DE102009008174A1

DE102009008174A1 - Verfahren und System zur Bestimmung der Entfernung, der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsrichtung eines RFID-Transponders

Info

Publication number: DE102009008174A1
Application number: DE102009008174A
Authority: DE
Inventors: Robert Bieber; Daniel Evers; Dieter Horst; Gerhard Metz; Stefan Schwarzer; Claus Seisenberger
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-19
Also published as: EP2396670A1; CN102301256A; US20120050016A1; WO2010091746A1; CN105022058A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Entfernung, der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsrichtung eines RFID-Transponders. Der Transponder wird in bekannter Weise von einem RFID-Lesegerät abgefragt, wozu das Lesegerät ein phasenweise moduliertes Versorgungsträgersignal aussendet. Ein Radarmodul sendet gleichzeitig ein Radarsignal aus, das am Transponder empfangen und von diesem reflektiert wird. Das reflektierte Radarsignal wird schließlich wieder vom Radarmodul empfangen. Aus dem reflektierten, empfangenen Radarsignal lässt sich die Position des RFID-Transponders bestimmen. Das Radarsignal wird insbesondere dann ausgesendet, wenn auf das Versorgungsträgersignal keine Abfragedaten aufmoduliert werden. Weiterhin weisen das Versorgungsträgersignal und das Radarsignal unterschiedliche Frequenzen auf.

Description

Die inzwischen weithin bekannte RFID-Technologie („radio frequency identification” bzw. Radiofrequenz-Identifikation) hat sich in den vergangenen Jahren schnell entwickelt. Speziell die günstigen passiven Ultra-Hochfrequenz-RFID-Transponder (UHF-RFID-Transponder), bspw. RFID-Etiketten oder sogenannte RFID-Tags, sind mittlerweile in sehr großer Stückzahl auf dem Markt. Sie vereinfachen Abläufe in der Logistik und in der Industrie. So kommt ein RFID-Transponder (im Folgenden nur noch als „Transponder” bezeichnet) in Verbindung mit einem RFID-Lesegerät (im Folgenden nur noch „Lesegerät”) in verschiedensten Anwendungsgebieten wie bspw. der Lagerinventarisierung oder auch zu Identifikationszwecken im Bereich der Sicherheitstechnik zum Einsatz. Ihre Hauptaufgaben liegen in der Bereitstellung einer eindeutigen Identifikationsnummer und in der Aufnahme einer in der Regel geringen Menge an Daten.
Die Abfrage bzw. Auslese des Transponders, der in der Regel zumindest eine Antenne und einen Chip mit einem Backscatter-Modulator, einem Logikschaltwerk und einem Datenspeicher aufweist, geschieht mit Hilfe elektromagnetischer Wellen nach dem sogenannten und an sich bekannten Backscatter-Prinzip. Bei diesem sendet das Lesegerät ein konstantes, gleichmäßig moduliertes Signal, welches zum Einen einen im Transponder integrierten RFID-Chip veranlasst, ein Antwortsignal auszusenden, welches wiederum von dem Lesegerät registriert wird. Das Antwortsignal beinhaltet zumindest eine eindeutige Identifizierung des Transponders und ggf. weitere Daten. Zum Anderen kann das vom Lesegerät ausgesendete Signal auch zur Stromversorgung des Transponders genutzt werden.
Ein Transponder wird vom Lesegerät üblicherweise bei der Betriebsfrequenz mit einem elektromagnetischen Signal bestrahlt, welches über eine Transponderantenne aufgenommen und von einem Gleichrichter zur Nutzung umgewandelt wird. Das vom Lesegerät ausgesendete Signal besteht aus einem Versorgungsträgersignal, im Folgenden auch als Träger bezeichnet, auf das evtl. an den Transponder zu übertragende Daten in bekannter Weise aufmoduliert sind. Bspw. kann hiermit vom Lesegerät eine Anfrage zur Herausgabe der Identifikationsnummer des Transponders oder zum Auslesen des Speichers des Transponders gestellt werden. Nach der Übertragung der Daten wird der Träger jedoch nicht sofort abgeschaltet, da der Transponder sonst energielos wäre und nicht antworten könnte. Stattdessen wird der Träger unmoduliert aufrechterhalten und der Transponder ändert den Reflektionsfaktor seiner Antenne zur sogenannten Rückstreumodulation, in Fachkreisen auch Backscatter-Modulation genannt. Auf diese Weise kann der Transponder nahezu energielos eine Antwort an das Lesegerät senden. Bei dieser Kommunikationsart ist die Energieversorgung des Transponders der kritische Pfad, d. h. die Detektion der Transponderantwort wäre noch in größerer Entfernung möglich. Doch die Stromaufnahme moderner Transponder beschränkt die Reichweite auf maximal ca. 10 m.
Weit verbreitet ist die Benutzung des ISM-Bandes (Industrial, Scientific, and Medical Band) bei 868 MHz in Europa bzw. bei 915 MHz in den USA. Die maximale Lesereichweite liegt, bei Abstrahlung der maximal erlaubten Sendeleistung, bei nicht mehr als 10 m. Ein Problem beim Betrieb von RFID-Systemen im UHF-Band sind sogenannte Überreichweiten, die insbesondere in geschlossenen Räumen auftreten können: Ein weit vom Lesegerät entfernter Transponder kann aufgrund von konstruktiver Interferenz der vom Lesegerät ausgesendeten elektromagnetischen Wellen mit Energie versorgt und identifiziert werden, obwohl er sich eigentlich außerhalb der Sollreichweite des Lesegeräts befindet. Durch eine Entfernungsmessung vom Lesegerät zum Transponder könnte diese Überreichweite als solche erkannt werden.
Abgesehen von diesem konkreten Beispiel ist die Messung der Transponder-Entfernung, der Transponder-Geschwindigkeit und/oder der Transponder-Bewegungsrichtung generell von großem Interesse.
Eine ausreichend hoch aufgelöste Entfernungsmessung benötigt bekanntermaßen eine große Bandbreite der Signale, die zur Messung herangezogen werden. Das Auflösungsvermögen R eines Radarsystems berechnet sich gemäß R = c/B, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und B die Bandbreite des elektromagnetischen Signals ist. Bspw. ein FMCW-Radar (Frequency Modulated Continuous Wave bzw. frequenzmoduliertes Dauerstrichradar) mit einer Bandbreite B = 80 MHz bietet ein Auflösungsvermögen von R = 1,875 m. Das bedeutet, dass die Signalausbreitung über indirekte Wege, z. B. durch Reflexionen an den Raumwänden, mit Gangunterschieden von unter 1,875 m das Messergebnis stark verfälschen kann. Erst bei größeren Gangunterschieden können die Mehrwege von der Entfernungsschätzung abgetrennt werden und sorgen nur noch für einen geringen Fehler. Geht man von einer sogenannten Line-of-Sight-Situation (LOS) aus, bei der die direkte Sichtverbindung zwischen den Antennen von Lesegerät und Transponder ungestört ist, so kann man den Fehler durch Mehrwege in den meisten Messumgebungen auf einen Betrag kleiner R/10 minimieren, was bei dem beispielhaft vorgestellten Radar einen Fehler in einer Größenordnung von maximal 20 cm bedeuten würde. Sollte die direkte Sichtverbindung allerdings gedämpft sein, so ist mit einem deutlich größeren Fehler zu rechnen.
Bei einem üblichen RFID-System beträgt die Bandbreite des backscatter-modulierten Antwortsignals maximal 500 kHz. Das ergibt ein Auflösungsvermögen von R = 300 m und einen Restfehler von ca. R/10 = 30 m. In Kombination mit der bereits erwähnten Reichweite des RFID-Systems von nur 10 m ist direkt ersichtlich, dass dieser anzunehmende Fehler eine Entfernungsmessung praktisch unmöglich macht. Abhilfe schaffen könnte eine Kombination mehrerer Entfernungsmessungen bei unterschiedlichen Mittenfrequenzen, jedoch steht für UHF-RFID-Systeme bei den angegebenen Frequenzen nur eine sehr limitierte Bandbreite von ca. 2 MHz in Europa und 15 MHz in den USA zur Verfügung.
Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Transponder-Bewegungsrichtung und -Geschwindigkeit besteht in der Zuhilfenahme sogenannter Gates. Derartige Gates, auch of als „Gate-Reader” bezeichnet, sind Tore oder Durchgänge o. ä., die Antennen beinhalten, an die ein RFID-Lesegerät angeschlossen ist. Will man ein mit einem Transponder ausgestattetes Gut identifizieren, so schiebt man es durch ein solches Gate. Dabei stehen mehrere Lesegeräte in großem Abstand zueinander und registrieren die erfolgreiche Identifikation eines Transponders. Die zeitliche Abfolge der Identifizierungen lässt auf die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Transponders schließen. Die genaue Position und Geschwindigkeit des Transponders zwischen den Gates bleibt jedoch unbekannt. Auch Überreichweiten können an dieser Stelle zu Fehlinformationen führen, bspw. dann, wenn ein Transponder ein Gate gar nicht passiert hat, sondern nur ungünstig in dessen Nähe gelangt ist.
Eine Möglichkeit, Überreichweiten zumindest zum Teil zu vermeiden besteht weiterhin in der Verwendung spezieller Antennen und hinsichtlich der Sendeleistung fein abgestimmter Lesegeräte. Auch mit dieser Methode lässt sich das Problem der Überreichweite jedoch nicht vollständig ausschließen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines RFID-Transponders anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die zu ermittelnde „Position” des Transponders kann eine 1-dimensionale, eine 2-dimensionale oder eine 3-dimensionale Größe sein. Als 1-dimensionale Größe entspräche die Position einfach einer Entfernung zwischen dem Transponder und einem Bezugspunkt, der bpsw. das Lesegerät sein kann.
Für die Erfindung wird ausgenutzt, dass insbesondere aus Kostengründen der Transponder-Chip eines RFID-Transponders, in dem bspw. die Backscatter-Modulation ausgeführt wird, nicht schmalbandig nur auf eine bestimmte Betriebsfrequenz sondern vergleichsweise breitbandig ausgelegt sein wird. Hierdurch wird erreicht, dass nur eine Chipvariante entwickelt werden muss, die bspw. für Transponder-Etiketten verschiedener Regionen wie Europa, USA und Asien einsetzbar ist. Auch aus technischer Sicht ist es günstiger, den Backscatter-Modulator in seiner Frequenzantwort nicht explizit einzuschränken. Daher kann davon ausgegangen werden, dass der Backscatter-Modulator im Transponder-Chip auch bei einer von der gewählten RFID-Betriebsfrequenz abweichenden, insbesondere höheren Frequenz eine ausreichend große Änderung seines Reflektionsfaktors zur Verfügung stellt, um sich auch bei höheren Frequenzen die Backscatterfunktionalität des Chips zu Nutze machen zu können.
Ausgehend hiervon baut die erfindungsgemäße Lösung darauf auf, dass ein RFID-Transponder, dessen Position und evtl. Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung bestimmt werden soll, nicht nur von dem Lesegerät mit dem entsprechenden Abfragesignal mit einer typischen RFID-Betriebsfrequenz bestrahlt wird, sondern idealerweise gleichzeitig von zumindest einem Radarmodul mit einem entsprechenden Radarsignal mit großer Bandbreite und mit einer Frequenz, die sich von der RFID-Betriebsfrequenz unterscheidet.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Position eines RFID-Transponders, der augebildet ist, um sowohl ein von einem RFID-Lesegerät mit einer RFID-Frequenz ausgesendetes Versorgungsträgersignal als auch ein von einem Radarmodul mit einer Radarfrequenz ausgesendetes Radarsignal zu empfangen und zu reflektieren, wird der RFID-Transponder von dem Radarmodul mit dem Radarsignal bestrahlt. Das Radarsignal wird daraufhin vom RFID-Transponder reflektiert und das reflektierte Radarsignal wird am Radarmodul empfangen. Aus dem am Radarmodul empfangenen reflektierten Radarsignal lässt sich nun die Position des RFID-Transponders bestimmen.
Das Radarsignal wird vorzugsweise gleichzeitig mit dem Versorgungsträgersignal ausgesendet.
Auf das Versorgungsträgersignal werden phasenweise Abfragedaten zur Abfrage und/oder zum Auslesen des Transponders aufmoduliert. Dabei wird das Radarsignal nur dann ausgesendet, wenn auf das Versorgungsträgersignal keine Daten aufmoduliert werden.
Das Radarsignal wird in einer besonderen Ausgestaltung ausgesendet, sobald das Aufmodulieren der Abfragedaten auf das Versorgungsträgersignal beendet ist.
In einer bevorzugten Ausführung weisen das Versorgungsträgersignal und das Radarsignal unterschiedliche Frequenzen auf. Außerdem ist die Bandbreite des Radarsignals größer als die Bandbreite des Versorgungsträgersignals.
Neben der Position wird vorteilhafterweise aus dem am Radarmodul empfangenen reflektierten Radarsignal weiterhin eine Geschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung des RFID-Transponders bestimmt.
Das Radarsignal wird im RFID-Transponder vor der Reflektion moduliert, insbesondere backscatter-moduliert, wobei bei der Modulation Daten zumindest umfassend eine Identifikationsnummer der RFID-Transponders und/oder einen Inhalt eines Datenspeichers des RFID-Transponders auf das Radarsignal aufmoduliert werden. Das so modulierte reflektierte Signal wird im Radarmodul empfangen und hinsichtlich der aufmodulierten Daten ausgewertet. Somit können die Abfragedaten auch unabhängig vom RFID-Lesegerät ermittelt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung einer Position eines RFID-Transponders weist ein Radarmodul zum Aussenden eines Radarsignals mit einer Radarfrequenz auf. Der RFID-Transponder ist ausgebildet, sowohl das ausgesendete Radarsignal als auch ein von einem RFID-Lesegerät mit einer RFID-Frequenz ausgesendetes Versorgungsträgersignal zu empfangen und zu reflektieren. Das Radarmodul ist seinerseits ausgebildet, das vom RFID-Transponder reflektierte Radarsignal zu empfangen. Die Anordnung weist darüber hinaus eine mit dem Radarmodul verbundene Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Position des RFID-Transponders anhand des empfangenen, reflektierten Radarsignals auf.
Vorteilhafterweise sind das RFID-Lesegerät und das Radarmodul fest miteinander verbunden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Dies resultiert in einem kompakten Gerät, mit dem neben der Identifikation des Transponders eine genaue Positionsmessung des Transponders möglich ist.
Weiterhin weisen das Versorgungsträgersignal und das Radarsignal unterschiedliche Frequenzen auf und die Bandbreite des Radarsignals ist größer als die Bandbreite des Versorgungsträgersignals.
Der RFID-Transponder weist vorteilhafterweise einen Modulator, insbesondere einen Backscatter-Modulator, auf, der ausgebildet ist, auf das Radarsignal vor der Reflektion Daten umfassend eine Identifikationsnummer der RFID-Transponders und/oder einen Inhalt eines Datenspeichers des RFID-Transponders aufzumodulieren, und dass die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um das modulierte, reflektierte Radarsignal hinsichtlich der aufmodulierten Daten auszuwerten. Hierdurch wird erreicht, dass nicht nur auf das RFID-Signal Daten aufmoduliert werden können, sondern auch auf das Radarsignal. Somit kann das Radarmodul sowohl zur Messung der Position des Transponders als auch zu dessen Identifikation verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigt die 1 die zeitliche Abfolge der erfindungsgemäßen Entfernungsmessung.
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile, Bauteilgruppen oder Verfahrensschritte mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
In der 1A sind ein RFID-Lesegerät 10, ein RFID-Transponder 20 sowie ein Radarmodul 30, jeweils mit einer Antenne 11, 21, 31, dargestellt. Die Position, die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Transponders 20 sollen ermittelt werden. Im Lesegerät 10 ist ein Computer 40 vorgesehen und der Transponder 20 weist neben der Antenne 21 einen Transponder-Chip 22 mit einem Datenspeicher 23 und einem Backscatter-Modulator 24 auf. Das Radarmodul 30 weist eine Auswerteeinrichtung 32 auf.
Das Lesegerät 10 stellt ein Versorgungsträgersignal S_rfid bspw. bei einer RFID-Betriebsfrequenz von f_rfid = 868 MHz zur Verfügung und moduliert ggf. Abfragedaten M_A auf das Trägersignal S_rfid auf, um eine Identifikationsnummer des Transponders 20 abzufragen und um den Inhalt des Speichers 23 des Transponders 20 auszulesen. Es werden nur phasenweise, d. h. zeitlich nicht ununterbrochen, Abfragedaten M auf das Versorgungsträgersignal S_rfid aufmoduliert, d. h. das Versorgungsträgersignal S_rfid wird zum Teil auch unmoduliert ausgesendet.
Alternativ kann bspw. auch eine Betriebsfrequenz von f_rfid = 915 MHz gewählt werden. Der Transponder 20 wird durch das Versorgungsträgersignal S_rfid mit Energie versorgt, wacht auf und demoduliert die Anfrage. Diese Prozesse sind soweit hinlänglich bekannt.
In der 1B ist die Situation zu einem späteren Zeitpunkt dargestellt, zu dem die Übertragung von Daten vom Lesegerät 10 zum Transponder 20 beendet ist, zu dem also keine Abfragedaten M_A mehr auf das Trägersignal S_rfid aufmoduliert werden. Der unmodulierte Versorgungsträger S_rfid wird jedoch weiterhin übertragen, um den Transponder 20 mit Energie zu versorgen, so dass die Backscatter-Modulation, die durch den Backscatter-Modulator 24 der Transponders 20 bewirkt wird, und damit die Antwort A_rfid des Transponders 20 ermöglicht wird. Gleichzeitig bestrahlt das Radarmodul 30 den Transponder 20 mit einem breitbandigen elektromagnetischen Signal S_radar, um die Entfernung, die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Transponders zu bestimmen.
Das Lesegerät 10 empfängt das backscatter-modulierte Antwortsignal A_rfid des Transponders 20 und wertet dieses in bekannter Weise entsprechend den angefragten Daten wie bspw. Identifikationsnummer und Inhalt des Speichers 23 des Transponders 20 aus.
Während der Transponder 20 seinen Backscatter-Modulator 24 benutzt, um dem Lesegerät 10 das Antwortsignal A_rfid zukommen zu lassen, wird der Transponder 20 erfindungsgemäß zeitgleich mit dem Signal S_radar des Radarmoduls 30 bestrahlt. Dabei unterscheidet sich die Radarfrequenz f_radar des Radarsignals S_radar von der RFID-Frequenz f_rfid = 868 MHz des Versorgungsträgers S_rfid. Bspw. kann hier ein Signal S_radar aus dem ISM-Band mit einer Mittenfrequenz von f_radar = 2,45 GHz und einer Bandbreite von B_radar = 80 MHz verwendet werden. Ebenso eignet sich das das 5,8 GHz ISM-Band mit einer Bandbreite B_radar von etwa 150 MHz. Grundsätzlich ist bei der Auswahl eines Frequenzbereichs für die Entfernungsmessung mit Hilfe des Radarmoduls 30 entscheidend, dass ein Frequenzbereich ausgewählt wird, bei dem eine möglichst hohe Bandbreite zur Verfügung steht.
Das Radarsignal S_radar wird ebenso wie das Versorgungsträgersignal S_rfid vom Transponder 20 reflektiert und schließlich in Form eines Antwortsignals A_radar wieder vom Radarmodul 30 emp fangen. Mit üblichen Methoden der Radartechnologie (siehe unten) können dann in einer Auswerteeinrichtung 32 des Radarmoduls 30 aus dem vom Transponder 20 reflektierten Radarsignal A_radar die gesuchten Messwerte, d. h. die Position, Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Transponders 20, mit einem aufgrund der hohen Bandbreite B_radar geringen Fehler bestimmt werden.
Zu beachten ist hierbei, dass der Bezugspunkt der Messung der Position, der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung nicht mehr die Antenne 11 des Lesegeräts 10 ist, sondern die Antenne 31 des Radarmoduls 30. Um die Messwerte des Radarmoduls 30 auf das Lesegerät 10 zu beziehen, muss eine entsprechende Umrechnung stattfinden. Typischerweise ist das Lesegerät 10 mit einem Computer 40 verbunden, auf dem eine entsprechende Software, bspw. eine sogenannte Middleware, installiert ist. Die vom Radarmodul 30 ermittelten Messwerte werden bspw. über eine Funkverbindung an den Computer 40 übertragen, wo schließlich die Messwerte in Relation zu dem Lesegerät 10 berechnet werden. Der Computer 40 kann in ein Gehäuse des Lesegerätes 10 integriert sein. Alternativ kann ein zentraler Computer (nicht dargestellt) genutzt werden, der mit dem Lesegerät 10 über eine Funkverbindung kommuniziert. In letzterem Fall würde es sich anbieten, dass auch das Radarmodul 30 über eine Funkverbindung mit dem Computer 40 kommuniziert, um die Messwerte an den Computer 40 zu übertragen. Im Computer 40 können dann ggf. die erwähnten Umrechnungen in auf das Lesegerät 10 bezogene Messwerte stattfinden. Auch ist es denkbar, dass die oben erwähnte Auswerteeinrichtung 32 des Radarmoduls 30 durch den zentralen Computer 40 realisiert wird, dass also im Radarmodul 30 selbst keine Datenverarbeitung stattfindet und die eigentliche Bestimmung der Messwerte Position, Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung in den Computer 40 ausgelagert ist.
Weiterhin können das Radarmodul 30 und das Lesegerät 10 fest miteinander verbunden sein, bspw. indem sie in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. In diesem Fall kann ange nommen werden, dass die mit dem Radarmodul 30 bestimmte Position des Transponders 20, die sich zunächst nur auf das Radarmodul 30 bezieht, gleichzusetzen ist mit einer Position des Transponders 20 bezüglich des Lesegerätes 10.
Eine übliche Methode der Radartechnologie zur Bestimmung des Abstands bzw. der Entfernung zwischen Radarmodul 30 und Transponder 20 ist bspw. die Messung der Laufzeit, während eine Geschwindigkeit des Transponders 20 mit Hilfe einer Dopplermessung oder über die zeitliche Veränderung der Entfernung bestimmt werden kann. Die Bewegungsrichtung kann ebenfalls mittels einer Dopplermessung ermittelt werden, wobei lediglich das Vorzeichen der Dopplerverschiebung ausgewertet werden muss. Die Bewegungsrichtung kann auch über die zeitliche Änderung der Entfernung bestimmt werden. Andere Verfahren zur Ermittlung der Messwerte Entfernung, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung sind natürlich auch einsetzbar und einem Fachmann wohlbekannt.
Ebenso wie das Trägersignal S_rfid wird auch das vom Radarmodul 30 ausgesendete und am Transponder 20 empfangene Radarsignal S_radar vor der Reflektion durch den Backscatter-Modulator 24 moduliert. Dementsprechend ist das vom Transponder 20 reflektierte und wiederum am Radarmodul 30 empfangene Signal A_radar ein backscatter-moduliertes Signal, aufgrund dessen auch am Radarmodul 30 bspw. die Identifikationsnummer des Transponders 20 und der Inhalt des Speichers 23 des Transponders 20 ermittelt werden können. Die Backscatter-Modulation des Radarsignals bewirkt insbesondere, dass sich der Transponder 20 gegenüber sogenannten passiven Radarzielen wie bspw. Wänden, Decken, Stahlträgern, Waren, Personen etc. abhebt und im Empfangssignal des Radarmoduls 30 eindeutig sichtbar ist.
Ebenfalls vorteilhaft ist, dass das Radarmodul 30 nicht bloß zur Ermittlung der Messwerte eingesetzt werden kann, sondern auch zur Demodulation der vom Transponder 20 durch Backscatter-Modulation gesendeten Daten. Das Radarmodul 30 kann bspw. die Identifikationsnummer des Transponders 20 empfangen und die ermittelte Entfernung etc. mit der Identifikationsnummer verknüpfen. In einem dezentral angelegten System, bei dem das Lesegerät 10 und eines oder sogar mehrere Radarmodule 30 räumlich verteilt angeordnet sind, ist dies von großem Vorteil, da die Messgröße dann zur eindeutigen Zuordnung mit der Identifikationsnummer des Transponders 20 versehen werden kann. Auch kann das Lesegerät 10 in seiner Funktionalität derart vereinfacht werden, dass es bloß noch den Versorgungsträger S_rfid bei der Betriebsfrequenz f_rfid bereitstellt und die Anfrage aufmoduliert, während der Empfang und die Auswertung der rückgestreuten Daten komplett in das Radarmodul 30 verlagert werden. Eine große Zahl günstiger Lesegeräte, die bloß zur Energieversorgung der Transponder dienen, wäre damit denkbar. Alternativ kann auch die Identifikation des Transponders 20 im Lesegerät 10 stattfinden, während im Radarmodul 30 neben der Bestimmung der Position, der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsrichtung des Transponders 20 auch die backscatter-modulierte Antwort des Transponders 20 ausgewertet wird. Dem Lesegerät 10 würden in dieser Ausführungsform lediglich die Aufgabe der Bereitstellung bzw. der Aussendung des phasenweise mit Abfragedaten modulierten Versorgungsträgersignals S_rfid und die Aufgabe der Identifikation des Transponders 20 zufallen.
Für die Auswertung des reflektierten Radarsignals A_radar im Radarmodul 30 ist eine spezielle Ausgestaltung der Backscatter-Modulation vorteilhaft. Üblicherweise werden die vom Transponder 20 an das Lesegerät 10 zu übermittelnden Daten vor dem Aussenden kodiert, wobei Kodierungsarten FM0, Miller und Manchester üblich sind. Dabei wird darauf geachtet, dass z. B. das Aussenden einer Bitfolge „000000000” nicht dazu führt, dass der Backscatter niemals umschaltet, da solch eine Antwort nicht detektierbar wäre. Daher sorgen die Kodierungsarten dafür, dass der Backscatter-Modulator eine mittlere Umschaltfrequenz hat, die im Takt der Bitfolge variiert. Diese Variation der Umschaltfrequenz stellt dann die zu übertragende Bitfolge dar und kann im Lesegerät 10 detektiert werden. Besonders vorteilhaft für das Radarmodul 30 ist es, wenn die Backscatter-Modulationsfrequenz konstant ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Speicherbereich 23 des Transponders 20 vor der Entfernungsmessung mit einer Bitfolge beschrieben wird, deren Auslesen eine Backscatter-Modulation mit konstanter Frequenz bewirkt.
Während der Transponder-Chip 22 wie erwähnt in der Regel breitbandig ausgelegt ist, wird die Antenne 21 des Transponders 20 für einen von der RFID-Betriebsfrequenz f_rfid abweichenden Frequenzbereich nicht optimiert sein. Dementsprechend könnte zur Optimierung der maximalen Messentfernung eine Anpassung der Antenne 21 für die Nutzung des Backscatter-Verfahrens bei höheren Frequenzen notwendig sein, indem bspw. die Antennenimpedanz derart an den Chip angepasst wird, dass das gewünschte Backscattersignal optimal stark ausfällt.
Durch die Verwendung mehrerer Radarmodule, die nach dem oben beschriebenen Verfahren und zusätzlich vorteilhafterweise entweder bei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen, d. h. im sogenannten Frequenzmultiplex-Modus, oder im zeitlichen Wechsel, d. h. im sogenannten Zeitmultiplex-Modus, arbeiten, lassen sich unterschiedliche Genauigkeiten durch verschiedene Bandbreiten und unterschiedliche Messreichweiten durch verschiedene Betriebsfrequenzen realisieren. Sind die Radarmodule räumlich verteilt angeordnet, so ist auch eine mehrdimensionale Ortung des Transponders möglich.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Position eines RFID-Transponders (20), der augebildet ist, um sowohl ein von einem RFID-Lesegerät (10) mit einer RFID-Frequenz (f_rfid) ausgesendetes Versorgungsträgersignal (S_rfid) als auch ein von einem Radarmodul (30) mit einer Radarfrequenz (f_radar) ausgesendetes Radarsignal (S_radar) zu empfangen und zu reflektieren, bei dem – das Radarmodul (30) den RFID-Transponder (20) mit dem Radarsignal (S_radar) bestrahlt, – das Radarsignal (S_radar) vom RFID-Transponder (20) reflektiert und das reflektierte Radarsignal (A_radar) am Radarmodul (30) empfangen wird und – aus dem am Radarmodul (30) empfangenen reflektierten Radarsignal (A_radar) die Position des RFID-Transponders (20) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsignal (S_radar) gleichzeitig mit dem Versorgungsträgersignal (S_rfid) ausgesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Versorgungsträgersignal (S_rfid) phasenweise Abfragedaten zur Abfrage und/oder zum Auslesen des Transponders (20) aufmoduliert werden, wobei das Radarsignal (S_radar) nur dann ausgesendet wird, wenn auf das Versorgungsträgersignal (S_rfid) keine Daten aufmoduliert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radarsignal (S_radar) ausgesendet wird, sobald das Aufmodulieren der Abfragedaten auf das Versorgungsträgersignal (S_rfid) beendet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsträgersignal (S_rfid) und das Radarsignal (S_radar) unterschiedliche Frequenzen (f_rfid, f_radar) aufweisen und dass die Bandbreite (B_radar) des Radarsig nals (S_radar) größer ist als die Bandbreite (B_rfid) des Versorgungsträgersignals (S_rfid)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem am Radarmodul (30) empfangenen reflektierten Radarsignal (A_radar) weiterhin eine Geschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung des RFID-Transponders (20) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Radarsignal (S_radar) im RFID-Transponder (20) vor der Reflektion moduliert, insbesondere backscatter-moduliert, wird, wobei bei der Modulation Daten zumindest umfassend eine Identifikationsnummer der RFID-Transponders (20) und/oder einen Inhalt eines Datenspeichers (23) des RFID-Transponders (20) auf das Radarsignal (S_radar) aufmoduliert werden, und – das modulierte reflektierte Signal (A_radar) im Radarmodul (30) empfangen und hinsichtlich der aufmodulierten Daten ausgewertet wird.
Anordnung zur Bestimmung einer Position eines RFID-Transponders (20), wobei – die Anordnung ein Radarmodul (30) zum Aussenden eines Radarsignals (S_radar) mit einer Radarfrequenz (f_radar) aufweist, – der RFID-Transponder (20) ausgebildet ist, sowohl das ausgesendete Radarsignal (S_radar) als auch ein von einem RFID-Lesegerät (10) mit einer RFID-Frequenz (f_rfid) ausgesendetes Versorgungsträgersignal (S_rfid) zu empfangen und zu reflektieren, – das Radarmodul (30) ausgebildet ist, ein vom RFID-Transponder (20) reflektiertes Radarsignal (A_radar) zu empfangen, und – die Anordnung eine mit dem Radarmodul (30) verbundene Auswerteeinrichtung (32, 40) zum Bestimmen der Position des RFID-Transponders (20) anhand des empfangenen, reflektierten Radarsignals (A_radar) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-Lesegerät (10) und das Radarmodul (30) fest miteinander verbunden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsträgersignal (S_rfid) und das Radarsignal (S_radar) unterschiedliche Frequenzen (f_rfid, f_radar) aufweisen und dass die Bandbreite (B_radar) des Radarsignals (S_radar) größer ist als die Bandbreite (B_rfid) des Versorgungsträgersignals (S_rfid)
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Transponder (20) einen Modulator (24), insbesondere einen Backscatter-Modulator, aufweist, der ausgebildet ist, auf das Radarsignal (S_radar) vor der Reflektion Daten umfassend eine Identifikationsnummer der RFID-Transponders (20) und/oder einen Inhalt eines Datenspeichers (23) des RFID-Transponders (20) aufzumodulieren, und dass die Auswerteeinrichtung (32, 40) ausgebildet ist, um das modulierte, reflektierte Radarsignal (A_radar) hinsichtlich der aufmodulierten Daten auszuwerten.