DE69735471T2

DE69735471T2 - Funkkommunikationssystem mit Ortung von Etiketten

Info

Publication number: DE69735471T2
Application number: DE69735471T
Authority: DE
Inventors: R. Anthony Red Bank Shober
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: CA2219074C; US5952922A; KR19980064806A; EP0851239B1; DE69735471D1; EP0851239A1; JP3484336B2; DE69739814D1; EP1643268B1; JP3905443B2; EP1643268A1; JPH10224258A; JP2003158470A; KR100397688B1; CA2219074A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme.
RFID-Systeme (Radio Frequency Identifikation – Hochfrequenzidentifizierung) werden zur Identifizierung und/oder Verfolgung von Geräten, Bestand oder Lebewesen genutzt. RFID-Systeme sind Funkkommunikationssysteme, die zwischen einem eine Abfragevorrichtung genannten Funksender/Empfänger und einer Anzahl kostengünstiger Vorrichtungen mit der Bezeichnung Etiketten kommunizieren. Bei RFID-Systemen kommuniziert die Abfragevorrichtung mit den Etiketten unter Verwendung modulierter Funksignale und die Etiketten antworten mit modulierten Funksignalen. Nach Übertragung einer Nachricht zum Etikett (als Abwärtsstrecke bezeichnet) überträgt die Abfragevorrichtung dann ein CW-Funksignal (Continuous-Wave-Dauerwelle) zum Etikett. Vom Etikett wird das CW-Signal unter Verwendung modulierter Rückstreuung moduliert, wobei die Antenne durch das modulierende Signal elektrisch von einem Zustand als Absorbierer von HF-Strahlung zu einem Zustand als Reflektor von HF-Strahlung umgeschaltet wird. Diese modulierte Rückstrahlung erlaubt Kommunikation vom Etikett zurück zur Abfragevorrichtung (als Aufwärtsstrecke bezeichnet). Herkömmliche MBS-Systeme (modulated backscatter – modulierte Rückstreuung) sind dafür ausgelegt, a) ein in Reichweite der Abfragevorrichtung geratenes Objekt zu identifizieren und b) Daten auf dem Etikett zu speichern und diese Daten dann zu einem späteren Zeitpunkt aus dem Etikett abzurufen, um Bestand zu verwalten oder eine sonstige nützliche Anwendung durchzuführen.
Wir wollen uns auf Anwendungen in einer Grundstückumgebung oder innerhalb eines Gebäudes konzentrieren und als erstes die Verwendung von RFID-Technik für „Sicherheits-" Anwendungen in Betracht ziehen. RFID wird heute in der Sicherheitsindustrie zur Erleich terung von Gebäudezugang benutzt; beispielsweise die Verwendung eines RFID-Etiketts zur automatischen Berechtigung von Zutritt zu einem Gebäude oder zur Aufzeichnung, daß eine Einzelperson an einem bestimmten Ort vorbeigegangen ist. Diese Betriebsart wird als Abfragemodus bezeichnet – eine Betriebsweise, wo die Abfragevorrichtung ein Signal an alle Etiketten im Lesebereich überträgt und anfordert, daß diese Etiketten mit Daten antworten, die dieses Etikett identifizieren. Vom Etikett werden dann diese Informationen unter Verwendung von MBS zur Abfragevorrichtung zurückübertragen.
Zusätzlich gibt es „Ortungs-" Anwendungen in einem Gebäude oder Grundstück. (Für den Rest der vorliegenden Offenbarung wird die Verwendung des Begriffs „Gebäude" oder „im Gebäude" entweder innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer Grundstückumgebung, die ein Gebäude einschließen könnte, bedeuten.) Beispielsweise wäre es nützlich, den Ort eines bestimmten Etiketts innerhalb des Gebäudes zu kennen. Dies könnte an Orten mit hohen Sicherheitserfordernissen von Nutzen sein. Andere Anwendungen dieser Fähigkeit umfassen die Möglichkeit des Telefonsystems im Gebäude, Telefongespräche zu einem Telefon in der Nähe des gegenwärtigen Aufenthaltsortes einer Einzelperson zu leiten. Um sich mit dieser Anwendung zu befassen, hat es Mustersysteme unter Verwendung infraroter Sender gegeben; es gibt jedoch keine Produkte im Handel und die Infrarottechnik leidet an Mangel an Reichweite und Unfähigkeit, Objekte zu durchstrahlen. Wenn daher der Infrarotsender in die Hemdtasche einer Person plaziert wird, ist der Kommunikationsweg blockiert. Es gibt daher heute keine kostengünstigen Lösungen für das Ortungsproblem.
Zusätzlich bestehen auch niederratige Daten-„Kommunikations-" Anwendungen. Ein Beispiel eines gegenwärtigen Systems zur Bereitstellung niederratiger Datenkommunikation ist der Funkruf. Einige Funkrufsysteme leiden an schlechter Funkversorgung im Gebäude und einige Funkrufsysteme erfordern die Zahlung von Nutzungsgebühren an einen Dienstanbieter auf aktionsweiser Grundlage. Eine weitere Alternative ist der Einsatz eines drahtlosen Daten-LANs im Gebäude, aber diese Produkte sind noch relativ teuer. Zusätzlich befaßt sich keine der gegenwärtigen niederratigen Datenkommunikationsalternativen mit den oben besprochenen Sicherheits- oder Ortungsfragen. Das Ziel ist ein System, das sich gleichzeitig mit Anwendungen der Sicherheit, Ortung und niederratigen Datenkommunikation befaßt.
US-A-5252979 bezieht sich auf ein Kommunikationssystem zur Verwendung in einem Bereich mit einer menschlichen Umgebung, die von unten durch einen Fußboden und von oben durch eine darüberliegende Umgebung im wesentlichen ohne eine menschliche Gegenwart begrenzt ist. Das Kommunikationssystem umfaßt eine oder mehrere, „Steuerungen" genannte erste Sender/Empfängereinheiten, die in der darüberliegenden Umgebung angeordnet sind zum Erzeugen eines im wesentlichen abwärts gerichteten Kommunikationsstrahls und eine Mehrzahl von zweiten Sender/Empfängereinheiten, mit der Bezeichnung „Kommunikationsgeräte", die in der menschlichen Umgebung angeordnet sind. Das Kommunikationssystem besitzt viele Verwendungen und Anwendungen, wobei eine der Hauptanwendungen die Bereitstellung von Kommunikation zwischen in der Hand getragenen oder Tischrechnern in einem sogenannten drahtlosen Ortsnetz bzw. „drahtlosen LAN" ist.
In der vorliegenden Offenbarung wird offenbart, wie ein Hochfrequenz-Identifizierungssystem, das modulierte Rückstreuung benutzt, zum Integrieren der Funktionen von Sicherheit, Ortung und niederratiger Datenkommunikation in einem einzigen System mit einer einzigen Infrastruktur benutzt werden kann. Die vorliegende Erfindung kann verbesserte Sicherheit wie auch kostengünstige Ortungs- und Kommunikationsdienste im Gebäude oder im Grundstückbereich bereitstellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Es wird ein Funkkommunikationssystem offenbart, das in einer von mehreren Betriebsarten arbeiten kann, die Fähigkeiten der Sicherheit, Ortsbestimmung, Nachrichtenübermittlung und Datenkommunikation im Gebäude integrieren. Das Funkkommunikationssystem umfaßt mindestens eine Abfragevorrichtung zum Erzeugen und Übertragen eines Funksignals. Das Funksignal wird von einem oder mehreren Etiketten des Systems empfangen. Von einem Rückstreuungsmodulator wird die Reflexion des Funksignals unter Verwendung eines Unterträgersignals moduliert und damit ein reflektiertes moduliertes Signal gebildet. Von der Abfragevorrichtung wird das reflektierte modulierte Signal empfangen und demoduliert. Auch kann die Abfragevorrichtung ein erstes Informationssignal zu einem oder mehreren Etiketten übertragen, das angibt, welche Etiketten unter Verwendung von Rückstreuungsmodulatormitteln antworten sollten. Im Abfragemodus kann die Abfragevorrichtung die Identität der Etiketten im Lesefeld bestimmen und Daten mit denjenigen Etiketten austauschen, die identifiziert worden sind. Im Ortungsmodus kann das Funkkommunikationssystem einige oder alle Abfragegeräte anweisen, den Ort eines Etiketts oder von Etiketten im Gebäude zu bestimmen, ungeachtet dessen, ob sich das Etikett oder die Etiketten im Funkbereich des Abfragemodus befinden. Im Nachrichtenübermittlungs- oder niederratigen Datenkommunikationsmodus kann das Funkkommunikationssystem einige oder alle Abfragevorrichtungen anweisen, einen an ein bestimmtes Etikett oder an bestimmte Etiketten adressierten Befehl zu übertragen (ungeachtet dessen, ob sich das Etikett oder die Etiketten im Lesefeld des Abfragemodus befinden), der anfordert, daß ein Etikett oder Etiketten irgendeine Handlung durchführen. Bei anderen Ausführungsformen des Nachrichtenübermittlungsmodus kann die Abfragevorrichtung zusätzlich zu einem Befehl Daten an das Etikett oder die Etiketten übertragen und das Etikett oder die Etiketten kann/können auch ein Signal zurück zur Abfragevorrichtung übertragen. Dieses Funkkommunikationssystem kann mit anderen Kommunikationsfähigkeiten wie beispielsweise elektronische Post, Sprachpost, Ortung, Bestandsverwaltung und sonstige Systeme zusammengeschaltet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines beispielhaften RFID-Systems (Hochfrequenz-Identifizierungssystem);
2 ein Blockschaltbild einer im RFID-System der 1 benutzten beispielhaften Abfrageeinheit;
3 ein Blockschaltbild einer im RFID-System der 1 benutzten Etiketteneinheit;
4 die Beziehungen zwischen den Reichweiten des Abfragemodus, Ortungsmodus und Nachrichtenübermittlungsmodus;
5 die Beziehungen zwischen der Aufwärtsreichweite für den Abfragemodus, der Aufwärtsreichweite für die Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi und der Abwärtsreichweite für alle drei Modi;
6 eine Befestigungsanordnung für eine Rundstrahlantenne in der Decke eines Gebäudes;
7 eine alternative Anordnung für eine Rundstrahlantenne in der Decke eines Gebäudes;
8 die Beziehung zwischen dem Aufwärts-Antennendiagramm und dem Abwärts-Antennendiagramm;
9 eine Anordnung zum Kombinieren der Eingaben von zwei Empfangsantennen;
10 eine Anordnung zum Umschalten zwischen den Eingaben von zwei Empfangsantennen;
11 die Rahmenstruktur für Abwärts- und Aufwärtssignale;
12 eine Ausführungsform, wie das Abwärtssignal unterteilt werden könnte;
13 eine Ausführungsform, wie das Aufwärtssignal unterteilt werden könnte;
14, wo sich die Aufwärtsantwort im Nachrichtenübermittlungsmodus befinden könnte;
15, wie der Unterträgerdemodulator der 2 Demodulation auf zwei Unterträgerkanälen unterstützen kann;
16, wie das RFID-System der 1 mit E-Mail- und Sprachpostsystemen zusammengeschaltet sein kann;
17, wie der Unterträgerdemodulator der 2 auch Demodulation auf einem Notkanal unterstützen kann.
Ausführliche Beschreibung
MBS-Betrieb
Nunmehr wird beschrieben, wie ein typisches RFID-System unter Verwendung von MBS funktioniert. Bezugnehmend auf 1 ist dort ein Gesamt-Blockschaltbild eines herkömmlichen RFID-Systems dargestellt. Ein Anwendungs prozessor 101 kommuniziert über einen Ortsnetzkanal LRN – Local Area Network (102), das drahtgebunden oder drahtlos sein könnte, mit einer Mehrzahl von Abfragevorrichtungen (103, 104). Die Abfragevorrichtungen können dann mit einem oder mehreren der Etiketten (105, 107) kommunizieren. Beispielsweise empfängt die Abfragevorrichtung 103 ein Informationssignal, typischerweise von einem Anwendungsprozessor 101. Von der Abfragevorrichtung 103 wird dieses Informationssignal entgegengenommen und der Prozessor 200 formatiert ordnungsgemäß eine zum Etikett zu sendende Abwärtsnachricht (Informationssignal 200a). Gemeinsam auf 1 und 2 Bezug nehmend wird von der Funksignalquelle 201 ein Funksignal synthetisiert, vom Modulator 202 dieses Informationssignal 200a auf das Funksignal auf moduliert und vom Sender 203 dieses modulierte Signal über die Antenne 204 beispielsweise unter Verwendung von Amplitudenmodulation zu einem Etikett gesendet. Der Grund dafür, daß Amplitudenmodulation eine gebräuchliche Wahl ist, besteht darin, daß das Etikett ein solches Signal mit einer einzigen kostengünstigen nichtlinearen Vorrichtung (wie beispielsweise einer Diode) demodulieren kann.
Im Etikett 105 (siehe 3) empfängt die Antenne 301 (oft eine Schleifen- oder Flachantenne) das modulierte Signal. Dieses Signal wird unter Verwendung des Detektors/Modulators 302, der beispielsweise eine einzige Schottky-Diode sein könnte, direkt ins Basisband demoduliert. Das Ergebnis des Diodendetektors ist im wesentlichen eine Demodulation des ankommenden Signals direkt ins Basisband. Das Informationssignal 200a wird dann vom Verstärker 303 verstärkt und in der Taktwiedergewinnungsschaltung 304 Synchronisation wiedergewonnen. Die Taktwiedergewinnungsschaltung 304 kann dadurch verbessert werden, daß die Abfragevorrichtung das amplitudenmodulierte Signal unter Verwendung von Manchester-Codierung sendet. Die resultierenden Informationen werden zu einem Prozessor 305 gesendet. Der Prozessor 305 ist typischerweise ein kostengünstiger 4- oder 8-Bit-Mikroprozessor, die Taktwiedergewinnungsschaltungen 304 können in einer ASIC (Application Specific Integrated Circuit – anwendungsspezifische integrierte Schaltung) implementiert sein, die mit der den Prozessor 305 enthaltenden integrierten Schaltung zusammenarbeitet oder darin aufgenommen ist. Dieser Prozessor 305 kann auch als der Treiber für eine wahlfreie Anzeige einer Einheit 309 dienen, sollte dieses Etikett eine Anzeige erfordern. Vom Prozessor 305 wird ein vom Etikett 105 zur Abfragevorrichtung (z. B. 103) zurückzusendendes Informationssignal 306 erzeugt. Dieses Informationssignal 306 wird zu einer Modulatorsteuerschaltung 307 gesendet, die das Informationssignal 306 zum Modulieren einer von der Frequenzquelle 308 erzeugten Unterträgerfrequenz benutzt. Die Frequenzquelle 308 könnte ein vom Prozessor 305 getrennter Quarzoszillator oder ein vom Ausgang eines Quarzoszillators abgeleitetes Signal sein, oder es könnte eine von im Prozessor 305 vorhandenen Signalen abgeleitete Frequenzquelle wie beispielsweise ein Mehrfaches der Grundtaktfrequenz des Prozessors sein. Das modulierte Unterträgersignal 311 wird vom Detektor/Modulator 302 zum Modulieren des vom Etikett 105 empfangenen modulierten Signals zur Erzeugung einer modulierten Rückstreuung (d. h. eines reflektierten Signals) benutzt. Dies wird durch Ein- und Ausschalten der Schottky-Diode unter Verwendung des modulierten Unterträgersignals 311 erreicht, wodurch das Reflektionsvermögen der Antenne 301 geändert wird. Die Schaltungen des Etiketts 105 werden durch eine Batterie 310 oder sonstige Stromversorgung mit Strom versorgt.
Es gibt verschiedene Verfahren zur Verwendung von modulierter Rückstreuung (MBS – Modulated backscatter), um Informationen vom Etikett zur Abfragevorrichtung zu senden. Bei einigen MBS-Techniken erzeugt die Modulatorschaltung 307 des Etiketts ein moduliertes Signal, das durch ein Informationssignal 306 mit Frequenz f₂ amplitudenmoduliert wird. Wenn die Funksignalquelle 201 eine unmodulierte Frequenz f₁ erzeugt, dann werden von der Abfragevorrichtung Signale im Bereich (f₁ – f₂) bis (f₁ + f₂) empfangen und Signale außerhalb dieses Bereichs allgemein ausgefiltert. Dies könnte man als den Ansatz „MBS im Basisband" bezeichnen. Ein weiterer Ansatz wäre es, daß das Etikett zwei unterschiedliche Unterträgerfrequenzen erzeugt. Die Informationen könnten in einer Frequenzumtastungsweise (FSK – frequency-shift keyed) übermittelt werden, wobei die Unterträgerfrequenz zwischen diesen zwei Frequenzen pendelt. Auch sind andere Modulationsverfahren möglich wie beispielsweise Phasenumtastung (PSK – Phase shift keying) einer einzigen Unterträgerfrequenz (z. B. BPSK, QPSK) oder sonstige komplizierte Modulationsverfahren (z. B. MFSK, MASK, usw.).
Uns wieder der 2 zuwendend empfängt die Abfragevorrichtung 103 das reflektierte und modulierte Signal mit der Empfangsantenne 206, verstärkt das Signal mit einem rauscharmen Verstärker 207 und demoduliert das Signal unter Verwendung von Homodynempfang in einem Quadraturmischer 208. (Bei einigen Abfragevorrichtungskonstruktionen wird eine einzige Sende- (204) und Empfangs- (206) Antenne benutzt. In diesem Fall ist ein elektronisches Verfahren zum Löschen des übertragenen Signals aus dem durch die Empfängerkette empfangenen erforderlich; dies könnte durch eine Vorrichtung wie beispielsweise einen Zirkulator bewirkt werden.) Unter Verwendung der gleichen Funksignalquelle 201 wie die in den Sendekettenmitteln benutzte geschieht die Demodulation ins Basisband unter Verwendung von Homodynempfang; der Vorteil dabei ist, daß dadurch Phasenrauschen in den Empfängerschaltungen sehr verringert wird. Vom Mischer 208 wird das demodulierte Signal 209 (im Falle eines Quadraturmischers würde er sowohl I-(gleichphasige) als auch Q-(quadraturphasige) Signale senden) zum Filter/Verstärker 210 gesendet. Das resultierende gefilterte Signal – das bei der vorliegenden Erfindung ein auf einem Unterträger geführtes Informationssignal 211 ist – wird dann vom Unterträger im Unterträgerdemodulator 212 demoduliert, der das Informationssignal 213 dann zu einem Prozessor 200 sendet, um den Inhalt der Nachricht festzustellen. Die I- und Q-Kanäle des Signals 209 können im Filter/Verstärker 210 oder im Unterträgerdemodulator 212 kombiniert werden, oder sie könnten im Prozessor 200 kombiniert werden. Bei Verwendung beispielsweise der obigen Verfahren wird ein bidirektionaler digitaler Funkkommunikationskanal mit kurzer Reichweite implementiert. Eine relativ kostengünstige Implementierung wird unter Verwendung als beispielhafte Bauteile einer Schottky-Diode, eines Verstärkers zum Anheben der Signalstärke, Bit- und Rahmensynchronisationsschaltungen, eines kostengünstigen 4- oder 8-Bit-Mikroprozessors, Unterträgererzeugungsschaltungen und einer Batterie erzielt. Die meisten dieser Gegenstände werden bereits in Millionenmengen für andere Anwendungen hergestellt und sind daher nicht übermäßig teuer. Die oben erwähnten Schaltungen zur Bit- und Rahmensynchronisation und zur Unterträgererzeugung können in kundenspezifischer Logik um den Mikroprozessorkern herum implementiert werden; so sind diese Funktionen abgesehen von einer relativ geringen Menge von Chipfläche beinahe „kostenlos".
Schmalbandbetrieb
Unter Verwendung der obigen Verfahren kann ein digitaler Zweiweg-Funkkommunikationskanal aufgebaut werden. Es ist erwünscht, die Reichweite dieses digitalen Zweiweg-Funkkommunikationskanals so weit wie möglich zu erweitern. Das bedeutet die Erweiterung sowohl des Bereichs der Abwärtsstrecke als auch des Bereichs der Aufwärtsstrecke.
An der Erweiterung des Bereichs der Abwärtsstrecke sind mehrere Faktoren beteiligt. Die Abwärtsstrecke ist im Allgemeinen ein amplitudenmoduliertes Signal, das leicht und kostengünstig durch eine einzige nichtlineare Vorrichtung wie beispielsweise eine Mikrowellendiode detektiert wird. Es ist wichtig, die Impedanzen zwischen Antenne und Diode aneinander anzupassen, um unnötige Signaldämpfung zu vermeiden. Die Datenrate der Abwärtsstrecke muß begrenzt werden, um die Rauschbandbreite des Abwärtssignals zu verringern. Es wird nunmehr besprochen, wie ungewünschte Signale ohne erhöhte Kosten vom Etikett ausgefiltert werden können. Die Antenne (301) führt nicht nur die Aufgaben des Empfangens des HF-Signals durch, sondern filtert auch HF-Signale außerhalb der Antennenbandbreite. Beispielsweise liegen bei 2,45 GHz zusätzliche HF-Trägerfrequenzen zwischen 2,400–2,485 GHz. Durch die Konstruktion der Antenne, oft eine Flachantenne, wird dieses Frequenzband abgedeckt, aber Frequenzen jenseits dieses Bereichs ausgefiltert. Ein idealer Frequenzgang wäre, wenn die Antennenempfindlichkeit innerhalb von 3 dB über dem zulässigen Frequenzbereich liegt, aber jenseits dieses Bereichs schnell abfällt. Zusätzlich wirkt der Verstärker (303) auch als Filter in dem Sinn, daß der Verstärker dafür ausgelegt ist, nur amplitudenmodulierte (AM-) Signale durchzulassen, die innerhalb eines gewissen Paßbandes um die erwartete Abwärtsdatenrate herum liegen, die typischerweise einige wenige Kilobit pro Sekunde beträgt.
Obwohl das Etikett relativ einfach ist, weist es daher Filterungsfähigkeit zum Ausfiltern von sowohl HF-Signalen, deren Frequenz außerhalb der Antennenbandbreite liegt, als auch Ausfiltern von AM-Signalen, deren Frequenz außerhalb des Verstärkerpaßbandes liegt, auf. Auch ist diese Etikettkonstruktion nicht sehr empfindlich für HF-Übertragungen innerhalb des Bandes der Antenne mit hauptsächlich konstanter Höhekurve als Modulationsverfahren. So ermöglicht diese Konstruktion ein robustes Etikett, das robust gegen viele mögliche Störsignale ist.
Auch sind an der Erweiterung des Bereichs der Aufwärtsstrecke mehrere Faktoren beteiligt. Als erstes muß die Rauschbandbreite des Aufwärtssignals so viel wie möglich verringert werden. Erst können eine Anzahl nützlicher Anwendungen implementiert werden, selbst wenn die Datenrate des Aufwärtssignals auf wenige Bit pro Sekunde begrenzt ist. In der Tat kann diese Begrenzung der Datenrate bis zum äußersten geführt werden, wo keine Daten auf die einzige Unterträgerfrequenz aufmoduliert sind; in diesem Fall zeigt die bloße Gegenwart oder Abwesenheit eines mit dieser Unterträgerfrequenz empfangenen Signals eine „Bestätigung" oder „keine Bestätigung" einer vorher empfangenen Nachricht an.
Es ist weiterhin zu bemerken, daß die Unterträgerfrequenz relativ genau bestimmt werden kann. Beispielsweise gibt es im Handel erhältliche Quarze mit einer Frequenz von 32 kHz und einer Genauigkeit von ± 100ppm. So ist die Frequenz dieses Quarzes auf ± 3,2Hz bekannt. Das Etikett erzeugt damit eine Unterträgerfrequenz f_s von großer Genauigkeit. Von der Abfragevorrichtung wird das reflektierte Signal empfangen und wie oben besprochen unter Verwendung von Homodynempfang demoduliert.
Die Funktion des Filterverstärkers (210) und Unterträgerdemodulators (212) könnten dann zusammen in einem Prozessor wie beispielsweise einem DSP implementiert werden. In der Literatur gibt es Schmalbandalgorithmen, die Digitalfilterung des Signals mit einer Bandbreite von weniger als 10 Hz durchführen können und wobei die ersten Nebensitze um 60 dB herabgedrückt sind. Dann wird die Signalstärke des durch dieses Digitalfilter empfangenen Signals gemessen und diese Stärke wird mit einer Bezugssignalstärke verglichen, die hoch genug über dem Durchschnittsrauschen auf diesem Kanal liegt, wenn kein Signal vorhanden ist, sodaß unerwünschte Rauschspitzen nicht als wirkliche Signale fehlgedeutet werden.
Auf diese Weise lassen sich sehr schwache Aufwärtssignale zuverlässig erkennen. Es hat sich herausgestellt, daß mit Verwendung dieser Verfahren grob gleichwertige Reichweite auf der Abwärtsstrecke und der Aufwärtsstrecke erreicht werden kann.
Es wird nunmehr die Position der Unterträgerfrequenz f_s besprochen. MBS-Systeme weisen aufgrund von Reflexionen der HF-Quelle von einer beliebigen Anzahl von Reflektoren Rauschen in den Aufwärtssignalen auf. Wände und Metallobjekte reflektieren HF-Strahlung; diese reflektierten Signale werden durch die Abfragevorrichtung 103 mit der gleichen Trägerfrequenz empfangen, mit der sie übertragen wurden. Der Quadraturmischer 208 wird als Homodyndetektor betrieben und wird damit zum Aufheben dieser Reflexionen benutzt. Andere Reflektoren erzeugen jedoch reflektiertes Rauschen mit von der Hauptträgerfrequenz abliegenden Frequenzen – entweder durch Dopplerverschiebungen oder wahrscheinlicher von Reflexionen an elektrischen Geräten, die mit Frequenzen in der Nähe der Unterträgerfrequenz arbeiten.
Eine besonders schwierige Rauschquelle stellen Leuchtstofflampen dar, bei denen es sich herausgestellt hat, daß sie Rauschen nicht nur mit ihrer Grundfrequenz von 60 Hz (in den Vereinigten Staaten) sondern auch mit harmonischen Frequenzen bis in die Zehntausende von Hertz erzeugen. Es hat sich als besonders hilfreich herausgestellt, die Unterträgerfrequenz f_s so zu positionieren, daß sie zwischen Mehrfache der Grundfrequenz von 60 Hz fällt. Von dem 32-kHz-Quarz aus können einfache Schaltungen die zutreffende Unterträgerfrequenz erzeugen.
Mehrfachmodusbetrieb
Die Grundmerkmale des Mehrfachmodusbetriebs bestehen darin, daß a) das Etikett in der Lage sein muß, eine Abwärtsnachricht zu empfangen; b) das Etikett informiert werden muß, welche Art Aufwärtsnachricht es übertragen soll, ob es eine eigentliche Datennachricht ist (Modus mit höherer Bitrate) oder eine einfache Bestätigungsnachricht (Weitbereichsmodus), auf Grundlage von in der Abwärtsnachricht empfangenen Informationen; c) das Etikett die angeforderte Art von Aufwärtsnachricht überträgt; und d) die Abfragevorrichtung die empfangene Aufwärtsnachricht ordnungsgemäß deutet. Es können mehrere verschiedene Arten von Bestätigungsnachricht im Weitbereichsmodus bestehen. Im Allgemeinen besitzt eine Bestätigungsnachricht eine Datenrate, die viel geringer als die Datenrate einer eigentlichen Datennachricht ist (der Modus mit höherer Bitrate) und dadurch Filterung über ein viel schmaleres Frequenzband erlaubt und damit eine größere Reichweite zuläßt, als der Modus mit höherer Bitrate, da die Rauschbandbreite des empfangenen Signals aufgrund der Schmalbandfilterung verringert wird. So könnte eine Bestätigungsnachricht aus einer Datennachricht mit niedriger Bitrate bestehen oder könnte aus einem einzelnen Informationsbit bestehen. Wie oben besprochen, könnte zum Senden eines einzelnen Informationsbit das Etikett eine unmodulierte Unterträgerfrequenz erzeugen, die unter Verwendung modulierter Rückstreuung auf das einfallende Signal aufmoduliert werden könnte. Die Abfragevorrichtung würde dann ein reflektiertes Signal mit einem Einzelfrequenzton empfangen. Schmalbandfilterungsverfahren könnten dann zum Verringern der Rauschbandbreite und Bestimmen der Gegenwart oder Abwesenheit dieses Signals benutzt werden.
Vom Etikett 105 werden die von der Abfragevorrichtung 103 gesendeten Informationsbit erkannt und in eine vollständige Abwärtsnachricht zusammengesetzt. Typi scherweise wird zu Beginn der Abwärtsnachricht ein Muster von Synchronisationsbit übertragen; diese Bit ermöglichen dem Etikett, Bit- und Nachrichtensynchronisation herzustellen und ermöglichen dem Etikett, den Beginn und das Ende der Abwärtsnachricht zu bestimmen. Der Inhalt der Abwärtsnachricht würde eine Adresse, einen Befehl, wahlweise Daten und auch Fehlererkennung enthalten. Der Befehls- oder Datenteil der Abwärtsnachricht könnte anzeigen, daß das Etikett 105 der Abfragevorrichtung eine Nachricht zurücksenden sollte; beispielsweise könnte das Etikett gespeicherte Daten wie beispielsweise die Etikett-Kennung oder sonstige anwendungsspezifische Daten zurücksenden. Eine andere Art von Abwärtsnachricht könnte anzeigen, daß das Etikett nur eine Einzelbit-Bestätigungsnachricht zurücksenden sollte.
So bestimmt der Prozessor 305 des Etiketts 105 als Reaktion auf Informationen in der Abwärtsnachricht, welche Art von Aufwärtssignal zu übertragen ist: eine Datennachricht oder eine einfache Bestätigungsnachricht. Es gibt mehrere Weisen, auf die das Etikett 105 entweder eine Datennachricht oder eine einfache Bestätigungsnachricht übertragen kann, sodaß die Abfragevorrichtung 103 diese zwei unterschiedlichen Nachrichtenarten relativ leicht empfangen und zwischen ihnen unterscheiden kann. Bezugnehmend auf 3 sendet der Prozessor 305, wenn das Etikett 105 ein Mehrbit-Informationssignal senden soll, das Informationssignal zur Modulatorsteuerung 307, die das Signal von der Unterträgerfrequenzquelle 308 moduliert.
Im Etikett 105 sendet der Prozessor 305 das Informationssignal über die in 3 gezeigte Informationssignalleitung 306. Sollte der Prozessor 305 des Etiketts 105 eine aus einem einzelnen Informationsbit bestehende „Einzelton"-Nachricht senden, wird die Informationssignalleitung 306 auf einem ersten Logikzustand gehalten, um anzuzeigen, daß keine Informationsnachricht zu senden ist. So wird von der Modulatorsteuerung 307 ein unmoduliertes Unterträgerfrequenzsignal ausgegeben. Sollte der Prozessor 305 bestimmen, daß eine Mehrbitnachricht zu senden ist, übermittelt die Informationssignalleitung 306 die Mehrbitnachricht zur Modulatorsteuerung 307. Diese Mehrbitnachricht (Informationssignal) wird dann zum Modulieren der Unterträgerfrequenz unter Verwendung eines von mehreren möglichen Modulationsverfahren wie beispielsweise Amplituden-, Phasen-, Frequenz- oder Codemodulation benutzt.
Von der Abfragevorrichtung 103 (2) wird das Unterträgersignal aus dem empfangenen HF-Signal demoduliert und dann Filterung angewandt. Für die gegebenen spezifischen Einzelheiten der Unterträgerfrequenz wird ein geeigneter Filterungsverstärker benutzt. Vom Unterträgerdemodulator 212 wird dann das Unterträgersignal demoduliert. Der Prozessor 200 führt dann die zum Decodieren der Informationen notwendige Digitalsignalverarbeitung durch. Bei einigen Implementierungen der vorliegenden Erfindung kann der Prozessor ein Digitalsignalprozessor (DSP) sein; bei anderen könnte ein herkömmlicher Mikroprozessor benutzt werden. Zur Wiedergewinnung eines „Einzelton"-Bestätigungssignals vom Etikett 105, das aus einem einzelnen Unterträgerton besteht, würde der Filterungsverstärker ein Schmalbandfilter sein. Während herkömmliche Filtertechniken benutzt werden, könnte es am wirkungsvollsten sein, den oben erwähnten DSP als Schmalbandfilter zu benutzen. Die Unterträgerfrequenz diese Einzeltons ist wohlbekannt; da das Etikett 105 typischerweise einen billigen Quarz als Frequenzquelle benutzen würde. Selbst bei der begrenzten Genauigkeit dieses Quarzes würde die Unterträgerfrequenz auf eine Genauigkeit von wenigen Hertz bekannt sein. So könnten sehr schmalbandige Filter benutzt werden. Da die Bestätigungssignalantwort vom Etikett 105 zur Erweiterung des Bereichs des RFID-Systems benutzt wird und in Folge dessen ein sehr schwaches Signal sein würde, wird dadurch dem Schmalbandfilter des Filterungsverstärkers 210 eine zusätzliche Belastung auferlegt.
Eine andere Weise, auf die der oben erwähnte DSP benutzt werden könnte, ist die dynamische Suche nach den Frequenzkomponenten des Aufwärtssignals. Dies könnte durch Durchführung einer Fourier-Transformation an dem ankommenden Datenstrom, möglicherweise unter Verwendung eines DSP oder des Prozessors 200 der 2 bewirkt werden. Auf diese Weise könnte zwischen den ein moduliertes Unterträgersignal darstellenden mehrfachen Signalen unterschieden werden; oder es könnte ein Signal mit einzelnem Unterträger ungewisser Datenrate durch Verwendung der Fourier-Transformation zum Suchen nach mehreren Signalen wiedergewonnen werden.
So ist gezeigt worden, wie ein Kommunikationssystem mit modulierter Rückstreuung in zwei Betriebsarten arbeiten kann – einer, bei der das rückgestreute Signal moduliert wird, um einen Aufwärts-Kommunikationskanal mit hoher Datenrate bereitzustellen, und einer, bei der der rückgestreute Kanal mit einem niederratigen Signal moduliert wird, möglicherweise einem Einzelton, um ein Aufwärts-Bestätigungssignal bereitzustellen, das auf große Entfernungen erkannt werden kann.
Die obige Besprechung wird nunmehr benutzt und dahingehend erweitert, daß mehrere Betriebsarten vorhanden sind, wo die verschiedenen Betriebsarten durch unterschiedliche Aufwärts-Datenraten gekennzeichnet sind. Der erste hier zu besprechende Modus ist der „Abfragemodus". Der Abfragemodus beginnt mit der Übertragung eines Abfragesignals zum Etikett durch die Abfragevorrichtung. Vom Etikett wird dieses Abfragesignal empfangen, decodiert und bestimmt, welche Handlungen auf Grundlage des decodierten Abfragesignals zu unternehmen sind. Bei einer „standardmäßigen" Abfrage würde das Etikett aufgefordert werden, eine bestimmte Datenmenge (hier Zwangsdaten genannt) unter Verwendung des oben besprochenen MBS-Verfahrens zur Abfragevorrichtung zurückzuübertragen. Jedes Etikett im Anzeigefeld der Abfragevorrichtung, das die „standardmäßige" Abfrage empfängt, antwortet mit seinen Zwangsdaten unter Verwendung eines unten besprochenen Protokolls. Auch überträgt die Abfragevorrichtung als Teil des „standardmäßigen" Abfragesignals für jedes und alle Etiketten bestimmte Daten. Zu Beispielen dieser Daten gehören Tageszeit, Rahmenbildungs- und sonstige Synchronisationsinformationen usw.
Über die „standardmäßige" Abfrage hinaus sind auch andere Arten von Abfragen möglich. Beispielsweise könnte die Abfragevorrichtung nach Identifizierung eines bestimmten Etiketts unter Verwendung des Abfragemodus zusätzliche Daten zu diesem Etikett übertragen, die im Speicher des Etiketts zu speichern sind. Auch könnte die Abfragevorrichtung das Etikett auffordern, andere, im Speicher des Etiketts gespeicherte Daten zurück zur Abfragevorrichtung zu übertragen. Diese zusätzlichen Datenkommunikationen könnten mit der gleichen Datenrate durchgeführt werden, die bei der „standardmäßigen" Abfrage benutzt wird. So wird der Abfragemodus für Folgendes benutzt: die Übertragung von Befehlen und Daten zu jedem und allen Etiketten, Identifizieren eines bestimmten Etiketts im Anzeigefeld und auch zum bidirektionalen Kommunizieren mit diesem bestimmten Etikett. Im Abfragemodus ist die auf der Abwärtsstrecke erforderliche Datenrate typischerweise nicht groß, da das Abfragesignal nur genug Bit enthalten muß, um alle Etiketten im Anzeigefeld aufzufordern, zu antworten. Selbst wenn bedeutsame Mengen von Abwärtsdaten übertragen werden, findet dieser Vorgang in vielen Anwendungen nicht häufig statt und die Abwärtsdatenrate ist nicht kritisch. Auf der Aufwärtsstrecke ist die Datenrate typischerweise viel größer als die Abwärts-Datenrate, da die Zwangsdaten häufig auf zeitkritische Weise auf der Aufwärtsstrecke übertragen werden müssen. Im Abfragemodus gibt es daher eine Unsymmetrie der erforderlichen Datenraten dahingehend, daß die Abwärtsdatenrate kleiner als die Aufwärtsdatenrate ist.
Für den zweiten, den Ortungsmodus, überträgt die Abfragevorrichtung ein Abfragesignal zum Etikett mit der Adresse eines bestimmten Etiketts, an die diese Abfrageaufforderung gerichtet ist. In diesem Modus wird das Etikett nicht dazu aufgefordert, mit den oben besprochenen Zwangsdaten zu antworten. Statt dessen ist die angeforderte Antwort mindestens bei einigen Ausführungsformen eine einfache Bestätigung. Eine Ausführungsform einer einfachen Bestätigung ist ein Dauertonsignal. Mit Verwendung der oben besprochenen Schmalbandverfahren kann ein Dauertonsignal von der Abfragevorrichtung in einer Entfernung empfangen werden, die weit über die Reichweite des Abfragemodus hinausgeht. Im Ortungsmodus gibt es daher einen unsymmetrischen Kommunikationsweg, der auf der Abwärtsstrecke eine größere Datenrate als auf der Aufwärtsstrecke aufweist.
Es werden nunmehr Verfahren zur Bestimmung des Ortes eines bestimmten Etiketts (105) besprochen. Man nehme an, daß das System gegenwärtig keine Informationen hinsichtlich des Ortes dieses Etiketts besitzt. So wird von allen Abfragevorrichtungen ein Abfragesignal übertragen und alle Abfragevorrichtungen horchen nach einer Antwort. Erfindungsgemäß kann jede Abfragevorrichtung die Signalstärke des empfangenen Signals (sofern vorhanden) bestimmen und diese Signalstärken können einem zentralen Steuerelement mitgeteilt werden. Die Ortsbestimmung auf Grundlage dieser Daten kann auf mehrere Weisen geschehen. Der naheliegendste Weg ist, daß das Steuerelement bestimmt, welche Abfragevorrichtung die stärkste Signalstärke empfangen hat. Dann ist der Ort des Etiketts gleich dem Ort dieser Abfragevorrichtung mit einer Genauigkeit des effektiven Bereichs dieser Abfragevorrichtung. Ein komplizierteres Verfahren könnte implementiert werden, wenn mehr als eine Abfragevorrichtung ein Rücksignal empfangen hat. Dann könnte bei gegebener Kenntnis der räumlichen Lage jede Abfragevorrichtung eine Verfeinerung gegenüber der obigen Positionierung erreicht werden. Wenn beispielsweise zwei Abfragevorrichtungen ein Rücksignal mit gleichen Signalstärken empfangen haben, dann könnte die Position des Etiketts auch halbwegs zwischen diesen zwei Abfragen geschätzt werden. Wenn drei Abfragevorrichtungen ein Rücksignal empfangen haben, dann könnte eine „Triangulation" durchgeführt werden. Es sollte klar sein, daß diese Verfahren besser funktionieren, wenn es Strecken mit unbehinderter Sicht zwischen den Abfragevorrichtungen und dem Etikett gibt; wenn die HF-Kommunikationswege von Reflektionen abhängig sind, könnten verzerrte Ortungsergebnisse erhalten werden. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß Orte mit einer Genauigkeit des effektiven Bereichs einer Abfragevorrichtung bestimmt werden können. Eine Ortungsfähigkeit kann auf Grundlage dessen implementiert werden, welche Abfragevorrichtung die einfache Bestätigung empfängt.
Für den dritten, oder Nachrichtenübermittlungsmodus enthält das Abfragesignal nicht nur die Adresse eines Etiketts oder von Etiketten, sondern kann auch für dieses Etikett oder diese Etiketten bestimmte Daten enthalten. Das Etikett oder die Etiketten, deren Adresse der Etikettenadresse im Abfragesignal entspricht, könnten aufgefordert werden, diese Daten im Speicher des Etiketts zu speichern oder irgendeine sonstige Funktion mit diesen Daten auszuüben. Es gibt mehrere mögliche Antworten auf ein Abfragesignal für den Nachrichtenübermittlungsmodus. Wenn der Befehl im Abfragesignal das Etikett auffordert, einfach Daten zu speichern, dann könnte eine Bestätigung zur Anzeige eines erfolgreichen Empfangs der Nachricht ein paar Bit oder auch nur ein einziges Bit von Informationen sein. Ein einziges Informationsbit könnte wie oben erwähnt, als Dauertonbestätigung implementiert werden. Wenn alternativ der Befehl im Abfragesignal das Etikett auffordert, eine Entscheidung zu treffen oder andere Daten zur Abfragevorrichtung zurückzuübertragen, dann würde die Antwort eine Nachricht mit mehr als ein paar Informationsbit sein. Im Nachrichtenübermittlungsmodus gibt es daher wieder einen unsymmetrischen Kommunikationsweg, der eine größere Datenrate auf der Abwärtsstrecke als auf der Aufwärtsstrecke aufweist.
Es ist zu beobachten, daß die in den Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi anzutreffende Datenratenunsymmetrie der bei einem Zweiwege-Funkrufsystem anzutreffenden Datenratenunsymmetrie ähnlich ist. Funkrufsender (die den hier besprochenen Abfragevorrichtungen vergleichbar sind) besitzen eine viel größere Sendeleistung, als in einer von einer Einzelperson getragenen Zweiwege-Funkrufvorrichtung zur Verfügung steht (die Funkrufvorrichtung ist mit den hier besprochenen Etiketten vergleichbar). Datenraten in Zweiwege-Funkrufsystemen sind daher häufig unsymmetrisch, mit einer größeren Abwärtsdatenrate als Aufwärtsdatenrate. Die Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi des hier offenbarten MBS-Systems in Gebäuden gleichen einem Zweiwege-Funkrufsystem, sowohl in den technischen Eigenschaften als auch in Anwendungen die unterstützt werden können.
Auch ist es möglich, daß eine Transaktion, die in einem der obigen Modi begann, in einen anderen Betriebsmodus übergeht. Das Folgende ist eine Darstellung der Fähigkeit des Systems. Angenommen, man wünscht mit einem Etikett zu kommunizieren. Es wird ein Abfragesignal im Nachrichtenmodus von der Abfragevorrichtung zum Etikett übertragen, womit Daten zum Etikett gesendet werden und das Etikett aufgefordert wird, mit einer einfachen Bestätigung zu antworten, die von der Abfragevorrichtung empfangen wird. Man nehme weiterhin an, daß auf Grundlage der von der Abfragevorrichtung empfangenen einfachen Bestätigung die Abfragevorrichtung wünscht, anzufordern, daß zusätzliche Daten, die vielleicht im Speicher des Etiketts gespeichert sind, zur Abfragevorrichtung zurückübertragen werden. Von der Abfragevorrichtung wird die Signalstärke des einfachen Bestätigungssignals bestimmt. Wenn die Signalstärke unter einem gewissen Schwellwert liegt, dann wird die Aufwärts-Datenrate auf die Datenrate begrenzt, die normalerweise auf der Aufwärtsstrecke für den Nachrichtenübermittlungsmodus benutzt wird. Wenn die Signalstärke über einem gewissen Schwellwert liegt, dann kann der Funkkommunikationsweg zwischen der Abfragevorrichtung und diesem Etikett Kommunikation mit der Datenrate unterstützen, die normalerweise auf der Aufwärtsstrecke für den Abfragemodus benutzt wird. Wenn die Signalstärke unter dem Schwellwert liegt, dann kann entweder die Datenkommunikation weiterlaufen, aber mit Verwendung der (niedrigeren) Aufwärtsdatenrate des Nachrichtenübermittlungsmodus, oder es könnte eine Nachrichtenübermittlung zum Etikett übertragen werden, mit der angefordert wird, daß das Etikett in die Nähe einer Abfragevorrichtung gebracht werde (wie diese Anforderung von einem Mensch empfangen wird, ist in der oben aufgeführten Shober-Funkrufgeräteanmeldung beschrieben. Wenn die Signalstärke über dem Schwellwert liegt, dann kann Datenkommunikation weiterlaufen; aber unter Verwendung des Abfragemodus wie oben besprochen. Es sollte klar sein, daß während das obige Beispiel zeigt, wie die Aufwärtskommunikation mit einer von zwei möglichen Aufwärtsdatenraten stattfinden könnte, es möglich sein würde, das obige Konzept auf die Unterstützung von mehr als zwei Aufwärtsdatenraten zu erweitern.
Nunmehr wird besprochen, wie die drei oben besprochenen Betriebsmodi im gleichen System zusammen existieren und gleichzeitig funktionsfähig sein können. Es wird mit dem Erkennen begonnen, daß diese Betriebsmodi auf Grundlage der erforderlichen Datenraten unterschiedliche Reichweiten von der Abfragevorrichtung zum Etikett unterstützen. Beispielsweise bedeutet der Abfragemodus eine bedeutsame Datenübertragung über (relativ) kurze Zeitperioden, wie beispielsweise wenn eine Einzelperson an einer Abfragevorrichtung vorbei geht. Die erforderliche Datenrate wird weiter erhöht, da es mehrere Einzelpersonen im Anzeigefeld zu einer Zeit geben kann. So ist ein Protokoll (wie beispielsweise Aloha oder Slotted Aloha) erforderlich, um diesen mehreren Etiketten zu ermöglichen, mit ihren Abfragedaten ohne gegenseitige Störungen zu antworten, wodurch die erforderliche Datenrate erhöht wird. Beispiele von Datenrate für Kommunikation vom Etikett zur Abfragevorrichtung für den Abfragemodus reichen von 50 kbps-300 kbps. Auch ist zu bemerken, daß in Abwesenheit anderer Faktoren Reichweite und Datenrate einander kompensieren.
Zusammengefaßt gibt es zwei verschiedene „Unsymmetrien" in den Datenraten; größere Aufwärts- als Abwärts-Datenrate für den Abfragemodus und größere Abwärts- als Aufwärts-Datenrate für die Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi. So ist die effektive Reichweite für den Abfragemodus geringer als die der Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi, da das Aufwärtsdatenratenerfordernis im Abfragemodus größer ist. Dieser Unterschied der Reichweiten ist in der 4 dargstellt. Es ist wichtig, die Beziehungen zwischen diesen Datenraten zu beobachten. Im Abschnitt „Schmalbandbetrieb" wird offenbart, wie eine bedeutsame Reichweitenverlängerung zu erreichen ist. In dieser Besprechung ergibt eine Abwärtsdatenrate von einigen Kilobit pro Sekunde und eine Aufwärtsdatenrate von einigen Bit pro Sekunde eine grob vergleichbare Reichweite. Diese Fähigkeit entspricht den Erfordernissen der oben besprochenen Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi. Für den Abfragemodus ist auch eine Abwärts-Datenrate einiger weniger Kilobit pro Sekunde ausreichend, da relativ wenige Datenbit auf der Abwärtsstrecke erforderlich sind, und Aufwärts-Datenraten betragen von 50 kbps-300 kbps. 5 zeigt das Verhältnis zwischen den Reichweiten für diese drei Betriebsmodi. Die Abwärtsreichweite ist die gleiche für alle drei Modi (503). Die Aufwärtsreichweite für die Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi (502) ist grob dieselbe wie die Abwärtsreichweite (503). Die Aufwärtsreichweite für den Abfragemodus (501) ist viel geringer.
Bei der obigen Besprechung werden die Effekte von Richtantennen außer Acht gelassen. Bei einigen Abfragemodusanwendungen ist es angebracht, Richtantennen zur Erhöhung der effektiven Reichweite zu benutzen, und um ein „Anzeigefeld" zu bilden, dessen Form und Größe auf diese Anwendung optimiert ist. Die obige Besprechung wurde allgemein gehalten und es wurde implizit angenommen, daß alle drei Betriebsmodi die gleiche Antennentechnik benutzen. Die Verwendung unterschiedlicher Antennendiagramme wird unten besprochen.
RFID-Systemarchitektur
Nunmehr wird die RFID-Systemarchitektur besprochen, die in 1 dargestellt ist. Die Abfragevorrichtungen (103) sind durch ein LAN, das drahtgebunden oder drahtlos sein könnte, mit einem oder mehreren Anwendungsprozessoren (101) zusammengeschaltet. Die Abfragevorrichtungen sind im gesamten Gebäude verteilt. Für die Zwecke dieser belehrenden Besprechung wird angenommen, daß die Versorgung für den Abfragemodus im gesamten Gebäude nicht vollständig ist; d. h. daß der Abfragemodus nur in gewissen definierten Bereichen des Gebäudes zur Verfügung steht. Diese Annahme ist gerechtfertigt, da der Abfragemodus im Allgemeinen zur Identifizierung von Etiketten benutzt wird, wenn sie an einem bestimmten Ort (wie beispielsweise einer Türöff nung usw.) vorbeikommen. Es wird weiterhin angenommen, daß für die Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi gewünscht wird, soviel wie praktisch möglich des Gebäudes abzudecken. So wird gewünscht, Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsdienste für jeden im Gebäude bereitzustellen.
Bezugnehmend auf den Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodus wäre ein Verfahren, genug Abfragevorrichtungen zu plazieren, um jeden Punkt im Gebäude in die Funkversorgungsbereiche von mindestens drei Abfragevorrichtungen zu übersetzen. Um dann den Ortungsmodus zu implementieren, könnte ein Triangulationsverfahren auf Grundlage der empfangenen Signalstärke des Aufwärtssignals benutzt werden. Obwohl dieses Verfahren heute oft für Ortungsdienste im Freien benutzt wird, könnte dies für ein System im Gebäude als übermäßig kostspielig angesehen werden, da relativ viele Abfragevorrichtungen erforderlich sein würden. Auch ist die Funkausbreitung im Gebäude im allgemeinen durch Mehrwegeausbreitung beherrscht und das Triangulationsverfahren ist daher nicht sehr genau.
Nach einem anderen Verfahren werden Abfragevorrichtungen „teilweise überlappend" angeordnet, sodaß sich jeder Punkt im Gebäude im Funkversorgungsbereich mindestens einer Abfragevorrichtung befindet. Bei dieser Konfiguration kann ein relativ einfacher Ortungsmodus implementiert werden, wobei die Genauigkeit des Ortungsmodus mit dem Versorgungsbereich einer Abfragevorrichtung vergleichbar ist.
Nunmehr wird besprochen, wie der Ortungsmodus für den Fall zu implementieren ist, wenn die Abfragevorrichtungen „teilweise überlappend" eingesetzt werden. Man nehme an, daß sich das zu ortende Etikett innerhalb der Abwärtsreichweite wie oben besprochen befindet. Dann kann dieses Etikett das Abwärtssignal mit der Etikettenadresse empfangen. Sobald dieses Etikett feststellt, daß die Abwärtsnachricht für es bestimmt ist, überträgt das Etikett (gemäß einem bestimmten Protokoll, siehe unten) eine Aufwärtsbestätigungsnachricht, die bei einer Ausführungsform ein Bestätigungs-Dauerton ist. Die Einzelheiten der Erzeugung und Übertragung dieses Tons werden unten besprochen. Dieses Aufwärtssignal wird von der Abfragevorrichtung empfangen.
Die gewöhnlichste Antennenkonfigurationsunterstützung des obigen Szenarios besteht darin, daß die Abwärts-Sende- und Aufwärts-Empfangsantennen beide allgemein rundstrahlend sind. Beispielsweise könnte eine Antenne bei 2,45 GHz (wo solche Systeme genutzt werden können) ein sich von einer runden Masseebene (wie beispielsweise einem Metallstück) nach unten erstreckender Viertelwellenlängen-Monopol sein; eine solche Antenne könnte in der Decke befestigt sein und das Antennendiagramm würde allgemein rundstrahlend sein, wobei jedoch der Hauptteil des Antennendiagramms im Raumvolumen unterhalb der Masseebene liegen würde.
6 zeigt eine solche Konfiguration. Die Antenne (605) ist in einen Radom (606) oder eine Kunststoffhülle eingeschlossen, um die Antenne vor Schaden zu schützen und die Ästhetik zu verbessern.
Ein alternativer Aufbau ist in 7 dargestellt, wo das Gebäude eine Doppeldecke (702) aufweist. Da die meisten Doppeldecken nicht viel HF-Strahlung absorbieren, ist es möglich, die Masseebene (704) oberhalb der Doppeldecke anzuordnen, wobei der Radom nach unten durch die Doppeldecke hervorsteht. Dann ist der einzige Teil der Antenne, der sichtbar ist, der Radom, der nur einige 2–3 Zoll im Durchmesser oder auch weniger betragen kann. So ermöglicht diese Konstruktion, daß die Antennen sehr unauffällig sind. Die in 6 und 7 dargestellte Antennenkonfiguration wird als die „Rundstrahl-" Antennenkonfiguration bezeichnet.
So ist im allgemeinen das „Rundstrahl"-Antennendiagramm für sowohl Abwärts- als auch Aufwärtsnachrichten für die Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodi nützlich. Für den Abfragemodus ist es üblich, daß eine Richtantenne benutzt wird, um ein bestimmtes Raumvolumen zu definieren, in dem der Abfragemodus zur Verfügung steht. 8 zeigt ein Konzept, wie unterschiedliche Antennendiagramme zur Unterstützung des Abfragemodus benutzt werden könnten. Die Abwärts- (bzw. Sende-) Antenne (801) könnte rundstrahlend sein; während die Aufwärts- (bzw. Empfangs-) Antenne (802) gerichtet sein könnte. Die Abwärtsantenne (801) von dieser Abfragevorrichtung könnte daher Abwärtssignale für jede der drei Betriebsmodi übertragen; während die Aufwärtsantenne (802) (in der Richtkonfiguration) das Aufwärtssignal von dem Etikett im Abfragebetrieb empfangen könnte.
9 und 10 zeigen zwei Weisen, auf die unterschiedliche Empfangsantennen benutzt werden können. 9 zeigt, daß die Ausgaben der Rundstrahl-Empfangsantenne (902) und der Richt-Empfangsantenne (903) linear kombiniert werden. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, daß das System einfach und kostengünstig ist, und in der Lage ist, Aufwärtssignale von beiden Antennen zu empfangen. Es weist jedoch den Nachteil eines Verlusts von mindestens 3 dB auf, wenn das Signal von nur einer der Antennen kommt. 10 zeigt einen einfachen Umschaltmechanismus zur Verwendung eines Schalters (1002) zum Umschalten von der Rundstrahl-Empfangsantenne (1003) zu der Richt-Empfangsantenne (1004). Dies weist den Vorteil auf, daß der Verlust von 3 dB eliminiert wird (in der Annahme, daß der Schalter einen vernachlässigbaren Verlust aufweist), und den Nachteil einer komplizierteren und kostspieligeren Abfragevorrichtungskonstruktion.
Übergänge zwischen Modi
Oben wurde besprochen, wie Kommunikationen mit einem Etikett in einem Modus beginnen und in einen anderen Modus übergehen könnten, auf Grundlage der zu übertragenden Datenmenge und der empfangenen Signalstärke des Aufwärtssignals. Bezugnehmend auf 2 kann beispielsweise das Signalstärkesignal (214), das in der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgabe des Unterträgerdemodulators (212) ist, vom Prozessor (200) dazu benutzt werden, zu bestimmen, ob ein ausreichendes Signal-Rauschverhältnis zur Unterstützung der vom Abfragemodus erforderten höheren Aufwärts-Datenrate besteht. Es sollte klar sein, daß der Signalstärkeanzeiger (214) auch eine Ausgabe des Filterverstärkers (210) sein könnte oder sogar dem Ausgang (209) des Mischers (208) entnommen sein könnte.
Ein weiterer Übergang könnte vom Ortungsmodus zum Abfragemodus stattfinden. Von der Abfragevorrichtung könnte ein Ortungsmodus-Abfragesignal übertragen werden und der Signalstärkeanzeiger (214) könnte dazu benutzt werden, zu bestimmen, ob ein ausreichendes Signal-Rauschverhältnis zur Unterstützung der vom Abfragemodus erforderten höheren Aufwärts-Datenrate besteht. Bei einem weiteren Übergang nehme man an, daß ein Etikett unter Verwendung des Abfragemodus identifiziert wird und Datenkommunikation mit diesem Etikett beginnt. Während dieser Datenkommunikation zeigt die Aufwärts-Fehlerrate (die vom Prozessor (200) bestimmt wird, der einen Fehlererkennungscode für jede Aufwärtsnachricht berechnet) an, daß das Signal-Rauschverhältnis zur Unterstützung der Aufwärtsdatenrate im Abfragemodus nicht groß genug ist. Dann kann die Datenkommunikation unter Verwendung des Nachrichtenübermittlungsmodus weitergehen, aber mit sehr verringerter Aufwärts-Datenrate.
RFID-Protokollarchitektur
Es wird nunmehr ein Protokoll zur Kommunikation zwischen den Abfragevorrichtungen (103) und den Etiketten (105) umrissen, das die obigen Betriebsmodi unterstützt. In einem typischen RFID-Kommunikationssystem sind die Abfragevorrichtungen die „Master" und die Etiketten sind die „Slaves". Die Etiketten können mit den Abfragevorrichtungen nur dann kommunizieren, wenn die Abfragevorrichtungen diese Kommunikationen anfordern. Man teile daher Zeit in logische „Rahmen" ein, wobei ein Rahmen erste Kommunikationen von der Abfragevorrichtung zum Etikett und dann Kommunikationen von den Etiketten zu den Abfragevorrichtungen enthält. 11 zeigt einen allgemeinen Umriß des Rahmenaufbaus; es sind zwei Rahmen, Rahmen A und Rahmen B dargestellt. Im Rahmen A (1110) kommuniziert die Abfragevorrichtung mit dem Etikett während der Abwärtsverbindung D_A (1101); bei Vollendung der Abwärtsverbindung D_A kommuniziert das Etikett mit der Abfragevorrichtung während der Aufwärtsverbindung U_A (1103). Auf ähnliche Weise besteht der Rahmen B aus der Abwärtsverbindung D_B (1102) und dann Aufwärtsverbindung U_B (1104).
12 zeigt, wie die Abwärtsverbindung D_A (1101) aufgebaut sein könnte. Als erstes könnte eine Reihe von Synchronbit (1210) gesendet werden; dadurch kann sich das Etikett auf den Takt der Abfragevorrichtung aufsynchronisieren. Als nächstes könnte ein Befehlsbitfeld (1220) gesendet werden; dieser Befehl würde das Etikett anweisen, welcher Betriebsmodus angefordert wird. Dann würde eine Datennachricht (1240) gesendet werden; diese Datennachricht würde Daten für jedes einzelne Etikett enthalten, wie beispielsweise Taktdaten, Rahmensynchronisationsinformationen usw. Das letzte Feld ist das Fehlererkennungsfeld (1250); dies würde Fehlererkennung für die Abwärtsnachricht bereitstellen und könnte in Abhängigkeit von der Anzahl von übertragenen Bit auch ein gewisses Maß an Fehlerkorrektur bieten. Dies sind die in diesem veranschaulichenden Beispiel erforderlichen Felder für den Abfragemodus. Bei einer weiteren Ausführungsform des Abfragemodus könnten das Synchronisationsfeld (1210) und Befehlsfeld (1220) kombiniert sein und ein explizites Fehlererkennungsfeld (1250) ist möglicherweise nicht erforderlich.
Beim Ortungsmodus wird ein bestimmtes Etikett adressiert; so ist ein zusätzliches Feld, nämlich ein Etikettadressenfeld (1230) erforderlich. Dieses Feld wird von den Etiketten dazu benutzt, zu bestimmen, welches bestimmte Etikett adressiert wird. Für den Nachrichtenübermittlungsmodus könnten alle in 12 gezeigten Felder vorhanden sein.
13 zeigt, wie die Aufwärtsverbindung U_A (1103) aufgebaut sein könnte. Die Aufwärtsverbindung U_A könnte beispielsweise in acht „Schlitze" eingeteilt sein. Die drei Betriebsmodi (Abfrage, Nachrichtenübermittlung und Ortung) teilen sich die acht Schlitze. Dieses Teilen kann auf verschiedene Weisen geschehen. Das einfachste Teilungsverfahren ist der reine Zeitmultiplex. Bei diesem Verfahren überträgt die Abfragevorrichtung zuerst die Abwärtsverbindung D_A (1101). Mit dieser Nachricht werden die Etiketten (105) angewiesen, beispielsweise im „standardmäßigen" Abfragemodus zu antworten. In diesem Modus übertragen die Etiketten ihre Aufwärtsinformationen mehrere Male in zufallsmäßig gewählten Zeitschlitzen. Die Anzahl von Zeitschlitzen, in denen die Aufwärtsinformationen übertragen werden und die Anzahl von Zeitschlitzen, über die die gesamte Transaktion hinweg dauert, werden beide durch Wahrscheinlichkeitsargumente auf Grundlage der Anzahl von Etiketten, die im Anzeigefeld zu unterstützen sind, der durch die Transaktion erforderlichen Zeit usw. bestimmt. Zur Darstellung dieses Verfahrens zeigt die 13 ein Etikett, das Aufwärtsinformationen UI1 (1311) während des Schlitzes 2 (1302) und UI2 (1312) während des Schlitzes 6 (1306) überträgt. Mit diesem Verfahren können mehrere Etiketten mit ihren Aufwärtsinformationen während des gleichen Rahmens oder des gleichen Satzes von Rahmen antworten.
Für den Nachrichtenübermittlungsmodus überträgt die Abfragevorrichtung Abwärtsverbindung D_A (1101), deren Befehlsfeld (1220) die Etiketten anweist, daß der Nachrichtenübermittlungsmodus gewünscht wird, und auch alle Etiketten anweist, weiterhin Abwärtsverbindung D_A (1101) abzuhören, sodaß jedes bestimmen kann, ob seine Adresse mit der in dem als nächstes zu übertragenden Etikettenadreßfeld (1230) enthaltenen übereinstimmt. Das Etikett, dessen Adresse im Etikettadressenfeld (1230) vorhanden ist, antwortet dann durch Übertragung einer Aufwärtsnachricht. In der 13 ist dargestellt, daß die Nachricht UM1 (1313) in allen acht Schlitzen übertragen wird. Der Grund dafür, daß alle acht Schlitze benötigt werden könnten, liegt in der Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses dieses Aufwärtssignals, sodaß die Aufwärtsverbindung im Nachrichtenübermittlungsmodus mit der Abwärtsreichweite vergleichbar ist.
Für den Ortungsmodus überträgt die Abfragevorrichtung Abwärtsverbindung D_A (1101), deren Befehlsfeld (1220) die Etiketten anweist, daß der Ortungsmodus gewünscht wird, und auch alle Etiketten anweist, weiterhin die Abwärtsverbindung D_A (1101) abzuhören, sodaß jedes bestimmen kann, ob seine Adresse der in dem als nächstes zu übertragenden Etikettenadressenfeld (1230) enthaltenen entspricht. Das Etikett, dessen Adresse im Etikettadressenfeld (1230) vorhanden ist, antwortet dann durch Übertragung einer Aufwärtsnachricht. In der 13 ist dargestellt, daß die Nachricht UL1 (1314) in allen acht Schlitzen übertragen wird. Diese Aufwärtsnachricht verwendet alle acht Schlitze aus dem gleichen Grund wie oben für den Nachrichtenübermittlungsmodus besprochen. Mit Verwendung dieses Verfahrens können sich Nachrichten im Abfragemodus wie beispielsweise UI1 und UI2 die Aufwärtsverbindung U_A (1103) durch Übertragung in unterschiedlichen Schlitzen teilen.
Nach dem oben gezeigten „standardmäßigen" Abfragemodus mag die Abfragevorrichtung wünschen, Daten von einem bestimmten Etikett in der Aufwärtsdatenrate des Abfragemodus zu empfangen. Dies könnte auf verschiedene Weise geschehen. In einer Ausführungsform könnte die Abfragevorrichtung ein Abfragesignal an alle Etiketten übertragen, wie es im „standardmäßigen" Abfragemodus geschieht, das eine bestimmte Etikettadresse (1230) enthält. Mit diesem Abfragesignal wird dieses bestimmte Etikett angewiesen, mit bestimmten Daten zu antworten, wobei die Identität der angeforderten Daten im Datennachrichtenfeld (1240) angegeben wird, und den in 13 gezeigten Aufwärts-Schlitzmechanismus zu verwenden; d. h. die erforderten Daten nur in einer Teilmenge der verfügbaren Schlitze zu übertragen. Andere Etiketten im Bereich des Abfragemodussignals könnten mit ihren Zwangsdaten in anderen der verfügbaren Schlitze antworten, oder das Abfragesignal könnte diese anderen Etiketten anweisen, stumm zu bleiben. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein bestimmtes Etikett durch das Abfragesignal angewiesen, die angeforderten Daten in allen der in 13 gezeigten Schlitzen zu übertragen, und auch alle anderen Etiketten im Bereich des Abfragesignals angewiesen, solange stumm zu bleiben, bis ein anderes Abfragesignal mit anderen Anweisungen empfangen wird.
Die nächste zu besprechende Frage ist, wie ein System alle drei Betriebsmodi unter Verwendung der gleichen Abfragevorrichtungen unterstützen kann. Zur Lösung dieser Frage gibt es mehrere Ausführungsformen; die beiden hier offenbarten Ausführungsformen bedeuten die Verwendung von a) Zeitmultiplexzugriff und b) Frequenzmultiplexzugriff.
Bei einem TDMA-Ansatz (Time Division Multiple Access – Zeitmultiplexzugriff) sind die Aufwärtssignale zeitlich geteilt. Nach der Darstellung in 1 kommuniziert jede Abfragevorrichtung mit dem Anwendungsprozessor über ein drahtgebundenes oder drahtloses LAN. Das LAN liefert sowohl Zeitgabeinformationen als auch Datenübertragung zu und von den Abfragevorrichtungen. Eine Menge von Abfragevorrichtungen, die sich im Funkkontakt miteinander befinden, sollen als in der gleichen Domäne befindlich klassifiziert werden. Im Funkkontakt befindlich soll als die in 5 gezeigten maximalen Reichweiten definiert werden, bei denen eine Abfragevorrichtung nicht die Reichweiten irgendeiner anderen Abfragevorrichtung überlappt; diese Abfragevorrichtung befindet sich in einer getrennten Domäne von den anderen Abfragevorrichtungen. Beispiele von Domänen könnten ein Geschoß eines Gebäudes sein, oder eine Teilmenge eines Geschosses eines Gebäudes, die von anderen Teilmengen HF-mäßig getrennt ist. Innerhalb jeder Domäne ist erwünscht, daß alle Abfragevorrichtungen zeitlich synchronisiert arbeiten.
Es gibt alternative Ausführungsformen für die Aufwärtsstrecke. Bei einer Ausführungsform arbeiten beispielsweise alle Abfragevorrichtungen in jeder Domäne im gleichen Modus wie jedes Aufwärtssignal (z. B. 1103). Diese Ausführungsform wird TDMA (Time Division Multiple Access – Zeitmultiplexzugriff) genannt, da die Zeitperiode des Aufwärtssignals (1103) zeitlich zwischen drei Betriebsmodi geteilt wird.
Die Abfragevorrichtung kann gleichzeitig mit den anderen zwei Modi vorangehen; so benutzt der Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodus TDMA zur gemeinsamen Benutzung der Zeitperiode des Aufwärtssignals (1103). Der Abfragemodus und die anderen zwei Modi können sich die Zeitperiode des Aufwärtssignals (1103) durch Verwendung von FDMA (Frequency Division Multiple Access – Frequenzmultiplexzugriff) teilen. Um FDMA zu bewirken, ist zu bemerken, daß die Frequenzquelle für den Unterträger (308) typischerweise ein Quarz ist, der auch zur Bereitstellung des Takt-Bezugssignals für den Prozessor benutzt wird. Im obigen „Schmalbandbetriebs"-Abschnitt war die Frequenzquelle (308) ein 32-kHz Quarz, der wegen seiner geringen Kosten gewählt wurde, und die Unterträgerfrequenz wurde aus dem 32-kHz-Signal abgeleitet. Es ist zu bemerken, daß die Modulatorsteuerung (307) mit einer einfachen Erweiterung der Schaltungen die Erzeugung von mehr als einer Unterträgerfrequenz unterstützen könnte. Das Etikett könnte auf Grundlage der Informationen im Befehl (1220) des Abwärtssignals dahingehend angewiesen werden, welche von (möglicherweise mehreren) Unterträgerfrequenzen zur Übertragung ihrer Aufwärtssignale zu verwenden sind. Auf diese Weise könnte mehr als ein Etikett ein Aufwärtssignal zur gleichen Zeit übertragen, da die Abfragevorrichtung Aufwärtssignale auf mehreren Unterträgerfrequenzen zur gleichen Zeit decodieren könnte (siehe unten). Mit Verwendung von FDMA wie oben umrissen, könnte ein Etikett auf ein Abfragemodussignal antworten und zur gleichen Zeit könnte ein anderes Etikett auf ein Ortungsmodussignal auf einer anderen Unterträgerfrequenz antworten. Die Plazierung der Unterträgerfrequenz zum Ermöglichen einer kostengünstigen Etikett- und Abfragevorrichtungskonstruktion wird unten besprochen. Es ist zu bemerken, daß die Verwendung von 32 kHz als Quarzfrequenz nur ein Beispiel möglicher Quarzfrequenzen ist.
Etikettkonstruktion
Die Grundfunktion eines RFID-Etiketts bei Verwendung von MBS-Technik wird oben besprochen. Vorliegend werden bestimmte Verfahren zur Unterstützung der drei oben besprochenen Betriebsmodi offenbart. Wenn das Etikett auf ein Ortungsmodussignal zu antworten wünscht, erzeugt die Modulatorsteuerung (307) eine Unterträgerfrequenz f_s. Bei einer unten beschriebenen Ausfüh rungsform ist das Unterträgerfrequenzsignal nicht mit Daten moduliert und dieses Signal wird zum Anlegen von abwechselnden Zuständen von Vorspannungsstrom an die Detektor/Modulator-Diode (302) benutzt, und dadurch die Impedanzanpassung zwischen der Antenne und der Diode bei der Unterträgerfrequenz f_s geändert.
Man nehme an, daß während des Aufwärtssignals die Abfragevorrichtung einen reinen Dauerton der Frequenz f_c überträgt. Wenn die Detektor/Modulator-Diode (302) abwechselnd bei der Frequenz f_s in Sperrichtung und in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, dann liegt das reflektierte Signal auf Frequenz (f_c – f_s) und (f_c + f_s) (Oberschwingungen dieses Mischvorganges werden außer acht gelassen). Wenn dieses Signal von der Abfragevorrichtung empfangen wird, sind die Ergebnisse des Unterträgerdemodulators (212) ein Einzelton mit Frequenz f_s. Die Gegenwart oder Abwesenheit dieser Unterträgerfrequenz wird dann dazu benutzt, zu bestimmen, ob eine Bestätigung empfangen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform erzeugt die Modulatorsteuerung (307) eine Unterträgerfrequenz f_s und moduliert dann Daten mit sehr niedriger Bitrate auf diesen Unterträger auf. Das sich ergebende modulierte Unterträgersignal wird zum Anlegen von abwechselnden Zuständen von Vorspannungsstrom an die Detektor/Modulator-Diode (302) benutzt, wodurch die Impedanzanpassung zwischen der Antenne und der Diode so geändert wird, daß ein reflektiertes Signal mit der Unterträgerfrequenz f_s moduliert mit Daten erzeugt wird. Diese letztere Ausführungsform könnte dazu benutzt werden, daß das Etikett zusätzlich zur einfachen Übertragung eines Dauertons Informationen betreffs seines Zustandes überträgt. In beiden Fällen könnte die Signalstärke des Empfangssignals zur Bestimmung des Ortes des Etiketts benutzt werden.
Wenn das Etikett auf den Abfrage- oder Nachrichtenübermittlungsmodus zu antworten wünscht, dann wird ein Informationssignal (306) auf die Unterträgerfrequenz f_s auf moduliert. Diese Modulation könnte unter Verwendung einer Anzahl von Verfahren durchgeführt werden; für die Zwecke der vorliegenden Besprechung wird jedoch angenommen, daß entweder BPSK- oder QPSK-Modulation benutzt wird. Wenn dieses Signal von der Abfragevorrichtung empfangen wird, sind die Ergebnisse des Unterträgerdemodulators (212) ein auf einen Träger mit Frequenz f_s aufmoduliertes BPSK- oder QPSK-Signal. Das BPSK- oder QPSK-Signal wird dann aus dem Unterträger f_s demoduliert, um das Informationssignal (211) wiederzugewinnen. Im Abfragemodus besitzt das Informationssignal (211) eine Bitrate von 50 kbps-300 kbps; während für den Nachrichtenübermittlungsmodus eine viel niedrigere Bitrate (wie unten besprochen) benutzt wird. Die Schaltungen in der Modulatorsteuerung (307) zum Implementieren der Fähigkeit des Aufmodulierens unterschiedlicher Informationssignaldatenraten auf die Unterträgerfrequenz f_s können einfache Konstruktionen sein.
Konstruktion der Abfragevorrichtung
Nunmehr wird besprochen, wie eine Abfragevorrichtung (103) zu implementieren ist, die zur Unterstützung der drei Betriebsmodi fähig ist. Das reflektierte Signal wird von der Empfangsantenne (206) empfangen und vom rauscharmen Verstärker (207) verstärkt. Dann wird vom Mischer (208) der Homodynempfang durchgeführt. Der Mischer (208) sollte sowohl I (gleichphasige) als auch Q (quadraturphasige) Komponenten des demodulierten Signals erzeugen. Wie oben besprochen, können diese Signale an mehreren unterschiedlichen Punkten im System wieder kombiniert werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der genaue Platz und das genaue Verfahren für diese Wiedervereinigung nicht kritisch. Es wird daher angenommen, daß diese Signale vom Filterverstärker (210) unter Verwendung eines beliebigen einer Anzahl von herkömmlichen Kombinationsverfahren vor dem Filterungsvorgang wieder kombiniert werden.
Zum Implementieren einer zur Unterstützung der drei Betriebsmodi fähigen Abfragevorrichtung (103) muß Sorgfalt bei der Filterung des Empfangssignals, der Auswahl der Unterträgerfrequenz und der Demodulationsverfahren ausgeübt werden. Man betrachte zuerst die Auswahl der Unterträgerfrequenz im allgemeinen. Der Unterträger muß hinsichtlich mehrerer Kriterien ausgewählt werden. Wie oben besprochen, müssen MBS-Systeme „Reflektionsrauschen" verkraften, d. h. von der Abfragevorrichtung übertragene HF-Signale, die von Gegenständen im HF-Feld reflektiert werden. Von einigen Gegenständen wie beispielsweise Leuchtstofflampen werden HF-Signale mit Oberschwingungen der Wechselstromnetzfrequenz sowohl moduliert als auch reflektiert. Der Unterträger sollte daher so gewählt werden, daß soviel wie möglich des Reflektionsrauschens vermieden wird.
Durch Experimente ist bestimmt worden, daß Reflektionsrauschen verringert wird, wenn die Unterträgerfrequenz größer als 100 kHz ist. Man nehme daher an, daß die Unterträgerfrequenz f_s 100 kHz oder höher ist.
Der zweite, in Betracht zu ziehende Faktor ist die Leichtigkeit der Erzeugung der Unterträgerfrequenz im Etikett. Quarze sind mit Mehrfachen von einem Megahertz und auch mit „ungeradzahligen" Frequenzen wie beispielsweise 3,5795 MHz erhältlich, die weitläufig verfügbar sind, da sie in Farbfernsehern benutzt werden. Man nehme an, daß ein Quarz mit 8 MHz gewählt wird; dann sind Schaltungen zum Herunterzählen der 8 MHz auf eine Unterträgerfrequenz f_s von 1 oder 2 MHz einfach.
Die Unterträgerfrequenz sollte aus zweierlei Gründen nicht zu hoch gewählt werden. Als erstes sind Quarze im allgemeinen teurer mit höheren Frequenzen. Zweitens wird die Demodulation des Informationssignals aus dem Unterträger komplizierter, je höher die Unterträgerfrequenz; z. B. wenn das Unterträgersignal abgetastet wird, ist die erforderliche Abtastrate proportional zur Unterträgerfrequenz. So wird eine hohe Unterträgerfrequenz mehr kostspielige Analog-Digitalwandler erfordern und (beispielsweise) einen leistungsfähigeren Digitalsignalprozessor zum Verarbeiten dieser Abtastwerte. Es wird angenommen, daß eine Unterträgerfrequenz von mehr als 100 kHz und weniger als 2 MHz einen guten Kompromiß darstellt.
Bei Verwendung einer TDMA-Aufwärtsstrecke wird dann die gleiche Unterträgerfrequenz f_s für alle drei Betriebsmodi benutzt. Dann kann der Filterverstärker (210) in der 2 für alle drei Modi auf die gleiche Frequenz zentriert sein. Die Bandbreite des Filterverstärkers (210) würde so ausgelegt sein, daß sie breit genug ist, das Signal mit der größten Bandbreite durchzulassen, das das Aufwärtssignal aus dem Abfragemodus ist. Man nehme beispielsweise ein Aufwärtssignal von 100 kbps mit QPSK-Modulation an; dann beträgt die Signalbandbreite 100 kHz. Das gefilterte Aufwärtssignal wird dann zum Unterträgerdemodulator (212) gesendet. Für den Abfragemodus wird (beispielsweise) das QPSK-Informationssignal mit 100 kbps mit herkömmlichen Verfahren aus der Unterträgerfrequenz demoduliert. Für den Ortungs- und Nachrichtenübermittlungsmodus ist zusätzliche Verarbeitung im Unterträgerdemodulator (212) erforderlich. Wie oben erwähnt, beträgt die Bandbreite des Informationssignals im Abfragemodus (beispielsweise) 100 kHz. Zum Schätzen der Bandbreite des Aufwärtssignals für den Nachrichtenübermittlungsmodus nehme man an, daß jeder „Rahmen" eine solche Zeitdauer aufweist, daß der Aufwärtsteil des Rahmens wie beispielsweise U_A (1203) von einer Dauer von rund 100 ms ist. Man nehme weiterhin an, daß im Nachrichtenübermittlungsmodus insgesamt 4 Bit Informationen übertragen werden. So beträgt die effektive Bitrate 40 bps; bei Verwendung von (beispielsweise) QPSK-Modulation beträgt die Signalbandbreite 40 Hz. So ist die Ausgabe des Filterverstärkers (210) 2500 mal größer als die, die für den Nachrichtenübermittlungsmodus erforderlich ist, oder anders gesagt, ist die Rauschbandbreite des ankommenden Signals für den Nachrichtenübermittlungsmodus (100 kHz) um 34 dB größer als die hier benötigten 40 Hz, wodurch die effektive Reichweite des Nachrichtenübermittlungsmodus sehr verringert wird. Um diese verlorene Reichweite wiederzugewinnen, können die oben besprochenen Schmalbandverfahren benutzt werden. Für den Ortungsmodus ist das Aufwärtssignal ein Dauerton. So beträgt in diesem Beispiel die effektive „Datenrate" 10 bps und die belegte Signalbandbreite beträgt (in Abwesenheit von Dopplerverschiebungen) 10 Hz. So ist die Rauschbandbreite des vom Filterverstärker (210) kommenden Signals (100 kHz) um 40 dB größer als die hier erforderlichen 10 Hz, was zu einer großen Verringerung der Reichweite führt. Wiederum müssen Schmalbandfilterungsverfahren zum Verringern der Rauschbandbreite und Wiedergewinnen der erforderlichen Reichweite für den Ortungsmodus benutzt werden. Da der Unterträgerdemodulator (212) sowohl ein 100 kbps-Signal demodulieren und auch ein Signal mit viel geringerer Bandbreite filtern und demodulieren muß, wird daher vorteilhafterweise ein DSP als Unterträgerdemodulator (212) benutzt; dies würde zweckdienlich sein, da die empfangene Signalstärke für sowohl den Ortungs- als auch den Nachrichtenübermittlungsmodus erforderlich ist. Wenn ein DSP benutzt wird, dann sind Analog-Digitalwandler erforderlich; diese sind jedoch in der 2 nicht ausdrücklich dargestellt.
Diese Operationen können wie folgt implementiert werden. Vom Filterverstärker (210) würde das empfangene Signal anfänglich mit einer ausreichenden Bandbreite von z. B. 100 kHz für das Abfragemodussignal (1407, siehe 14) gefiltert werden. Der Unterträgerdemodulator könnte als DSP oder als eine Kombination einer Spezial-ASIC (Application Specific Integrated Circuit – anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und eines DSP implementiert werden. Die Spezial-ASIC könnte zum Demodulieren des Abfragemodussignals (1407) benutzt werden, da keine zusätzliche Filterung erforderlich sein würde. Für das Nachrichtenübermittlungsmodus- oder Ortungsmodussignal (1406) würde wahrscheinlich ein DSP erforderlich sein, da zusätzliche Schmalbandfilterung benötigt wird, um die Rauschbandbreite auf entweder 40 Hz oder 10 Hz zu verringern. Ein DSP könnte auf einfache Weise zum Implementieren einer oder der anderen dieser zwei Filterbandbreiten programmiert werden. Sollten Daten aus diesem Unterträgersignal demoduliert werden müssen, könnte diese Demodulation vom DSP unter Verwendung bekannter Verfahren auf einfache Weise implementiert werden. Als Alternative könnte der DSP alle obigen Funktionen, aber nur eine zu einer Zeit durchführen. Die Demodulation des Abfragemodussignals wäre für den DSP einfach und es würde keine zusätzliche Filterung erforderlich sein. Auch könnte der DSP zusätzliche digitale Filterung und (wenn nötig) Demodulation, wie oben für die Nachrichtenübermittlungs- und Ortungsmodi besprochen, durchführen.
Bei Verwendung einer FDMA-Aufwärtsverbindung wird eine Unterträgerfrequenz f_s1 für den Abfragemodus und eine andere Unterträgerfrequenz f_s2 für die Nachrichtenübermittlungs- und Ortungsmodi, wie in 14 gezeigt, benutzt. Der Filterverstärker (210) in der 2 könnte so ausgelegt sein, daß er die beiden in der 14 gezeigten Signale durchläßt. Dann muß der Unterträgerdemodulator (212) zur gleichzeitigen Verarbeitung beider Aufwärtssignale fähig sein. Man nehme an, daß die Signalbandbreite im Abfragemodus (1403) wie oben 100 kHz beträgt und sich auf der Unterträger frequenz f_s1 (1401) befindet. Man nehme ebenfalls an, daß die Signalbandbreite im Nachrichtenübermittlungsmodus (1404) wie oben 40 Hz beträgt, und auf die Unterträgerfrequenz f_s2 (1402) zentriert ist.
15 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Unterträgerdemodulators zum Implementieren von FDMA. Ein Filter f_s1 (1501) ist so ausgelegt, daß sein Frequenzgang um die Unterträgerfrequenz f_s1 herum zentriert ist, und dieses Filter wird in Verbindung mit einem Demodulator für hohe Datenraten (1503) zur Wiedergewinnung des Signals mit hoher Datenrate (1505) benutzt, die das Aufwärtssignal aus dem Abfragemodus (1407) ist. Ein Filter f_s2 (1502) ist so ausgelegt, daß sein Frequenzgang um eine Unterträgerfrequenz f_s2 herum zentriert ist, und dieses Filter wird in Verbindung mit einer Demodulation für niedrige Datenraten (1504) zur Wiedergewinnung des Signals mit niedriger Datenrate (1506) benutzt, das das Aufwärtssignal aus dem Nachrichtenübermittlungs- oder Ortungsmodus (1406) ist. Da die Bandbreiten des Nachrichtenübermittlungs- oder des Ortungsmodus einander relativ ähnlich sind, wird angenommen, daß die gleiche Vorrichtung, ein Demodulator mit niedriger Datenrate (1504), zum Demodulieren jedes Signals benutzt werden kann.
Auf Grundlage des Obigen könnte die Plazierung der Unterträgerfrequenz f_s2 folgende sein. Angenommen, das Filter f_s1 ist ein angepaßtes Filter (sin x/x). Angenommen, die Unterträgerfrequenz f_s2 befindet sich an der ersten Null dieses Filters (siehe Frequenzgang des angepaßten Filters (1505))). Mit dieser Position von f_s2 wird die Gegenwart des Nachrichtenübermittlungs- oder Ortungs-Aufwärtssignals durch das Filter f_s1 (1501) stark gefiltert und so ist es unwahrscheinlich, daß dieses Signal den Demodulator mit hoher Datenrate (1503) stört. Es ist unwahrscheinlich, daß das auf der Unterträgerfrequenz f_s2 zentrierte Aufwärtssignal im Abfragemodus das Nachrichtenübermittlungs- oder Ortungs- Aufwärtssignal stört, da das Filter f_s2 sehr schmalbandig ist.
Der Unterträgerdemodulator (212) könnte in einem DSP implementiert sein, angenommen, daß der DSP leistungsfähig genug ist, alle Funktionen der 15 in Echtzeit zu verarbeiten. Auch wäre die Verwendung eines DSP zweckdienlich, da die empfangene Signalstärke sowohl für Ortungs- als auch für Nachrichtenübermittlungsmodus erforderlich ist. Wenn ein DSP benutzt wird, dann sind auch Analog-Digitalwandler erforderlich; diese sind jedoch in der 2 oder in der 15 nicht ausdrücklich dargestellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform könnte ein DSP zum Implementieren sowohl des Filters f_s2 (1502) als auch des Demodulators mit niedriger Datenrate (1504) benutzt werden; diese Ausführungsform wurde oben in der TDMA-Besprechung umrissen. Ungeachtet der Implementierungsform muß der Demodulator mit niedriger Datenrate (1504) auch die Signalstärke (1507) des empfangenen Signals zur Bereitstellung dieser Information für ein zentrales Steuerelement ausgeben, sodaß der Ort eines Etiketts bestimmt werden kann.
Protokollparameter-Wahlmöglichkeiten
Nunmehr wird betrachtet, wie die im obigen Protokoll umrissenen verschiedenen Parameter zu wählen sind. Die wichtigsten treibenden Faktoren in diesen Wahlmöglichkeiten sind a) wie viele Etiketten müssen im Abfragemodus im Anzeigefeld zur gleichen Zeit unterstützt werden, b) mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Etiketten durch das Anzeigefeld, und c) was ist die maximale Reichweite, die der Abfragemodus betreiben muß; Faktoren a), b) und c) spielen alle ihren Teil an der Bestimmung des kritischsten Faktors, nämlich die Zeitdauer eines Rahmens. Man nehme an, in jeder Domäne wird TDMA benutzt. So „konkurrieren" die drei Betriebs modi um Funkzeit. Angenommen, der Anwendungsprozessor (101) sendet folgende Anweisungen zu allen Abfragevorrichtungen in einer Domäne. Als erstes, Abfragemodus weiter unterstützen, sodaß alle sich in das Aufwärts-Antennendiagramm (siehe 804, 8) hineinbewegende Etiketten abgefragt werden. Zweitens Bestimmen des Ortes von Etikett 12345. Drittens, Textnachricht zum Etikett 23456 senden. Da Etiketten zu jeder Zeit in das Aufwärts-Antennendiagramm (804) des Abfragemodus eintreten können, muß die Abfragevorrichtung regelmäßig einen Abfragerahmen übertragen, d. h. ein Abwärtssignal, das Etiketten im Aufwärts-Antennendiagramm (804) auffordert, dem Abfragemodus zu antworten. Die Häufigkeit der regelmäßigen Übertragungen von Abfragerahmen beruht auf Faktoren a), b) und c). Angenommen, zum Erreichen der Erfordernisse des Abfragemodus ist bestimmt worden, daß jeder zweite Rahmen ein Abfragerahmen sein muß. Dann kann nach dem ersten Abfragerahmen ein Ortungsmodusrahmen zum Etikett 12345 übertragen werden. Dann wird ein zweiter Abfragemodusrahmen übertragen. Dann kann ein an das Etikett 23456 adressierter Nachrichtenmodusrahmen übertragen werden. Dann wird ein weiterer Abfragemodusrahmen übertragen. Dann kann die Anweisung des Ortungs- oder Nachrichtenübermittlungsmodus wiederholt werden, wenn die richtige Bestätigung nicht empfangen wird. Auf diese Weise werden die drei Betriebsmodi zeitlich gemeinsam benutzt.
Anwendungsschnittstellen
16 zeigt, wie das RFID-System der 1 mit anderen Kommunikationssystemen im Gebäude zusammengeschaltet werden kann. Beispielsweise kann ein Sprachpostsystem (1610) mit dem Anwendungsprozessor (101) über das LAN (102) kommunizieren; zusätzlich kann auch ein elektronisches Postsystem (1630) mit dem Anwendungsprozessor (101) über das LAN (102) kommunizieren. Alternative Ausführungsformen unterstützen das Sprach postsystem (1610) und/oder das elektronische Postsystem (1630) mit direkter Verbindung mit dem Anwendungsprozessor (101), anstatt durch das LAN (102) verbunden zu sein. Obwohl weiterhin die 16 den Anwendungsprozessor (101) als getrenntes Element erscheinen läßt, könnte er als Teil einer oder mehr als einer der Abfragevorrichtungen (103) implementiert werden.
Man nehme an, daß eine an die Person 1 adressierte Nachricht vom Sprachpostsystem (1610) empfangen wird. Man nehme weiterhin an, daß das Sprachpostsystem feststellt, daß dies eine wichtige Nachricht ist, und daher eine Nachricht zu dem von der Person 1 getragenen Etikett übertragen werden sollte. Vom Sprachpostsystem (1610) könnte die Wichtigkeit dieser Nachricht auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Beispielsweise könnte es bei der die Person 1 rufenden Einzelperson anfragen, ob diese Sprachnachricht wichtig genug ist, daß die Person 1 sofort über die Ankunft der Nachricht informiert werden sollte. Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung von Wichtigkeit besteht darin, daß das Sprachpostsystem (1610) ankommende Nachrichten entsprechend voreingestellter Kriterien „filtert". Angenommen, die Person 1 wünscht stets über eine Nachricht von der Person 2 informiert zu werden. Dann fordert die Person 1 das Sprachpostsystem (1610) auf, die Person 1 automatisch jedesmal dann zu informieren, wenn ein Telefonanruf von der Telefonnummer der Person 2 ankommt (dies könnte durch Rufnummernanzeige geschehen). Wenn nun das Sprachpostsystem (1610) bestimmt hat, daß dies eine wichtige Nachricht ist, wird ein Signal (1620) zum Anwendungsprozessor (101) des RFID-Systems der 1 gesendet. Vom Anwendungsprozessor werden dann alle Abfragevorrichtungen oder vielleicht alle Abfragevorrichtungen in einer bestimmten Domäne angewiesen, ein Nachrichtenmodussignal zu übertragen, das das an einer Person 1 angebrachte Etikett (105) informiert, daß eine wichtige Nachricht angekommen ist, vielleicht mit dem Namen der Person 2 und/oder der Telefonnummer der Person 2, und mit der Aufforderung einer Antwort vom Etikett. Wenn eine solche Antwort von der Abfragevorrichtung (105) empfangen wird, wird sie wiederum zum Anwendungsprozessor (101) und dann zum Sprachpostsystem (1610) weitergeleitet, um den erfolgreichen Empfang der Nachricht anzuzeigen. Wenn die Nachricht erfolgreich vom Etikett empfangen wird, ist die Tatsache, wie eine solche Nachricht von der Person 1 empfangen worden ist, Gegenstand der oben angeführten Shober-Funkrufpatentanmeldung und wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Wenn vom elektronischen Postsystem (1630) eine elektronische Postnachricht empfangen wird, könnte ein sehr ähnliches Verfahren befolgt werden. Das elektronische Postsystem kann zur Unterstützung einer Liste ankommender elektronischer Postadressen programmiert werden, wobei, wenn eine Nachricht von irgendeiner dieser Adressen empfangen wird, die Person 1 sofort benachrichtigt wird. Das elektronische Postsystem (1630) könnte ein Signal (1640) auf gleiche Weise wie oben beschrieben, zum Anwendungsprozessor (101) übertragen. Wie oben könnte die Antwort über den Weg 1640 zurück zum elektronischen Postsystem (1630) übertragen werden. Es könnte nicht nur die Tatsache, daß eine ankommende elektronische Postnachricht empfangen wurde, zum Etikett übertragen werden, sondern auch ein Teil oder der gesamte Text der Nachricht (in Abhängigkeit von dem Umfang des Texts und dem Umfang der Datenspeicherung auf dem Etikett). Das Etikett (105) könnte auch eine Antwortnachricht zurück zum elektronischen Postsystem (1630) übertragen; der Mechanismus, wie das Etikett einen Dialog mit der Person 1 führen kann, wird in der oben angeführten Shober-Funkrufpatentanmeldung besprochen.
Es ist gezeigt worden, wie das RFID-System den ungefähren Ort eines bestimmten Etiketts (105) durch Verwendung des oben besprochenen Ortungsmodus und auch über den Abfragemodus bestimmen kann. Angenommen, Abfragevorrichtungen (103) befinden sich im gesamten Gebäude und übertragen routinemäßig Abfragemodusnachrichten. In Reichweite des Abfragemodus befindliche Etiketten (105) werden mit ihren Zwangsdaten antworten. Zu diesem Zeitpunkt steht ein annähernder Ort für dieses Etikett auf Grundlage von a) welche Abfragevorrichtung die Zwangsdaten empfangen hat und b) der Tageszeit fest. Bezugnehmend auf 16 nehme man daher an, daß für jede erfolgreiche Transaktion im Abfragemodus die Abfragevorrichtung (103) zum Anwendungsprozessor (101) eine Nachricht überträgt, die mindestens die Identifikationsnummer des Etiketts, den Ort der Abfragevorrichtung (103), die erfolgreich mit dem Etikett kommunizierte, und die Tageszeit enthält. Diese Informationen werden in der Ortsdatenbank (1650) gespeichert.
Angenommen, das Sprachpostsystem (1610) oder das elektronische Postsystem (1630) oder ein anderes System (1660) wünscht, die Person 1 zu finden. Als erstes muß der Anwendungsprozessor die Ortungsdatenbank (1650) überprüfen, um zu bestimmen, ob ein aktueller Ort für die Person 1 registriert ist. Wenn der Ort aktuell genug ist, könnte die Information in der Ortungsdatenbank (1650) ausreichen. Die Informationen in der Datenbank können dabei hilfreich sein, den Bereich einzuengen, wo sich die Person 1 gegenwärtig im Gebäude befindet; so könnte beispielsweise der Anwendungsprozessor (101) nur diejenigen Abfragevorrichtungen (103) in der Domäne anweisen, wo das Etikett (105) zuletzt erkannt wurde, Ortungsmodussignale zu übertragen.
Es ist zu bemerken, daß das oben umrissene Ortungssystem zur Ortung von an menschlichen Personen angebrachten Etiketten wie auch von an Tieren oder Lagergegenständen angebrachten Etiketten nützlich sein kann. So sind die obigen Verfahren zusätzlich zu Sicherheitsanwendungen im Gebäude gleichermaßen für allgemeine Bestandsverwaltungsanwendungen anwendbar.
Notbetriebsweise
Die obigen Beispiele zeigen, wie Nachrichten, Anfragen usw. von außerhalb des RFID-Systems der 1 zum Etikett (105) und zurück aus dem System hinaus kommuniziert werden können. Man betrachte den Fall, bei dem vom Etikett (105) bestimmt wird, daß Daten zur nächsten Abfragevorrichtung übertragen werden müssen. (In der oben angeführten Shober-Funkrufanmeldung wird ein Mechanismus für den menschlichen Dialog mit einem Etikett besprochen.) Ein Beispiel eines solchen Zustandes wäre es, wenn das Etikett (105) über einen Notzustand informiert wird.
Es gibt bei dem oben offenbarten System mehrere Weisen, auf die eine solche „unaufgeforderte" Anforderung übertragen werden könnte. Das Etikett (105) befindet sich stets im Abwärtsbereich und daher stets im Aufwärtsbereich für den Nachrichtenübermittlungsmodus. Wenn das Etikett eine Übertragung im Nachrichtenübermittlungsmodus empfängt, könnte es mit einem Aufwärtssignal eines bestimmten Bitmusters antworten, das vom Unterträgerdemodulator (212) der Abfragevorrichtung (103) identifiziert werden würde.
Als Alternative könnte das Etikett auf die Übertragung im Nachrichtenübermittlungsmodus antworten, könnte aber das Nachrichtenmodus-Aufwärtssignal auf einer anderen Unterträgerfrequenz f_s als normalerweise benutzt wird, übertragen; dies könnte der „Notkanal" sein. Bezugnehmend auf 15 könnte für den Empfang dieses Signals ein zusätzlicher Satz von Vorrichtungen (Filter f₃ (1710) und Notkanaldemodulator (1720)) im Unterträgerdemodulator (212) aufgenommen sein. Diese Zusätze sind in der 17 dargestellt. Das Filter f_s3 (1710) und der Notkanaldemodulator (1720) sind immer auf die Unterträgerfrequenz des „Notkanals" abgestimmt. Das Etikett (105) könnte daher immer in der Lage sein, den Anwendungsprozessor (101) über ungewöhnliche Operationen usw. zu informieren.
Was beschrieben worden ist, ist nur für die vorliegende Erfindung beispielhaft. Es können vom Fachmann andere Anordnungen und Verfahren implementiert werden.

Claims

Kommunikationssystem mit mindestens einem Steuerelement (101) zum Übertragen von Daten zu mehreren Abfragevorrichtungen (103) zur Übertragung eines modulierten Funksignals zu mindestens einem Etikett (105), und wobei dieses Etikett zum Bilden eines reflektierten modulierten Signals zum Empfangen durch die Abfragevorrichtungen geeignet ist, wobei: jede Abfragevorrichtung einen Generator (200) eines ersten Informationssignals (200a) umfaßt, wobei das erste Informationssignal Inhalt aufweist, der mindestens teilweise aus vom Steuerelement empfangenen Daten genommen wird, und einen auf den ersten Informationssignalgenerator reagierenden Modulator (202) zum Modulieren eines Funksignals mit dem ersten Informationssignal, um dadurch das modulierte Funksignal zu erzeugen; das Etikett einen Generator (308) eines Unterträgersignals umfaßt, und einen Modulator (307) zum Modulieren des Unterträgersignals unter Verwendung eines zweiten Informationssignals (306), um dadurch ein moduliertes Unterträgersignal (311) zu erzeugen, und einen Rückstreuungsmodulator (302) zum Modulieren einer Reflexion des modulierten Funksignals unter Verwendung des modulierten Unterträgersignals, um dadurch das reflektierte modulierte Signal zu bilden; und jede Abfragevorrichtung weiterhin einen Demodulator (208) zum Demodulieren des reflektierten modulierten Signals umfaßt, um dadurch das zweite Informationssignal wiederzugewinnen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abfragevorrichtung weiterhin Mittel (212) zum Bestimmen der Signalstärke des zweiten Informationssignals und Mittel (200) zum Übertragen der Signalstärke des zweiten Informationssignals zum Steuerelement umfaßt; und das Steuerelement Mittel (101) zum Bestimmen des Ortes des Etiketts unter Verwendung der von den Abfragevorrichtungen übertragenen Signalstärken umfaßt.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerelement Mittel (101) zum Übertragen einer Anforderung zum Bestimmen des Ortes eines bestimmten Etiketts an die Abfragevorrichtungen umfaßt.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuerelement Mittel (101) zum Übermitteln des gegenwärtigen Ortes von mindestens einem Etikett zu mindestens einem anderen Kommunikationssystem umfaßt.
System nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Speichermedium (1650) zum Speichern des Ortes von mindestens einem Etikett in einer Datenbank.
System nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Speichermedium (1650) zum Speichern einer Vorgeschichte von Orten von mindestens einem Etikett in einer Datenbank.
System nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Bestimmen von Eigenschaften des zweiten Informationssignals einen Digitalsignalprozessor (DSP) (212) umfaßt.
System nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Bestimmen von Eigenschaften des zweiten Informationssignals Mittel (212) zum Durchführen einer Fourier Transformation umfaßt.
System nach Anspruch 1, wobei jede Abfragevorrichtung weiterhin eine, in einer Doppeldecke (702) befestigte durch einen Radom (706) bedeckte Antenne (705) umfaßt.
System nach Anspruch 1, wobei jede Abfragevorrichtung weiterhin eine Sendeantenne (204) und eine Empfangsantenne (206) umfaßt, die Antennengewinne aufweisen, die sich um mehr als 3 dBi unterscheiden.
System nach Anspruch 1, wobei jede Abfragevorrichtung weiterhin mindestens zwei Empfangsantennen (902, 903) umfaßt.