DE69623863T2

DE69623863T2 - Rückstrahlungssystem mit Doppelmodulation

Info

Publication number: DE69623863T2
Application number: DE69623863T
Authority: DE
Inventors: R. Anthony Shober; Giovanni Vannucci; Gregory Alan Wright
Original assignee: AT&T Corp; AT&T IPM Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: DE69623863D1; EP0750200A1; US5649295A; JPH0927773A; JP3356371B2; EP0750200B1; CA2177415C; CA2177415A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Etiketten zur Verwendung in einem Funkkommunikationssystem und Verfahren zum Betreiben eines Etiketts zur Verwendung in einem Punkkommunikationssystem.
Zur Identifizierung und/oder Verfolgung von Geräten, Lagervorräten oder Lebewesen werden Hochfrequenzidentifizierungs- (RFID - Radio Frequency Identification)Systeme benutzt. RFID- Systeme sind Funkkommunikationssysteme, die zwischen einem ein Abfragegerät genannten Sender-Empfänger und einer Anzahl Etikette genannten kostengünstigen Vorrichtungen kommunizieren. Bei RFID-Systemen kommuniziert das Abfragegerät mit den Etiketten unter Verwendung modulierter Funksignale und die Etikette antworten mit modulierten Funksignalen. Am gewöhnlichsten werden bei dieser Kommunikation Zeitduplex-(TDD - Time Division Duplex) oder Halbduplex-Verfahren benutzt. Nach Übertragung der Nachricht zu dem Etikett (Abwärtsstrecke genannt) überträgt das Abfragegerät dann ein Dauer-(CW Continuous Wave)Funksignal zum Etikett. Das Etikett moduliert dann das CW-Signal unter Verwendung modulierter Rückstrahlung, wobei die Antenne durch das modulierende Signal elektrisch aus ihrem Zustand als Absorber von HF-Strahlung in einen Zustand als Reflektor von HF-Strahlung umgeschaltet wird. Diese modulierte Rückstreuung erlaubt Kommunikation vom Etikett zurück zum Abfragegerät (Aufwärtsstrecke genannt).
Die Technik der modulierten Rückstreuung (MBS - MODULATED BACKSCATTER) des Standes der Technik ist in dem H. A. Baldwin et al. am 21. Februar 1978 erteilten US-Patent 4,075,632 mit dem Titel "Interrogation And Detection System" (Abfrage- und Erkennungssystem) und dem J. A. Landt am 23. November 1982 erteilten US-Patent 4,360,810 mit dem Titel "Multichannel Homodyne Receiver" (Mehrkanal-Homodynempfanger) beschrieben. Bei MBS-Systemen werden typischerweise die oben beschriebenen amplitudenmodulierten Verfahren für Kommunikationen vom Abfragegerät zum Etikett und MBS für Kommunikationen vom Etikett zum Abfragegerät benutzt.
Es gibt RFID-Anwendungen, die unterschiedliche Datenraten- und Reichweitenerfordernisse besitzen. Um eine große Reichweite zu erlangen, muss die Datenrate besonders auf der Aufwärtsstrecke verringert werden. Dies wird durch Rückstreuungsmodulierung eines Unmodulierten Unterträgers auf ein empfangenes CW-Signal für eine Dauer von einigen Zehntel einer Sekunde erreicht. Das Abfragegerät wartet dann auf einen unmodulierten Ton auf dem reflektierten CW-Signal, nachdem das CW-Signal homodyn erkannt worden ist.
Um höhere Bitraten zu realisieren, würde das Etikett ein Nutzsignal erzeugen, das Nutzsignal auf einen Unterträger aufmodulieren und diesen modulierten Unterträger zum Rückstrahlungsmodulieren des CW-Funksignals nutzen. Im Abfragegerät wird das Nutzsignal nach seiner Erkennung dann vom Unterträgersignal demoduliert.
Derartige RFID-Systeme des Standes der Technik sind unerwünscht erweise im allgemeinen "einmodig", indem das Etikett entweder in der Betriebsart mit weiter Reichweite oder der Betriebsart höherer Bitrate betrieben werden kann, anstatt in der Lage zu sein, in beiden Betriebsarten zu arbeiten.
In WO-A-89 04093 wird eine Vollduplex-Betriebsweise beschrieben, wobei ein Zeichengeber ein ähnliches Prinzip wie modulierte Rückstrahlung zum Modulieren eines von der Steuerung empfangenen Signals benutzt, um ein Rücksendesignal zur Steuerung zu erzeugen. Die Kommunikation Steuerung- Zeichengeber findet in drei Zonen statt. Die Steuerung kommuniziert mit dem Zeichengeber während der Zone 2 und während der Zone 3 kommuniziert der Zeichengeber mit der Steuerung, indem er einen empfangenen Träger von der Steuerung moduliert.
In US-A-3,984,835 ist ein Homodyn-Kommunikationssystem mit einer Abfrageeinheit und einer Mehrzahl reaktionsfähiger Ferneinheiten beschrieben, wobei ein Dauer-HF-Signal von der Abfrageeinheit übertragen wird, um eine Ferneinheit zu beleuchten. Die Ferneinheit bewirkt die Reflexion eines modulierten Antwortsignals zurück zur Abfrageeinheit.
In EP-A-0 441 031 ist ein System zum Lesen von elektronischen Etiketten beschrieben. Ein Abfragegerät des Systems sendet ein andauerndes HF-Signal, das von dem Etikett mit für das Abfragegerät bestimmten Daten rückstrahlungsmoduliert wird.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Etikett nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 14 bereitgestellt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Funkkommunikationssystem ein Abfragegerät zum Erzeugen und Übertragen eines ersten modulierten Signals durch Aufmodulieren eines ersten Nutzsignals auf ein Funkträgersignal, wobei das erste Nutzsignal anzeigt, in welcher von mehreren Antwortmodi ein empfangendes Etikett antworten sollte. Ein oder mehrere Etikette des Systems empfangen das erste modulierte Signal und decodieren es, um das erste Nutzsignal zu erhalten. Ein Rückstrahlungsmodulator moduliert die Reflexion des ersten modulierten Signals unter Verwendung eines zweiten Nutzsignals, dessen Inhalt, Datenrate oder Modulation durch das erste Nutzsignal bestimmt wird und bildet dadurch ein reflektiertes zweites moduliertes Signal. Das zweite modulierte Signal wird vom Abfragegerät empfangen und demoduliert, um das angezeigte zweite Nutzsignal zu erhalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Hochfrequenzidentifizierungs-RFID (Radio Frequency Identification)Systems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer im RFID-System der Fig. 1 benutzten beispielhaften Abfrageeinheit;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer im RFID-System der Fig. 1 benutzten Etiketteneinheit;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform einer im RFID-System der Figur l benutzten Etiketteneinheit;
Fig. 5 das Nachrichtenformat der Abwärtsstrecke;
Fig. 6 Abfragegerät-Empfängerschaltungen zum Demodulieren von differenzcodierten modulierten Unterträgersignalen; und
Fig. 7 Abfragegerät-Empfängerschaltungen zum Demodulieren von in den modulierten Unterträgersignalen codierten Pseudozufallscodes.

Ausführliche Beschreibung

Es gibt RFID-Systemanwendungen, die sehr unterschiedliche Datenratenerfordernisse für die Abwärtsrichtung (Abfragegerät zum Etikett) und die Aufwärtsrichtung (Etikett zum Abfragegerät) aufweisen. Bei einer derartigen Klasse von Anwendungen wird RFID-Technik zum Auslesen von Informationen aus einem an einem Behälter oder Lagerrost angebrachten Etikett benutzt. In dieser Anwendung wird der Behälter über das Ablesefeld eines Abfragegeräts bewegt (z. B. indem er durch einen kleinen Lastwagen gezogen wird). Das Lesefeld wird als das Raumvolumen definiert, in dem eine erfolgreiche Transaktion stattfinden kann. Die Abfragegerät-Etikett-Transaktion muss abgeschlossen sein, während sich das Etikett im Lesefeld befindet. Da sich das Etikett durch das Lesefeld hindurch bewegt, hat das RFID-System nur eine begrenzte Zeit zum erfolgreichen Abschließen der Transaktion.
In einer derartigen Anwendung könnte sich das Etikett so schnell wie 10 Meter/Sekunde durch das Lesefeld bewegen. Das Lesefeld würde aus einem grob kegelförmigen Volumen bestehen, das sich 5 Meter vom Abfragegerät weg erstreckt, wobei der Kegel einen Winkel von rund 60º Gesamtausbreitung besitzt (30º auf jeder Seite eines direkten Weges vom Abfragegerät zu einem Punkt direkt vor dem Abfragegerät). In dieser Situation muss die RFID-Kommunikation mit jedem Etikett in weniger als 0,5 Sekunden beendet sein.
Effektive RFID-Systeme müssen daher dazu fähig sein, a) dass das Etikett die Gegenwart des Abfragegeräts innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer erkennt, und b) dass die Datenrate Etikett-Abfragegerät hoch genug ist, sodass die Kommunikation innerhalb der verfügbaren Zeitdauer abgeschlossen werden kann. Weiterhin muss das System funktionieren, selbst wenn sich mehrere Etikette zur gleichen Zeit im Lesefeld befinden. Unter diesen Einschränkungen kann eine Datenrate von 50 kBps oder noch höher in der Aufwärtsstrecke wünschenswert sein.
Bei einer anderen Anwendung des vorliegenden RFID-Systems muss das Etikett auf bedeutend größere Entfernungen als 5 Meter abgefragt werden, wobei dasselbe Abwärtssignal durch Abfragegeräte mit kurzer Reichweite benutzt wird. Um diese größere Reichweite zu unterstützen, muss die Datenrate auf der Abwärtsstrecke begrenzt werden, um das Signal-Rauschverhältnis im Rahmen zu halten. Ein Beispiel dieser alternativen Anwendungen wurde in der anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. 08/206,075 (Patent-Nummern 5873025 und 5640683) besprochen, wobei Etikette als elektronische Regalschilder benutzt wurden, um die richtigen Preise an einem Supermarkt- Regal anzuzeigen. Bei dieser Anwendung werden Datenraten auf der Abwärtsstrecke von circa 1 kBps benutzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein RFID- System, das schnell Synchronisierung erreicht, selbst mit einer relativ niedrigratigen Abwärtsstrecke und mit einer relativ hochratigen Aufwärtsstrecke, um die notwendigen Etikettdaten selbst bei dem Vorhandensein von mehreren Etiketten im Lesefeld schnell zu senden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist dort ein Gesamtschaltbild eines beispielhaften RFID-Systems dargestellt, das zum Beschreiben der Anwendung der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Ein Anwendungsprozessor 101 kommuniziert über Ortsnetz (LAN Local Area Network) 102 mit einer Mehrzahl von Abfragegeräten 103-104. Die Abfragegeräte können dann jeweils mit einem oder mehreren der Etiketten 105-107 kommunizieren. Beispielsweise empfängt das Abfragegerät 103 ein Nutzsignal, typischerweise von einem Anwendungsprozessor 101. Das Abfragegerät 103 nimmt dieses Nutzsignal und der Prozessor 200 formattiert ordnungsgemäß eine zum Etikett zu sendende Abwärfcsstreckennachricht (Nutzsignal 200a). Gemeinsam bezugnehmend auf FIGS. 1 und 2 synthetisiert die Funksignalquelle 201 ein Funksignal, der Modulator 202 moduliert dieses Nutzsignal 200a auf das Funksignal auf und der Sender 203 sendet dieses modulierte Signal über die Antenne 204 zu einem Etikett, beispielsweise unter Verwendung von Amplitudenmodulation. Der Grund dafür, dass Amplitudenmodulation häufig gewählt wird, besteht darin, dass das Etikett ein solches Signal mit einer einzelnen kostengünstigen nichtlinearen Vorrichtung (wie beispielsweise einer Diode) demodulieren kann.
Im Etikett 105 (siehe Fig. 3) empfängt die Antenne 301 (häufig eine Schleifen- oder Patch-Antenne) das modulierte Signal. Dieses Signal wird direkt auf Basisband demoduliert unter Verwendung des Detektor/Modulators 302, der beispielsweise eine einzelne Schottky-Diode sein könnte. Die Diode sollte zutreffend mit dem richtigen Strompegel vorgespannt werden, um die Impedanz der Diode und der Antenne 301 so anzupassen, dass Verluste des Funksignals minimiert werden. Das Ergebnis des Diodendetektors ist im wesentlichen eine Demodulation des ankommenden Signals direkt auf Basisband. Danach wird das Nutzsignal 200a durch den Verstärker 303 verstärkt und in der Taktwiedergewinnungsschaltung 304 die Synchronisation wiedergewonnen. Die Taktwiedergewinnungsschaltung 304 kann dadurch verbessert werden, dass das Abfragegerät das amplitudenmodulierte Signal unter Verwendung von Manchester-Codierung sendet. Die sich ergebenden Informationen werden zu einem Prozessor 305 gesendet. Der Prozessor 305 ist typischerweise ein billiger 4- oder 8-Bit-Mikroprozessor; die Taktwiedergewinnungsschaltungen 304 können in einer ASIC (Application Specific Integrated Circuit) implementiert werden, die mit dem Prozessor 305 zusammenarbeitet. Sollte dieses Etikett eine Anzeige erfordern, dann kann dieser Prozessor 305 auch als Treiber für eine wahlweise Anzeigeeinheit 309 dienen. Der Prozessor 305 erzeugt ein vom Etikett 105 zum Abfragegerät (z. B. 103) zurückzusendendes Nutzsignal 306. Dieses Nutzsignal 306 wird zu einer Modulatorsteuerschaltung 307 gesendet, das das Nutzsignal 306 zum Modulieren einer durch die Unterträgerfrequenzquelle 308 erzeugten Unterträgerfrequenz benutzt. Die Frequenzquelle 308 könnte ein vom Prozessor 305 getrennter Quarzoszillator sein, oder sie könnte eine von im Prozessor 305 vorhandenen Signalen abgeleitete Frequenzquelle wie beispielsweise ein Mehrfaches der Taktgrundfrequenz des Prozessors sein. Das modulierte Unterträgersignal 311 wird vom Detektor/Modulator 302 zum Modulieren des vom Etikett 105 empfangenen modulierten Signals benutzt, um eine modulierte Rückstreuung (d. h. ein reflektiertes Signal) zu erzeugen. Dies wird durch Ein- und Ausschalten der Schottky-Diode unter Verwendung des modulierten Unterträgersignals 311 erreicht, wodurch das Reflexionsvermögen der Antenne 301 geändert wird. Durch eine Batterie 310 oder andere Stromversorgung werden die Schaltungen des Etiketts 105 mit Strom gespeist.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, um modulierte Rückstrahlung (MBS - Modulated Backscatter) dazu zu benutzen, Informationen vom Etikett zum Abfragegerät zu senden. In einigen MBS-Techniken erzeugt die Modulatorschaltung 307 des Etiketts ein durch ein Nutzsignal 306 mit der Frequenz f&sub2; moduliertes amplitudenmoduliertes Signal. Wenn die Funksignalquelle 201 eine unmodulierte Frequenz f&sub1; erzeugt, dann empfängt das Abfragegerät Signale innerhalb des Bereichs (f&sub1; - f&sub2;) bis (f&sub1; + f&sub2;) und filtert Signale außerhalb dieses Bereichs aus. Dieser Ansatz könnte als der Ansatz "MBS auf Basisband" bezeichnet werden. Ein weiterer Ansatz wäre, dass das Etikett zwei durch Frequenzquellen 401 und 402 nach der Darstellung in Fig. 4 erzeugte Unterträgerfrequenzen erzeugt. Die Informationen könnten frequenzumgetastet (FSK - frequencyshift keyed) übermittelt werden, wobei die Unterfcrägerfrequenz zwischen diesen zwei Frequenzen wechselt. Auch sind andere Modulationsanordnungen möglich wie beispielsweise Phasenumtastung (PSK - phase shift keying) einer einzelnen Unterträgerfrequenz (z. B. BPSK, QPSK) oder sonstige komplexe Modulationsanordnungen (z. B. MFSK, MASK, usw.).
Zurückkehrend zu der Fig. 2 empfängt das Abfragegerät 103 das reflektierte und modulierte Signal mit der Empfangsantenne 206, verstärkt das Signal mit einem geräuscharmen Verstärker 207 und demoduliert das Signal unter Verwendung von Homodyndetektion in einem Quadraturmischer 208. (Bei einigen Konstruktionen des Abfragegeräts wird eine einzige Sende-(204) und Empfangs-(206)Antenne benutzt. In diesem Fall wird ein elektronisches Verfahren zum Löschen des Sendesignals aus dem durch die Empfängerkette empfangenen benötigt. Dies könnte durch eine Vorrichtung wie beispielsweise einen Zirkulator erreicht werden.) Wenn dieselbe Funksignalquelle 201 wie die in der Sendekette benutzt wird, dann bedeutet das, dass die Demodulation auf ZF unter Verwendung von Homodyndetektion durchgeführt wird; darin liegen Vorteile, indem dadurch Phasenrauschen in den Empfängerschaltungen sehr verringert wird. Der Mischer 208 sendet dann das demodulierte Signal 209 (im Fall eines Quadraturmischers würde er sowohl I-(phasengleiches) und Q-(Quadratur)Signale senden) in den Filter/Verstärker 210. Das sich ergebende gefilterte Signal, das dann typischerweise ein auf einem ZF-Unterträger geführtes Nutzsignal 211 ist, wird dann vom Unterträger im Unterträgerdemodulator 212 demoduliert, der dann das Nutzsignal 213 zu einem Prozessor 200 sendet, um den Nachrichteninhalt zu bestimmen. Die I- und Q-Kanäle des Signals 209 können im Filter/Verstärker 210 oder im Unterträgerdemodulator 212 oder im Prozessor 200 kombiniert werden. Es ist allgemein üblich, sowohl in den über die Strecke vom Abfragegerät 103 zum Etikett 105 gesendeten Nachrichten als auch den über die Strecke vom Etikett 105 zum Abfragegerät 103 gesendeten Nachrichten Fehlererkennung zu benutzen.
Unter Verwendung der obigen Verfahren als Beispiel wird ein kostengünstiger zweiseitig gerichteter digitaler Funkkonimunikationskanal kurzer Reichweite realisiert. Diese Verfahren sind kostengünstig, da die Bauteile (beispielsweise) aus einer Schottky-Diode, einem Verstärker zum Anheben der Signalstärke, Bit- und Rahmensynchronisationsschaltungen, einem billigen 4- oder 8-Bit-Mikroprozessor, Unterträgererzeugungschaltungen und einer Batterie bestehen. Die meisten dieser Gegenstände werden bereits in Stückzahlen von Millionen für andere Anwendungen hergestellt und sind daher nicht übermäßig teuer. Die oben erwähnten Schaltungen für Bit- und Rahmensynchronisation und für Unterträgererzeugung können in kundenspezifischer Logik um den Mikroprozessorkern herum implementiert werden. So stehen diese Funktionen abgesehen von einer relativ geringen Menge von Chipfläche beinah "frei" zur Verfügung. Derartige Schaltungen sind beispielhafterweise in den voreingereichten Anmeldungen mit Seriennummer 08/206,075 (Patentnummern 50873025 und 5640683) und der US-Patentanmeldung Seriennr. 08/409,782 (Patentnr. 5598169) beschrieben.
Eine Etiketteinheit eines RFID-Systems besitzt die Fähigkeit, in einem "Doppelmodus" zu arbeiten. Aufgrund eines Befehls vom Abfragegerät reagiert das Etikett entweder mit einer "Einzelton-"Bestätigung (um größere Reichweite zu erlangen) oder mit einem Nutzsignal (für größere Datenraten in geringerer Reichweite) auf das Abfragegerät. Das RFID-System der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung der wohlbekannten Zeitduplex-(TDD - Time-Division Duplex), Halbduplex- oder Vollduplex-Verfahren kommunizieren, die in der oben identifizierten, hiermit gleichzeitig eingereichten verwandten Anmeldung off endart sind.
Die Grundmerkmale sind, dass a) das Etikett eine Nachricht auf der Abwärtsstrecke empfangen kann; b) das Etikett darüber informiert werden muss, welche Art von Nachricht es auf der Aufwärtsstrecke übertragen muss, ob es eine wirkliche Daten nachricht (im Modus mit höherer Bitrate) oder eine "Einzelton-"Bestätigungsnachricht (im Modus großer Reichweite) ist, auf Grundlage von in der Abwärtssfcreckennachricht empfangenen Informationen; c) das Etikett die angeforderte Art von Aufwärtsnachricht überträgt; und d) das Abfragegerät die empfangene Aufwärtsnachricht auf richtige Weise auslegt. Im Modus der großen Reichweite bestehen mehrere verschiedene Arten von Bestätigungsnachrichten. Im allgemeinen weist eine Bestätigungsnachricht eine Datenrate auf, die viel geringer als die Datenrate einer wirklichen Datennachricht (dem Modus mit der höheren Bitrate) ist und erlaubt damit Filterung über ein viel schmäleres Frequenzband und ermöglicht damit eine größere Reichweite als der Modus mit der höheren Bitrate, da die Rauschbandbreite des empfangenen Signals aufgrund der Schmalbandfilterung verringert wird. So könnte eine Bestätigungsnachricht aus einer Datennachricht mit niedriger Bitrate oder aus einem einzigen Nutzbit bestehen. Um ein einzelnes Nutzbit zu senden, könnte das Etikett eine unmodulierte Unterträgerfrequenz erzeugen, die unter Verwendung modulierter Rückstreuung auf das einfallende Signal aufmoduliert werden könnte. Das Abfragegerät würde dann ein reflektiertes Signal mit einem Ton einzelner Frequenz empfangen. Es könnten dann Schmalbandfilterungsverfahren zum Verringern der Rauschbanbreite und Bestimmen des Vorhandenseins oder der Abwesenheit dieses Signals benutzt werden.
Das Etikett 105 erkennt und setzt die vom Abfragegerät 103 gesendeten Nutzbit in eine vollständige Abwärtsnachricht zusammen. Typischerweise wird zu Beginn der Abwärtsnachricht ein Muster von Synchronisationsbit übertragen; diese Bit ermöglichen dem Etikett, Bit- und Nachrichtensynchronisation zu erreichen, indem sie dem Etikett ermöglichen, den Beginn und das Ende der Abwärtsnachricht zu bestimmen. Es können wohlbekannte Synchronisationsverfahren einschließlich der in der oben identifizierten gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschriebenen Verfahren benutzt werden. Sobald die Abwärtsnachricht zusammengesetzt worden ist, kann sie die in Fig. 5 gezeigte Form aufweisen. Die RFID-Etikettadresse 501 ist die Adresse des Etiketts 105, mit dem das Abfragegeräfc 103 zu kommunizieren wünscht, um die Anzahl von Bit in der RFID- Etikettadresse 501 so klein wie möglich zu halten, könnte diese Adresse ein Hash-codierter Index zu einer längeren Tabelle von Etikettadressen sein. Dann würde das Abfragegerät 103 mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit das richtige Etikett adressieren. Die Befehlsdaten 502 enthalten Bit, die das Etikett zur Durchführung der richtigen Funktion anleiten. Wenn beispielsweise Daten auf dem Etikett 105 zu speichern wären, könnten die Daten im Datennachrichtenfeld 503 gesendet werden. Die Genauigkeit der Daten würde durch ein Fehlererkennungsfeld 504 sichergestellt werden. Der Befehlsdaten-502 oder Datennachricht-503 Teil" der Abwärtsnachricht könnte anzeigen, dass das Etikett 105 eine Nachricht zum Abfragegerät zurücksenden sollte; beispielsweise könnte das Etikett gespeicherte Daten wie beispielsweise die Etikettkennung 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 er übertragen soll: eine Dafcennachricht oder eine "Einzelton-"Bestätigungsnachricht. Es gibt verschiedene Weisen, auf die das Etikett 105 entweder eine Datennachricht (bzw. ein Nutzsignal) oder eine Einzelbit-Bestätigungsnachricht übertragen kann, sodass das Abfragegerät 103 diese zwei unterschiedlichen Nachrichtenarten relativ leicht empfangen kann und zwischen ihnen unterscheiden kann. Bezugnehmend auf Fig. 3 sendet der Prozessor 305, wenn das Etikett 105 ein Mehrbit-Nufczsignal senden soll, das Nutzsignal zur Modulatorsteuerung 307, die das Signal von der Unterträgerfrequenzquelle 308 moduliert. Die Auswahl der eigentlichen Unterträgerfrequenz der Frequenzquelle 308 wird mit etwas Sorgfalt durchgeführt.
Wie in der oben erwähnten Patentanmeldung 08/206,075 (Patent nummern 5873025 und 5640683) offenbart, weisen MBS-Systeme aufgrund von Reflexionen der HF-Quelle von einer Vielzahl von Reflektoren Rauschen in den Signalen der Aufwärtsstrecke auf. Wände und metallische Gegenstände reflektieren HF-Strahlung; diese reflektierten Signale werden vom Abfragegerät 103 mit derselben Trägerfrequenz empfangen, mit der sie übertragen wurden. Der Quadraturmischer 208 wird als Homodyndefcektor betrieben und wird daher zum Auslöschen dieser Reflexionen benutzt. Andere Reflektoren erzeugen jedoch reflektiertes Rauschen mit Frequenzen abseits der Haupt-Trägerfrequenz - entweder aus Dopplerverschiebungen oder wahrscheinlicher aus Reflexionen von elektronischen Geräten, die mit Frequenzen in der Nähe der Unterträgerfrequenz betrieben werden. Eine besonders schwierige Rauschquelle sind Leuchtstofflampen, bei denen sich herausgestellt hat, dass sie Rauschen nicht nur mit ihrer Grundfrequenz von 60 Hz (in den Vereinigten Staaten), sondern auch mit harmonischen Frequenzen bis weit in die Zehntausende Hertz erzeugen. Um dieses Rauschen zu vermeiden, ist es besonders nützlich. Unterträgerfrequenzen zu benutzen, die oberhalb von 50-100 kHz liegen.
Im Etikett 105 sendet der Prozessor 305 das Nutzsignal über die; in Fig. 3 gezeigte Nutzsignalleitung 306. Sollte der Prozessor 305 des Etiketts 105 eine aus einem einzelnen Nutzbit bestehende "Einzelton-"Nachricht senden, dann wird die Nutzsignalleitung 306 auf einem ersten logischen Zustand gehalten, um anzuzeigen, dass keine Informationsnachricht zu senden ist. So wird von der Modulatorsteuerung 307 ein Signal mit unmodulierter Unterträgerfrequenz ausgegeben. Sollte der Prozessor 305 bestimmen, dass eine Mehrbitnachricht zu senden ist, übermittelt die Nutzsignalleitung 306 die Mehrbitnachricht zur Modulatorsteuerung 307. Diese Mehrbitnachricht (Nutzsignal) wird dann zum Modulieren der Unterträgerfrequenz unter Verwendung von einer von mehreren möglichen Modulationsverfahren wie möglicherweise Amplituden-, Phasen-, Frequenz- oder Codemodulation benutzt.
Nach einer weiteren Ausführungsform (siehe Leitung 312 der Fig. 3) kann der Prozesssor 305 selbst eine mit dem Mehrbitnutzsignal modulierte Unterträgerfrequenz erzeugen. Damit der Prozessor 305 in diesem Fall eine reine ünterträgerfrequenz aussendet, taktet der Prozessor das Bitmuster " 01010101" aus einem E/A-Anschluss aus, wobei die Nullen und Einsen mit einer Rate von 2rb Takten pro Sekunde ausgetaktet werden. Dieses Muster erzeugt ein reines Unterträgersignal mit einer Frequenz von rb Schwingungen pro Sekunde. Zum Austakten einer Informationsnachricht taktet der Prozessor 305 eine Variante des obigen Bitmusters aus. Man nehme beispielsweise an, dass der Prozessor 305 ein BPSK- (Binary Phase Shift Keying)moduliertes Signal austakten soll. n sei die Informationsdatenrate und rb sei die Frequenz des Unterträgersignals wie oben gezeigt. Der Einfachheit halber angenommen, dass rb ein ganzzahliges Mehrfaches von n ist, dann ist rb/ri die Anzahl von "01" Zyklen, die während einer Nutzbitperiode gesendet werden würde. Um BPSK zu senden, sendet der Prozessor 305 rb/ri Wiederholungen von "01" gefolgt von rb/ri Wiederholungen von "10". Dies stellt einen binären Phasenwechsel dar.
Um ein QPSK-(Quadrature Phase Shift Keying)Signal auszutakten, sendet der Prozessor 305 rb/2ri Wiederholungen eines der vier QPSK-Symbole wie beispielsweise "01100110 ... 0110" aus und taktet dieselbe Anzahl von Wiederholungen des nächsten zu übertragenden Signals aus.
Abschließend könnte der Prozessor 305 auch Pseudozufallsfolgen austakten. Man definiere beispielsweise zwei Folgen von 2rb/ri Bit und bezeichnet diese als Folgen S&sub1; und S&sub2;. Das Etikett 105 überträgt dann S&sub1; als ein Nutzbit "0" und S&sub2; als ein Nutzbit "1". Die Verwendung von Pseudozufallsfolgen kann gegenüber den obigen BPSK- oder QPSK-Beispielen sehr nutzbringend sein, sollte die Funkumgebung Beeinträchtigungen wie beispielsweise Mehrwegeschwund oder Schmalbandstörer aufweisen. Wenn man die Häufigkeit und Stärke dieser Schwunderscheinungen in Betracht zieht, könnte es hilfreich sein, das Aufwärtsstreckensignal zu spreizen, damit die Aufwärtsstrecke diesen Schwunderscheinungen mehr Widerstand bieten kann. Die zwei Folgen S&sub1; und S&sub2; sollten so gewählt werden, dass sie annähernd orthogonal zueinander sind.
Vom Abfragegerät 103 (Fig. 2) wird das Unterträgersignal aus dem empfangenen HF-Signal demoduliert und dann Filterung angelegt. Es wird ein für die Eigenschaften der Unterträgerfrequenz geeigneter Filterungsverstärker benutzt. Vom Unterträgerdemodulator 212 wird dann das Unterträgersignal demoduliert und der Prozessor 200 führt dann die zur Decodierung der Informationen notwendige digitale Signalverarbeitung durch. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Prozessor ein digitaler Signalprozessor (DSP) sein und bei anderen könnte ein herkömmlicher Mikroprozessor benutzt werden. Um ein aus einem einzelnen Unterträgerton bestehendes "Einzelton-"Bestätigungssignal vom Etikett 105 wiederzugewinnen, würde der Filterungsverstärker ein Schmalbandfilter sein. Obwohl herkömmliche Filtertechniken benutzt werden könnten, könnte es wirkungsvoller sein, den oben erwähnten DSP als Schmalbandfilter zu nutzen. Die Unterträgerfrequenz dieses Einzeltons ist wohlbekannt, da das Etikett 105 typischerweise einen billigen Quarz als Frequenzquelle benutzen würde. Selbst bei der begrenzten Genauigkeit dieses Quarzes könnte die Unterträgerfrequenz mit einer Genauigkeit von einigen Hertz bekannt sein. So könnten sehr schmalbandige Filter benutzt werden. Da die Bestätigungssignalantwort vom Etikett 105 dazu benutzt wird, die Reichweite des RFID-Systems zu vergrößern und infolgedessen ein sehr schwaches Signal sein würde, wird dem Schmalbandfilter des Filterungsverstärkers 210 dadurch eine zusätzliche Bürde auferlegt.
Eine andere Weise, auf die der oben erwähnte DSP benutzt werden könnte, ist zum dynamischen Suchen nach den Frequenzkomponenten des Aufwärtsstreckensignals. Dies könnte durch Durchführen einer Fourier-Transformation am ankommenden Datenstrom, möglicherweise unter Verwendung eines DSPs oder Verwendung des Prozessors 200 der Fig. 2 erreicht werden. Auf diese Weise könnte zwischen den ein moduliertes Unterträgersicpnal darstellenden mehreren Signalen differenziert werdendöder es könnte durch Verwendung der Fourier-Transformation zum Suchen nach mehreren Signalen ein Signal mit einzelnem Unterträger und ungewisser Datenrate wiedergewonnen werden.
So kann das Kornmunikationssystem mit modulierter Rückstrahlung der vorliegenden Erfindung in zwei Betriebsarten arbeiten - einer, bei der das rückgestrahlte Signal moduliert wird, um einen Aufwärtsstrecken-Kommunikationskanal mit hoher Datenrate bereitzustellen, und einer, bei der der rückgestrahlte Kanal mit einem Signal mit niedriger Datenrate, möglicherweise einem Einzelton, moduliert wird, um ein Aufwärtsstrecken- Bestätigungssignal bereitzustellen, das in großen Entfernungen erkannt werden kann. In einer andere Systemanordnung wird ein Verfahren zum Konstruieren einer Demodulator/Symbolsynchronisierungs- und Wiedergewinnungseinheit zur Handhabung beider Betriebsarten offenbart. Diese Anordnung funktioniert für ein Rückstrahlungs-Kommunikationssystem, bei dem ein phasenmodulierter Unterträger mit Differenzcodierung benutzt wird. Differenzcodierung bedeutet, dass die Daten in den Wechseln der Unterträgerphase codiert werden. Ein Dauerton-Unterträger ist daher der Bitfolge {0,0,0, ...} gleichwertig.
In Fig. 6 ist ein Abfragegerät 103 mit Empfängerschaltungen zum Demodulieren des differenzcodierten Unterträgersignals dargestellt. Wenn ein modulierter Träger 211 in den Differenzdemodulator 601 eingespeist wird, ist die Ausgabe des Demodulators 601 ein Basisband-Datenstrom 602. Wenn der Basisband-Datenstrom oft genug Übergänge von 0 zu 1 und 1 zu 0 auf weist, wird der nachtriggerbare monostabile Multivibrator 603 laufend nachgetriggert und seine Ausgabe 604 ändert sich nicht. Wenn die Ausgabe des Demodulators 601 jedoch eine Kette von Nullen oder Einsen aufweist, die länger dauert als die Zeitkonstante T des Multivibrators 603, ändert sich die Ausgabe 604 des Multivibrators und zeigt damit die Gegenwart der Kette von Nullen oder Einsen an (wobei eine lange Kette von Nullen oder Einsen die Gegenwart eines Dauertons am Eingang des Demodulators 601 anzeigt). Durch die Bittakt- Wiedergewinnungsschaltung 605 wird das Basisband- Datenausgangssignal 606 erzeugt.
Wenn am Demodulatoreingang kein ünterträgersignal anliegt, angenommen der Demodulator 601 erzeugt eine zufallsmäßige Ausgabe mit Übergängen, die typischerweise viel häufiger als die Zeitdauer T auftreten, dann wird der Multivibrator 603 laufend nachgetriggert. Das bedeutet, dass das Abfragegerät 103 zwischen einem Zustand "kein Signal vorhanden" und einem Zustand "Dauerton vorhanden" am Demodulatorausgang unterscheiden kann.
Man beachte, dass der nachtriggerbare monostabile Multivibrator 603 nur eine mögliche Ausführungsform dieser Idee ist. Es könnten ausgeklügeltere Statistiken am Demodulatoreingang 211 durchgeführt werden, um einen möglicherweise schwachen Ton in einem verrauschten Hintergrund zu erkennen. In einer Ausführungsform wird der Prozessor 200 des Abfragegeräts 103 zur Realisierung der Bittaktwiedergewinnungsschaltung 605 und der monostabilen Schaltung 603 benutzt.
In dem Fall, in dem das Etikett zwei Pseudozufallsfolgen sendet, werden die Empfängerschaltungen des Abfragegeräts 103 der Fig. 2 wie folgt in der Fig. 7 abgeändert. Die Empfangsantenne 206 empfängt das modulierte Hochfrequenzsignal, das dann durch den rauscharmen Verstärker 207 verstärkt und durch den Quadraturmischer (QIFM) 701 demoduliert wird. Die vom QIFM 701 ausgebenen Signale 703 des I- und Q-Kanals werden kombiniert (Quadratwurzel der Summe der Quadrate) im Kombinierer 703 und dann durch das Filter 704 gefiltert und das Ergebnis wird dann in zwei Korrelatoren 705 und 706 geschickt, einen für das Muster S&sub1; und einen für das Muster S&sub2;. Die Ausgaben der Korrelatoren 705 und 706 werden zu einem Vergleicher 707 gesendet, um zu bestimmen, ob das Ergebnis ein Signal "0" oder ein Signal "1" ist. Die Ausgabe des Vergleichers 707 wird dann zum Prozessor 200 gesendet, um Aufwärtsnachrichtensynchronisation durchzuführen.
Was beschrieben worden ist, ist nur für die Anwendung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung beispielhaft. Vom Fachmann können andere Anordnungen und Verfahren realisiert werden.

Claims

1. Etikett zur Verwendung in einem Funkübertragungssystem mit

Mitteln zum Empfangen eines ersten Signals an einer Antenne und

Rückstrahlungsmodulatonnitteln zum Modulieren der Reflexion des ersten Signals von der Antenne mit einem zweiten Nutzsignal,

wobei das erste Signal mindestens ein erstes moduliertes Signal enthält, gekennzeichnet durch

Dekodiermittel (302, 304, 305) zum Dekodieren des ersten modulierten Signals zum Erhalten eines ersten Nutzsignals, das eine Datenrate oder eine Modulationsart anzeigt, die das Etikett bei einer Antwort benutzen sollte, und

dadurch, daß die Rückstrahlungsmodulatormittel (302, 305, 307) zum Modulieren einer Reflexion des ersten Signals mit dem zweiten Nutzsignal mit der angedeuteten Datenrate bzw. Modulationsart dienen und dadurch ein zweites moduliertes Signal als Antwort von dem Etikett bilden.

2. Etikett nach Anspruch 1, wobei

das erste Signal ein erstes moduliertes Signal in einem ersten Zeitabstand und ein Funkträgersignal in einem zweiten Zeitabstand enthält, und

die Rückstrahlungsmodulatormittel (302, 305, 307) zum Modulieren einer Reflexion des Funkträgersignals mit der angedeuteten Datenrate bzw. Modulationsart dienen, um das zweite modulierte Signal zu bilden.

3. Etikett nach Anspruch 1, wobei

das erste Nutzsignal auch eine Inhaltsart andeutet, die das Etikett bei einer Antwort benutzen sollte, und

die Rückstrahlungsmodulatormittel (302, 305, 307) zum Modulieren einer Reflexion des ersten modulierten Signals mit der angedeuteten Inhaltsart dienen und dadurch das zweite modulierte Signal bilden, wobei das zweite modulierte Signal während einer Zeitdauer gebildet wird, zu der das erste Nutzsignal auf dem ersten modulierten Signal gegenwärtig ist.

4. Funkübertragungssystem mit einem Abfragegerät und mindestens einem Etikett nach Anspruch 1, wobei das Abfragegerät (103) folgendes enthält:

Mittel zum Erzeugen (200-212) des ersten modulierten Signals, das mit dem ersten Nutzsignal moduliert worden ist, das die bei der Antwort des zweiten modulierten Signals durch ein Empfangsetikett zu benutzende Datenrate oder Modulationsart anzeigt,

Mittel zum Übertragen (203) des ersten modulierten Signals zu dem mindestens einen Etikett,

Mittel zum Empfangen (206) des zweiten modulierten Signals, und

Mittel zum Demodulieren (208, 210, 212) des zweiten modulierten Signals unter Verwendung der angedeuteten Datenrate bzw. Modulationsart zum Erhalten des zweiten Nutzsignals.

5. System nach Anspruch 4, wobei das erste Signal das erste modulierte Signal und ein Funkträgersignal enthält, und am Abfragegerät (103)

die Mittel zum Übertragen (203) zum Übertragen des ersten modulierten Signals zu dem mindestens einen Etikett während eines ersten Zeitabstandes und zum Übertragen des Funkträgersignals zu dem mindestens einen Etikett während eines zweiten Zeitabstandes dienen, und

an dem mindestens einen Etikett

die Empfangsmittel (301-305) zum Empfangen eines ersten modulierten Signals im ersten Zeitabstand und zum Empfangen des Funkträgersignals im zweiten Zeitabstand dienen, und

6. System nach Anspruch 4, wobei das erste Nutzsignal eine Inhaltsart andeutet, die das Etikett bei einer Antwort benutzen sollte, und

an dem mindestens einen Etikett

7. System nach Anspruch 4, wobei das erste modulierte Signal unter Verwendung einer ersten Modulationsart erzeugt wird, die aus einer Gruppe ausgewählt wird, die zumindest Amplituden-, Phasen-, Frequenz-, Zeitvielfach- und Codevielfach- Modulationsarten einschließt.

8. System nach Anspruch 4, wobei die Demodulationsmittel des Abfragegeräts einen Homodyndetektor enthalten und das erste modulierte Signal als Frequenzquelleneingabe für den Detektor benutzen.

9. System nach Anspruch 4, wobei das erste Nutzsignal andeutet, ob das mindestens eine Etikett auf einen ersten Modus, einschließlich einer Datennachricht im zweiten Nutzsignal, oder auf einen zweiten Modus, einschließlich einer Bestätigungsnachricht im zweiten Nutzsignal, antworten sollte.

10. System nach Anspruch 9, wobei das zweite Nutzsignal aus einem einzelnen Nutzbit besteht.

11. System nach Anspruch 10, wobei das einzelne Nutzbit durch Vorhandensein oder Abwesenheit einer das erste modulierte Signal modulierenden, einzelnen Unterträgertonrückstrahlung übermittelt wird.

12. System nach Anspruch 4, wobei die im zweiten Nutzsignal enthaltenen Nufczbit unterschiedlich kodiert sind und die Demodulationsmittel zum Demodulieren der unterschiedlich kodierten Bit dienen, um die Daten im zweiten Nutzsignal wiederzugewinnen.

13. System nach Anspruch 4, wobei das Abfragegerät Prozessormittel zum Durchführen einer Fourier-Transformation enthält, um das zweite Nutzsignal zu erhalten.

14. Verfahren zum Betreiben eines Etiketts zur Verwendung in einem Funkübertragungssystem mit folgenden Schritten:

Empfangen eines ersten Signals mit mindestens einem ersten modulierten Signal, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch

Dekodieren des ersten modulierten Signals zum Erhalten eines ersten Nutzsignals, das eine Datenrate oder eine Modulationsart andeutet, mit der ein Empfangsetikett antworten sollte, und

Modulieren einer Reflexion des ersten Signals unter Verwendung eines Rückstrahlungsmodulators mit einem zweiten Nutzsignal, dessen Datenrate bzw. Modulationsart durch das erste Nutzsignal bestimmt wird, und folgliches Bilden eines zweiten modulierten Signals.

15. Verfahren nach Anspruch 14 mit den folgenden Schritten Dekodieren des ersten modulierten Signals zum Erhalten eines ersten Nutzsignals, das eine Inhaltsart andeutet, die ein Empfangsetikett in seine Antwort einschließen sollte, und Modulieren einer Reflexion des ersten modulierten Signals unter Verwendung eines Rückstrahlungsmodulators mit einem zweiten Nutzsignal, dessen Inhaltsart durch das erste Nutzsignal bestimmt wird, und folgliches Bilden eines zweiten modulierten Signals, das während einer Zeitdauer gebildet wird, zu der das erste Nutzsignal auf dem ersten modulierten Signal gegenwärtig ist.

16. Verfahren zum Betreiben eines Funkübertragungssystems mit einem Abfragegerät (103) und mindestens einem Etikett unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 14, mit folgenden Schritten:

am Abfragegerät

Erzeugen des ersten Signals mit mindestens einem ersten, durch Auf modulieren eines ersten Nutzsignals auf ein Funkträgersignal gebildeten modulierten Signals, wobei das erste Nutzsignal die Datenrate oder Modulationsart andeutet, mit der ein Empfangsetikett antworten sollte;

Übertragen des ersten modulierten Signals zu dem mindestens einen Etikett;

Empfangen des zweiten modulierten Signals von dem mindestens einen Etikett und

Demodulieren des zweiten modulierten Signals unter Verwendung der angedeuteten Datenrate bzw. Modulationsart zum Erhalten des zweiten Nutzsignals.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste Nutzsignal eine Inhaltsart andeutet, die ein Empfangsetikett in einer Antwort benutzen sollte, und mit folgenden Schritten:

an dem mindestens einen Etikett

Empfangen des ersten modulierten Signals,

Modulieren einer Reflexion des ersten modulierten Signals unter Verwendung eines Rückstrahlungsmodulators mit einem zweiten Nutzsignal, dessen Inhalt durch das erste Nutzsignal bestimmt wird, und folgliches Bilden eines zweiten modulierten Signals, das während einer Zeitdauer gebildet wird, zu der das erste Nufczsignal auf dem ersten modulierten Signal gegenwärtig ist; und

am Abfragegerät

Demodulieren des zweiten modulierten Signals zum Erhalten des zweiten Nutzsignals, dessen Inhalt durch das erste Nutzsignal bestimmt wurde.

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste Signal das erste modulierte Signal in einem ersten Zeitabstand und ein Funkträgersignal in einem zweiten Zeitabstand enthält, mit folgenden Schritten:

am Abfragegerät

Übertragen des ersten modulierten Signals zu dem mindestens einen Etikett während eines ersten Zeitabstandes und

Übertragen des Funkträgersignals zu dem mindestens einen Etikett während eines zweiten Zeitabstandes;

an dem mindestens einen Etikett

Empfangen des Funkträgersignals und des ersten modulierten Signals,

Modulieren einer Reflexion des Funkträgersignals unter Verwendung eine Rückstrahlungsmodulators während des zweiten Zeitabstandes mit einem zweiten Nutzsignal, dessen Datenrate oder Modulationsart durch das erste Nutzsignal bestimmt wird, und folgliches Bilden eines zweiten modulierten Signals; und

am Abfragegerät

Demodulieren des zweiten modulierten Signals während des zweiten Zeitabstandes zum Erhalten des zweiten Nutzsignals, dessen Datenrate bzw. Modulationsart durch das erste Nutzsignal bestimmt wurde.