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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenübertragungssysteme mit elektromagnetischen
Transpondern und spezieller auf Übertragung von
Daten von einem kontaktlosen und drahtlosen elektromagnetischen
Transponder zu einem Schreib-/Leseterminal.
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Die
elektromagnetischen Transponder auf die sich die vorliegende Erfindung
speziell bezieht, sind Transceiver ohne autonome Leistungsversorgung,
die die Leistung die für
die elektronischen Schaltungen, die sie aufweisen, von einem elektromagnetischen
Feld extrahieren, das durch die Antenne von einem Schreib-/Leseterminal
abgestrahlt wird. Derartige elektromagnetische Transponder basieren
auf der Nutzung von oszillierenden Schaltungen bzw. Schwingkreisen,
auf der Transponderseite und auf der Schreib-/Leseterminalseite. Diese Schaltungen
bzw. Schaltkreise sind durch ein elektronmagnetisches Nahfeld gekoppelt,
wenn der Transponder in das Feld von dem Schreib-/Leseterminal eintritt.
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Erörterung der verwandten Technik
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1 zeigt
sehr schematisch und funktional ein konventionelles Beispiel von
einem Datenaustausch zwischen einem Schreib-/Leseterminal 1 (STA)
und einem Transponder 10 (CAR).
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Im
Allgemeinen ist das Terminal 1 im Wesentlichen gebildet
aus einem Schwingkreis, der gebildet wird aus einer Induktivität bzw. Induktanz
L1 in Reihe mit einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1 zwischen
einem Ausgangsanschluss 2p von einem Verstärker oder
Antennenkoppler 3 (CPLD) und einem Terminal 2m bei
einer Referenzspannung (im Allgemeinen Masse bzw. Erde). Der Verstärker 3 empfängt ein
hochfrequentes Sende- bzw. Übertragungssignal
Tx, das von einem Modulator 4 (MOD) ausgeht bzw. her stammt.
Der Modulator 4 empfängt
eine Referenzfrequenz f und falls erforderlich, ein Signal DATA
von zu übertragenden
Daten. Beim Fehlen von jedwelcher Datenübertragung vom Terminal 1 zum
Transponder 10 wird das Signal Tx nur als eine Leistungsquelle
genutzt zum Aktivieren des Transponders 10, falls der Transponder
in das Feld eintritt. Die zu sendenden Daten stammen im Allgemeinen
von einem digitalen System her, z. B. von einem Mikroprozessor 5 (μP). Der Verbindungspunkt
von dem Kondensator C1 mit der Induktanz L1 bildet in dem in 1 gezeigten
Beispiel ein Terminal zum Abtasten bzw. Sampeln eines Datensignals
Rx, das von einem Transponder 10 empfangen wird, und zwar
bestimmt für
einen Demodulator 7 (DEM). Ein Ausgang von dem Demodulator 7 kommuniziert (möglicherweise über einen
nicht gezeigten Decodierer) die empfangenen Daten RD zum Mikroprozessor 5.
Der Demodulator 7 empfängt
im Allgemeinen die gleiche Frequenz f wie der Demodulator 4,
einen Takt bzw. eine Uhr oder ein Referenzsignal für eine Demodulation
bildend, und zwar im Allgemeinen von einer Amplitude. Die Demodulation
kann durchgeführt
werden von einem Signal, das abgetastet wird über die Induktanzterminals
hinweg und nicht über
den Kondensator hinweg. Der Mikroprozessor 5 kommuniziert
(BUS EXT) mit verschiedenen Eingangs-/Ausgangsschaltungen (Tastatur, Bildschirm,
Mittel zur Übertragung
zu einem Server, usw.) und/oder Verarbeitungsschaltungen. Am häufigsten,
aber nicht notwendigerweise, wird das Schreib-/Leseterminal durch
das elektrische Versorgungssystem versorgt.
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Auf
der Seite des Transponders 10 bildet eine Induktanz 12,
parallel zu einem Kondensator C2, einen Parallelschwingkreis (als
eine Resonanzempfangsschaltung bezeichnet), die gedacht ist zum Abfühlen des
magnetischen Feldes, das durch den Serienschwingkreis L1, C1 des
Terminals 1 erzeugt wird. Die Resonanzschaltung L2, C2
des Transponders 10 ist im Allgemeinen eingestellt bzw.
abgestimmt auf die Resonanzfrequenz vom Schwingkreis L1, C1 vom
Terminal 1. Die Terminals bzw. Anschlüsse 11 und 12 vom
Resonanzkreis bzw. der Resonanzschaltung L2, C2 sind mit zwei A.
C. bzw. Wechselspannungseingangsterminals von einer Gleichrichterbrücke 13 (z.
B. einer Vollwellenbrücke)
verbunden. Ein Kondensator Ca verbindet gleichgerichtete Ausgangsterminals 14 und 15 von
der Brücke 13 zum
Speichern der Leistung und zum Glätten der gleichgerichteten
Spannung, die durch die Brücke vorgesehen
ist. Wenn sich der Transponder 10 in dem Feld vom Terminal 1 befindet,
wird eine hochfrequente Spannung über den Resonanzkreis L2, C2
erzeugt. Diese Spannung, gleichgerichtet durch die Brücke 13 und
geglättet
durch einen Kondensator 10a, sieht eine Versorgungsspannung
für elektronische
Schaltungen von dem Transponder über
einen Spannungsregulator 16 (REG) vor. Diese in 1 durch
einen Block 17 (P) dargestellten Schaltungen weisen im
Allgemeinen einen Mikrocontroller, einen Demodulator von den möglicherweise
vom Terminal 1 empfangenen Signalen und einen Modulator
zum Übertragen
von Information an das Terminal auf. Der Transponder wird im Allgemeinen
synchronisiert mittels eines Takts, der von dem über den Kondensator C2 hinweg
wiedergewonnenen hochfrequenten Signal vor der Gleichrichtung extrahiert
wird (durch eine nicht gezeigte Verbindung). Am häufigsten
sind alle der elektronischen Schaltungen vom Transponder 10 in
einem Chip integriert (beispielsweise um durch eine Smart Card bzw.
intelligente Karte unterstützt
zu sein). Um Daten vom Transponder 10 zu dem Terminal zu
senden, steuert der in der Schaltung 17 integrierte Modulator
eine Modulationsstufe 18 (Rückmodulation) vom Resonanzkreis
L2, C2. Diese Modulationsstufe ist im Allgemeinen gebildet aus wenigstens einem
Schalter K (z. B. einem Transistor) und wenigstens einem Widerstand
R (oder Kondensator) in Reihe zwischen den Terminals 14 und 15.
Alternativ ist die Stufe 18 stromaufwärts von bzw. vor der Brücke 13.
Der Schalter K wird bei einer so genannten Unterträgerfrequenz
bzw. Subträgerfrequenz
(z. B. 847,5 Kilohertz) gesteuert, die viel kleiner ist (im Allgemeinen
mit einem Verhältnis
von wenigstens 10) als die Frequenz von dem Anregungssignal der
Oszillatorschaltung vom Terminal 1 (z. B. 13,56 Megahertz).
Wenn der Schalter K ein ist, unterliegt der Schwingkreis des Transponders
einer zusätzlichen Dämpfung mit
Bezug auf die Last, die durch die Schaltungen 16 und 17 gebildet
wird, so dass der Transponder einen signifikanteren Leistungsbetrag von
dem hochfrequenten Magnetfeld abtastet. Auf der Seite vom Terminal 1 hält der Verstärker 3 die Amplitude
von dem hochfrequenten Anregungssignal konstant. Entsprechend überträgt bzw. übersetzt
sich die Leistungsvariation von dem Transponder als eine Amplituden-
und Stromphasenvariation in die Antenne L1. Diese Variation wird
durch den Demodulator 7 vom Terminal 1 dediktiert.
Der Demodulator 7 stellt ein Signal RD wieder her, welches
ein Abbild von dem Steuersignal vom Schalter K ist, welches decodiert
werden kann zum Wiederherstellen der gesendeten binären Daten.
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2 stellt
ein konventionelles Beispiel von einer Datenübertragung vom Terminal 1 zu
einem Transponder 10 dar, wie es z. B. vorgesehen ist durch
den Standard ISO 14443. Die 2 zeigt
ein Beispiel von der Form von dem Anregungssignal I von der Antenne
L1 für
eine Übertragung
von einem Code 0101. Die aktuell genutzte Modulation ist eine Amplitudenmodulation
mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit von 106 Kilobit/Sekunde (1 Bit
wird in ungefähr
9,4 Mikrosekunden gesendet) und zwar viel kleiner als die Frequenz
(13,56 MHz) von dem Träger f
(eine Periode von ungefähr
74 Nanosekunden). Die Amplitudenmodulation wird beispielsweise durchgeführt mit
einer Modulationsrate (definiert als sei sie die Differenz von den
Spitzenamplituden zwischen den zwei Zuständen 0 und 1, dividiert durch
die Summe von diesen Amplituden 8a – b/a + b)), die kleiner als
100% ist, aufgrund des Bedarfs für
die Versorgung vom Transponder 10. In dem Beispiel von 2 erfordert
die Übertragung
von einem Bit vom Terminal 1 zum Transponder 10 128
Halbwellen von dem Träger.
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Die 3A, 3B und 3C stellen
ein herkömmliches
Beispiel von einer Datenübertragung vom
Transponder 10 zum Terminal 1 dar. Die 3A stellt
ein Beispiel von einem Code 010 dar, der durch die Schaltung 17 erzeugt
wird, und der an das Terminal zu senden ist. Die 3B stellt
die korrespondierende Form eines Steuersignals x(t) vom Rückmodulationsschalter
K dar. Die 3C stellt die korrespondierende
Form vom Signal Rx dar, das durch den Demodulator 7 von
dem Terminal empfangen wird. In der 3C ist
das Signal Rx als geglättet
gezeigt worden, d. h. ohne den Ripple bzw. das Kräuseln von dem
hochfrequenten Träger
mit 13,56-Megahertz zu zeigen. Ferner, der einfacheren Darstellung
wegen, ist der Zeitversatz der mit der Übertragung verbunden ist, nicht
berücksichtigt
worden. Auf der Transponderseite ist die Rückmodulation vom resistiven oder
kapazitiven Typ mit einem Subträger
mit 847,5 kHz (einer Periode von ungefähr 1,18 Mikrosekunden). Diese
Rückmodulation
basiert beispielsweise auf einer Codierung vom BPSK(Binary Phase
Shift Keying, binäre
Phasenumtastung)-Typ bei einer Rate der Größenordnung von 106 Kilobit/Sekunde,
die viel kleiner ist als die Subträgerfrequenz. Was auch immer
der Typ der genutzten Modulation ist (z. B. Amplituden-, Phasen-
oder Frequenzmodulation) und was auch immer die Art der Datencodierung
ist (NRZ, NRZI, Manchester, ASK, BPSK, usw.) wird die Rückmodulation
digital durchgeführt
durch eine Verschiebung zwischen zwei binären Zuständen. Wie in 3B dargestellt
ist, wird das Signal x(t) gebildet aus einer Impulsfolge bei der
Subträgerfrequenz,
einer Phaseninvertierung, die für
jeden Durchlauf von einem Bit zu dem nächsten Bit auftritt, da es
jedes Mal ein Zustandsumschalten ist. Diese Phasenverschiebung wird
in dem empfangenen Signal Rx reflektiert und ermöglicht es dem Terminal den
gesendeten Code wiederzugewinnen bzw. aufzudecken.
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WO9217947 offenbart einen
Transponder, der ein Modulationsverfahren mit einer spektrumspreizenden
Sequenz implementiert. Der Transponder implementiert einen vorliegenden
Algorithmus zum Ändern
der genutzten spektrumspreizenden Sequenz bei jeder Übertragung.
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Die Übertragung
von dem Transponder zu dem Terminal stellt ein spezielles Problem
hinsichtlich des Rauschens dar. Tatsächlich erzeugen die unterschiedlichen
Transponderkomponenten, und besonders eine Ladungspumpenschaltung,
die besteht aus einem Regulator 16, häufig ein Schaltrauschen, welches
bei einer Frequenz nahe zu der Subträgerfrequenz ist. In einem derartigen
Fall ist das Ergebnis vom Signal x(t) in der Resonanzschaltung durch
Rauschen verschmutzt, was seine Decodierung durch das Terminal schwieriger
macht.
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Die
vorliegende Erfindung zielt auf das Lösen dieses Problems durch Vorsehen
eines neuartigen (Rück-)Modulationsverfahrens
von der Last von einem Transponder zum Senden von Daten an ein Schreib-/Leseterminal.
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Die
vorliegende Erfindung zielt auch ab auf das Vorsehen einer Lösung, die
kompatibel ist mit herkömmlichen
Rückmodulations-(resisitiven
oder kapazitiven)Schaltungen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt auch ab auf das Vorsehen einer Lösung, die
keine strukturelle (Hardware) Modifikation von den Transponderschaltungen
erfordert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
diese und andere Ziele zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung
ein Verfahren vor zum Modulieren von Daten, die durch einen elektromagnetischen
Transponder zu übertragen
bzw. zu senden sind, und zwar mittels wenigstens einem resistiven
und/oder kapazitiven Element zur Modulation der Last von einer oszillierenden
Schaltung bzw. eines Schwingkreises, die er aufweist, bestehend aus
Kombinieren mittels einer Involutionsfunktion des mit einer spektrumspreizenden
Sequenz bzw. Spreizspektrumsequenz zu übertragenden Datenflusses,
wobei die Sequenz ausgewählt
wird gemäß einer
Konfigurationsnachricht, die von einem Schreib-/Leseterminal empfangen
wurde.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Funktion ein Exklusiv- oder bzw.
XOR.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Spreizsequenz aus einem Satz
von Sequenzen ausgewählt,
die alle das Merkmal besitzen, dass sie eine Durchschnittsfrequenz
in dem Betriebsbereich von einem Demodulator besitzen, der durch
das Terminal umfasst ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Frequenz von einem Fernversorgungsträger von
dem Terminal zu dem Transponder als ein Takt bzw. eine Uhr genutzt
zum Erzeugen der Spreizsequenz.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Konfigurationsnachricht in einem
Anforderungsrahmen gesendet bzw. übertragen, der in einer Schleife
durch das Schreib-/Leseterminal gesendet bzw. übertragen wird.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung antwortet ein Transponder, der die Anforderung
empfängt,
in einem Rahmen durch Nutzen einer Spreizsequenz, die gemäß der von
dem Terminal empfangenen binären
Nachricht ausgewählt
wird.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung speichert das Terminal eine Vielzahl
von Antworten, die mit unterschiedlichen Spreizsequenzen durchgeführt wurden,
und sendet eine letzte Anforderung mit einer Konfigurationsnachricht, die
der Antwort entspricht, die mit der besten Qualität empfangen
wurde.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bildet die Spreizsequenz einen Schlüssel zum
Verschlüsseln
bzw. Chiffrieren der gesendeten Daten.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren vor zum Demodulieren
eines Signals, das von einem elektromagnetischen Transponder empfangen wird,
und besteht aus dem Kombinieren des Signals durch eine gleiche Funktion,
mit der gleichen Spreizsequenz wie jene, die für die Übertragung genutzt worden ist.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch einen elektromagnetischen Transponder
vor, der Folgendes aufweist:
eine oszillierende Schaltung bzw.
einen Schwingkreis;
eine elektronische Schaltung, die eine
Sendeschaltung zum Senden digital codierter Daten aufweist;
wenigstens
eine resistive und/oder kapazitive Modulationsschaltung, die mit
dem Schwingkreis gekoppelt ist; und
Mittel zum Implementieren
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch ein Terminal vor zur Kommunikation
mit einem elektromagnetischen Transponder, das Folgendes aufweist:
einen
Schwingkreis;
eine elektronische Schaltung, die eine Sendeschaltung
zum Senden digital codierter Daten aufweist;
eine Modulationsschaltung,
die mit dem Schwingkreis gekoppelt ist;
einen Demodulator von
einem Signal, das von dem Schwingkreis abgetastet wird; und
Mittel
zum Implementieren des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorhergehenden Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden im Detail in der folgenden, nicht einschränkenden Beschreibung von speziellen
Ausführungsbeispielen
in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen erörtert werden,
wobei die Zeichnungen Folgendes zeigen:
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1,
wie zuvor beschrieben, zeigt ein Beispiel von einem Sendesystem
auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
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2,
wie zuvor beschrieben, illustriert ein konventionelles Beispiel
von einer Datenübertragung in
der Terminal-zu-Transponder-Richtung;
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3A, 3B und 3C,
wie zuvor beschrieben, illustrieren ein konventionelles Beispiel von
der Datenübertragung
in der Transponder-zu-Terminal-Richtung;
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4 zeigt
teilweise und schematisch ein Ausführungsbeispiel von dem Übertragungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5A, 5B, 5C und 5D zeigen ein
erstes Beispiel von einer Übertragung
von einem Code 0110 durch Implementierung der vorliegenden Erfindung;
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6A, 6B, 6C und 6D illustrieren
ein zweites Beispiel der Übertragung
von dem gleichen Code 0110 durch Implementierung der vorliegenden
Erfindung;
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7 zeigt
sehr schematisch auf eine vereinfachte Art und Weise ein Kommunikationssystem zwischen
einem Terminal und einem Transponder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 illustriert
die Struktur von einem Beispiel von einem Abfragerahmen von einem
Terminal, und zwar gedacht für
einen Transponder, der wahrscheinlich in seinem Feld vorhanden ist;
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9 illustriert
die Struktur von einem Wort von dem Rahmen in 8;
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10 illustriert
die Struktur von einem Beispiel von einem Antwortrahmen von einem
Transponder gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
gleichen Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen in den unterschiedlichen
Zeichnungen bezeichnet worden, wobei die Zeichnungen nicht maßstabsgerecht
sind. Der klareren Darstellung wegen, sind nur jene Elemente und
Schritte, die für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung notwendig sind, in den Zeichnungen gezeigt
worden, und werden hier im Folgenden beschrieben. Im Speziellen sind
die Schaltungen bzw. Schaltkreise zum Erzeugen und Ausnutzen der
gesendeten binären
Daten nicht im Detail beschrieben worden, und sind nicht Ziel der
vorliegenden Erfindung, die vorliegende Erfindung ist implementierbar
mit herkömmlichen Strukturen.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, ein digitales Signal
von binären
Daten zu modulieren, die mittels einer Spreizspektrumfrequenz zu senden
bzw. zu übertragen
sind (möglicherweise nach
einer Codierung). Ge mäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Spreizsequenz aus einem Satz von verfügbaren Spreizsequenzen
ausgewählt,
und zwar nach ihren Qualitäten
im Hinblick auf das Fehlen von Rauschen in der Übertragung.
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Die
Nutzung von Spreizsequenzen ist für vielfache Übertragungen
bekannt. In derartigen Anwendungen, werden spektrumspreizende Sequenzen
genutzt, um die unterschiedlichen Übertragungen zu differenzieren
bzw. zu unterscheiden, die eine gemeinsame Unterstützung nutzen
(z. B. bei der Telefonie). Am häufigsten
werden diese Spreizsequenzen zufällig
ausgewählt
am Beginn von jeder Übertragung.
Wenn ein Problem sich in einer von diesen Mehrpfadkommunikationen
stellt, wird die Sendeleistung erhöht, aber die Spreizsequenz
wird nicht geändert.
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Im
Gegensatz dazu, sieht die vorliegende Erfindung in einer Einzelpfadanwendung,
d. h. in einer Kommunikation von einem Transponder zu einem Terminal,
das Auswählen
einer Spreizsequenz aus einem Satz von vorbestimmten Sequenzen vor
(keine zufällige
Auswahl), und zwar gemäß ihren Rauschcharakteristika.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, die genutzten
Spreizsequenzen auf die Realzeitbetriebszustände bzw. -bedingungen von dem
System zu adaptieren. Für
diesen Zweck zieht die vorliegende Erfindung einen Vorteil aus Struktur von
dem Austauschen bzw. dem Wechsel zwischen einem Terminal und einem
Transponder, bei dem ein Terminal periodisch einen Abfragerahmen
sendet, und zwar bis ein Transponder antwortet. Somit sieht die
vorliegende Erfindung vorzugsweise vor, diesen Rahmen zu nutzen,
um an die Transponder, die in dem Feld sein können, die Konfigurationsbits
von ihren Rückmodulationsschaltungen
zu senden, um eine Spreizsequenz auszuwählen und um diese Auswahl zu ändern, falls
die empfangenen Daten durch das Terminal nicht korrekt ausnutzbar
sind.
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4 zeigt
teilweise und sehr schematisch ein Ausführungsbeispiel von einem Schreib-/Leseterminal 1' und von einem
Transponder 10',
und zwar adaptiert für
die Implementierung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Zur
Vereinfachung sind nur der Prozessor 5 (μP) und der
Demodulator 7 (DEM) auf der Seite vom Terminal 1' gezeigt worden,
wobei der Rest von den Komponenten ähnlich zu dem konventionellen
Fall (1) ist. In ähnlicher
Weise sind auf der Seite vom Transponder 10' nur der Block 17, der
die Verarbeitungsschaltungen und der Block 18, der die
Rückmodulationsstufe
repräsentiert,
gezeigt worden.
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4 wird
in Bezug auf die 5A, 5B, 5C, 5D und 6A, 6B, 6C und 6D beschrieben
werden, die in Timing- bzw. Zeitsteuerungsdiagrammen charakteristische
Signale bei Punkten von der 4 für zwei verschiedene Spreizsequenzen
den Betrieb von der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie zuvor, erzeugen
die Schaltungen 17 von dem Transponder einen Fluss D von
binären
Daten, die an ein Terminal zu senden sind. Ob oder ob nicht diese
Daten vorher codiert worden sind, ist nicht wichtig.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Fluss D (5A oder 6A)
beispielsweise mit einer XOR-artigen Funktion 19 mit einer
Spreizsequenz ci(t) kombiniert. Zwei Beispiele
von unterschiedlichen Spreizsequenzen ci(t)
sind in den 5B und 6B gezeigt.
Das Ergebnis von der Kombination bildet ein Steuerungssignal e(t)
von der Rückmodulationsstufe 18.
Mit anderen Worten, ersetzt das Signal e(t) von der vorliegenden
Erfindung das Signal x(t) von dem herkömmlichen Transponder der 1.
Die 5C und 6C zeigen
entsprechende Signalformen e(t) für die entsprechenden Spreizsequenzen
der 5B und 6B.
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Auf
der Seite von dem Schreib-/Leseterminal 1' stellt der Demodulator 7 das
Signal e(t) wieder her. Dieses Signal wird wieder kombiniert (Block 8)
durch eine Funktion von dem gleichen Typ (z. B. XOR) mit der gleichen
spektrumspreizenden Sequenz ci(t), die auch
im Terminal 1' enthalten
ist, und zwar beispielsweise in einem Speicher. Der Block 8 sieht
das Signal RD (5D und 6D) für eine Datenausnutzungs-
bzw. Datenauswertungsschaltung 5 vor.
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Eine
Kombination durch eine XOR-Funktion ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
aufgrund seiner Einfachheit der Implementierung. Jede andere involutionale
bzw. involutive Funktion (eine Funktion, so dass für jedes
Paar (x, y), f(f(x, y)) = (x, y) gilt) ausgewählt werden kann, was wichtig
ist um auf der Terminalseite fähig
zu sein, die gesendeten Daten wiederzugewinnen, und zwar durch Nutzen
der gleichen spektrumspreizenden Sequenz wie jene, die für die Übertragung
genutzt wurde.
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Funktional
wird die Auswahl der Spreizsequenz ci(t)
auf der Seite von dem Transponder 10' durchgeführt, beispielsweise durch einen
Multiplexer 20 und auf der Terminalseite durch einen Multiplexer 9.
Die Multiplexer 20 und 9 werden entsprechend durch
Auswahlsignale SELT und SELR gesteuert, die durch die entsprechenden
Interna 17 und 5 geliefert werden. Die Multiplexer 20 und 9 empfangen
n Spreizsequenzen C1(t), ..., Cn(t).
Um zum Demodulieren fähig
zu sein, muss die Spreizsequenz Ci(t), die durch
das Terminal ausgewählt
wird (Signal SELR) natürlich
die gleiche sein wie jene, die durch den Transponder für die Übertragung
ausgewählt
wurde (Signal SELT).
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Wie
es aus den Timingdiagrammen von den 5 und 6 scheint, ermöglicht die Übertragung von einem gleichen
Datenfluss 0110 mit zwei unterschiedlichen Spreizsequenzen (5B und 6B) es
dem Terminal, den Datenfluss RD wiederzugewinnen, vorausgesetzt,
für die
Decodierung (Block 8) wird die gleiche Spreizsequenz genutzt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die n Spreizsequenzen durch Respektieren einer durchschnittlichen
Frequenz in dem Betriebsbereich vom Demodulator 7 von dem
Terminal erzeugt. Dies verhindert eine Modifikation von dem Demodulator trotz
der Nutzung von unterschiedlichen Spreizsequenzen. Bezugnehmend
auf das Beispiel von ISO Terminal 14443, werden die Spreizsequenzen
vorzugsweise alle innerhalb durchschnittlicher Frequenzen von 600
bis 1000 kHz enthalten sein, um nahe zu der 847,5 kHz Frequenz zu
sein, die durch den Demodulator 7 auswertbar bzw. ausnutzbar
ist.
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Die
Spreizsequenzerzeugung nutzt vorzugsweise die Frequenz f von dem
Träger,
der durch das Terminal erzeugt wird. Diese Frequenz ist tatsächlich auf
der Terminalseite und auf der Transponderseite verfügbar, und
sein Verhältnis
von wenigstens 10 in Bezug auf die Subträgerfrequenz ermöglicht die
Erzeugung von Spreizsequenzen, die voneinander unterschiedlich sind.
In dem Beispiel von den Zeichnungen korrespondiert die Länge (Musterwiederholfrequenz)
von den Spreizsequenzen ci(t) wahlfrei zu
der Dauer von zwei Bits, die zu senden sind. Die entsprechenden
Längen
von den Spreizsequenzen sind jedoch nicht wichtig, sie können von
einer Sequenz zu einer anderen verschieden sein, und korrespondieren
oder korrespondieren nicht zu Vielfachen von der Frequenz mit 847,5
kHz. Die einzige Einschränkung ist,
dass die zum Erzeugen der Sequenz genutzte Frequenz (z. B. 13,56
MHz) kompatibel mit der Taktfrequenz sein muss, die durch die Schaltungen
von dem Transponder und von dem Terminal nutzbar ist, und die die
minimale Breite von einem Impuls von der Sequenz und das minimale
Intervall zwischen zwei Impulsen konditioniert.
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Die
Anzahl n von verfügbaren
Spreizsequenzen hängt
von den entsprechenden Kapazitäten
von dem Transponder und von dem Terminal ab. Zum Beispiel wird sie
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
aus einem Satz von acht bis zweiunddreißig Spreizsequenzen ausgewählt werden.
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Die
verschiedenen Spreizsequenzen, die durch ein bestimmtes System nutzbar
sind, können vorher
erzeugt und gespeichert worden sein in Speichern von dem Transponder
und von dem Terminal, oder können
in Realzeit während
der Übertragung
erzeugt werden. Was wichtig ist, ist dass für einen bestimmten Identifizierer
einer Spreizsequenz ein Transponder und ein Terminal, die fähig sind
zusammen zu kommunizieren, die gleiche Spreizsequenz genutzt wird.
Die Erzeugung von den Spreizsequenzen nutzt per se herkömmliche
Techniken, besonders was die Längen
von den Sequenzen betrifft. Im Speziellen kann die tatsächliche
Erzeugung (nicht die Auswahl) die pseudozu fälligen Techniken nutzen (die durchschnittlichen
Frequenzen, die durch den Demodulator akzeptiert werden respektierend).
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie es ermöglicht,
die Effekte von Rauschen auf der Übertragung in der Transponder-zu-Terminal-Richtung zu minimieren.
Selbst wenn die ausgewählte
Sequenz nicht jedwelches Rauschen unterdrückt, ermöglicht die Implementierung
der vorliegenden Erfindung das Auswählen welches eine Übertragungsqualität vorsieht,
die als akzeptabel oder als die beste von den verfügbaren Qualitäten erachtet
wird. Im Gegensatz zu Anwendungen bei denen die Übertragungsleistung erhöht wird,
ist die vorliegende Erfindung auf ein Gebiet bzw. Feld anwendbar
(fern versorgter elektromagnetischer Transponder), wobei die Leistung
limitiert ist, und nicht erhöht werden
kann.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Spreizsequenz
auch als ein Übertragungs-Chiffrierschlüssel genutzt
werden kann. Somit wird die Datenpiraterie zwischen einem Transponder
und einem Terminal schwieriger gemacht.
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Die
Auswahl von dem Code oder der Spreizsequenz für eine bestimmte Übertragung
kann unterschiedliche Formen annehmen. Gemäß einem ersten Beispiel werden
alle verfügbaren
Spreizcodes überwacht
(beispielsweise in sukzessiver Reihenfolge) und das Terminal wählt jenen
aus, der das beste Übertragungsniveau
vorsieht. Das Terminal sendet dann an den Transponder einen Identifizierer
von dieser Spreizsequenz, um es ihm zu ermöglichen, sein Signal SELT zu
konfigurieren. Gemäß einem
anderen Beispiel wählt
das Terminal beim Überwachen der
Spreizsequenzen nacheinander die erste aus, die ein akzeptables
Empfangsniveau bzw. einen akzeptablen Empfangspegel vorsieht.
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Vorzugsweise
wird die Spreizsequenz am Beginn von einer Übertragung ausgewählt. Die
vorliegende Erfindung zieht dann einen Vorteil aus der Tatsache,
dass bei elektromagnetischen Transponderübertragungssystemen, Terminalabfragephasen periodisch
reproduziert werden. Diese Phasen werden dann durch die vorliegende
Erfindung genutzt, um die Spreizsequenz zu konfigurieren.
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7 zeigt
sehr schematisch ein Schreib-/Leseterminal 1' und seine Antenne L1 und einen
Transponder 10',
gemäß der vorliegenden
Erfindung und seine Antenne 12. Konventionell überwacht
ein Terminal 1' die
Präsenz
von einem Transponder 10' in
dem Feld bzw. Gebiet, das durch seine Antenne L1 ausgestrahlt wird,
und zwar durch periodisches Senden eines Rahmens REQB, der durch
einen Transponder wahrscheinlich abgefühlt wird, wenn er in dem Feld
präsent
ist. Sobald ein Transponder einen Rahmen REQB, der durch ein Terminal gesendet
wurde, abfühlt
und decodiert, antwortet er mit einem Bestätigungsrahmen ATQB. Diese Antwort wird
durchgeführt
durch Schalten der Last zusätzlich auf
den Schwingkreis, in herkömmlichen
Systemen, und zwar mit der Rate bzw. Geschwindigkeit von dem Rückmodulationssubträger. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird dieses Schalten bzw. Umschalten mit der Rate von der ausgewählten Spreizsequenz durchgeführt, wie
hier im Folgenden zu sehen sein wird.
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Gemäß dem ISO-Standard
14443 besitzen die Rahmen REQB und ATQB spezielle Formate. Es sollte
jedoch bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
diese Rahmen limitiert ist und implementiert werden kann, sobald
ein Terminal periodisch Abfragenachrichten an Transponder sendet, die
möglicherweise
in seinem Feld vorhanden bzw. präsent
sind und dass ein Transponder, sobald er präsent ist, mit einer speziellen
Nachricht antwortet. Ferner ist die vorliegende Erfindung kompatibel
mit Systemen, bei denen das gleiche Terminal mit mehreren Transpondern
kommunizieren kann.
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8 stellt
die Struktur von einem Rahmen REQB gemäß dem IS-Standard 14443, der als ein Beispiel
genommen wurde, dar. Dieser Rahmen weist zuerst ein Byte Apf (Anticollision
Prefix Byte bzw. Antikollisions-Präfix-Byte) auf, das ein Antikollisions-Präfix bildet.
Das Byte Apf wird gefolgt durch ein Byte AFI (Application Family
Identifier bzw. Anwendungs-Familien- Identifizierer), welches den Typ bzw.
die Art von Anwendung(en) repräsentiert,
auf die durch das Terminal gezielt wird, und der genutzt wird zum
Auswählen
eines Transponders, der wahrscheinlich auf einem bestimmten Rahmen
REQB antwortet. Das Byte AFI wird gefolgt von einem Antikollisions-Parametrisierungs-Byte
PARAM, dem selbst zwei Bytes CRC-B folgen, die eine Berechnung enthalten,
die auf die vorhergehenden Bytes durchgeführt wurde, um ein Detektieren
von Kommunikationsfehlern zu ermöglichen.
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In
diesem Beispiel nutzt die vorliegende Erfindung vorzugsweise Bits
von dem Byte PARAM zum Senden einer Auswahlanweisung für die Spreizsequenz
von jedwelchem Transponder, der in dem Feld des Terminals präsent ist.
Tatsächlich,
wie in 9, welche die Struktur von einem Byte PARAM gemäß dem ISO
Standard 14443 repräsentiert,
dargestellt ist, werden die ersten drei Bits B1, B2, B3 genutzt,
um einen Antikollisions-Parameter M festzulegen bzw. einzustellen,
während
die anderen fünf
Bits B5, B6, B7 und B8 frei sind (SRFU). Somit sieht die vorliegende
Erfindung vorzugsweise das Nutzen dieser fünf Bits vor zum Senden eines
Codes an einen Transponder, um die Spreizsequenz, die für ihn gewünscht wird,
festzulegen. Fünf
verfügbare
Bits repräsentieren
32 mögliche
Selektionen, was groß genug
ist (32 Spreizsequenzen).
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Der
Transponder, der einen Rahmen REQB empfängt, interpretiert die Bits
B4 bis B8 von dem Wort PARAM als Anweisungen, und zwar unterschiedlich
von der auszuwählenden
Spreizsequenz. Ob ein bestimmter Transponder nicht fähig ist,
alle Kombinationen von den Bits B4 bis B8 auszuwählen, spielt nur eine kleine
Rolle, im Speziellen falls er nicht die gleiche Anzahl von verfügbaren Spreizsequenzen
aufgrund von Speicherbulkgründen
bzw. Speichergrößen besitzt.
Was wichtig ist, ist dass für
einen bestimmten Code der Code die gleiche Spreizsequenz wie das
Terminal auswählt.
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Wenn
ein Transponder einen Rahmen REQB decodiert, antwortet er darauf
mit einem Rahmen ATQB. Ein Rahmen ATQB gemäß dem Standard 14443 weist
14 Bytes auf.
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10 zeigt
ein Beispiel von dem Inhalt von einem Rahmen ATQB. Ein erstes Byte
enthält
einen festen Wert (z. B. Nummer 50). Die nächsten drei Bytes enthalten
einen Identifizierer PUPI (Pseudo Unique PICC Identifier bzw. Pseudo-eindeutiger PICC-Identifizierer)
von dem Transponder. Die nächsten
vier Bytes (APPLI-DATA) identifizieren die Art von Anwendung(en),
die in dem Transponder enthalten sind. Die nächsten drei Bytes (PROT-INFO) enthalten
Information über
das Kommunikationsprotokoll und die letzten zwei Bytes CRC-B enthalten
die CRC-Berechnung.
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Diese
Antwort ATQB wird, gemäß der vorliegenden
Erfindung, durchgeführt
durch Nutzen einer speziellen Spreizsequenz, die eine Funktion von
der Kombination ist, die durch die Bits B4 und B8 vom Wort PARAM
festgelegt ist. Wenn der Leser (Terminal 1') die Nachricht ATQB empfängt und
sie decodiert, ist er fähig
zu bestimmen, ob die Nachricht die er empfängt von ausreichender Qualität ist und
insbesondere, falls sie zu verrauscht ist.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel wird
ein Schwellenwert auf der Terminalseite genutzt um zu bestimmen,
ob die empfangene Qualität
befriedigend ist, oder nicht. In diesem Fall werden die unterschiedlichen
Kombinationen von den Konfigurationsbits B4 bis B8 sukzessive in
Rahmen REQB gesendet, und sobald ein Rahmen ATQB mit ausreichender
Qualität
empfangen wird, wird er zu dem Rest von der Kommunikation geleitet,
ohne die anderen Rahmen REQB zu senden. Die Spreizsequenz, die für das Senden
von diesem letzten Rahmen ATQB genutzt worden ist, verbleibt zur
Nutzung durch den Transponder 10' bis zum Auftreten von einem neuen
Rahmen REQB.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel wird
der Rahmen REQB in einer Schleife gesendet, durch Nutzen aller Möglichkeiten
und durch Speichern der Pegel bzw. Niveaus, die durch die entsprechenden
Antwortrahmen ATQB empfangen worden sind. Sobald die beste Spreizsequenz
durch das Terminal bestimmt worden ist, nutzt das Terminal wiederum
das Wort PARAM in einer letzten REQB, um die gewünschte Sequenz für den Transponder
ein zustellen. Auf der Transponderseite behält der Transponder die durch
den Rahmen REQB eingestellte Konfiguration bis zum nächsten Rahmen
REQB, d. h. bis zur nächsten Übertragung.
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Eine Übersicht
von den unterschiedlichen Möglichkeiten
ist perfekt kompatibel mit den Übertragungsraten.
Tatsächlich
ist die gewöhnliche
Dauer von einer Anfrage REQB in der Größenordnung von 380 Mikrosekunden
und die gewöhnliche
Dauer von einer Antwort ATQB ist in der Größenordnung von einer Millisekunde,
was mit Bezug auf die Versetzungsgeschwindigkeit bzw. Bewegungsgeschwindigkeit von
einem Transponder vor dem Terminal vernachlässigbar ist, die mehrere hundert
Millisekunden ist (Versetzungsgeschwindigkeit von einer Hand, die
die Smart Card bzw. intelligente Karte beispielsweise hält). Die
gewöhnliche
Dauer von einer Übertragung zwischen
einem Terminal und einem Transponder vor dem erneuten Starten von
Anfragen REQB, ist im Allgemeinen in der Größenordnung von mehreren zehn
Millisekunden, was hier wiederum perfekt mit der Dauer, die zum
Einstellen erforderlich ist, kompatibel ist, und zwar durch die
Implementierung von der vorliegenden Erfindung, wobei die Spreizsequenz
in der Rückmodulation
genutzt wird.
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Ein
Vorteil von der vorliegenden Erfindung ist, dass sie es ermöglicht,
die Qualität
des Empfangs durch das Terminal zu optimieren, welche der möglichen
Störungen
auch immer vorhanden sind, und speziell das Rauschen, das durch
den Transponder selbst erzeugt wird.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie eine dynamische
Adaption ermöglicht,
d. h. die Adaption auf jeden bzw. bei jedem Austausch zwischen einem
Transponder und einem Terminal.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie es nicht
erfordert, die Struktur von konventionellen Terminals zu modifizieren.
Es ist genug für
den Standard 14443, spezifische Bits B4 bis B8 in dem Rahmen REQB
vorzusehen, der in einer Schleife durch das Terminal gesendet wird.
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Danach
wird die Auswertung von den durch den Demodulator empfangenen Daten
im Allgemeinen auf eine Software Art und Weise durchgeführt, wobei
die Implementierung von der vorliegenden Erfindung durch eine XOR-Kombination mit der
Spreizsequenz nur eine Software Modifikation und keine strukturelle
Modifikation erfordert. Als eine Alternative für eine Hardware Implementierung
von der vorliegenden Erfindung sind ein einzelnes XOR-Gatter und ein
Multiplexer ausreichend. In ähnlicher
Weise erfordert die vorliegende Erfindung keine strukturelle Modifikation
von existierenden Transpondern, die vorliegende Erfindung kann exklusiv
auf eine Software Art und Weise auf der Transponderseite implementiert werden,
dadurch dass durch den dortigen Mikroprozessor direkt die Sequenz
e(t) erzeugt wird, die ausgewählte
Spreizsequenz mit den zu sendenden Daten kombinierend.
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Natürlich ist
es wahrscheinlich, dass die vorliegende Erfindung verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Verbesserungen besitzt, die einem Fachmann unmittelbar
klar sind. Im Speziellen, obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug
auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, das auf den ISO-Standard 14443 adaptiert
ist, kann sie vorgesehen sein, um einen Rahmen von einer Schleifenübertragung
durch ein Terminal zu modifizieren, um andere Übertragungssysteme zu adaptieren.
Ferner liegt die praktische Ausbildung der vorliegenden Erfindung
durch Hardware- und/oder
Software-Mittel innerhalb der Fähigkeit
von Fachleuten, basierend auf den hierin oben angegebenen funktionalen
Anzeigen. Ferner liegt die Erzeugung von adaptierten Spreizsequenzen
und speziell die Bestimmung von ihren entsprechenden Längen innerhalb der
Fähigkeiten
von Fachleuten durch Nutzen konventioneller Verfahren zum Erzeugen
derartiger Spreizsequenzen.