-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung
von Informationen von einer Abfragevorrichtung zu tragbaren Gegenständen.
-
Sie
findet Anwendung auf den Gebieten der kontaktlosen elektronischen
Tickets, der Groß-
bzw. Massenproduktion, dem Sortieren von Objekten, der Zugangskontrolle,
und ganz allgemein bei Anwendungen, die nicht dieselben Charakteristika
bezüglich
Reichweite, Binärdatenfluss,
Geräusch-
bzw. Rauschwiderstand oder Einhaltung der Funkemissionsnormen erfordern.
Diese Charakteristika können sich
zum Beispiel zwischen einer individuellen Initialisierungsphase
mit hoher Bitrate und Identifizierungsphasen mit niedrigerer Bitrate ändern.
-
Bei
einer bevorzugten Anwendung sind die tragbaren Gegenstände Hochfrequenzetiketten.
-
Stand der
Technik
-
Zur
Zeit werden eine gewisse Anzahl von Normen ausgearbeitet, um die Übertragung
von Informationen von einer Abfragevorrichtung zu tragbaren Gegenständen wie
Hochfrequenzetiketten zu vereinheitlichen. Diese Normen empfehlen
generell eine Amplitudenmodulation einer Trägerwelle während bestimmten Zeitintervallen
und eine Positionscodierung dieser Intervalle. Aber die derart definierten
Techniken verursachen Probleme, insbesondere bezüglich der Bestimmung der Position
dieser Intervalle. Sie weisen auch Schwierigkeiten auf, wenn das Etikett
asynchron ist, das heißt
seinen eigenen lokalen Oszillator besitzt, der unabhängig ist
von der Frequenz der Trägerwelle.
-
Die
Erfindung hat die Aufgabe, genau diese Nachteile zu beseitigen.
-
Das
Dokument US-A-5 684 871 beschreibt ein solches Informationsübertragungssystem,
von dem eine Frequenzmodulation und eine Positionscodierung der
Intervalle benutzt wird.
-
Darstellung
der Erfindung
-
Um
die Position der Modulationsintervalle, die man in der Folge "Impulse" nennen wird genau
zu bestimmen, empfiehlt die Erfindung die Bildung eines ersten Impulses,
dazu bestimmt, eine Referenz zu bilden, und eines zweiten Impulses,
dessen Position in Bezug auf den ersten bestimmt wird, wobei diese Position
die übertragene
Information definiert. Dabei muss man vermeiden, in dem Impulsstrom,
der von der Abfragevorrichtung zu den Etiketten fließt, die ersten
und zweiten Impulse zu verwechseln. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung
vor, sie zu unterscheiden, indem man eine ternäre (und nicht nur binäre) Amplitudenmodulation
der Trägerwelle
benutzt, was zwei unterschiedliche Modulationen ermöglicht, die
jeweils den beiden Impulstypen zugeordnet sind.
-
Noch
genauer besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein
Verfahren zur Übertragung
von Informationen von einer Abfragevorrichtung zu tragbaren Gegenständen vorzuschlagen,
bei dem die Übertragung
durch Amplitudenmodulation einer HF-Trägerwelle während bestimmter, "Impulse" genannter Zeitintervalle
und durch Positionscodierung dieser Impulse erfolgt,
dadurch
gekennzeichnet:
- • dass die Amplitudenmodulation
eine ternäre
Modulation ist, die ein erstes Amplitudenniveau, ein zweites Niveau,
niedriger als das erste, und ein drittes Niveau, höher als
das erste, benutzt, wobei die Modulation entweder einen Übergang
vom ersten zum zweiten und dann Negativpolarität genannten Niveau oder vom
ersten zum dritten und dann Positivpolarität genannten Niveau bewirkt,
- • dass
man die Positionscodierung erhält,
indem man in einem selben Muster zwei Impulse mit entgegengesetzter
Polarität
bildet, wobei die betreffende Position die des zweiten Impulses
in Bezug auf den ersten ist.
-
Vorzugsweise
werden die Informationen zu Nachrichtengruppen zusammengefasst,
die eine Folge von Mustern umfassen, von denen jedes einem Informationssymbol
zugeordnet ist, wobei jedes Muster eine Codierzeitzone umfasst,
unterteilt in N gleiche Zeiteinheiten der Dauer Tc gleich wenigstens
der Dauer der Impulse, wobei sich der erste Impuls vor dieser Zone
befindet und der zweite in irgendeiner der N Zeiteinheiten der Zone.
-
Wieder
vorzugsweise ist die Anzahl N der Zeiteinheiten in der Codierzeitzone
(Z) gleich 2M, wo M eine ganze Zahl ist und das für jedes
Muster übertragene
Informationssymbol dann ein binäres
Wort mit M Bit ist.
-
Um
die Zwänge
bezüglich
des Werts der Breite der Impulse zu lockern, kann man eine erste Abstandszeit
mit einer Dauer gleich einem Vielfachen der Zeiteinheit Tc vorsehen
und zwischen dem ersten Impuls und dem Anfang der Codierzeitzone
realisieren.
-
Man
kann auch eine zweite Abstandszeit mit einer Dauer gleich einem
Vielfachen der Zeiteinheit Tc vorsehen und nach der Codierzeitzone
realisieren.
-
Mit
diesen Abstandszeiten vermeidet man das Risiko aneinandergrenzender
Impulse, was die Detektion eines Übergangs zwischen einem Impuls mit
positiver Polarität
und einem Impuls mit negativer Polarität erleichtert.
-
Nach
einer vorteilhaften Realisierungsart kann man auch noch eine Wartezeit
vorsehen, nach der Codierzeitzone. Die Dauer dieser Wartezeit wird durch
das Etikett nicht berücksichtigt,
das solange wie notwendig auf den Musteranfangsimpuls wartet. Diese
Wartezeit kann von einem Muster zum anderen modifiziert werden,
in Abhängigkeit
von den übertragenen
Informationen und der Übertragungsdistanz.
Diese Wartezeit ist auch nützlich,
um bestimmte Normen einzuhalten, denn sie ermöglicht, die in den Seitenbändern des
Spektrums emittierte mittlere Leistung bzw. Energie zu reduzieren,
die kleiner sein muss als der zulässige Schwellenwert in Bezug
auf die Leistung der Trägerwelle.
Man kann diese einschränkende
Begleiterscheinung vermeiden, indem man die Wartezeit variiert.
-
Man
kann die Wartezeit also variieren in Abhängigkeit von:
- – lokalen
Emissionsnormen,
- – der
Struktur der Abfragevorrichtung,
- – dem
Protokoll (oder Modalitäten)
der Übertragung
zwischen der Abfragevorrichtung und den Etiketten,
- – der
Anwendung (kurze oder lange Distanz, Geräuschfestigkeit, Normenkonformität, Binärdatenfluss).
-
Wie
oft bei diesen Techniken kann die Nachricht durch Blöcke bzw.
Rahmen gebildet werden, wobei jeder Block ein "Blockanfangsbegrenzung" genanntes erstes
Muster, Informationsmuster und ein "Blockendbegrenzung" genanntes letztes Muster umfasst. Nach
der Erfindung umfasst die Blockanfangsbegrenzung zwei Impulse derselben
Polarität. Dieses
Muster entspricht also keinem Informationsmuster, da ein solches
Muster unterschiedliche Polaritäten
für die
Impulse verlangt. Die Blockanfangsbegrenzung unterscheidet sich
also deutlich von den anderen Mustern. Ein Vorteil einer solchen
Blockbegrenzung besteht dann, der Etikette ein Zeitmessmittel zu
verleihen, mit dessen Hilfe sie die Dauer der Intervalle der Codierzeitzone
schätzen
kann. Dieser Vorteil ist besonders nützlich im Falle von asynchronen Etiketten,
die mit einem von der Frequenz der Trägerwelle unabhängigen lokalen
Oszillator ausgestattet sind.
-
Bezüglich der
Blockendbegrenzung gilt, dass sie durch einen einzigen Impuls gebildet
werden kann, was sie wieder von einem Informationsmuster unterscheidet.
-
Bei
allen diesen Varianten hat der erste Impuls der Blockanfangsbegrenzungen
oder der Blockendbegrenzungen oder der Informationsmuster vorzugsweise
eine negative Polarität,
so das die Modulation dann die Amplitude der Trägerwelle reduziert. Aber man
verlässt
nicht den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn man alle Polaritäten umkehrt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Die 1 illustriert
ein einem Informationssymbol entsprechendes Muster;
-
die 2 illustriert
einen Block mit einer Blockanfangsbegrenzung;
-
die 3 zeigt
einen Block mit Wartezeit;
-
die 4 zeigt
einen Block mit Wartezeit und Abstandszeit;
-
die 5 illustriert
ein Transaktionsbeispiel mit Verschachtelung bzw. Verschränkung der
Nachrichten.
-
Beschreibung
spezieller Realisierungsarten
-
Man
sieht in der 1 ein einem Informationssymbol
entsprechendes Muster. Die schraffierte Zone symbolisiert die Amplitude
des funkelektrischen Trägers.
Das dargestellte Muster umfasst einen ersten Impuls I1 mit negativer
Polarität
oder anders ausgedrückt
mit einem negativen Modulationsindex, und einen zweiten Impuls I2
mit positiver Polarität
oder anders ausgedrückt
mit einem positiven Modulationsindex. Man erinnert, dass ein Modulationsindex definiert
wird als das Verhältnis
der Differenz der Pegel des Trägers
zu der Summe der Pegel dieses Trägers.
Indem man die drei möglichen
Amplituden des Trägers
mit A, B und C bezeichnet, wobei A < B < C, kann
man bei einer ternären
Modulation zwei Modulationsindexe erhalten, jeweils mit negativer
und positiver Polarität: m– =
(B – A)/(A
+ B) m+ = (C – B)/(C + B)
-
Zum
Beispiel kann man bei einer Frequenz des Trägers von f0 = 13,56 MHz m– = m+ =
10% erhalten. Aber der Index kann zum Beispiel bis 50% ansteigen.
-
Das
in der 1 dargestellte Muster umfasst eine Codierzeitzone
Z, unterteilt in N Möglichkeiten der
Dauer Tc. Es existieren also N Möglichkeiten,
um den zweiten Impuls I2 zu platzieren. Wenn N = 2M, wo M eine ganze
Zahl ist, entspricht dies einem binären Symbol mit M Bits. Für M = 4
erhält
man zum Beispiel N = 16 und Symbole mit 4 Bits.
-
Der
Codierzeitzone Z geht der Impuls I1 voraus, und die Position von
I2 in Bezug auf I1, gezählt als
Anzahl der Zeiteinheiten Tc, liefert den Wert des Symbols.
-
Die
Codierung der Informationen kann beliebig sein. Zum Beispiel kann
man jeder Position von I2 ein binäres Symbol zuordnen, das sich
von dem der benachbarten Position entsprechenden Symbol gemäß einer
sogenannten Gray-Codierung nur durch ein Bit unterscheidet. Aber
es ist auch jede andere Codierung möglich.
-
Die
Periode Tc, auch "Chip" genannt, ist vorzugsweise
gleich nT0, wenn T0 die Periode des Trägers ist, mit T0 = 1/f0. Zum
Beispiel kann man für
f0 = 13,56 MHz n = 128 nehmen und erhält von daher eine Dauer Tc
von 9,4 μs.
-
Die
Gesamtdauer des Musters ist mit Tm bezeichnet. Mit N = 16 und Tc
= 9,4 μs
erhält
man Tm = 159,8 μs.
-
Die 2 zeigt
einen Block mit zwei Mustern S1 und S2, zwei Symbolen entsprechend,
einer Blockanfangsbegrenzung SOF ("Start of Frame") und einer Blockendbegrenzung EOF ("End of Frame"). Die SOF-Blockbegrenzung
wird durch einen ersten Impuls I1 mit negativer Polarität und einen
zweiten Impuls I2 mit ebenfalls negativer Polarität gebildet.
Diese Polaritätskombination
verletzt die Informationscodierungsregel (die entgegengesetzte Polaritäten verlangt),
so dass das SOF-Muster nicht mit einem Informationsmuster verwechselt
werden kann.
-
Vorzugsweise
wird das SOF-Muster möglichst
weit von I1 entfernt platziert, das heißt am Ende der Zeitzone, also
mit einem Abstand NTc von I1, um die Genauigkeit zu verbessern.
Aber dieser zweite Impuls I2 kann in einer anderen als der letzten – muss aber
immer derselben – Zeiteinheit
platziert werden, um als Zeitbasis dienen zu können.
-
Die
EOF-Blockbegrenzung umfasst nur einen Impuls I1, was wieder eine
Verletzung der Codierungsregel bildet und jede Verwechslung mit
einem Informationsmuster oder einer SOF-Blockbegrenzung vermeidet.
-
Bei
der in der 2 dargestellten Variante ist die
Gesamtdauer des Musters, also Tm, gleich (N + 1)Tc. Diese Dauer
kann verlängert
werden durch die Einführung
von Abstandszeit und/oder Wartezeit, wie in den 3 und 4 dargestellt.
-
In
der 3 sieht man zunächst Abstandszeiten Tg direkt
nach dem ersten Impuls I1 und nach dem zweiten Impuls I2. Diese
Abstandszeiten sind nicht notwendigerweise gleich und können die
Werte K1Tc bzw. K2Tc annehmen, wo K1 und K2 ganze Zahlen sind. Diese Abstandszeiten
verlängern
die Dauer des Musters um die Quantität (K1 + K2)Tc = KTc. Man kann
zum Beispiel K1 = K2 = 1 und folglich K = 2 haben.
-
In
der 4 sieht man außerdem die Präsenz einer
Wartezeit Ta am Ende des Musters. Diese Zeit kann gleich pTc sein,
wo p ein ganze Zahl ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Dauer
eines Musters dann (1 + K1 + N + K2 + p)Tc.
-
Die
Wartezeit Ta kann durch Abfragevorrichtung eingestellt werden, ohne
Konsequenzen für
das Etikett. Es ist nicht notwendig, den Wert dieser Zeit in einer
im Voraus gesendeten Nachricht zu codieren.
-
Die
Abfragevorrichtung kann die Wartezeit entsprechend den Bedingungen
der Anwendung berechnen wie oben erläutert. Typischerweise wird
die nötige
Emissionsfeldleistung bzw. -energie zur Fernversorgung des Etiketts
um so niedriger, je kleiner die Übertragungsdistanz
ist. Dies reduziert den Abstand, den die Abfragevorrichtung einhalten
muss zwischen der Amplitude des Trägers und den mit der Übertragung
verbunden Seitenbändern.
Die Leistungen der Seitenbänder
des Übertragungsspektrums
können dann
größer sein
in Bezug auf die Leistung des Trägers.
-
Diese
Wartezeit kann auch modifiziert werden entsprechend dem Inhalt der
Nachricht der Abfragevorrichtung oder entsprechend der Länge der Antwort-Nachricht
des Etiketts: einerseits, um im Falle einer Übertragung einer großen Anzahl
aufeinanderfolgender identischer Codes eine Zufallszahl bzw. ein
Zufallselement (un aléa)
hinzuzufügen,
um das Auftreten von Linien in dem Übtragungsspektrum zu vermeiden,
und andererseits, um die Verschachtelung bzw. Verschränkung der
durch die Abfragevorrichtung gesendeten Nachrichten mit den durch
das Etikett zurückgesendeten
bestmöglich
zu verwalten.
-
Da
es sich um den Binärdatenfluss
handelt, kann man für
N = 16, K02 und Tc = 9,4 μs in Form
eines nicht einschränkenden
Beispiels die folgenden Werte angeben:
- – für Ta = 0 (Tm = 178 μs): maximaler
Datenfluss: 22,4 kbit/s;
- – für Ta = 1,94 ms (Tm =
2,12 ms): nominaler Datenfluss: 1,89 kbit/s.
-
Ein
Transaktionsbeispiel mit Verschachtelung bzw. Verschränkung der
von der Abfragevorrichtung stammenden Nachrichten und der von den
Etiketten stammenden Nachrichten ist in der 5 dargestellt.
Dieses Beispiel entspricht einem Bit-für-Bit-Identifikationsalgorithmus, bei dem
die Abfragevorrichtung ein mit DEB-SEQ bezeichnetes Signal sendet,
das eine Identifikationssequenz öffnet, wobei
die Etiketten ein mit "BIP" bezeichnetes Signal zurücksenden,
wenn das Bit des Rangs n eine "1" ist, und nichts
senden, wenn das Bit des Rangs n eine "0" ist.
Die Abfragevorrichtung antwortet den Etiketten durch eine Nachricht,
die wiedergibt, was sie empfangen hat, das heißt entweder Lect1, wenn sie ein
BIP empfangen hat, oder mit Lect0, wenn sie nichts empfangen hat.
Die Etiketten, die ein Bit besitzen, das mit dem identisch ist,
das die Abfragevorrichtung gelesen hat, setzen den Prozess mit dem nächsten Bit
fort, usw., bis zum letzten Bit des Identifikationscodes des Etiketts.