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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen RFID Transponder, und im speziellen, auf einen RFID Transponder, der in der Lage ist, ohne Lokaloszillator eine Referenzfrequenz bereitzustellen. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Synchronisation in Mehrträger RFID-Systemen.
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RFID Transponder in Verbindung mit einem Lesegerät benötigen eine Frequenzquelle (Referenzfrequenz) zum Beispiel zur Erzeugung einer Modulationsfrequenz oder eines Hilfsträgers [1],[3].
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Herkömmlicherweise wird bei UHF Systemen (UHF = ultra high frequency, dt. Dezimeterwelle) in den Transpondern die Modulations- oder Hilfsträgerfrequenz über einen Lokaloszillator (LO) bereitgestellt. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines passiven Transponders 10 mit integriertem Lokaloszillator 12.
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Im Detail umfasst der Transponder 10 einen Gleichrichter bzw. eine Versorgung 14, einen Demodulator 16, einen Modulator 18 und einen Digitalteil (z.B. Kontrolllogik, Speicher) 20, wobei der Lokaloszillator 12 die Referenzfrequenz für den Demodulator 16, den Modulator 18 sowie den Digitalteil 20 bereitstellt.
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Bei LF (LF = low frequency, dt. Langwelle) und HF (HF = high frequency, dt. Kurzwelle) Systemen wird dafür aus der Trägerfrequenz über Frequenzteiler ein 1/N-faches abgeleitet. Bei höherfrequenten RFID System, wie z.B. UHF (UHF = ultra high frequency, dt. Dezimeterwelle) oder SHF (SHF = super high frequency, dt. Zentimeterwelle) werden unter anderem Lokaloszillator in den Transpondern integriert. In passiven Transpondern ergibt sich mit dem zusätzlichen Verbraucher im Allgemeinen eine höhere Leistungsaufnahme, welche meist nicht gewünscht ist [1]. Des Weiteren werden aufgrund der niedrigen vorhandenen Energie RC-Oszillatoren als Frequenzquelle genutzt, welche hochgradig temperaturabhängig sind.
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Das in [2] vorgestellte Mehrträgersystem verwendet mindestens zwei Trägerfrequenzen zur Energieversorgung des Transponders, wobei die im gleichgerichteten Versorgungssignal enthaltene Frequenzanteile (störende Frequenzripple [2]) durch einen Tiefpassfilter gefiltert / geglättet werden. Zur Bereitstellung der Referenzfrequenz wird auch hier, wie für UHF und SHF, ein Lokaloszillator verwendet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Transponder mit verbessertem Energieverbrauch und/oder Frequenzsynchronisation zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
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Ausführungsbeispiele schaffen einen RFID Transponder, wobei der RFID Transponder ausgebildet ist, um ein Mehrträgersignal zu empfangen und ein Schwebungssignal mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal abzuleiten, wobei der RFID Transponder ausgebildet ist, um das Schwebungssignal oder ein von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal als Referenzsignal zum Takten des RFID Transponders zu verwenden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz zum Takten des RFID Transponders aus einem empfangenen Mehrträgersignal abzuleiten. Hierzu kann ein Schwebungssignal mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal abgeleitet werden, und das Schwebungssignal direkt oder ein von dem Schwebungssignal (z.B. über einen Frequenzteiler) abgeleitetes Signal als Referenzsignal zum Takten des RFID Transponders verwendet werden.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder ausschließlich mit dem Referenzsignal getaktet sein.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder keinen Lokaloszillator oder andere Einrichtung zum Erzeugen einer Taktfrequenz aufweisen.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder einen Frequenzumsetzer aufweisen, der ausgebildet ist, um aus dem Schwebungssignal das von dem Schwebungssignal abgeleitete Signal zu erhalten.
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Bei Ausführungsbeispielen das Referenzsignal die Schwebungsfrequenz oder Oberwellen der Schwebungsfrequenz als Referenzfrequenz aufweisen.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung (z.B. ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller) aufweisen, wobei die digitale Signalverarbeitungseinrichtung mit dem Referenzsignal getaktet ist.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder ein nichtlineares elektrisches Bauelement aufweisen, das ausgebildet ist, um das Schwebungssignal mit der Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal abzuleiten.
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Bei Ausführungsbeispielen kann das empfangene Mehrträgersignal an das nichtlineare elektrische Bauelement angelegt werden, um das Schwebungssignal mit der Schwebungsfrequenz zu erhalten.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder einen Gleichrichter aufweisen, der ausgebildet ist, um aus dem empfangenen Mehrträgersignal oder einem davon abgeleiteten Signal eine Versorgungsspannung zu erzeugen, wobei der RFID Transponder mit der Versorgungsspannung versorgt wird.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der Gleichrichter dem nichtlinearen elektrischen Bauelement nachgeschaltet sein und das Schwebungssignal zwischen dem nichtlinearen elektrischen Bauelement und dem Gleichrichter ausgekoppelt werden.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder einen Demodulator aufweisen, wobei der Demodualtor mit dem Referenzsignal getaktet ist.
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Bei Ausführungsbeispielen kann der RFID Transponder einen Modulator aufweisen, wobei der Modulator mit dem Referenzsignal getaktet ist.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Betrieb eines RFID Transponders. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Empfangens eines Mehrträgersignals. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ableitens eines Schwebungssignals mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens des Schwebungssignals oder eines von dem Schwebungssignal abgeleiteten Signals als Referenzsignal. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Taktens des RFID Transponders mit dem Referenzsignal.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen RFID Transponder, wobei der RFID Transponder ausgebildet ist, um ein Mehrträgersignal zu empfangen und um ein Schwebungssignal mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal abzuleiten, wobei der RFID Transponder ausgebildet ist, um das Schwebungssignal oder ein von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal als Referenzsignal bereitzustellen, wobei der RFID Transponder ausgebildet ist, um eine Taktfrequenz eines Lokaloszillators des RFID Transponders basierend auf dem Referenzsignal nachzuführen.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Empfangens eines Mehrträgersignals. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ableitens eines Schwebungssignals mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens des Schwebungssignals oder eines von dem Schwebungssignal abgeleiteten Signals als Referenzsignal. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Nachführens einer Taktfrequenz eines Lokaloszillators des RFID Transponders basierend auf dem Referenzsignal.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild eines herkömmlichen passiven Transponders mit internem Lokaloszillator;
- 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Transponders, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein schematisches Blockschaltbild der Einrichtung zum Erzeugen des Referenzsignals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 in einem Diagramm ein am Transpondereingang anliegendes Mehrträgersignal mit zwei Trägerfrequenzen 5,8 GHz und 5,81 GHz mit jeweils -15 dBm Leistung aufgetragen über die Zeit;
- 5 ein schematisches Blockschaltbild eines RFID-Systems mit einem RFID Lesegerät und einem passiven RFID Transponder, der ein nichtlineares Element und einen Gleichrichter aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6a in einem Diagramm eine Leistung P eines Mehrträgersignals an der Sendeantenne des RFID Lesegerätes aufgetragen über die Frequenz f;
- 6b in einem Diagramm eine Leistung P eines gedämpften Empfangssignals nach der Transponderantenne und vor dem gleichrichtenden Element aufgetragen über die Frequenz f;
- 7a in einem Diagramm Simulationsergebnisse eines am Ausgang des Gleichrichters bereitgestellten Versorgungssignals und eines am Ausgang des nichtlinearen Elements bereitgestellten Signals bei Anregung mit zwei einzelnen Trägersignalen, 5,8 GHz und 5,81 GHz;
- 7b in einem Diagramm eine Detailansicht des Simulationsergebnisses des am Ausgang des nichtlinearen Elements bereitgestellten Schwebungssignals;
- 8a ein schematisches Blockschaltbild der Einrichtung zum Ableiten des Referenzsignals mit einer Reihenschaltung aus einem nichtlinearem Element und einem Gleichrichter, wobei das Schwebungssignal zwischen dem nichtlinearen Element und dem Gleichrichter ausgekoppelt wird;
- 8b ein schematisches Blockschaltbild der Einrichtung zum Ableiten des Referenzsignals mit einer Reihenschaltung aus einem nichtlinearem Element und einem Filter als Gleichrichter, wobei das Schwebungssignal zwischen dem nichtlinearen Element und dem Gleichrichter ausgekoppelt wird;
- 9 in einem Diagramm Simulationsergebnisse eines am Ausgang des Gleichrichters bereitgestellten Versorgungssignals und eines am Ausgang des nichtlinearen Elements bereitgestellten Referenzsignals (=Schwebungssignal) bei Anregung mit drei einzelnen Trägersignalen mit gleichen Frequenzabständen, 5,8 GHz, 5,81 GHz und 5,82 GHz.
- 10 in einem Diagramm Simulationsergebnisse eines am Ausgang des Gleichrichters bereitgestellten Versorgungssignals und eines am Ausgang des nichtlinearen Elements bereitgestellten Referenzsignals (=Schwebungssignal) bei Anregung mit drei einzelnen Trägersignalen mit unterschiedlichen Frequenzabständen, 5,8 GHz, 5,81 GHz und 5,83 GHz;
- 11 ein Flussdiagram eines Verfahren zum Betrieb eines RFID Transponders, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 12 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb eines RFID Transponders, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Transponders 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Transponder 100 ist ausgebildet, um ein Mehrträgersignal 102 zu empfangen und um aus dem empfangen Mehrträgersignal 102' (= Signal mit zumindest zwei (zwei oder mehr) Trägerfrequenzen) ein Schwebungssignal mit einer Schwebungsfrequenz abzuleiten. Ferner ist der RFID Transponder 100 ausgebildet, um das Schwebungssignal oder ein von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal als Referenzsignal 104 zum Takten des RFID Transponders bereitzustellen.
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Bei Ausführungsbeispielen kann somit anstelle eines Taktsignals eines Lokaloszillators, ein von dem empfangenen Mehrträgersignal 102' abgeleitetes Referenzsignal 104 zum Takten des RFID Transponders 100 verwendet werden, wobei das Referenzsignal 104 das Schwebungssignal oder ein von dem Schwebungssignal (z.B. über einen Frequenzteiler) abgeleitetes Signal ist.
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Bei Ausführungsbeispielen wird der RFID Transponder 100 ausschließlich mit dem Referenzsignal 104 (=Schwebungssignal oder von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal) getaktet. Der RFID Transponder 100 weist also keinen Lokaloszillator oder anderen Frequenzgenerator zum Erzeugen eines Taktsignals auf.
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Wie in 2 beispielhaft gezeigt ist, kann der RFID Transponder 100 eine Einrichtung 106 zum Ableiten eines Referenzsignals 104 aufweisen, die ausgebildet ist, um das Schwebungssignal mit der Schwebungsfrequenz aus dem empfangen Mehrträgersignal 102' abzuleiten, und um das Schwebungssignal oder ein von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal als Referenzsignal 104 zum Takten des RFID Transponders 100 bereitzustellen.
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Der RFID Transponder 100 kann eine Sende/Empfangseinheit 108 (z.B. einen Sender (Modulator) und/oder Empfänger (Demodulator)) aufweisen, wobei die Sende/Empfangseinheit 108 mit dem Referenzsignal 104 (=Schwebungssignal oder von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal) getaktet ist.
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Ferner kann der RFID Transponder 100 eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 aufweisen, wobei die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 mit dem Referenzsignal 104 (=Schwebungssignal oder von dem Schwebungssignal abgeleitetes Signal) getaktet ist.
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Die Einrichtung 106 kann optional ausgebildet sein, um eine Versorgungsspannung basierend auf dem empfangenen Mehrträgersignal 102' zur Versorgung des RFID Transponders 100 bereitzustellen. Natürlich kann der RFID Transponder 100 auch eine separate Versorgungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Versorgungsspannung basierend auf dem empfangenen Mehrträgersignal 102' zur Versorgung des RFID Transponders 100 bereitzustellen. Beispielsweise können die Sende/Empfangseinheit 108 und/oder die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 mit der Versorgungsspannung versorgt werden.
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Bei Ausführungsbeispielen kann die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 ausgebildet sein, um das empfangene Mehrträgersignal 102' oder ein davon abgeleitetes Signal (z.B. ein demoduliertes empfangenes Mehrträgersignal) digital zu verarbeiten. Das empfangene Mehrträgersignal 102' kann beispielsweise Daten aufweisen, die z.B. ein RFID Lesegerät identifizieren und mit denen das RFID Lesegerät Daten von dem RFID Transponder 100, wie z.B. eine unveränderliche Identifikation oder Seriennummer des RFID Transponders 100, weitere Daten eines mit dem RFID Transponder 100 gekennzeichneten Objekts, oder andere Daten, abfragt.
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Ferner kann die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 ausgebildet sein, um ein zu sendendes Signal bereitzustellen. Das zu sendende Signal kann beispielsweise zu sendende Daten, wie z.B. eine unveränderliche Identifikation- oder Seriennummer, weitere Daten des zu kennzeichnenden Objekts oder andere vom RFID Lesegerät abgefragte Daten, aufweisen.
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Bei Ausführungsbeispielen kann die Sende/Empfangseinheit 108 einen Demodulator und/oder Modulator aufweisen. Der Modulator und/oder Demodulator können mit einer Antenne 112 des RFID Transponders 100 und mit der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 110 verbunden sein.
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Der Demodulator kann beispielsweise ausgebildet sein, um das empfange Mehrträgersignal 102' zu demodulieren, um ein demoduliertes empfangenes Mehrträgersignal zu erhalten.
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Der Modulator kann beispielsweise ausgebildet sein, um basierend auf einem zu sendenden Signal ein Sendesignal bereitzustellen. Beispielsweise kann der Modulator ein Last-Modulator (oder Backscatter Modulator) sein, der ausgebildet ist, um eine Last (z.B. ein Transistor), die z.B. mit einer Antenne des RFID Transponders verbunden ist, mit dem zu sendenden Signal zu modulieren. Anstelle eines passiven Modulators kann der Modulator auch ein aktiver Modulator sein. In diesem Fall kann der Modulator beispielsweise ausgebildet sein, um das zu sendende Signal mit einem Trägersignal zu mischen, um das Sendesignal zu erhalten.
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Bei Ausführungsbeispielen kann die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 ferner ausgebildet sein, um ein Hilfsträger, z.B. für den Modulator des RFID Transponders, bereitzustellen.
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3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Einrichtung 106 zum Erzeugen des Referenzsignals 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Einrichtung 106 zum Erzeugen des Referenzsignals 104 kann eine Einrichtung 107 zum Ableiten des Schwebungssignals 105 aus dem empfangen Mehrträgersignal 102' aufweisen, die ausgebildet ist, um das Schwebungssignal 105 aus dem empfangen Mehrträgersignal 102' abzuleiten. Die Einrichtung 106 zum Erzeugen des Referenzsignals 104 kann ausgebildet sein, um das Schwebungssignal 105 als Referenzsignal 104 auszugeben. Alternativ kann die Einrichtung 106 zum Erzeugen des Referenzsignals 104 ausgebildet sein, um ein von dem Schwebungssignal 105 abgeleitetes Signal 105' als Referenzsignal 104 auszugeben. Beispielsweise kann die Einrichtung 106 zum Erzeugen des Referenzsignals 104 eine Einheit 109 aufweisen, die ausgebildet ist, um das von dem Schwebungssignal 105 abgeleitetes Signal 105' zu erhalten. Die Einheit 109 kann beispielsweise ein Frequenzteiler sein, der ausgebildet ist, um aus dem Schwebungssignal 105 das abgeleitete Signal 105' mit entsprechend geteilter Frequenz zu erhalten. Ferner kann die Einheit 109 ein Filter sein, der ausgebildet ist, um die Schwebungsfrequenz oder harmonische der Schwebungsfrequenz aus dem Schwebungssignal raus zu filtern, so dass das abgeleitete Signal 105' (und dementsprechend auch das Referenzsignal 104) nur die Schwebungsfrequenz oder eine spezifische harmonische der Schwebungsfrequenz aufweist.
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Wie bereits erwähnt, kann die Einrichtung 106 ausgebildet sein, um aus dem empfangenen Mehrträgersignal 102' ein Schwebungssignal mit einer Schwebungsfrequenz abzuleiten. 4 zeigt zur Veranschaulichung beispielhaft in einem Diagramm ein solches empfangenes Mehrträgersignal 102', aus dem das Schwebungssignal abgeleitet werden soll. In 4 wird dabei beispielhaft davon ausgegangen, dass das Mehrträgersignal zwei Trägerfrequenzen bei 5,8 GHz und 5,81 GHz mit jeweils - 15dBm Leistung aufweist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Ausführungsbeispiele nicht auf das in 4 gezeigte Mehrträgersignal beschränkt sind. Vielmehr kann das Mehrträgersignal auch andere Trägerfrequenzen und auch mehr als nur zwei Trägerfrequenzen aufweisen.
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Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele des RFID Transponders 100 beschrieben und gezeigt, wie aus dem empfangenen Mehrträgersignal 102' ein Referenzsignal 104 zum Takten der Komponenten des RFID Transponders 100 abgeleitet werden kann
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5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines RFID Systems 200 mit einem RFID Lesegerät 300 und dem RFID Transponder 100. Das in 5 gezeigte RFID System 300 nutzt dabei eine Mehrträgerübertragung zur Steigerung der Transponder-Gleichrichtereffizienz, wie zum Beispiel in [1] näher beschrieben, wobei in [2] auf die Mehrwegeproblematik in Frequenzsprungverfahren eingegangen wird. Das RFID Lesegerät 300 in dieser Beispieldarstellung nutzt je eine Antenne für den Sende- und den Empfangspfad, d.h. das RFID Lesegerät 300 umfasst einen Sender 302 und einen Empfänger 304, die mit je einer Antenne 306 und 308 verbunden sind.
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Der RFID Transponder 100 umfasst die Einrichtung 106 zum Ableiten des Referenzsignals 104, die Sende/Empfangseinheit 108 und die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110, wobei die Einrichtung 106 zum Ableiten des Referenzsignals 104 und die Sende/Empfangseinheit 108 mit einer Antenne 112 verbunden sein können. Die Einrichtung 106 zum Ableiten des Referenzsignals 104 kann ein nichtlineares Element 114 aufweisen, das ausgebildet ist, um aus dem empfangenen Mehrträgersignal 102' das Schwebungssignal 105 mit der Schwebungsfrequenz abzuleiten, und um das Schwebungssignal 105 als Referenzsignal 104 auszugeben. Ferner kann die Einrichtung 106 einen Gleichrichter 116 aufweisen, der ausgebildet ist, um das empfangene Mehrträgersignal 102' oder ein davon abgeleitetes Signal gleichzurichten, um die Versorgungsspannung 117 zu erhalten. Die Sende/Empfangseinheit 108 kann einen Demodulator 118 und einen Modulator 120 aufweisen. Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 kann ein Digitalteil sein, und beispielsweise u.a. eine Kontrolllogik und einen Speicher aufweisen.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des RFID Systems 200 mit dem RFID Lesegerät 300 und dem RFID Transponder 100 näher beschrieben.
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Über die Lesegerätantenne 306 (Punkt 1 (401)) kann ein Mehrträgersignal 102 zum Transponder 100 abgestrahlt werden. In 6a ist das abgestrahlte Mehrträgersignal 102 mit Abstand Δf an der Lesegerätantenne 306 (Punkt 1 (401)) in einem Diagramm dargestellt. Über der y-Achse des Diagramms ist die Leistung P qualitativ aufgetragen. Das Empfangssignal 102' an der Transponderantenne 112 (Punkt 2 (402)), das entsprechend durch die Entfernung zwischen Lesegerät 300 und Transponder 100 gedämpft ist, ist in 6b abgebildet. Das Zeitsignal hat die Form des in 4 dargestellten Signals.
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Das Empfangssignal 102' mit den Trägerfrequenzen f1 und f2 kann beispielsweise auf einen Gleichrichter 116 und/oder ein nichtlineares Element 114 gegeben werden. Am Ausgang des Gleichrichters (Punkt 3 (403)) kann je nach Ausgestaltung des Gleichrichters 116 für die Versorgung ein Gleichspannungssignal (DC) 117 vorliegen. Mit dieser Gleichspannung 117 können nach entsprechender Filterung/Glättung der Digitalteil 110 und weitere Komponenten im RFID Transponder 100 versorgt werden. Exemplarisch ist ein Gleichspannungssignal 117 am DC-Ausgang des Gleichrichters in 7a dargestellt. Am Ausgang (Punkt 4 (404)) des nichtlinearen Elements 114 kann je nach Dimensionierung ein Signal 105 mit der Schwebungsfrequenz Δf abgegriffen werden. 7a zeigt das Ausgangssignal 105 mit dem Einschaltmoment. Eine Detailansicht des (z.B. nichtlinearen) Ausgangssignals 105 (=Schwebungssignal) des nichtlinearen Elements 114 ist in 7b dargestellt.
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Die Einrichtung 106 in 5, die das nichtlineare Element 114 und den Gleichrichter 116 umfasst, kann unterschiedlich ausgestaltet werden und ist nicht limitiert auf die in 5 dargestellte Variante mit zwei getrennten Blöcken 114 und 116. Eine Realisierungsmöglichkeit in einem mehrstufigen Gleichrichter kann beispielsweise auch nach 8a erfolgen. Hier befindet sich nach der ersten Stufe ein NL-Ausgang und nach der zweiten Stufe ein DC-Ausgang. Die Gleichrichter-Symbole können als Halb-, Vollwellengleichrichter oder anderen Gleichrichtervarianten realisiert werden und sind nicht auf dargestellte limitiert. In der abgebildeten Prinzipskizze sind die einzelnen Schaltelemente, wie Dioden und Kapazitäten, der Übersicht halber nicht dargestellt, aber in einer jeweiligen Realisierung zu verwenden bzw. wegzulassen. Die Anzahl der Gleichrichterstufen ist abhängig von der jeweiligen Anwendung. Bei mehr Gleichrichterstufen kann der NL-Ausgang an unterschiedlichen Positionen angebracht werden. Denkbar sind außerdem weitere Kombinationen mit Filtern, wie in 8b dargestellt.
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Im Detail zeigt 8a ein schematisches Blockschaltbild der Einrichtung 106 zum Ableiten des Referenzsignals, wobei das nichtlineare Element 114 und der Gleichrichter 116 in Reihe geschaltet sind, wobei das Schwebungssignal 105 (= Referenzsignal 104) zwischen dem nichtlineare Element 114 und dem Gleichrichter 116 ausgekoppelt werden kann. Wie in 8a zu erkennen ist, können sowohl das nichtlineare Element 114 als auch der Gleichrichter 116 jeweils als Gleichrichter implementiert sein.
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8b zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Einrichtung 106 zum Ableiten des Referenzsignals 104, wobei das nichtlineare Element 114 und der Gleichrichter 116 in Reihe geschaltet sind, wobei das Schwebungssignal 105 (=Referenzsignal 104) zwischen dem nichtlineare Element 114 und dem Gleichrichter 116 ausgekoppelt werden kann. Wie in 8b zu erkennen ist, kann das nichtlineare Element 114 als Gleichrichter und der Gleichrichter 116 als Gleichrichter mit Filter implementiert sein.
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Mit anderen Worten, 8a und 8b zeigen mögliche kombinierte Ausgestaltung eines nichtlinearen Elements 114 und eines Gleichrichter 116 zur Auskopplung der Schwebungsfrequenz 105. Der Einfachheit halber werden die Kapazitäten nicht dargestellt. 8a zeigt eine Realisierung mit Gleichrichtern und 8b eine Realisierung mit Gleichrichter mit Filter.
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Neben der am NL-Ausgang gleichgerichteten Versorgungsspannung sind auch weitere Frequenzkomponenten im Spektrum präsent. Ripple im Zeitsignal zeigen vorhandene Spannungsschwankungen aus mehreren Frequenzkomponenten.
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Unter anderem ist das die Schwebungsfrequenz Δf. Weitere Vielfache von Δf können ebenfalls enthalten sein. Nach geeigneter Filterung, Aufbereitung oder Schaltungsdimensionierung liegen das DC-Signal 117 und das weiterverwendbare Referenzsignal 104 in Bezug auf die Schwebungsfrequenz Δf vor. Abhängig von der Dimensionierung des Gleichrichters ergibt sich eine unterschiedliche Stärke der Schwebungsfrequenz Δf und der Vielfachen n*Δf. Die Frequenzen bei f1 und f2 sind nach dem Gleichrichter 116 entsprechend in die DC und Δf-Komponenten (nach 114 in 8a und 8b) umgewandelt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das oben beschriebene System nicht auf zwei Trägerfrequenzen beschränkt ist. Mehrere Träger sowie gewichtete Trägersignale können weitere Vielfache ergeben und gegebenenfalls genutzt werden.
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In 9 ist das Simulationsergebnis bei Anregung des Blockes aus NL-Element 114 und Gleichrichter 116 mit einem Signal bestehend aus drei Trägerfrequenzen, 5,8 GHz, 5,81 GHz und 5,82 GHz gezeigt.
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Im Detail zeigt 9 in einem Diagramm Simulationsergebnisse eines am Ausgang des Gleichrichters 116 bereitgestellten Versorgungssignals 117 und eines am Ausgang des nichtlinearen Elements 114 bereitgestellten Schwebungssignals 105 (=Referenzsignal 104) bei Anregung mit drei einzelnen Trägersignalen mit gleichen Frequenzabständen, 5,8 GHz, 5,81 GHz und 5,82 GHz.
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Ein Signal aus ebenfalls drei Trägerfrequenzen kann auch unterschiedliche Frequenzabstände Δf aufweisen. Dies bedeutet, dass zwischen f1 und f2 ein Δf1 besteht und zwischen f2 und f3 ist Δf2. Zwischen f1 und f3 besteht ein Abstand von Δf1 plus Δf2. 10 zeigt am Beispiel von f1 = 5,8 GHz, f2 = 5,81 GHz und f3 = 5,83 GHz am Eingang des NL-Elements und Gleichrichters das jeweilige Ausgangssignal von NL- und DC-Ausgang.
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Im Detail zeigt 10 in einem Diagramm Simulationsergebnisse eines am Ausgang des Gleichrichters 116 bereitgestellten Versorgungssignals 117 und eines am Ausgang des nichtlinearen Elements 114 bereitgestellten Schwebungssignals 105 (= Referenzsignal 104) bei Anregung mit drei einzelnen Trägersignalen mit unterschiedlichen Frequenzabständen, 5,8 GHz, 5,81 GHz und 5,83 GHz.
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In allen NL-Ausgangssignalen aus 7a und 8 ist eine Frequenzkomponente von 10 MHz bzw. in 10 Anteile bei 10 MHz und 20 MHz feststellbar.
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Bei Ausführungsbeispielen können die ausgesendeten Mehrträgersignale unter anderem wie folgt variiert werden: (1) Die Anzahl an Trägerfrequenzen (z.B. zwei oder mehr Trägerfrequenzen) kann variiert werden; (2) Die Frequenzabstände zwischen den Trägerfrequenzen können variiert werden; (3) Die Leistungspegel der einzelnen Trägerfrequenzen können unterschiedlich variiert werden; und (4) zumindest zwei der vorgenannten Variationsmöglichkeiten können miteinander kombiniert werden.
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Durch die Erzeugung einer Referenzfrequenz mit (der Schwebungsfrequenz) Δf resultieren mehrere Vorteile. (1) Durch Herunterteilen (der Schwebungsfrequenz) lassen sich Hilfsträger und/oder Taktsignale für den RFID Transponder ableiten. (2) Bei Halbierung von Δf entsteht als Sonderfall die genaue Mittenfrequenz zwischen (den Trägerfrequenzen) f1 und f2. Bei Schwankungen (der Trägerfrequenzen) f1 und f2 ist die halbe Δf immer synchron. (3) Der Energiebedarf eines lokalen Oszillators kann eingespart werden; Temperaturstabile Referenz, keine Temperaturabhängigkeit, da keine Quelle im Transponder benötigt wird (wie z.B. RC-Oszillator). (4) Hilfsträger mit halbierter Referenzfrequenz ist immer synchron mittig zwischen (den Trägerfrequenzen) f1 und f2. (5) Eine einfachere Synchronisation im Lesegerät, da der Hilfsträger auf (der Schwebungsfrequenz) Δf basiert. (6) Eine gesteigerte Reichweite aufgrund des geringeren Energieverbrauchs, da ein lokaler Oszillator und eine Frequenzvervielfachung/-teilung nicht (zwingend) notwendig sind. (7) Ist das hierin vorgestellte Prinzip in allen Frequenzbereichen universal einsetzbar und nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Obwohl hierin Ausführungsbeispiele beschreiben wurden, bei denen die Schwebungsfrequenz über ein nichtlineares Element abgeleitet wird, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Schwebungsfrequenz auch über andere nichtlineare, mischende Elemente oder mehrstufige Gleichrichter abgeleitet werden.
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Obwohl hierin Ausführungsbeispiele beschreiben wurden, bei denen die Schwebungsfrequenz als Referenzfrequenz verwendet wird, sei darauf hin, dass die Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr können auch Oberwellen der Schwebungsfrequenz (z.B. 2*Δf, 3*Δf oder andere) anstelle der ersten Oberwelle als Referenzfrequenz verwendet werden.
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Obwohl hierin Ausführungsbeispiele beschreiben wurden, bei denen nur ein Trägersignal verwendet wird, sei darauf hin, dass die Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr können auch mehr als zwei Trägersignale in Kombination mit einer unterschiedlichen Gewichtung verwendet werden.
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Obwohl hierin Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen der RFID Transponder 100 mit dem Referenzsignal 104 getaktet ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr ist es auch möglich, dass der RFID Transponder einen Lokaloszillator aufweist, wobei der RFID Transponder 100 ausgebildet ist, um eine Taktfrequenz des Lokaloszillators basierend auf dem Referenzsignal (z.B. mit einer PLL) nachzuführen. In diesem Fall können die Komponenten des RFID Transponders, wie z.B. die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 110 und/oder die Sende/Empfangseinheit 108 (d.h. Demodulator und/oder Modulator) mit der Taktfrequenz des Lokaloszillators getaktet sind.
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Bei Ausführungsbeispielen ist es somit möglich, das Mehrträgerreferenzsignal als Synchronisationssignal bzw. Referenzsignal für den Lokaloszillator zu verwenden, beispielsweise mittels einer PLL (Phasenregelschleife) als Referenz eines VCO's (VCO = voltage controlled oscillator, dt. spannungsgesteuerter Oszillator), z.B. für aktive Kommunikationssysteme um das Thema Temperaturkompensation in einem heißen Umfeld zu realisieren.
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11 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahren 500 zum Betrieb eines RFID Transponders 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 502 des Empfangens eines Mehrträgersignals 102. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 504 des Ableitens eines Schwebungssignals mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 506 des Bereitstellens des Schwebungssignals oder eines von dem Schwebungssignal abgeleiteten Signals als Referenzsignal. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 508 des Taktens des RFID Transponders mit dem Referenzsignal.
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12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betrieb eines RFID Transponders 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 602 des Empfangens eines Mehrträgersignals 102. Ferner umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 604 des Ableitens eines Schwebungssignals mit einer Schwebungsfrequenz aus dem empfangenen Mehrträgersignal 102'. Ferner umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 606 des Bereitstellens des Schwebungssignals 105 oder eines von dem Schwebungssignal 105 abgeleiteten Signals 105' als Referenzsignal 104. Ferner umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 608 des Nachführens einer Taktfrequenz eines Lokaloszillators des RFID Transponders 100 basierend auf dem Referenzsignal 104.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
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Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
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Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
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Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
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Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
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Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
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Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
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Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
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Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
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Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
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Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Literaturverzeichnis
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- [1] L. Roselli, Green RFID Systems, Cambridge Press. 2014.
- [2] SIEMENS AG, DE, Domoskos John; Horst Dieter; EP000001995683A1 , RFID-Lesegerät, 15. Mai 2007.
- [3] K. Finkenzeller, RFID Handbuch, Hanser, Auflage 6, 2012.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 000001995683 A1 [0087]