WO2007128249A1 - System zur drahtlosen datenkommunikation - Google Patents

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WO2007128249A1
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Dieter Horst
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04B5/77—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for interrogation

Definitions

  • the invention relates to a system for wireless data communication, in particular for RFID (Radio Frequency Identification) application.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • Such systems have been known for a long time, e.g. the technology of passive identification technology in the UHF range around 900 MHz.
  • passive, i. batteryless RFID transponder powered by a high-frequency electromagnetic field, which is emitted by a read / write device, with energy.
  • These transponders then send back information about the read / write device by means of modulated backscatter, so-called backscattering.
  • FIG. 2 shows a system according to the invention with a circulator for the simultaneous use of an antenna at a transmitter and at a receiver
  • FIG 3 shows an inventive system according to FIG 2 with a
  • Totalizer for summing two antenna signals shows an inventive system according to FIG 1 with a summer for the summation of two antenna signals.
  • FIG. 1 shows a transmitting and receiving station A, in particular a read / write device for RFID application (Radio Frequency Identification), and a data memory D, in particular a transponder, for wireless data communication.
  • a transmitting and receiving station A in particular a read / write device for RFID application (Radio Frequency Identification), and a data memory D, in particular a transponder, for wireless data communication.
  • RFID application Radio Frequency Identification
  • data memory D in particular a transponder
  • the transmitting and receiving station A has a transmitter TX, a plurality of receivers RX1, RX2, RX3 and a plurality of antennas 1, 2, 3, 4, one or more of which can be used selectively as a receiving antenna or transmitting antenna.
  • the antennas 1, 2, 3, 4 can be selectively connected to the transmitter TX and to the receivers RX1, RX2 and RX3.
  • the transmitter TX is connected to the antenna 1.
  • the antenna 2 is connected to the receiver RX1, antenna 3 to the receiver RX2 and antenna 4 to the receiver RX3.
  • each of the antennas 1, 2, 3, 4 can be connected in succession to the transmitter TX or to the receivers RX1, RX2, RX3 separately, so that at the same time the transmitter TX and each of the receivers RXL, RX2, RX3 is connected to only one of the antennas 1, 2, 3, 4.
  • the antenna signals S2, S3, S4 of the antennas 2, 3, 4 used as receiving antenna according to FIG. 1 are fed separately to the receivers RX1, RX2, RX3 and evaluated in terms of magnitude and phase.
  • a digital signal processor DSP connected to the receivers RX1, RX2, RX3 selects from the available signals the one with the best signal-to-noise ratio and decodes it. It is also possible to "superpose" individual signals and thereby possibly fill gaps in the received data telegram of a receiving antenna by the parallel data telegram of another receiving antenna. Furthermore, all available received signals can be evaluated, checked for authenticity and further processed.
  • FIG. 2 shows a data communication in which, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, only three antennas 1, 2, 3 be available.
  • the antenna 1 is connected via a circulator Z both to the transmitter TX and to the receiver RX1.
  • the antenna 1 can be used both as a transmitting antenna in conjunction with the transmitter TX and also as a receiving antenna in conjunction with the receiver RX1.
  • the same functionality is achieved here with only three antennas as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, in which four antennas are used. Otherwise, the structure, the operation and in particular the selectivity in the connection selection between the antennas and the transmitter and the receivers of the description of the above embodiment correspond, so that reference is made to avoid repetition.
  • FIG 3 The embodiment of FIG 3 is largely consistent with that of FIG. Only two receivers RX1 and RX2 are used here, the arrangement and interconnection of receiver RX1 being unchanged from the embodiment according to FIG. However, here the two antennas 2 and 3 are connected via a summer S to the receiver RX2, which evaluates the summed antenna signals S2 and S3. Otherwise, structure, mode of action, functionality and selective connection setup correspond to the transmitting and receiving station A in the exemplary embodiment described above.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 further agrees with that according to FIG. 1, whereby only the summer S known from FIG. 3 is used to sum the two antenna signals S3, S4 and forward the summation signal to the receiver RX2 for evaluation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur drahtlosen Datenkommunikation z.B. für RFID-Anwendung. Es weist einen Sender (TX), mehrere Empfänger (RXl, RX2, RX3) und mehrere Antennen (1, 2, 3, 4) auf, von denen mindestens zwei jeweils mit einem von mindestens zwei der Empfänger verbunden oder selektiv verbindbar sind.

Description

Beschreibung
System zur drahtlosen Datenkommunikation
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur drahtlosen Datenkommunikation, insbesondere für RFID (Radio Frequency Identification) -Anwendung.
Derartige Systeme sind schon lange bekannt, z.B. die Techno- logie der passiven Identifikationstechnik im UHF-Bereich um 900 MHz. Hierbei werden passive, d.h. batterielose RFID- Transponder durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld, welches von einem Schreib-/Lesegerät ausgesendet wird, mit Energie versorgt. Diese Transponder senden dann durch mo- dulierte Rückstreuung, so genanntes Back Scattering, Informationen zum Schreib-/Lesegerät zurück.
Durch das Verfahren ist es möglich, Entfernungen von mehreren Metern zum Transponder zu überbrücken, ohne dem Transponder zusätzliche Energie, außer der dem Hochfrequenzfeld entnommenen, zuzuführen.
Ein Problem tritt nahezu bei allen RFID-Systemen im UHF-Bereich auf. Aufgrund von Reflexionen entsteht eine Mehrwegaus- breitung von Signalen. Dies kann dazu führen, dass bei ungünstigen Phasenlagen der verschiedenen Signale sich diese am Empfänger auslöschen. Es kann folglich eine so genannte Nullstelle im elektromagnetischen Feld entstehen, in der ein Transponder nicht gelesen oder beschrieben werden kann. Hier- aus resultiert eine Reduktion der Lesewahrscheinlichkeit. Um diesen Effekt zu vermeiden oder zu minimieren, wurden bisher folgende Verfahren verwendet. Bei dem Verfahren "Frequency Hopping" wird die Trägerfrequenz der Datensignale ständig geändert. Damit ändert sich auch die Wellenlänge und bei aus- reichend großer Frequenzänderung auch die Lage der Nullstellen. Stehen jedoch nur schmale Frequenzbänder zur Verfügung, reicht die Änderung der Wellenlänge von kleinster zu größter Frequenz nicht aus, um einen brauchbaren Effekt zu erzielen. Dies ist z.B. in Europa der Fall, wo nur insgesamt 3 MHz Bandbreite verfügbar ist. Hier ergibt sich lediglich eine Veränderung von 1 mm in der Wellenlänge, was zum Verändern der Nullstellen nicht ausreicht.
Bei dem weiteren bekannten Verfahren des "Antennenmultiple- xing" werden zur Veränderung der Phasenlage mehrere Antennen verwendet, die nacheinander eingeschaltet werden. Dies erfordert jedoch ggf. weitere Leseversuche und damit einen erhöh- ten Zeitaufwand. Außerdem ist dieses Verfahren bei schnell bewegten Transpondern nicht tauglich, da der Transponder zum Zeitpunkt des Umschaltens dann bereits möglicherweise das Feld verlassen hat und somit nicht mehr gelesen werden kann.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das oben genannte System zur drahtlosen Datenkommunikation dahingehend zu verbessern, dass auch unter erschwerten Bedingungen, d.h. auch bei niedrigen Signalpegeln z.B. infolge von Auslöschungseffekten bei Reflektionen, die übertragenen Daten mög- liehst unverfälscht in der Empfangsstation vorliegen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zur drahtlosen Datenkommunikation mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein erfindungsgemäßes System mit einem Sender, drei
Empfängern und vier Antennen, FIG 2 ein erfindungsgemäßes System mit einem Zirkulator zur gleichzeitigen Verwendung einer Antenne an ei- nem Sender und an einem Empfänger,
FIG 3 ein erfindungsgemäßes System nach FIG 2 mit einem
Summierer zur Summation zweier Antennensignale und FIG 4 ein erfindungsgemäßes System nach FIG 1 mit einem Summierer zur Summation zweier Antennensignale.
FIG 1 zeigt eine Sende- und Empfangsstation A, insbesondere ein Schreib-/Lesegerät für RFID-Anwendung (Radio Frequency Identification) , und einen Datenspeicher D, insbesondere einen Transponder, zur drahtlosen Datenkommunikation.
Die Sende- und Empfangsstation A weist einen Sender TX, meh- rere Empfänger RXl, RX2, RX3 und mehrere Antennen 1, 2, 3, 4 auf, von denen eine oder mehrere selektiv als Empfangsantenne oder Sendeantenne nutzbar sind. Hierzu sind erfindungsgemäß die Antennen 1, 2, 3, 4 selektiv mit dem Sender TX und mit den Empfängern RXl, RX2 und RX3 verbindbar. In FIG 1 ist der Sender TX mit der Antenne 1 verbunden. Die Antenne 2 ist mit dem Empfänger RXl, Antenne 3 mit dem Empfänger RX2 und Antenne 4 mit dem Empfänger RX3 verbunden. Es ist aber auch eine selektive Verbindungsauswahl derart möglich, dass jede der Antennen 1, 2, 3, 4 nacheinander mit dem Sender TX oder mit den Empfängern RXl, RX2, RX3 getrennt voneinander verbindbar ist, so dass zugleich der Sender TX und jeder der Empfänger RXl, RX2, RX3 mit jeweils nur einer der Antennen 1, 2, 3, 4 verbunden ist. Die Antennensignale S2, S3, S4 der gemäß FIG 1 als Empfangsantenne genutzten Antennen 2, 3, 4 werden ge- trennt den Empfängern RXl, RX2, RX3 zugeführt und nach Betrag und Phase ausgewertet. Ein mit den Empfängern RXl, RX2, RX3 verbundener digitaler Signalprozessor DSP wählt aus den zur Verfügung stehenden Signalen dasjenige mit dem besten Signal- /Rauschabstand aus und dekodiert dieses. Es ist auch möglich, Einzelsignale "übereinander zu legen" und dadurch ggf. Lücken im empfangenen Datentelegramm einer Empfangsantenne durch das parallele Datentelegramm einer anderen Empfangsantenne auszufüllen. Ferner können alle zur Verfügung stehenden Empfangssignale ausgewertet, auf Unverfälschtheit geprüft und weiter- verarbeitet werden.
FIG 2 zeigt eine Datenkommunikation, bei der im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 nur drei Antennen 1, 2, 3 zur Verfügung stehen. Dabei ist die Antenne 1 über einen Zir- kulator Z sowohl an den Sender TX als auch an den Empfänger RXl angeschlossen. Somit ist mit Hilfe des Zirkulators Z die Antenne 1 sowohl als Sendeantenne in Verbindung mit dem Sen- der TX und auch als Empfangsantenne in Verbindung mit dem Empfänger RXl nutzbar. Grundsätzlich wird hier mit nur drei Antennen dieselbe Funktionalität wie beim Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 erreicht, bei dem vier Antennen zum Einsatz kommen. Ansonsten entsprechen der Aufbau, die Funktionsweise und insbesondere die Selektivität in der Verbindungsauswahl zwischen den Antennen sowie dem Sender und den Empfängern der Beschreibung zum oben genannten Ausführungsbeispiel, so dass zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf dieses verwiesen wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 stimmt weitgehend mit dem nach FIG 2 überein. Es kommen hier lediglich zwei Empfänger RXl und RX2 zum Einsatz, wobei die Anordnung und Verschaltung von Empfänger RXl gegenüber der Ausführungsform nach FIG 2 unverändert ist. Allerdings sind hier die beiden Antennen 2 und 3 über einen Summierer S mit dem Empfänger RX2 verbunden, der die aufsummierten Antennensignale S2 und S3 auswertet. Ansonsten entsprechen Aufbau, Wirkungsweise, Funktionalität und selektiver Verbindungsaufbau der Sende- und Empfangssta- tion A in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 4 stimmt weitergehend mit dem gemäß FIG 1 überein, wobei lediglich der schon aus FIG 3 bekannte Summierer S eingesetzt wird, um die beiden Antennen- signale S3, S4 zu summieren und das Summationssignal an den Empfänger RX2 zur Auswertung weiterzuleiten.

Claims

Patentansprüche
1. System (A) zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere für RFID (Radio Frequency Identification) -Anwendung, mit einem Sender (TX) , mit mehreren demgegenüber isolierten Empfängern (RXl, RX2, RX3) , mit mehreren Antennen (1, 2, 3, 4), von denen mindestens zwei jeweils mit einem von mindestens zwei der Empfänger (RXl, RX2, RX3) verbunden oder selektiv verbindbar sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Antennen (1, 2, 3, 4) mit dem Sender (TX) verbindbar ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Antennen (1, 2, 3, 4) als eine Empfängerantenne an einem der Empfänger (RXl, RX2, RX3) selektiv nutzbar ist, während zugleich mindestens eine weitere der Antennen (1, 2,
3. 4) als Empfängerantenne an einem weiteren der Empfänger (RXl, RX2, RX3) nutzbar ist.
4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem der Empfänger (RXl, RX2, RX3) ein Summierer (S) vorgeschaltet ist, der zur Summation von Anten- nensignalen (S2, S3) mit mindestens zwei der Antennen (1, 2, 3, 4) in Verbindung steht.
5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (RXl, RX2, RX3) die von den Antennen (1, 2, 3, 4) getrennt empfangenen Antennensignale (Sl, S2, S3, S4) nach Betrag und Phase auswertet.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Empfänger (RXl, RX2, RX3) an einen Signalprozessor (DSP) angeschlossen sind, der zur Auswertung der von diesen Empfängern empfangenen Signale dient .
7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Empfänger (RXl, RX2, RX3) mit dem Sender (TX) über einen Zirkulator (Z) mit einer der Antennen (1, 2, 3, 4) verbunden ist.
8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalprozessor (DSP) eine Auswerteeinheit aufweist, die unter den von mindestens zwei der Empfänger (RXl, RX2, RX3) empfangenen Signalen dasjenige mit dem besten Signal-/ Rauschabstand auswählt und dekodiert.
9. Anspruch nach 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mehrere Antennensignale zeitgleich dekodiert.
10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Schreib-/Lesegerät ist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schreib-/Lesegerät zur RFID (Radio Frequency Identification) - Anwendung dient.
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