SIGNALE

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Demodulation lastmodulierter Signale in einem System, bei welchem ein Lesegerät ein hochfrequentes Trägersignal an eine Sendeantenne liefert, passive Transponder im Einflussbereich der Antenne das Signal empfangen und das empfangene Signal lastmodulieren und in dem Lesegerät das rückwirkende modulierte HF-Signal demoduliert wird, um das Modulationssignal auszuwerten.

Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Lesegerät zur Auswertung lastmodulierter Signale, mit einem HF-Generator zur Speisung einer Antenne mit einem Trägersignal, einer Demodulationsschaltung und einer Auswerteschaltung.

Transponder und Lesegeräte, im englischen Sprachgebrauch und meist allgemein „RFID Tags" und „Reader" genannt, sind bekannt und werden auf vielen Gebieten eingesetzt, z. B. im Transportwesen, Finanzwesen, Zugangskontrollen etc. Systeme und Anwendungsbeispiele sind beispielsweise in „RFID Handbook" Klaus Finkenzeller, John Wiley & Sons, Ltd., Second Edition 2003, ISBN 0-470-84402-7 beschrieben.

Ein System nach dem Stand der Technik zum Lesen von Tags ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Lesegerät LES (Reader) mit Sendeantenne versorgt über ein magnetisches Wechselfeld, z. B. im 13.56 MHz Band, einerseits Transponder (Tags) TRA, die ebenfalls eine Antenne besitzen, mit Energie (passive Tags) und andererseits kann das Lesegerät LES mit den Transpondern TRA kommunizieren (Downlink). Das von einem Transponder TRA aufgenommene HF- Signal wird gleichgerichtet und mit der gleichgerichteten Spannung kann z. B. ein Energiespeicher zur Versorgung der Transponder-Elektronik aufgeladen werden. Hat ein Transponder genügend Energie aufgenommen, so kann er Signale von einem Lesegerät empfangen. Er kann aber auch Signale an das Lesegerät senden, wozu eine auf den Träger rückwirkende Lastmodulation verwendet wird (Uplink). In dem zuvor genannten „RFID Handbook" ist eine solche Lastmodulation in Zusammenhang mit Figure 3.16 auf Seite 45 beschrieben.

Eine Lastmodulation ruft beim Uplink im Lesegerät ein Signal hervor, das in verschiedenen Modi, und zwar entweder als Amplitudenmodulation oder als Phasenmodulation oder als Mischform der beiden Modulationsarten auftreten kann. Liegt ein Signal mit Amplitudenmodulation vor, so ist die Demodulation mit geringem technischen Aufwand mit Hilfe eines Amplitudendemodulators (z.B. Spitzenwertdetektor, Hüllkurvendemodulator, Diodendetek-

tor) möglich. Diese Methode versagt jedoch bei Signalen, die überwiegend phasenmoduliert sind.

Fig. 2a und 2b zeigen den Fall reiner Amplitudenmodulation. Zu dem in Fig. 2a dargestellten Zeitpunkt sind Trägersignal ST und Modulationssignal S _M in Phase und überlagern einander konstruktiv zu einem resultierenden Signal SR. ZU dem in Fig. 2b gezeigten Zeitpunkt überlagern einander Träger ST und Modulation SM destruktiv zu einem Signal SR. Dadurch tritt das Signal S _M als Amplitudenmodulation im Signal SR auf.

Fig. 3a und 3b zeigen den Fall reiner Phasenmodulation. Zum dem in Fig. 3a gegebenen Zeitpunkt ist die Modulation S _M gegenüber dem Träger ST um 90 Grad nacheilend und es ergibt sich ein resultierendes Signal SR. ZU dem in Fig. 3b relevanten Zeitpunkt ist die Modulation SM gegenüber dem Träger ST um 90 Grad voreilend und es ergibt sich ein Signal SR. Die Längen der resultierenden Zeiger in Fig. 3a und 3b unterscheiden sich jedoch nicht, so dass die Modulation auch nicht in der Amplitude erkennbar ist.

Das Auftreten beider Modulationsarten ist insbesondere bei der Verwendung von mehreren Lesegeräten (M Lesegeräte LES in Fig. 1), die entweder ebenfalls (zueinander phasenverschoben, jedoch frequenzsynchron) angesteuert werden oder aber nur als Empfänger verwendet werden, unvermeidlich. Solche Systeme werden beispielsweise verwendet, um räumlich veränderliche Feldvektoren zu erzeugen, damit orientierungsbedingte (Ausrichtung Lesegerät- Antenne zu Tag- Antenne) Erkennungslücken vermieden werden können. Bei Verwendung mehrerer Lesegeräte kann auch der maximale Abstand, bei welchem eine Kommunikation zwischen Lesegerät und Tags möglich ist, kurz gesagt die Reichweite, erhöht werden.

Das Auftreten beider Modulationsarten kann aber auch eine Folge der Wechselwirkung zwischen mehreren Transpondern und Lesegeräten sein.

Der Stand der Technik kennt zwei Verfahren, zur Modus-unabhängigen Demodulation von lastmodulierten Signalen. Das erste Verfahren verwendet Synchronabtastung, wobei an die Elektronik hohe Anforderungen gestellt werden. Das zweite Verfahren verwendet ein Kabel einer bestimmten Länge, um eine Modus-Konversion (von Phasenmodulation in Amplitudenmodulation) zu erreichen, wodurch die kostengünstige Demodulation z.B. mit Hilfe von Dioden ermöglicht wird. Eine Modus-Konversion kann auch mit Hilfe von Filtern realisiert werden. Für Lesegeräte, deren Größe gering gehalten werden muss, erweist sich die Verwendung zusätzlicher Kabel naturgemäß als nachteilig. Andererseits müssen Filter ein sehr ausgeprägtes Frequenzverhalten zeigen, um die gewünschte Modus-Konversion zu bewir-

ken, was allein schon wegen der Temperaturabhängigkeit der elektronischen Komponenten mit erheblichem technischen Aufwand verbunden ist.

Die angeführten Probleme, dass die Lastmodulation sowohl als Amplituden- als auch als Phasenmodulation auftreten kann und insbesondere die unterschiedliche Phasenlage des Uplink-Signals bei der Verwendung mehrere Antennen mit phasenverschobener Ansteuerung unvermeidlich ist, sind bekannt und es wurden auch Verfahren zur Lösung dieser Probleme vorgeschlagen.

Alle bekannten Ansätze verwenden im weiteren Sinne I (Inphase, 0°) und Q (Quadratur, 90°) Signale, um sowohl bei Amplitudenmodulation (zumeist mit I-Kanal) als auch bei Phasenmodulation (zumeist mit Q-Kanal) eine erfolgreiche Demodulation zu erzielen. Es ist immer möglich, I und Q Abtastsignale so zu wählen, dass in einem Kanal das maximale, in dem anderen Kanal jedoch kein Signal auftritt. Daher existieren auch Realisierungen, welche nur einen Kanal verwenden, in welchem der Demodulator je nach Signal als I oder Q Demodula- tor anzusehen ist.

Gemäß der WO 04/107595 Al werden I und Q Signale mit Hilfe eines Zero-Cross Detektor- Moduls, einem Phasenschieber sowie Chopper und Filterkomponenten ermittelt und die Demodulation erfolgt mit Hilfe eines Mischers, wobei die Mischung mit zwei um 90° verschobenen Abtastsignalen erfolgt.

Auch die US 6686830 beschreibt ein System, bei dem eine I/ Q Demodulation zur Anwendung kommt, wobei gleichfalls die Demodulation mit Hilfe eines Mischers und anschließender Filterung erfolgt.

Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung kein Mischer benötigt. Die Demodulation von I und Q Kanal kann mit einem einfachen Hüllkurvendemodulator (z. B. Diode mit Filterkondensator) realisiert werden. Auch Zero-Cross Detektoren und schnelle Schalter (Chopper) werden nicht benötigt.

Gemäß der WO 03/049275 Al werden I und Q Abtastsignale durch Abgriff an bestimmten Stellen innerhalb des Signalpfades erhalten. Mit Hilfe dieser Signale erfolgt eine Abtastung (Sampling), es liegt somit eine synchrone Abtastung mit zwei um 90° verschobenen Abtastsignalen vor. Eine derartige Abtastung trifft auch für die WO 02/23465 A2 zu, gemäß der ein geeigneter Abtast-Zeitpunkt ermittelt wird, um sowohl bei Phasen- als auch Amplitudenmodulation erfolgreich zu demodulieren. Ein weiteres Beispiel für synchrone Abtastung

liefert die US 6028503, wonach nur ein Synchrondemodulator verwendet wird, dessen Abtastzeitpunkte je nach Phasenlage des zu detektierenden Signals verschoben werden.

Des Weiteren wird in der WO 96/18969 ein Verfahren zur Demodulation von Signalen bei möglichem Auftreten beider Modulationsarten beschrieben, wobei die Demodulation mit Hilfe eines Phasendemodulators, auch in Verbindung mit einem Hüllkurvendemodulator, erfolgt.

In der JP 63052082 ist ein Verfahren offenbart, bei welchem I und Q Signale mit Hilfe zweier Mischer aus dem modulierten Signal abgeleitet werden, wobei die erhaltenen Signale im Anschluss daran jeweils einem Hüllkurvendemodulator zugeführt und das jeweils stärkere der beiden Ausgangssignale zur Weiterverarbeitung herangezogen wird.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, lastmodulierte Signale mit geringem Aufwand, sowohl hinsichtlich der Kosten als auch räumlicher Abmessungen, zu demodulieren.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß zu dem Trägersignal ein frequenzsynchroner, um einen Phasenwinkel verschobener Hilfsträger addiert wird, sowohl das resultierende Summensignal als auch das Trägersignal einer Amplitudendemodulation unterworfen werden und die demodulierten Signale zur Auswertung weiter verarbeitet werden.

Eine zweckmäßige Weiterverarbeitung sieht vor, dass von den beiden demodulierten Signalen jenes mit der höheren Signalqualität ausgewählt und zur Auswertung weiter verarbeitet wird.

Meist wird die Flexibilität der Verarbeitung erhöht, wenn zumindest eines der demodulierten Signale einer Analog/ Digital-Um Wandlung unterzogen wird.

Es ist in Hinblick auf ein ausreichend gutes Summensignal vorteilhaft, wenn der Phasenwinkel zwischen Trägersignal und Hilfsträger in einem Bereich von 120° bis 150° gewählt wird.

In der Praxis hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Phasenwinkel zwischen Trägersignal und Hilfsträger und/ oder die Amplitude des Hilfsträgers so gewählt werden, dass die Phase zwischen Trägersignal und resultierendem Summensignal im Wesentlichen 90° beträgt.

Ebenso wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit einem Lesegerät der gegenständlichen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch einen Hilfs- signalgeber zur Erzeugung eines zu dem Trägersignal frequenzsynchronen, um einen Phasenwinkel verschobenen Hilfsträgers, eine Summierschaltung zum Summieren des Trägersignal mit dem Hilfsträger, einen Demodulator zum Demodulieren des an der Antenne liegenden Trägersignals sowie einen Demodulator zum Demodulieren des in der Summierschaltung erzeugten Summensignals.

Eine vorteilhafte Weiterbildung eines Lesegerätes nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Auswahlschaltung vorgesehen ist, welcher die beiden in den Demodulatoren demodulierten Signale zugeführt sind und deren Ausgangssignal der Auswerteschaltung zugeführt ist.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 schematisch eine System mit auslesbaren, passiven Transpondern, wie es auch dem Stand der Technik entspricht,

Fig. 2a und 2b zu zwei Zeitpunkten in Zeigerdiagrammen Träger und Modulation bei reiner Amplitudenmodulation,

Fig. 3a und 3b zu zwei Zeitpunkten in Zeigerdiagrammen Träger und Modulation reiner Phasenmodulation,

Fig. 4a und 4b in Zeigerdiagrammen das Verfahren nach der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Lesegerätes nach der Erfindung.

Bei der folgenden Beschreibung der Erfindung wird auf die Fig. 4a, Fig. 4b und Fig. 5 Bezug genommen, wobei zunächst auf das Blockschaltbild nach Fig. 5 vorgegriffen wird. Ein HF- Generator GEN speiste mit einer Frequenz fo allenfalls über einen Treiberverstärker VER mit einem Trägersignal S _T eine Antenne ANT an, in deren Magnetfeld sich ein (oder mehrere) Transponder TRA befinden möge.

Mit Hilfe eines Hilf Signalgebers HSG, der gleichfalls von dem HF-Generator GEN angespeist wird, wird ein zu dem Trägersignal ST frequenzsynchroner, um einen Phasenwinkel φ verschobener Hilfsträger S _H erzeugt. Der Hilfsignalgeber HSG enthält einen steuerbaren Pha-

senschieber, der in Abhängigkeit von ihm zugeführten Signalen, nämlich dem Trägersignal ST und einem resultierenden Summensignal SR (siehe unten) eine 90°-Phase zwischen Trägersignal und resultierendem Summensignal SR (siehe unten Fig. 4a, b) einstellt.

Das Ausgangssignal des Hilfsignalgebers HSG, der Hilfsträger SH wird zusammen mit dem Trägersignal ST einer Summierschaltung SUM zugeführt.

Es stehen nun zwei Signale zur Verfügung, die als I- und Q-Signale bezeichnet werden können. Von diesen Signalen wird das Trägersignal S _T einem Demodulator DEI und der Hilfsträger S _H bzw. Hilfsträgersignal einem Demodulator DEQ zugeführt. Beide Demodula- toren können einfache Hüllkurven-Demodulatoren auf Basis einer Diode sein.

Die Ausgangssignale der Demodulatoren DIE, DEQ, die demodulierten Signale si, SQ werden, gegebenenfalls nach einer Analog/ Digital Wandlung in einem Analog/ Digital- Wandler ADW zu einer Auswahlschaltung SEL geführt, welche z. B. auf Basis bekannter Signalqualitätskriterien jenes Signal selektiert, das für eine Weiterverarbeitung am besten geeignet ist. Dieses ausgewählte Signal S _n wird in einer Auswerteschaltung ASW in bekannter Weise verwendet, z. B. zur Identifizierung von Tickets, Waren etc.

Das angewendete Verfahren ist in Figur 4a zu einem ersten Zeitpunkt und in 4b zu einem zweiten Zeitpunkt in Analogie zu den Fig. 2 und 3 dargestellt. Während das lastmodulierte Signal SM von der Addition unverändert bleibt, dreht der aus Trägersignal ST und Hilfsträger SH resultierende Träger SR, der im dargestellten Fall nun amplitudenmoduliert ist, seine Lage. Sowohl das Summensignal als auch der unveränderte Träger werden, wie oben beschrieben, einem einfachen Dioden-Demodulator zugeführt. Durch das beschriebene Verfahren ist gewährleistet, dass zumindest in einem der beiden Kanäle I, Q das lastmodulierte Signal als Amplitudenmodulation auftritt und die Demodulation auch lediglich mit einer Diode erfolgreich ist.

Mit Hilfe des Hilf strägers kann das resultierende Summensignal gegenüber dem ursprünglichen Signal (Fig. 3) aber auch verkleinert werden, während das lastmodulierte Signal unverändert bleibt. Das Verhältnis aus Amplituden des lastmodulierten Signals S _M und des resultierenden Summensignals SR wird als Modulationsgrad oder Modulationsindex bezeichnet. Ein höherer Modulationsgrad ist bei der Demodulation vorteilhaft. Zu diesem Zweck können auch weitere Summen mit weiteren Hilfsträgern gebildet werden. Beispielsweise kann der Hilfsträger genau umgekehrte Phase des Trägers besitzen und damit auch in einem Fall wie in Fig. 4 dargestellt zu einer Erhöhung des Modulationsindex verwendet werden.

Die beschriebene, hier in dem Block „Hilfssignalgeber HSG" enthaltene Phasenschieber ist deshalb mit Vorteil steuerbar, da die Lastmodulation Amplitude und Phase beeinflusst, wobei auch der Fall auftreten kann, dass bei einem bestimmten Betrag des Hilfsträgers und einem bestimmten Phasenwinkel φ der Restträger, d.h. das resultierende Summensignal SR eine konstante, von der Modulation unabhängige Länge aufweist. Durch Ändern des Phasenwinkels φ ist auch für diesen und andere Fälle erreichbar, dass zumindest in einem der beiden Kanäle I oder Q ein brauchbares Signal auftritt.