennung meh­ rerer Transponder in demselben Sendefeld eines Verprobers besteht darin, daß der Verprober alle möglichen Transpon­ deradressen sequentiell verprobt. Der Rückkanal wird nur als einzelnes Bit benötigt, mit dem ein Transponder sein Vorhandensein meldet. Kollisionen treten nicht auf. In diesem Fall kann der Prozessorbaustein sehr einfach als kundenspezifische Schaltung (ASIC) aufgebaut sein, das im Kern aus einem Schieberegister mit der einer Warennummer entsprechenden Bitzahl und einem gleich breiten Verglei­ cher besteht, sowie einigen Rücksetz- und Verzögerungs­ schaltungen bekannter Art. Bei Erkennung von Gleichheit der empfangenen Nummer mit der codierten Warennummer wird das Ausgangssignal aktiviert. Bei wenigen möglichen Wa­ rennummern ist dieses Verfahren günstig, weil es sehr einfach ist und die Zeit für den Rückkanal kurz ist. Bei beispielsweise einem Sortiment von 100 Waren und einer Frage-Antwort-Zeit von 50 ms wären 5 sec vonnöten, um die Warennummern zu ermitteln. Bereits bei 1000 Waren steigt die Zeit auf 50 sec unabhändig von der Anzahl der Waren und erreicht damit Bereiche, in denen nicht mehr mit ei­ ner generellen Akzeptanz gerechnet werden kann. Zwar könnte, wie weiter unten beschrieben, in Kombination mit anderen Verfahren, die Reihenfolge der abzufragenden Num­ mern in absteigender Wahrscheinlichkeit durchgeführt wer­ den; diese Maßnahme führt aber nur dann zum Ziel, wenn die Anzahl der zu ermittelnden Objekte vorab bekannt ist und damit ein Abbruchkriterium gegeben ist.

Eine Lösung der genannten Aufgabe besteht darin, die Kol­ lisionen der Sendesignale der Transponder mit in das Ver­ fahren einzubinden. Die Behandlung von Kollisionen ist im Bereich der Netzwerke bereits bekannt; siehe hierzu auch die Monographie von A. Tanenbaum, Computernetze, Prentice Hall 1981. Hier wird ab S. 253 beispielsweise das Aloha-Verfahren dargestellt.

Eine erste Lösung verwendet eine Modifikation des Aloha-Verfahrens. Im Aloha-Netz liegt das Problem vor, daß meh­ rere Sender unabhängig voneinander einen gemeinsamen Emp­ fänger, der als Echo-Relais fungiert, erreichen wollen, ohne daß eine explizite Synchronisation der Sender mög­ lich ist. Dabei stellt sich das Problem der Kollision der von den verschiedenen Sendern ausgestrahlten Signale. Die Lösung des Aloha-Netzes besteht darin, die Datenpakete des Senders mit Redundanz zu versehen und eine Quittung von der Empfangs-Relaisstation zu erwarten. Bleibt die Quittung aus, so wird nach einer zufälligen Wartezeit ("random backup") ein neuer Sendeversuch unternommen.

Auf den ersten Blick scheint das Aloha-Netz überhaupt un­ brauchbar zu sein, weil dort in Bezug auf Kollisionen ein Empfänger mehreren Sendern gegenübersteht, während in der Erfindung ein verprobender Sender mehreren Transponder-Empfängern gegenübersteht. Bei genauerer Betrachtung er­ gibt sich jedoch, daß die Kollisionen bei der Rücksendung auftreten, bei der der Verprober als Empfänger und die Transponder als Sender fungieren. Auch hier ist dennoch eine Verwendung des Aloha-Verfahrens problematisch, da im Aloha-Netz eine Kollision mehrerer Sender die Ausnahme dar­ stellt, weil die Sender nicht korreliert zu senden begin­ nen. Im vorliegenden Fall jedoch löst das Signal des Ver­ probers die Sendesignale in den Transpondern aus, die da­ mit alle korreliert, nämlich zunächst zum gleichen Zeit­ punkt, mit Senden beginnen.

Das Verfahren für eine erste Lösung durch Verwendung des Aloha-Verfahrens beginnt damit, daß der Verprober das Feldsignal einschaltet und so die Transponder mit Energie versorgt. Je nach Ausführungsform dient bereits das Ein­ schalten des Feldsignals als Anfrage; in weiter unten ge­ nauer dargestellten Varianten wird dieses Feldsignal auch verwendet, um Nachrichten an die Transponder zu übertra­ gen. In diesem Fall werden die Nachrichten derart co­ diert, daß mindestens einer der Codes die Wirkung der im folgenden zu beschreibenden allgemeinen Anfrage hat. Ob das Feld vor den Antworten der Transponder wieder abge­ schaltet wird oder nicht, richtet sich nach dem für die Rückübertragung verwendeten Übertragungsverfahren. So­ bald ein Transponder betriebsbereit ist, der Zeitpunkt für mögliche Rückübertragungen erreicht ist und eine zu­ fällige Wartezeit gewartet wurde, sendet er seine Waren­ nummer auf dem Rückkanal. Die Warennummern sind durch ei­ nen bekannten Code mit Fehlererkennung geschützt. Alle richtig erkannten Warennummern werden in einer Liste vom Verprober erfaßt. Nach Ablauf der längsten Wartezeit, wenn keine Antworten mehr eintreffen, wird erneut eine Anfrage gesendet. Die Transponder antworten wiederum mit ihren Warennummern, aber durch die zufällige Wartezeit der Zufallsgeneratoren in anderer Reihenfolge. Dadurch werden andere Warennummern korrekt übertragen und zu der Liste hinzugefügt. Sobald die Liste der Warennummern un­ verändert bleibt, wird angenommen, daß alle Waren erfaßt sind, und der Kassiervorgang wird eingeleitet. Wird als Anfrage das Feldsignal an sich genommen, so muß eine War­ tezeit zwischen zwei Sendungen vorhanden sein und zumin­ dest vom Prozessor auf dem Transponder erkennbar sein. Ist der Pufferkondensator Cs im Transponder klein, so kann die Wartezeit so bemessen sein, daß alle Transponder energielos geworden sind und das Wiedereinschalten der Energie nicht von dem erstmaligen Einschalten unterschei­ den. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der besonderen Einfachheit. Der Verstärker entfällt; als Prozessor µC ist lediglich ein Taktgenerator, eine Rücksetzschaltung und ein Schieberegister notwendig, welches mit der Waren­ nummer geladen und im festen Takt den Transistor Tr bit­ weise beaufschlagt. Ein weiteres rückgekoppeltes Schiebe­ register erzeugt in bekannter Art eine Pseudo-Zufallsfolge und damit eine zufällige Wartezeit pro Transponder. Durch ein kombinatorisches Netzwerk wird aus der über die externen Anschlüsse programmierten Waren­ nummer ein fehlererkennbarer Code gebildet und abgesen­ det. Möglich, wenn auch mit höherem Aufwand verbunden, ist die Verwendung eines fehlerkorrigierenden Codes, ob­ wohl hierbei noch die Gefahr der falschen Fehlerkorrektur zu beachten ist.

Die bekannten Verbesserungen des Aloha-Verfahrens sind auch hier anwendbar, obwohl die Komplexität und damit der Stromverbrauch steigt. Zum einen kann jeder Transponder dahingehend erweitert werden, daß er auch die schwachen Felder anderer sendender Transponder feststellt und dar­ aufhin trotz Ablauf der Zufallszeit nicht mit Senden be­ ginnt. Da ein anderer Transponder sendet, wird der Ver­ prober auf jeden Fall noch eine weitere Anfrage stellen, so daß der Transponder auf jeden Fall noch einmal abge­ fragt wird. Weiterhin kann der sendende Transponder, ins­ besondere wenn durch Trägeraustastung codiert wird, Kol­ lisionen erkennen, wenn ein benachbarter Transponder sen­ det, obwohl der die Kollision erkennende Transponder eine Sendepause bewirken wollte. Daraufhin bricht der unterle­ gene Transponder die Sendung ab. Durch diese beiden Maß­ nahmen kann die Anzahl der schädlichen Kollisionen dra­ stisch reduziert werden. Da hiermit jedoch eine Priorität für Warennummern mit vielen Eins-Bits in der binär co­ dierten Form bewirkt wird, ist bei der einfachen Ausfüh­ rung eine signifikante Gefahr gegeben, daß Transponder nicht erkannt werden, so daß diese Varianten bevorzugt mit den weiteren Fortbildungen eingesetzt werden.

Eine weitere Verbesserung ist dadurch möglich, daß jeder Transponder ein Entwertungsbit zumindest vorübergehend speichern kann. Dies ist einfach möglich, solange die Be­ triebsspannung in dem Speicherkondensator erhalten bleibt. Sendet nun der Verprober zu Beginn der Anfrage die Liste der bereits erkannten Warennummern, so kann je­ der Transponder durch Vergleich feststellen, daß seine Warennummer bereits erkannt wurde. Damit setzt er ein Speicherbit und antwortet nicht mehr mit der Aussendung seiner Warennummer. Die Anzahl der um den oder die Über­ tragungskanäle konkurrierenden Transponder nimmt damit mit jedem Versuch ab. Insbesondere ist ein schnelles und sicheres Endekriterium dadurch gegeben, daß kein Trans­ ponder mehr auf die Anfrage reagiert. Nachteilig ist le­ diglich, daß jedesmal die vollständige Liste der erkann­ ten Transponder übertragen werden muß. Nachteilig ist ferner, daß eine fehlerhaft erkannte Warennummer nicht wieder gelöscht wird und somit eine nicht vorhandene Ware kassiert werden würde.

Um letzterem Nachteil zu begegnen, wird das Verfahren dahingehend ergänzt, daß nach der Erkennungsphase eine Verifizierungsphase durchgeführt wird. Hierbei sendet der Verprober alle Warennummern einzeln aus mit einem Hinweis darauf, daß eine Quittung erforderlich ist. Jeder ange­ sprochene Transponder quittiert die Warennummer. Fehlt die Quittung, so handelt es sich um eine fehlerhaft als vorhanden erkannte Warennummer.

Um eine vollständige Übertragung aller Warennummern zu vermeiden, ist eine Speicherung auch über längere Zeit, d. h. nach dem Verschwinden der im Kondensator CS gespei­ cherten Betriebsspannung, vorzusehen. Dieses erfolgt durch einen Kondensator, der durch einen Feldef­ fekttransistor abgefragt wird. Dabei sind Speicherzeiten von mehreren Sekunden und bei größeren Kondensatoren auch solche im Minutenbereich möglich. Nach Beendigung des Da­ tentransfers auf dem Rückkanal sendet der Verprober nicht sogleich wieder eine unspezifische Abfrage, sondern zu­ nächst alle erkannten Warennummern, welche im Prozessor µC des Transponders erkannt werden und zur Entwertung führen. Der Prozessor µC in dem Transponder vergleicht die empfangene Nummer mit der gespeicherten Warennummer und lädt bei Gleichheit den Speicherkondensator auf. Nach dem Ende der Übertragungen aller erkannten Warennummern sendet der Verprober wiederum eine unspezifische Anfrage. Die Prozessoren in den Transpondern fragen dabei den Speicherkondensator ab. Befindet sich eine Ladung auf dem Kondensator, so nimmt dieser Transponder nicht mehr an der Antwort auf die unspezifische Abfrage teil, womit die Erkennungswahrscheinlichkeit erhöht wird. Die Ladung im Kondensator wird gegebenenfalls aufgefrischt, damit wei­ tere Abfragen erfolgen können. Nach mehreren Durchläufen sind dann alle Waren erfaßt. Als Speicherkondensator kann auch ein integrierter Kondensator dienen, wie er aus dy­ namischen digitalen Speichern oder den als EEPROM oder EAROM bezeichneten Speicherelementen bekannt ist. Alter­ nativ kann auch ein zweiter Speicherkondensator vorgese­ hen werden, der ausschließlich eine CMOS-Speicherzelle versorgt, welche dann über längere Zeit die Entwertung speichern kann.

Richtig erkannte und vom Verprober an die Transponder ge­ sendete Warennummern werden in einer Weiterbildung vom Transponder auf dem Rückkanal quittiert, am besten durch Rücksenden der gesamten Warennummer. Indem derart falsch erkannte Warennummern nicht quittiert werden, ist eine hohe Sicherheit gegen Falscherkennung gegeben.

Eine Variante besteht darin, daß der Verprober durch eine kurzzeitige Feldschwächung ein Startsignal gibt, das die Transponder zur Sendung veranlaßt. Diese Variante ist insbesondere einsetzbar, wenn der Rückkanal vom Transpon­ der zum Verprober durch Feldschwächung gestaltet ist. Da hierbei der Verprober weiterhin Energie an die Transpon­ der überträgt, kann der Zeitraum, in dem die Transponder ihre Daten senden, größer sein als in den Fällen, wo die Energie in einem Kondensator im Transponder gespeichert wird. Das Startsignal kann selbstverständlich nicht nur aus einem einzelnen Bit in der Form einer Feldschwächung bestehen, sondern auch als Ende einer vorbestimmten Bit­ folge der Nachricht des Verprobers, die als Sendefreigabe für die Transponder dient.

Eine erhöhte Sicherheit gegen Übermittlungsfehler ist dadurch möglich, daß die Zeit nach dem Startsignal in mehrere gleichlange Zeitschlitze eingeteilt wird und je­ der Transponder nur zu Beginn eines zufällig ausgewählten Zeitschlitzes mit vordefinierter Geschwindigkeit sendet. Dadurch wird erreicht, daß die Bitwechsel bei allen sen­ denden Transpondern ungefähr zur gleichen Zeit erfolgen und insbesondere nicht dann erfolgen, wenn der Verprober die Datenwerte abtastet. Damit ist dann erreicht, daß ei­ ne definierte Bitverfälschung im Sinne des genannten ver­ schalteten Oderns gegeben ist. Fehlerkorrigierende Codes erreichen ihre berechnete Effizienz insbesondere dann, wenn, wie durch diese Variante, der Fehlermechanismus be­ kannt ist. Fernerhin wird die Wahrscheinlichkeit von Kol­ lisionen überhaupt reduziert bzw. die Kollisionen führen weniger häufig zu einer Verfälschung beider Signale, wenn beispielsweise die Veroderung zweier Signale gleich einem der Signale ist.

Eine alternative Variante teilt die Zeit nach der Sendung in Zeitschlitze ein und ordnet jedem Transponder entspre­ chend seiner Warennummer einen dieser Zeitschlitze zu. Ein Transponder zählt dann die Zeitschlitze und sendet in dem zugeordneten Zeitschlitz. Um hierbei bei großer Zahl von Transpondern eine zuverlässige Antwort zu erreichen, benutzt der Transponder die Frequenz des Sendefeldes als Zeitbasis und verwendet Feldschwächung oder eine wesent­ lich geringere Frequenz als Antwort. Mit anderen Worten, es wird ein eins-aus-n-Code verwendet, wobei n die Anzahl der möglichen Transponder ist. Es wird als ein Binärwort von beispielsweise 5000 Bits für 5000 Artikelnummern ver­ wendet. Bei der angegebenen Datenrate von 12 kBps im Rückkanal ist damit eine Identifikation aller Transponder innerhalb von einer halben Sekunde möglich. Dieses Ver­ fahren ist allerdings empfindlich gegen einzelne Störim­ pulse. Durch Kombination mit den zuvor genannten Verfah­ ren, indem beispielsweise eine temporäre Entwertung der erkannten Nummern stattfindet, kann die Sicherheit ge­ steigert beziehungsweise die Geschwindigkeit gegenüber den zuvor genannten Verfahren gesteigert werden. Auch muß das Quittungssignal nicht boolsch sein, sondern entweder die Warennummer selbst enthalten oder eine daraus abge­ leitete Prüfsumme, beispielsweise einen CRC-16, enthal­ ten, welche auch als Signatur der Warennummer bezeichnet werden.

Indem die Warennummer nicht vollständig auscodiert wird, sondern ähnlich einem Hash-Code mehrere Warennummern ei­ nen gemeinsamen Zeitschlitz belegen, kann dieser länger dauern und damit weniger störanfällig sein. Da viel weni­ ger Transponder als Warennummern vorhanden sind, werden statistisch die meisten dieser Zeitschlitze unbelegt sein. Der Verprober braucht lediglich die für die beleg­ ten Zeitschlitze möglichen Warennummern abzufragen. Im Unterschied zum Hash-Code jedoch ist eine Mehrfachbele­ gung eines Zeitschlitzes erwünscht, da der Verprober oh­ nehin alle Warennummern des Zeitschlitzes verproben muß.

Daher sollten die Warennummern beispielsweise so vergeben werden, daß die Sonderangebote in einen gemeinsamen Zeit­ schlitz fallen oder gemeinsame Warengruppen gemeinsame Zeitschlitze haben. Auch ist es sinnvoll, daß verschiede­ ne Hersteller verschiedene Zeitschlitze belegen, wenn das Angebot gleichartige Waren verschiedener Hersteller um­ faßt, weil überwiegend von derselben Ware gleichartige Exemplare gekauft werden.

Eine Sicherung gegen Störimpulse ist auch durch Verwen­ dung von Walsh- oder Rademacher-Funktion möglich, wenn der Verprober die Feldschwächung bzw. die Feldstärke der empfangenen Rücksignale nicht nur binär, sondern auch der Größe nach quantitativ auswertet. Da der Abstand der Transponder untereinander geringer ist als der zwischen Verprober und einem Transponder, ist die Feldschwächung aller Transponder in etwa gleich. Damit überlagern sich die Rückantworten der einzelnen Transponder additiv. Die Warennummer wird nicht im 1-aus-n-Code dargestellt, son­ dern als Walsh-Funktion codiert. Die bekannten Walsh-Funktionen stellen eine Menge von orthogonalen Stufen­ funktionen dar, deren Überlagerung durch eine einer Fou­ rier-Analyse ähnlichen Rechenprozeß zerlegt werden kann. Hierzu kann beispielsweise im Verprober ein Signalprozes­ sor wie der Type TMS320 von Texas Instruments eingesetzt werden, so daß die Walsh-Analyse in kurzer Zeit erfolgt. Da die Walsh-Funktionen orthogonal zueinander sind, lie­ fert der Mittelwert der Multiplikation des empfangenen Signals mit einer Walsh-Funktion die Feldstärke des sen­ denden Transponders, der diese Walsh-Funktion verwendet hat, oder Null, wenn die Walsh-Funktion in der Sendung nicht enthalten war. Einzelne Störimpulse werden damit über die gesamte Sendedauer integriert und damit ausge­ filtert. Da ein Satz von 2ⁿ Transpondern immer 2ⁿ Bits benötigt, wird wie bei der einfachen 1-aus-n-Codierung für 8192 Artikel eine Antwort von 8192 Bit benötigt, die mit dem Sendesignal taktmäßig synchronisiert ist.

Eine weitere Variante der Erfindung benutzt Zeitschlitze, die mehrere Bits der Rückantwort enthalten. Hierbei sen­ det der Verprober eine unspezifische Anfrage, d. h. er schaltet das Hochfrequenzfeld ein und startet die Anfrage durch eine kurze Feldschwächung von z. B. 1 ms Dauer. Die Empfänger warten eine durch einen Zufallsgenerator be­ stimmte Zeit zwischen 0 und 5 sec in Schritten von 0,1 sec, so daß etwa 50 Zeitschlitze entstehen. Die Wartezeit kann vorteilhaft, muß aber nicht, aus der Feldfrequenz des Verprobers abgeleitet werden. Nach der Wartezeit sen­ det der jeweilige Transponder seine Antwort, die voll­ ständig in einen Zeitschlitz paßt. Hierbei ist ein belie­ biges Rückübertragungsverfahren, also auch Frequenzumta­ stung, möglich, weil keine Teilkollision erfolgt. Durch die Prüfsumme im Antwortpaket kann der Verprober Antwort­ pakete ohne Kollosion erkennen und dem Transponder quit­ tieren.

Eine Verbesserung wird erreicht, wenn ein veroderndes Rückübertragungsverfahren wie Feldschwächung verwendet wird und der Takt für die Rückübertragung aus der Fre­ quenz des Sendefelds abgeleitet wird, so daß eine defi­ nierte Veroderung der Antwort stattfindet. Kollidieren zwei Transponder in einem Zeitschlitz, so wird dies über die Prüfsumme festgestellt. In der Verarbeitungseinheit des Verprobers wird durch Ausprobieren versucht, ob das empfangene Bitmuster eine der häufig verwendeten Waren­ nummern enthält. Ist dies der Fall, wird durch spezifi­ sche Anfrage mit Quittung diese Ware entwertet. Alterna­ tiv wird ein Code verwendet, dessen Prüfsumme es festzu­ stellen erlaubt, ob eine Veroderung von genau zwei Werten vorliegt. Dies ist beispielsweise bei fehlerkorrigieren­ den Codes der Fall, bei denen das Fehlersyndrom dann das zweite Codewort darstellt. Eine einfache, aber nicht sehr effiziente Lösung besteht darin, als Code wiederum 1-aus-n zu verwenden, bei dem die Veroderung keine Informati­ onsverfälschung bewirkt.

Alternativ zur Verwendung entsprechender Codes kann ein neu vergebene Artikelnummer dahingehend geprüft werden, ob durch ihre Veroderung mit irgend einer der bereits vorhandenen Artikelnummern zu einem Informationsverlust führt und ggf. solange modifiziert werden, bis eine ein­ deutige Zerlegung möglich ist. Warennummern mit dieser Eigenschaft können auf Vorrat zu Zeiten berechnet werden, in denen kein Verkauf stattfindet und so die Rechenlei­ stung des Warenabrechnungssystems nicht benötigt wird.

Da die Effizienz der beschriebenen erfindungsgemäßen Ver­ fahren umso besser ist, je zufälliger die Warennummern verteilt sind, wird bei großer Anzahl von Warennummern eine Vorselektion der Warennummern vorgeschaltet. Hierbei steht der Datenverarbeitungseinrichtung des Verprobers eine Liste der häufig auftretenden Warennummern zur Ver­ fügung. Mit dieser Liste wird zunächst versucht, die Transponder mit dieser Nummer direkt anzusprechen und zu entwerten. Da diese dann aus dem Verfahren ausscheiden, ist die Anzahl der Kollisionen wesentlich reduziert. Die­ se "Hitliste" wird vorteilhafterweise dynamisch während des Betriebs angepaßt, indem die Anzahl der beispielswei­ se seit Tagesbeginn oder in der letzten Stunde entwerte­ ten Waren bewertet und die häufigsten in die "Hitliste" aufgenommen werden oder diese bilden.

Eine andere Variante der Vorselektion zerlegt die Waren­ nummer in einen Teil, der Warenart oder eine Artikelnum­ mer darstellt, und ein Zählfeld, welches das individuelle Exemplar markiert. Im einfachsten Fall sendet der Verpro­ ber für jede Warenart eine Anfrage, so daß in die nach­ folgende Phase zur Ermittlung der einzelnen Exemplare nur die dieser Warennummer teilnehmen und damit die Kollisi­ onswahrscheinlichkeit reduziert wird. In einer verbesser­ ten Version wird sowohl eine Warennummer als auch eine Maske übermittelt, wobei nur die in der Maske enthaltenen Bits der Warennummer beim Vergleich berücksichtigt wer­ den. Eine Alternative hierzu besteht darin, einen Bereich von Warennummern durch zwei Warennummern, nämlich die obere und untere Schranke, anzugeben.

Durch die Übermittlung von Warennummer und Maske ist eine Binärsuche möglich, die insbesondere bei statistisch etwa gleichverteilten Warennummern anzuwenden ist. Hierbei wird zunächst nur das oberste Bit der Maske und der Wa­ rennummer gesetzt. Werden keine oder kollisionsfreie Ant­ worten registriert, so steht fest, daß weitere Waren mit gesetztem obersten Bit in der Warennummer nicht vorhanden sind, und die weitere Suche wird auf die Warennummern mit rückgesetztem oberem Bit beschränkt. Sind Kollisionen vorhanden, so wird das zweitoberste Bit der Maske gesetzt und eine Verprobung mit dem zweitobersten Bit der Waren­ nummer versucht. Bei einem Nummernraum von ca. 1 Million, d. h. einer Warennummer von 20 Bit, sind für jede im Korb befindliche Ware maximal 20 Abfragen notwendig, um eine kollisionsfreie Antwort zu erhalten, wenn jedesmal wieder mit dem höchsten Bit begonnen würde. Da aber nur eine kleine Teilmenge von z. B. 32 Waren im Korb vorhanden sind, wird im Schnitt bereits nach 5 Abfragen eine Kolli­ sionsfreie Abfrage erreicht. Hierzu werden die Bits der Maske nicht in üblicher Reihenfolge, sondern in einer vorab ermittelten Reihenfolge benutzt, bei der eine gute statistische Verteilung erreicht wird. Beispielsweise be­ ginnt die Warennummer mit einer Herstellernummer, so daß die zugehörigen Bits wenig Kennzeichnungskraft haben. In einem vorbereitenden Schritt, der durchaus jede Nacht in der verkaufsfreien Zeit erfolgen kann, wird die statisti­ sche Korrelation der Bitpositionen mit der im Rechner gespeicherten Inventarliste ermittelt. Als erste in der Abfrage werden diejenigen Bitpositionen verwendet, deren Häufigkeit möglichst nahe bei 50% liegt. Hierbei kann auch noch die tatsächliche oder geschätzte Anzahl der im Verkauf befindlichen Waren mit herangezogen werden, um die einzelnen Warennummern mit dieser Zahl zu gewichten.

Durch Kombination mit einem der beschriebenen Verfahren zur Kollisionsvermeidung wird die Zahl der Verprobungen mit Binärselektion wesentlich geringer, z. B. bei der Ver­ wendung von Zeitschlitzen durchschnittlich um die Anzahl der Zeitschlitze als Faktor, weil die Zahl der Transpon­ der effektiv auf die Zeitschlitze verteilt wird. Eine Zahl von 32 Transpondern verteilt sich dadurch auf bei­ spielsweise 8 Zeitschlitze, so daß effektiv nur noch 4 Transponder jeweils kollidieren können und die Warennum­ mern in durchschnittlich 4 Abfragen ermittelt werden kön­ nen.

Bei Verprobungen mit Selektion, insbesondere Binärer Su­ che, kann die Quittungsantwort bei sehr langen Warennum­ mern auf eine Signatur, d. h. Prüfsumme allgemeiner Art, der Warennummer beschränkt werden. Sobald durch die Binä­ re Suche der Suchraum weit genug eingeschränkt ist, kann die Signatur für die Bestimmung der Warennummer voll aus­ reichend sein.

Bislang wurde davon ausgegangen, daß jeder Transponder eine eindeutige Nummer hat. Bei der Erfassung eines Wa­ renkorbs jedoch ist es wünschenswert, auch ein Verfahren zu haben, was die Anzahl gleicher Waren mit Transpondern gleicher Warennummer bestimmt.

Eine erste Lösung hierzu besteht darin, Walsh-Funktionen zu verwenden und die Entfernung des Verprobers zu den Transpondern wesentlich größer, beispielsweise um den Faktor 10, zu machen als die Entfernung der Transponder untereinander. In diesem Fall wird an dem Warenkorb ein Referenz-Transponder angebracht, dessen Antwort-Feldstärke als Referenz dient. Ist ein Transponder mehr­ fach vorhanden, so wird die Walsh-Analyse den entspre­ chenden Faktor für diese Nummer ergeben, da zwei Trans­ ponder dann eine im wesentlichen doppelt so große Wirkung im Verprober erreichen als einer. Auch wäre es hier sinn­ voll, einen Sender nahe dem Warenkorbe und zwei oder mehr Empfänger entfernt von dem Warenkorb anzuordnen, so daß dieser sich etwa in der Mitte zwischen den Empfängern be­ findet. Anstatt den Warenkorb in die Mitte zwischen die Empfänger zu bringen, kann auch eine Einrichtung an dem Warenkorb angebracht werden, die die Position des Waren­ korbes zu messen gestattet. Durch den bekannten Abstand können dann die Signale besser korreliert werden. Anstel­ le einer Walsh-Funktion kann auch ein beliebiges der Er­ kennungsverfahren verwendet werden, wenn dabei ein Schritt verwendet wird, bei dem alle erkannten Transpon­ dernummern einzeln verprobt werden und die Stärke des Antwortsignals als Anzahl der Transponder ausgewertet wird.

Eine alternative Lösung besteht darin, daß die Transpon­ der zwar eine vorbestimmte Warennummer haben, sich jedoch bei der Abfrage durch einen Zufallszahlengenerator selbst eine vorübergehende Exemplarnummer geben, welche gegebe­ nenfalls auch über mehrere Anfragezyklen hinweg gespei­ chert werden kann.

Eine alternative Form bestimmt die Anzahl gleicher Trans­ ponder mit derselben Warennummer aus der Größe der Feld­ stärke des Rücksignals. Dabei wird die Erkenntnis be­ nutzt, daß der Empfänger für das Rücksignal leicht so an­ geordnet werden kann, daß der Abstand zu den Transpondern signifikant weiter ist als der Abstand der Transponder untereinander. Da die Feldstärke quadratisch mit dem Ab­ stand abnimmt, sind in Bezug auf das Quadrat des Abstands alle Transponder ungefähr gleich weit vom Empfänger ent­ fernt und damit die Empfangsfeldstärke proportional der Anzahl der Transponder. An dem Warenkorb wird ein Refe­ renztransponder angebracht, welcher ein Vergleichssignal liefert, dessen Feldstärke einem einzelnen Transponder entspricht. Durch Verwendung von zwei oder mehr Transpon­ dern derart, daß der Warenkorb sich ungefähr in der Mitte des durch sie aufgespannten Polygons befindet, kann eine wesentliche Verbesserung der Ergebnisse erreicht werden. Es ist ersichtlich notwendig, daß, ggf. nach einer Vor­ phase, um die Warenummern zu ermitteln, der Referenztrans­ ponder unabhängig von den zu bestimmenden Transpondern aktiviert wird und daß die zu bestimmenden Transponder alle gleichzeitig ihr Rücksignal senden.

Zwecks Sicherung gegen Fehler ist es möglich, die genann­ ten Verfahren von zwei oder mehreren Verprobern aus durchzuführen, wenn der Warenkorb eine andere Stellung gegenüber dem Verprober hat. Bei unterschiedlichen Ergeb­ nissen könnte eine manuelle Überprüfung sinnvoll sein.

Claims (19)

1. Verfahren, um mehrere Transponder zu identifizieren, die sich gemeinsam in einem Sendefeld eines Verpro­ bers befinden und unterschiedliche, den jeweiligen Transponder kennzeichnende Nummern haben, mit folgen­ den Schritten:

• - Der Verprober sendet, mindestens durch Aktvierung des Sendefeldes, eine Anfrage.
• - Auf diese hin wartet jeder Transponder, nachdem der für eine Antwort zulässige Zeitpunkt erreicht wur­ de, eine in vorgegebenen Grenzen zufällige Zeit und sendet sodann seine Nummer, vorzugsweise in einem prüfbaren Code codiert.
• - Der Verprober trägt alle empfangenen gültigen Num­ mern in eine Liste ein, wiederholt die Anfrage min­ destens einmal und ergänzt die Liste mit zusätzlich empfangenen gültigen Nummern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren solan­ ge wiederholt wird, bis eine vorgegebenen Anzahl von solchen Wiederholungen, die keine weiteren Ergänzun­ gen bewirkten, erfolgt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

• - der Verprober mit der Anfrage alle bislang erkann­ ten Nummern aussendet,
• - jeder Transponder diese Nummern decodiert und sie mit der eigenen Nummer vergleicht,
• - im Fall einer Übereinstimmung im Transponder die Aussendung der eigenen Identifizierungsnummer un­ terdrückt wird,
• - die Schritte solange wiederholt werden, bis kein Transponder mehr auf die Anfrage antwortet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

• - der Verprober nach einer Anfrage die neu erkannten Nummern aussendet,
• - jeder Transponder diese Nummern decodiert und sie mit der eigenen Nummer vergleicht,
• - im Fall einer Übereinstimmung der Transponder eine Speicherzelle aktiviert,
• - bei aktivierte Speicherzelle bei weiteren Wiederho­ lungen die Aussendung der eigenen Nummer unter­ drückt wird,
• - die Schritte solange wiederholt werden, bis kein Transponder mehr auf die Anfrage antwortet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeit für die Rücksendung durch die Trans­ ponder in eine vorgegebene Anzahl von Zeitschlitzen eingeteilt ist und die Zufallsauswahl des Startzeit­ punkts auf den Beginn eines Zeitschlitzes beschränkt ist.

6. Verfahren, um mehrere Transponder zu identifizieren, die sich gemeinsam in einem Sendefeld eines Verpro­ bers befinden und unterschiedliche, den jeweiligen Transponder kennzeichnende Nummern haben, mit folgen­ den Schritten:

• - Der Verprober sendet, mindestens durch Aktvierung des Sendefeldes, eine Anfrage.
• - Die Zeit nach dem für eine Antwort zulässigen Zeit­ punkt ist in eine Anzahl von gleichlangen Zeit­ schlitzen eingeteilt und es ist eine Codierung vor­ gegeben, die jeder Nummer einen oder mehrere Zeit­ schlitze zuordnet.
• - Jeder Transponder sendet ein Quittungssignal in den seiner Nummer zugeordneten Zeitschlitzen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anzahl der Zeit­ schlitze größer als die Anzahl der Nummern ist, jeder Nummer mindestens ein Zeitschlitz zugeordnet und kei­ nem Zeitschlitz mehr als eine Nummer zugeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Quit­ tungssignal die Nummer oder eine Signatur der Nummer enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei als Codierung die n-te eines Satzes von orthogonalen Walsh- oder Radema­ cherfunktionen verwendet wird, deren Bitzahl gleich der Anzahl der Zeitschlitze ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Amplitude des Rücksendesignals mit ausgewertet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anfrage eine Maske enthält und lediglich die mit der Maske adressierten Transponder aktiviert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Maske eine Bit­ maske ist, nur die Transponder aktiviert werden, de­ ren binäre Darstellung ihrer Nummern mit der Bitmaske korreliert und das Verfahren sich der Binärsuche be­ dient.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Binärsuche in einer von der natürlichen Reihenfolge der Bitwertig­ keiten abweichenden Reihenfolge verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Verprober mit der Anfrage ein durch einen Maxi­ mal- und einen Minimalwert bestimmtes Intervall aus­ sendet und lediglich die in das Intervall fallenden Transponder aktiviert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Bit-Maske derart gewählt wird, daß die Kollisi­ onswahrscheinlichkeit reduziert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Reihenfolge der Markierungen zur Veringerung der Kollisionswahr­ scheinlichkeit aus den Daten zurückliegender Verfah­ rensabläufe gewonnen werden.

17. Verfahren, um die Anzahl von mehr als einem fragli­ chen Transponder zu ermitteln, die sich in dem Sende­ feld eines Verprobers befinden, mit den Merkmalen:

• - die fraglichen Transponder werden durch ein erstes Signal des Verprobers veranlaßt, gleichzeitig ein Rücksignal zu senden,
• - ein Referenztransponder wird durch ein zweites Si­ gnal des Verprobers veranlaßt, ein Rücksignal zu senden, ohne daß die fraglichen Transponder ein Rücksignal senden,
• - das Quadrat des Abstands des das Rücksignal aufneh­ menden Empfängers ist größer als das mit der An­ zahl der maximal vorhanden Transponder multipli­ zierte Quadrat des maximalen Abstands aller Trans­ ponder untereinander,
• - die Anzahl der Transponder wird ermittelt, indem die Feldstärke des Rücksignals bei Aktivierung der fraglichen Transponder durch die Feldstärke des Rücksignals bei Aktivierung des Referenztranspon­ ders dividiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei mehr als ein Refe­ renztransponder verwendet werden, deren Abstand der maximale Abstand der Transponder untereinander ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei mehr als ein Empfänger mit einem gemeinsamen Sender verwendet werden und deren Ergebnisse verglichen werden.