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Dokumentenidentifikation DE60125088T2 12.07.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001154368
Titel Lesegerät mit Mitteln zur Bestimmung der Anzahl von elektromagnetischen Transpondern im Felde des Lesegerätes
Anmelder STMicroelectronics S.A., Montrouge, FR
Erfinder Wuidart, Luc, 83910 Pourrières, FR
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60125088
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 11.05.2001
EP-Aktenzeichen 014100531
EP-Offenlegungsdatum 14.11.2001
EP date of grant 13.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse G06K 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme, bei welchen elektromagnetische Transponder verwendet werden, d. h. (im allgemeinen bewegliche) Sender/Empfänger, die kontakt- und drahtlos durch eine (im allgemeinen feste), als Lese- und/oder Schreib-Terminal bezeichnete Einheit abgefragt werden können. Im allgemeinen entnehmen die Transponder die für die in ihnen enthaltenen elektronischen Schaltungen erforderliche Energiespeisung einem über eine Antenne des Lese- und Schreib-Terminals ausgestrahlten Feld hoher Frequenz.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Systeme, in welchen mehrere Transponder gleichzeitig das von ein und demselben Lese-Terminal ausgestrahlte Feld empfangen können. Es handelt sich insbesondere um Transponder-Lesegeräte, die nicht über Mittel zur Isolierung eines Transponders verfügen, beispielsweise durch Einführen des Transponders in einen Schlitz oder dergleichen.

In derartigen Systemen muss das Lesegerät in der Lage sein, in erschöpfender Weise die Zahl von in seinem Feld vorliegenden Transpondern zu bestimmen sowie je nach den Anwendungen die Zahl von Transpondern zu bestimmen, mit welchen die Lesevorrichtung gleichzeitig kommunizieren kann.

1 gibt in sehr schematischer und vereinfachter Form ein klassisches Beispiel eines Systems zum Datenaustausch zwischen einem Lese-Schreib-Terminal 1 und einem Transponder 10 des Typs, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht, wieder.

Allgemein besteht das Terminal 1 im wesentlichen aus einem Reihen-Schwingkreis aus einer Induktivität L1 in Reihe mit einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1. Dieser Reihen-Schwingkreis wird von einer Vorrichtung 2 gesteuert, welche, unter anderem und in nicht-einschränkender Weise, einen Verstärker oder Antennenkoppler und eine Schaltung zur Steuerung und Auswertung der empfangenen Daten umfasst, die insbesondere mit einem Modulator/Demodulator und mit einem Mikroprozessor zur Verarbeitung der Befehle und der Daten versehen ist. Die Schaltung 2 kommuniziert im allgemeinen mit verschiedenen, nicht dargestellten, Eingangs/Ausgangs-Schaltungen (Tastatur, Bildschirm, Mittel zum Austausch mit einem Server usw.) und/oder Verarbeitungsschaltungen. Die Schaltungen des Lese-Schreib-Terminals beziehen die für ihren Betrieb erforderliche En-ergie aus einer (nicht dargestellten) Speiseschaltung, die beispielsweise mit dem elektrischen Stromverteilungsnetz verbunden ist.

Ein zum Zusammenwirken mit einem Terminal 1 bestimmter Transponder 10 umfasst im wesentlichen einen Parallel-Schwingkreis aus einer Induktivität L2 in Parallelschaltung mit einem Kondensator C2 zwischen zwei Eingangsanschlüssen 11, 12 einer Steuer- und Verarbeitungsschaltung 13. Die Anschlüsse 11 und 12 sind in der Praxis mit dem Eingang einer (nicht dargestellten) Gleichrichtvorrichtung verbunden, deren Ausgänge Gleichstrom-Speiseanschlüsse der internen Schaltungen des Transponders bilden. Diese Schaltungen umfassen im allgemeinen im wesentlichen einen Mikroprozessor, einen Speicher, einen Demodulator für die gegebenenfalls von dem Terminal 1 her empfangenen Signale, sowie einen Modulator zur Übertragung von Informationen an das Terminal.

Die Schwingkreise des Terminals und des Transponders sind im allgemeinen auf ein und dieselbe Frequenz entsprechend der Frequenz eines Anregungssignals des Schwingkreises des Terminals abgestimmt. Dieses Hochfrequenzsignal (beispielsweise 13,56 MHz) dient nicht nur als Träger zur Übertragung von Daten von dem Terminal an den Transponder, sondern gleichzeitig auch als Träger für die Fernspeisung mit Bestimmung für die im Feld des Terminals befindlichen Transponder. Wenn sich ein Transponder 10 im Feld eines Terminals 1 befindet, wird an den Anschlüssen 11 und 12 des Resonanzkreises des Transponders eine hochfrequente Spannung erzeugt. Diese Spannung dient nach Gleichrichtung und eventueller Begrenzung zur Lieferung der Speisespannung für die elektronischen Schaltungen 13 des Transponders.

Der von dem Terminal emittierte Träger hoher Frequenz wird im allgemeinen durch das Terminal nach verschiedenen Kodierungstechniken amplitudenmoduliert, um Daten und/oder Befehle an einen oder mehrere Transponder in dem Feld zu übertragen. In umgekehrter Richtung erfolgt die Übertragung von Daten des Transponders an das Terminal allgemein durch Modulation der Verbraucherlast, welche durch den Schwingkreis L2, C2 gebildet wird. Diese Lastvariation erfolgt im Rhythmus eines Subträgers einer Frequenz (beispielsweise 847,5 kHz) kleiner als die Frequenz des Trägers. Diese Lastschwankung kann dann von dem Terminal in Form einer Amplitudenschwankung oder einer Phasenänderung detektiert werden, beispielsweise mit Hilfe einer Messung der Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C1 oder des Stroms in dem Schwingkreis.

In seinem Ruhezustand, d. h. wenn sich kein Transponder in seinem Feld befindet, sendet ein Terminal 1 periodisch eine Datenmitteilung in Modulation auf dem hochfrequenten Signal aus. Diese Nachricht ist eine Abfragenachricht mit Bestimmung für eventuelle Transponder. Diese Abfrage oder allgemein Aufforderung bildet einen Teil eines für die Einleitung einer Verbindung zwischen einem Transponder und einem Terminal unerlässlichen Vorgangs.

Eine Schwierigkeit beim Aufbau einer Verbindung zu einem oder mehreren Transponder(n) ist mit der Tatsache verbunden, dass mehrere elektromagnetische Transponder sich gleichzeitig im Feld des Terminals befinden können. Das Terminal muss daher fähig zur Feststellung nicht nur der Zahl von in seinem Feld vorliegenden Transpondern sein, sondern auch zur Feststellung derjenigen Transponder, welche der Anwendung entsprechen, für welche das Terminal bestimmt ist und mit welchen das Terminal kommunizieren soll.

Diese Zwangsvorgabe erfordert einen Schleifenbetrieb eines Steuer- bzw. Befehlsprogramms des Terminals so lange, bis sämtliche in seinem Feld vorliegende Transponder richtig identifiziert sind.

2 zeigt in sehr schematischer und vereinfachter Form ein Organigramm bzw. Fließschema für die Initialisierung einer oder mehrerer Kommunikationsverbindung(en) seitens eines Lese-Schreib-Terminals des Typs, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht.

Sobald das Terminal mit Spannung beaufschlagt wurde und in Betrieb ist, beginnt (Block 20, ST) ein Terminal 1 zum Lesen/Schreiben von Transpondern nach einer Einschalt-Initialisierungs- und Testphase ein Warte- bzw. Stand-by-Verfahren, während welchem das Terminal die Herstellung einer Kommunikationsverbindung mit wenigstens einem Transponder abwartet. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen in der periodischen Aussendung (Block 21) einer Abfragesequenz (REQ) mit Bestimmung für eventuelle in dem Feld des Terminals vorliegende Transponder. Jeweils nach jeder Aussendung der Abfrageaufforderung 21 überwacht das Lesegerät (Block 22) den Empfang einer von einem in sein Feld eingetretenen Transponder herrührenden Antwortnachricht (ATQ) durch seinen Demodulator. Bei Fehlen einer Antwort versetzt die Lesevorrichtung sich in Schleifenbetrieb bezüglich der Aussendung einer Abfrage 21. Sobald das Terminal eine Antwort ATQ empfängt, geht es dann in einen Mode der Verifikation über, dass der Transponder tatsächlich ein für ihn bestimmter Transponder ist, sowie in einen eventuellen Antikollisions-Mode (Block 23) zur Individualisierung der in seinem Feld befindlichen Transponder. Tatsächlich können in Beantwortung auf eine Abfrageaufforderung durch ein Terminal, wenn sich mehrere Transponder in dessen Feld befinden, diese zur gleichen Zeit oder mit hinreichend geringer zeitlicher Versetzung antworten, derart dass das Resultat der Demodulation durch die Lesevorrichtung unverwertbar wird. Das Lese-Terminal muss dann einen Transponder auswählen, mit welchem es kommunizieren will, oder verschiedene Kanäle an unterschiedliche Transponder zuweisen.

Eine Kommunikation beginnt erst, nachdem der durch 2 illustrierte Initialisierungs- und Antikollisionsprozess beendet ist (Block 25, E), d. h. nachdem das Lese-Terminal festgestellt hat (Block 24), dass es sämtliche in seinem Feld vorliegende Transponder identifiziert hat. Solange nicht alle Transponder identifiziert sind, beginnt es erneut die Aussendung von Abfrageaufforderungen. Wenn ein Transponder richtig identifiziert wurde, wird dieser in einen Zustand versetzt, in welchem er nicht mehr auf diese Abfrageaufforderungen antwortet, um nicht die Detektion der anderen eventuellen Transponder zu stören.

Ein Initialisierungs- und Antikollisionsprozess der in Verbindung mit 2 kurz beschriebenen Art ist vollständig bekannt. Veranschaulichungen bekannter Verfahren finden sich beispielsweise in den Französischen Patentanmeldungen Nr. 2 760 280 und 2 773 627.

Die Durchführung des in 2 veranschaulichten Verfahrens erfolgt zumeist durch Feststellen einer maximalen Anzahl von Karten, die in dem Feld der Lesevorrichtung vorliegen können. Wie insbesondere in der Französischen Patentanmeldung Nr. 2 760 280 beschrieben, kann diese Zahl durch das Lese-Terminal modifiziert werden, in Abhängigkeit von Auswertergebnissen des Antikollisionsverfahrens (Block 23), um die Detektionswahrscheinlichkeiten zu erhöhen und die Dauer des Initialisierungsverfahrens zu reduzieren.

Tatsächlich stellt die der Herstellung einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Lese-Schreib-Terminal und einem oder mehreren Transponder(n) vorausgehende Dauer einen kritischen Parameter in der Verwendung dieser Transpondersysteme dar. Ein Transponder besteht häufig aus einem durch einen Benutzer gehandhabten kontaktlosen Ausweis oder einer Karte. Wenn der Benutzer nicht eine fast sofortige (oder eine wenigstens für ihn nicht wahrnehmbare Dauer benötigende) Kommunikationsverbindung mit dem Lese-Terminal erhält, neigt er dazu, die Stellung bzw. Lage seiner Karte zu verändern oder anzunehmen, dass das System nicht funktioniert. Man nimmt an, dass jenseits einer Periode von 100 ms die Dauer der Herstellung einer Kommunikationsverbindung für einen zuverlässigen Betrieb mit einem Transponder zu hoch ist.

Nun hängt, wie oben dargelegt, diese Dauer von der Anzahl von Erkundungsschleifen ab, welche das Lese-Terminal vor der Herstellung der Kommunikationsverbindung vornehmen muss, um die Zahl von in seinem Feld vorliegenden Transpondern zu ermitteln. Diese Zahl von Schleifen hängt im wesentlichen von der Zahl von Transpondern ab, die man isolieren muss.

Derzeit lässt sich diese Zahl nur mittels Durchführung statistischer Berechnungen und Wahrscheinlichkeitsalgorithmen bestimmen mit dem Ziel einer Minimierung der Anzahl von Schleifen im Verlauf der Detektion der Transponder.

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die zur Initialisierung und Herstellung der Kommunikationsverbindung zwischen einem Lese/Schreibterminal für elektromagnetische Transponder und einem oder mehreren in sein Feld eingetretenen Transponder(n) zu verringern, d. h. die zur Bestimmung und zur Identifikation seitens des Lese/Schreib-Terminals sämtlicher in einem gegebenen Zeitpunkt in seinem Feld befindlicher Transponder erforderliche Zeitdauer zu verringern.

Die vorliegende Erfindung bezweckt insbesondere die Schaffung einer Lösung, welche insbesondere eine Verringerung der Anzahl von durch das Terminal ausgeführten Abfrageschleifen ermöglicht.

Die Erfindung bezweckt auch eine Optimierung der dynamischen Anpassung der in den herkömmlichen Antikollisionsverfahren in Betracht gezogenen Zahl von zu detektierenden Transpondern.

Die Erfindung bezweckt des weiteren die Schaffung einer Lösung, welche keine Verwendung bzw. Heranziehung von Detektionsergebnissen des Demodulators des Terminals erfordert.

Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor ein Terminal zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes hoher Frequenz mit Hilfe eines Schwingkreises, das mit wenigstens einem Transponder zusammenwirken kann, sobald dieser in dieses Feld eintritt, mit Mitteln zur Regelung der Phase des Signals in dem Schwingkreis relativ bezüglich einem Bezugswert, wobei das Terminal Mittel umfasst, um auf Grund einer Messung des Stroms in dem Schwingkreis die Mindestzahl von in dem Feld vorliegenden Transpondern zu evaluieren.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Terminal des weiteren Mittel umfasst, um auf der Grundlage einer Messung der Spannung an den Anschlüssen eines kapazitiven Elements des Schwingkreises die Maximalzahl von in dem Feld des Terminals vorhandenen Transpondern zu evaluieren.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Terminal Mittel zur Bestimmung und Speicherung charakteristischer Informationen über die Spannungen an den Anschlüssen des kapazitiven Elements seines Schwingkreises, und über die Ströme in diesem Schwingkreis, in verschiedenen vorbestimmten Konfigurationen des einen oder mehrerer Transponder von dem Terminal trennenden Abstands aufweist, und zur Berücksichtigung dieser charakteristischen Informationen bei der Evaluierung der Zahl von Transpondern.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannten charakteristischen Informationen unter anderem umfassen: die Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements, wenn kein Transponder in dem Feld des Terminals vorliegt, die Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements, wenn ein Transponder sich in einer Relation maximaler Nähe zu dem Terminal befindet, den Strom in dem Schwingkreis, wenn kein Transponder in dem Feld des Terminals vorhanden ist, sowie den Strom in dem Schwingkreis, wenn ein Transponder sich in einer Relation maximaler Nähe zu dem Terminal befindet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Evaluierung der Anzahl von Karten ohne Interpretation von eventuellen durch das hochfrequente Feld übertragenen Datennachrichten erfolgt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Kommunikation zwischen einem Terminal zur Erzeugung eines Magnetfelds hoher Frequenz und einem elektromagnetischen Transponder, wobei das Verfahren in der periodischen Aussendung einer Abfragesequenz besteht, bis wenigstens ein in das Feld eintretender Transponder antwortet, sowie darin, auf der Grundlage einer Messung des Stroms in einem Schwingkreis des Terminals eine Mindestzahl von Transpondern zu evaluieren, die in dem Feld vorliegen können.

Gemäß eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannte Evaluierung in einem Vergleich des gemessenen Stroms mit zuvor berechneten und gespeicherten Werten entsprechend Evaluierungen des maximalen Stroms für mehrere Mindestzahlen von Transpondern besteht.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren darin besteht, des weiteren auf der Grundlage der Evaluierung der Mindestzahl und einer Messung der laufenden Spannung an den Anschlüssen eines kapazitiven Elements des Schwingkreises eine maximale Zahl von Transpondern zu evaluieren, die in dem Feld des Terminals vorliegen können.

Diese sowie weitere Ziele, Gegenstände, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden, nichteinschränkenden Beschreibung spezieller Ausbildungsformen im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:

die bereits beschriebenen 1 und 2 Darlegungen des Standes der Technik und der Problemstellung,

3 in Form eines Blockschaltbilds eine Ausführungsform eines Lese/Schreib-Terminals für elektromagnetische Transponder, gemäß der vorliegenden Erfindung,

4 charakteristische Verläufe des Stroms in dem Schwingkreis eines erfindungsgemäßen Terminals, in Bezug auf die Entfernung, in welcher sich ein oder mehrere Transponder befindet bzw. befinden, zur Veranschaulichung einer Lernphase des Verfahrens zur Bestimmung der Anzahl von Transpondern, gemäß der vorliegenden Erfindung,

5 ein vereinfachtes Organigramm bzw. Fließschema zur Veranschaulichung einer Durchführung einer Lernphase des Verfahrens zur Bestimmung der Anzahl von Transpondern, gemäß der vorliegenden Erfindung,

6 ein Organigramm bzw. Fließschema, das in vereinfachter Form eine erste Ausführungsart des Verfahrens zur Bestimmung der Zahl von Transpondern in dem Feld eines Terminals, gemäß der vorliegenden Erfindung, wiedergibt,

7 ein vereinfachtes Organigramm bzw. Fließschema einer zweiten Ausführungsart des Verfahrens zur Bestimmung der Zahl von Transpondern in dem Feld eines Terminals, gemäß der vorliegenden Erfindung, sowie

8 eine Kennlinie des Stroms in dem Schwingkreis des Terminals in Abhängigkeit von dem Kopplungskoeffizienten sowie eine Kennlinie der Spannung an den Anschlüssen des Kondensators des Schwingkreises, zur Veranschaulichung der zweiten Ausführungsart des Verfahrens der Erfindung.

Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Zeichnungsfiguren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit sind die charakteristischen Kurven der 4 und 8 ohne Rücksicht auf den Maßstab gezeichnet, und nur die Elemente eines Terminals oder eines Transponders und die Stufen von Verfahren, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig sind, wurden in den Zeichnungsfigu-ren dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Insbesondere sind die zur Ausführung der Rechnungen in diesem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Mittel nichtim einzelnen erläutert, da sievollkommen herkömmlicher Art sind. Es handelt sich beispielsweise um den Mikroprozessor, mit dem im allgemeinen ein Lese/Schreib-Terminal versehen ist. Des weiteren wird häufig auf ,Karten' Bezug genommen, um die Transponder zu bezeichnen, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung sich zur Anwendung bei jedem beliebigen Typ von Transponder eignet, ob er mit einem Mikroprozessor versehen ist oder nicht (Karte vom Typ einer Kreditkarte, elektronisches Etikett usw.).

Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Vornahme einer Auswertung zur Bestimmung der Zahl von in dem Feld eines Lese/Schreib-Terminals vorliegenden Karten, auf der Grundlage physischer Messungen an dem Schwingkreis des Terminals. Näherhin bestimmt man gemäß der vorliegenden Erfindung die Zahl von Karten in dem Feld des Terminals, indem man die Werte des Stroms in dem Schwingkreis des Terminals und die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators dieses Schwingkreises relativ mit Werten vergleicht, die in einer Lernphase vor der Inbetriebnahme des Terminals gemessen und/oder berechnet wurden.

Die Ermittlung dieser Zahl von Transpondern gestattet eine beträchtliche Verringerung der Zahl von Schleifen des Verfahrens zur Initialisierung der Kommunikationsverbindung oder des Antikollisionsverfahrens (2). Selbst bei Anwendung eines Verfahrens mit dynamischer Anpassung der Zahl aufgrund von Messungen wird die anfänglich in Betracht gezogene Zahl relativ gegenüber einer herkömmlichen Ausführung verbessert. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Auswertung und Bestimmung der Zahl von Karten (stromaufwärts des Demodulators), ohne dass hierfür eine Auswertung des Signals empfangener Daten (d. h. stromabwärts von dem Demodulator des Terminals) erforderlich ist. Die Erfindung sieht eine Bestimmung dieser Anzahl auf der Grundlage ausschließlich elektrischer Messungen von Strom und Spannung und Berechnungen dieser Größen vor.

Um Information relativ bezüglich der Zahl von Transpondern oder Karten zu gewinnen, könnte man meinen, dass es ausreicht, die Änderung des Lastwiderstandes zu messen, die von einer Erhöhung der Zahl der Transponder in dem Feld des Terminals auf den Schwingkreis des Terminals ausgeübt wird. Jedoch ist eine derartige Messung praktisch nicht anwendbar, da eine derartige Änderung nicht linear in Abhängigkeit von der Zahl von in dem Feld vorliegenden Karten ist. Des weiteren hängt die Verbraucherlast, welche ein Transponder auf den Schwingkreis ausübt, von dem Abstand ab, welcher diesen Transponder vom Terminal trennt. Denn der Bereich der Änderung bei Auswertung an den Anschlüssen des Kondensators des Schwingkreises des Terminals (Kondensator C1 in 1) hängt von der Abstimmung dieses Schwingkreises sowie von der Abstimmung des Schwingkreises des Transponders auf die Frequenz des Trägers der Fernspeisung ab. In den herkömmlichen Schaltungen und Kreisen ist die Abstimmung nicht vollkommen.

Insbesondere erfolgt bei den meisten herkömmlichen Terminals die Abstimmung der Resonanzfrequenz auf die Frequenz des Trägers von Hand mit Hilfe eines variablen Kondensators, nach Herstellung des Terminals. Insbesondere muss die Abstimmung im Hinblick auf Herstellungstoleranzen der kapazitiven und induktiven Elemente erfolgen, um den gewählten Phasenarbeitspunkt zwischen einem durch einen Oszillator des Terminals gelieferten Bezugssignal und dem beispielsweise an den Anschlüssen des Kondensators C1 abgenommenen Empfangssignal zu gewährleisten. Eine Fehlabstimmung des Schwingkreises des Terminals hat mehrere Konsequenzen, und insbesondere die, dass sie die Amplitude des Signals in diesem Schwingkreis und als Konsequenz hiervon die für eine eventuelle Auswertung verfügbare Amplitude des Signals beeinflusst.

So besteht ein anderes charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass eine Regelung der Phase des Schwingkreises des Terminals relativ bezüglich einem Bezugswert vorgesehen wird. Gemäß der Erfindung erfolgt diese Phasenregelung mit Hilfe einer Schleife, deren Ansprechzeit bzw. Trägheit so gewählt wird, dass die Schleife hinreichend träge ist, um nicht die eventuelle von einem Transponder herrührende Retromodulation zu behindern, und andererseits genügend schnell gegenüber der Wanderungsgeschwindigkeit eines Transponders in dem Feld des Terminals. Man kann von einer statischen Regelung relativ bezüglich den Modulationsfrequenzen (beispielsweise beträgt die Frequenz des Trägers der Fernspeisung 13,56 MHz und die für die Übertragung von Daten von dem Transponder zum Terminal verwendete Retromodulationsfrequenz ist 847,5 kHz).

3 zeigt in Blockschaltform eine Ausführungsform eines Terminals 30 gemäß der Erfindung, in Ausrüstung mit einer Schleife zur Regelung der Phase des Schwingkreises.

In herkömmlicher Weise umfasst das Terminal 30 einen Schwingkreis aus einer Induktivität oder Antenne L1, in Reihe mit einem kapazitiven Element 31 und einem Widerstandselement R1, zwischen einem Ausgangsanschluss 32 eines Antennenkopplers oder -verstärkers 33 und einem Anschluss 34 auf einem Bezugspotential (im allgemeinen Masse). Zwischen dem kapazitiven Element 31 und der Masse 34 ist ein Element 35 zur Messung des Stroms in dem Schwingkreis zwischengeschaltet. Dieses Messelement 35 ist Teil der weiter unten beschriebenen Phasenregelschleife. Der Verstärker 33 erhält ein Signal E zur Hochfrequenzübertragung zugeführt aus einem Modulator 36 (MOD), welcher eine Bezugsfrequenz (Signal OSC) beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Quarzoszillator erhält. Der Modulator 36 erhält gegebenenfalls ein Signal Tx von zu übertragenden Daten; bei Fehlen einer Datenübertragung von dem Terminal liefert der Modulator den hochfrequenten Träger (beispielsweise mit 13,56 MHz) für die Fernspeisung eines Transponders. Das kapazitive Element 31 ist ein Element mit variabler Kapazität und mittels eines Signals CTRL steuerbar.

In dem Terminal 30 sieht man eine Regelung der Phase des Stroms in der Antenne L1 relativ bezüglich einem Bezugssignal vor. Diese Regelung ist eine Regelung des Hochfrequenzsignals, d. h. des Signals des Trägers entsprechend dem Signal E bei Fehlen von zu übertragenden Daten. Diese Regelung erfolgt durch eine Variation der Kapazität des Schwingkreises des Terminals 30, derart dass der Strom in der Antenne in konstanter Phasenbeziehung mit dem Bezugssignal verbleibt, das beispielsweise dem durch den Oszillator des Modulators gelieferten Signal OSC entspricht. Das Signal CTRL wird von einer Schaltung 37 (COMP) geliefert, welche die Aufgabe hat, den Phasenabstand relativ bezüglich dem Bezugssignal zu detektieren und die Kapazität des Elements 31 entsprechend zu modifizieren. Die Messung der Phase erfolgt beispielsweise auf der Grundlage einer Messung des Stroms I in der Schaltung mit Hilfe eines in Reihe mit dem Element 31 geschalteten Intensitätswandlers 35. Dieser Transformator wird allgemein durch eine Primärwicklung 35' zwischen dem Element 31 und dem Masseanschluss 34 gebildet und von einer Sekundärwicklung 35'', die mit einem ersten Anschluss direkt mit der Masse 34 verbunden ist und deren anderer Anschluss ein das Messergebnis bildendes Signal MES liefert, wobei ein Widerstand R35 zur Stromspannungswandlung parallel zu der Sekundärwicklung 35'' vorgesehen ist. Das Messergebnis MES wird dem Komparator 37 zugeführt, welcher das kapazitive Element 31 mit Hilfe des Signals CTRL entsprechend steuert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in 3 veranschaulicht ist, verwendet der Komparator 37 denselben (nicht dargestellten) Phasendemodulator wie den, der zur Demodulation des von dem Transpon-der kommenden Signals dient und das gegebenenfalls der Schwingkreis zugeführt erhält. Daher liefert, wie in 3 veranschaulicht, der Komparator 37 ein Signal Rx, das eine eventuelle Retromodulation von von einem Transponder empfangenen Daten an einen Schaltungsblock 38 rückliefert, der die übrigen elektronischen Schaltungen des Terminals symbolisiert.

Die praktische Ausführung der Phasenregelschleife liegt im Bereich des fachmännischen Könnens unter Rückgriff auf herkömmliche Mittel und auf der Grundlage der vorstehend gegebenen funktionellen Hinweise. Als Variante anstelle des Intensitätstransformators von 3 kann man anderweitige herkömmliche Mittel anwenden. Ein Beispiel eines Terminals mit Phasenregelung ist in dem Dokument EP-A-0 567 981 beschrieben.

Indem man die Phase des Schwingkreises des Terminals auf einen Bezugswert regelt, vermeidet man nicht nur eventuelle Probleme der Abmessungstoleranzen der Bauteile der Schwingkreise und der betriebsmäßigen Drift dieser Bauteile, sondern dies gestattet auch die Vornahme zuverlässiger Messungen relativ bezüglich der magnetischen Kopplung zwischen dem Schwingkreis des Terminals und dem eines oder mehrerer der Transponder.

Dank des Rückgriffs auf eine Phasenregelschleife kann man nunmehr Messungen von Strom und Spannung in dem Schwingkreis des Terminals verwenden, um hieraus gemäß der Erfindung Informationen relativ bezüglich der Anzahl von in dem Feld vorliegenden Transpondern oder Karten zu gewinnen. Diese Informationen ziehen insbesondere die Kopplung zwischen jeder der Karten und dem Terminal in Betracht, d. h. den Kopplungskoeffizienten zwischen zwei miteinander zusammenwirkenden Schwingkreisen.

Dieser Kopplungskoeffizient hängt wesentlich von dem den Transponder von dem Terminal trennenden Abstand ab. Man erkennt, dass der Kopplungskoeffizient zwischen den Schwingkreisen eines Transponders und des Terminals stets zwischen 0 und 1 liegt und dass der Abstand, welcher die Antennen der Schwingkreise voneinander trennt, in erster Näherung proportional zu 1-k ist. Daher wird in der folgenden Beschreibung entweder auf die Entfernung oder auf den Kopplungskoeffizienten Bezug genommen.

Die vorliegende Erfindung nimmt ihren Ausgang von einer Interpretation verschiedener Beziehungen, welche die elektrischen Größen verbinden, die durch das Terminal in verschiedenen Betriebskonfigurationen mit einem oder mehreren Transponder(n) gemessen werden können.

Im einzelnen ist der Strom I in dem Reihen-Schwingkreis des Terminals (wie er beispielsweise durch den Transformator 35 gemessen wird) mit der (als Vg bezeichneten) sogenannten Generatorspannung, welche den Schwingkreis erregt, und mit der Scheinimpedanz Z1app des Schwingkreises durch die folgende Beziehung verbunden:

Außerdem gestattet die Tatsache der Regulierung der Phase des Schwingkreises auf einen Bezugswert, dass die Entfernungsänderung eines in das Feld des Terminals eintretenden Transponders sich nur in einer Modifikation des Realteils der Impedanz dieses Schwingkreises auswirkt. Tatsächlich werden sämtliche Änderungen, welche in statischer Form gegenüber den Modulationsfrequenzen den imaginären Teil von der durch den Transponder (oder die Transponder) gebildeten Verbraucherlast modifizieren könnten, durch die Phasenregelschleife kompensiert. So wird gewährleistet, dass im statischen Betrieb der Imaginärteil der Impedanz Z1app Null wird. Somit wird die Impedanz Z1app gleich dem Scheinwiderstand R1app und kann durch die Formel ausgedrückt werden:

worin &ohgr; die Pulsation darstellt, X2 den Imaginärteil der Impedanz des Schwingkreises des Transponders (X2 = &ohgr;L2 – 1/&ohgr;C2) und worin R2 die Verbraucherlast darstellt, welche durch die Bestandteile des Transponders auf seinen eigenen Schwingkreis gebildet wird und in 1 durch einen gestrichelt dargestellten Widerstand R2 in Parallelschaltung mit der Induktivität L2 und dem Kondensator C2 nachgebildet ist. Mit anderen Worten stellt der Widerstand R2 den Äquivalenz – oder Ersatzwiderstand aller Schaltungen (Mikroprozessor, Mittel zur Retromodulation usw.) des Transponders dar, in Anordnung parallel über dem Kondensator C2 und der Induktivität L2. In der vorstehenden Formel 2 ist der Reihenwiderstand der Induktivität L1, welcher zu den beiden anderen Termen hinzutritt, vernachlässigt. Man kann auch annehmen, dass der Betrag dieses Reihenwiderstands einfachheitshalber in den Betrag des Widerstands R1 eingeschlossen wurde.

Die obigen Formeln 2 und 3 wurden für den Fall aufgestellt, in dem nur ein einziger Transponder in dem Feld des Terminals vorliegt. Wenn hingegen mehrere Transponder in diesem Feld vorliegen, sollten ihre betreffenden Beiträge zur terminalseitigen Scheinimpedanz (genauer, zum Scheinwiderstand) hinzugefügt werden. Infolgedessen kann man für n in dem Terminalfeld vorliegende Transponder schreiben:

Zieht man in Betracht, dass die Transponder vom selben Typ sind, d. h. wesentlich ähnliche Eigenschaften besitzen, was eine realistische Näherung ist, so wird die Formel 4 von oben zu:

Der einzige dann variable Term ist der, welcher von der Kopplung zwischen den Schwingkreisen abhängt und damit von der Entfernung zwischen jeweils jedem Transponder und dem Terminal.

Für n Karten mit unterschiedlichen Kopplungskoeffizienten ki kann man schreiben:

In erster Näherung kann man annehmen, dass vom Terminal aus gesehen alles sich so verhält, als sähe dieses n Transponder mit demselben Kopplungskoeffizienten entsprechend einem mittleren oder durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten kav = kmoy. Demzufolge kann man willkürlich einen mittleren oder durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten je Karte als durch die folgende Beziehung gegeben definieren:

Man erkennt, dass dies auf die Definition eines mittleren oder durchschnittlichen Koeffizienten amoy bzw. aav durch die folgende Beziehung hinausläuft:

Man kann daher annehmen, dass für n in dem Feld des Terminals vorliegende Karten oder Transponder der durch den Intensitätstransformator des Terminals gemessene Strom I von der Zahl der Karten und ihren jeweiligen Kopplungskoeffizienten, ausgedrückt in Abhängigkeit von einem mittleren oder durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten, in der folgenden Weise abhängt:

Intuitiv erkennt man, dass, wenn alle Transponder denselben Kopplungskoeffizienten mit dem Terminal besitzen, d. h. wenn sie alle die gleiche Entfernung haben, der Strom I mit einer Zunahme der Zahl von in dem Feld vorliegenden Transpondern abnimmt. In ähnlicher Weise impliziert für ein und denselben in dem Schwingkreis des Terminals gemessenen Strom eine Verringerung des Kopplungskoeffizienten jeweils jedes Transponders eine Erhöhung der Zahl von Transpondern in dem Feld. Mit anderen Worten: Das Produkt aus der Anzahl der Transponder mit dem Quadrat des Kopplungskoeffizienten je Transponder kann als konstant angesehen werden.

Unter den Messungen elektrischer Größen, die auf Seiten des Lese/Schreib-Terminals leicht realisierbar sind, sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung der Werte im Leer- bzw. Off-load-Zustand und im Zustand maximaler Kopplung vor, welche den folgenden Fällen entsprechen.

Die Leer- bzw. Off-load-Werte stellen den Strom und die Spannung dar, wenn kein Transponder in dem Feld des Terminals vorliegt. Bei diesem Betrieb im Leer- bzw. Off-load-Zustand hängt die Scheinimpedanz Z1vide bzw. Z1off-load des Schwingkreises des Terminals nur noch von den Komponenten R1, L1 und C1 des Terminals ab. Außerdem kann man, da dank der Phasenregelung der Imaginärteil dieser Impedanz stets Null ist, schreiben:

Ein anderer leicht bestimmbarer Betriebszustand entspricht dem Zustand maximaler Kopplung kmax. In diesem Zustand bzw. unter dieser Bedingung, d. h. in einer Relation minimaler Entfernung zwischen einem Transponder und dem Terminal (wenn beispielsweise der Transponder so nahe als möglich auf die Antenne L1 gesetzt wird), kann die Messung des Stroms Imax in dem Schwingkreis des Terminals dann erfolgen, indem ein Transponder der betreffenden Familie oder des betreffenden Typs auf das Terminal gesetzt bzw. gelegt wird.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in der obigen Formel 10 nur die Werte Vg, n und kmoy bzw. kav für ein gegebenes Terminal und eine gegebene Transponderfamilie variieren können, kann man diese Beziehung, bei maximaler Kopplung, für eine Karte und für n Karten, wie folgt schreiben:

wobei Imax(1) und Imax(n) jeweils die Ströme bei maximaler Kopplung für 1 bzw. für n Karte(n) darstellen.

Durch Kombination der Formeln 11 und 12 erhält man die folgende Beziehung:

Nun können die Ströme im Leer- bzw. Off-load-Zustand und bei maximaler Kopplung für eine Karte in einer Lernphase des Terminals unter Verwendung einer Muster- bzw. Probekarte für den Strom bei maximaler Kopplung Imax(1) gemessen werden. Demzufolge ist das Lese-Terminal in der Lage, die verschiedenen Werte des Stroms bei maximaler Kopplung für 2, 3, 4 usw. Karten zu berechnen, wobei die maximale Zahl berechneter Werte mit der jeweiligen Anwendung und mit der maximalen Zahl von Karten, die man im absoluten Fall in dem Feld des Lese-Terminals finden zu können annimmt, verknüpft ist.

4 veranschaulicht ein Beispiel einer Schar von Kurven des Stroms I in dem Schwingkreis des Terminals in Abhängigkeit von der Entfernung d oder genauer vom mittleren oder durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten je Karte in dem Feld des Lese-Terminals. Die Skala der mittleren oder durchschnittlichen Kopplung nimmt nach rechts hin ab, während die Skala der Entfernung nach rechts hin zunimmt.

Wie die Schar von Kurven in 4 veranschaulicht, nimmt der maximale Strom bei maximaler Kopplung kmax, d. h. bei Entfernung Null, mit Zunahme der Anzahl von Karten in dem Feld des Terminals ab. Des weiteren haben alle Kurven im wesentlichen denselben Verlauf und nähern sich mit Zunahme der Entfernung (oder Verringerung des mittleren oder durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten je Karte) an den horizontalen Verlauf des Stroms im Leer- bzw. Off-load-Zustand an. Man erkennt, dass die Kurven sich nicht schneiden.

Daher kann man, indem man im Betriebszustand des Lese-Terminals den Strom in seinem Schwingkreis misst, die Mindestzahl von Karten in dem Feld bestimmen, indem man diesen gemessenen Strom mit den verschiedenen während der Lernphase berechneten Werten vergleicht. Man erkennt, dass, bezogen auf die Kurven von 4, die Berechnungen der Lernphase nicht den tatsächlichen Verlauf der Kurvenschar ergeben, sondern einfach der Berechnung der verschiedenen möglichen Maximalströme dienen.

5 zeigt ein Organigramm bzw. Fließschema einer Lernphase und Vorbereitungsphase gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zu Beginn (Block 50, ST) schaltet man das Lese-Terminal ein und konfiguriert es mittels seiner internen Informatik für eine Lernphase. Man misst die Spannung VC1 und den Strom I bei maximaler Kopplung für eine Karte (Block 51). Diese Messung erfolgt unter Verwendung einer Muster- bzw. Probekarte, die man in minimaler Entfernung von dem Terminal anordnet, idealerweise in der Entfernung Null. Der Strom Imax(1) wird beispielsweise mittels einem Intensitätstransformator (35, 3) gemessen, während die Spannung VC1(kmax, 1) beispielsweise an den Anschlüssen des Kondensa-tors 31 gemessen wird. Man erkennt, dass für die eigentliche, durch 5 veranschaulichte Lernphase nur die Messung des Stroms erforderlich ist. Jedoch misst man, für die Durchführung einer bevorzugten Ausführungs-form der Erfindung, die weiter unten beschrieben wird, die Spannung VC1.

In einer zweiten Etappe (Block 52) misst und speichert man die Spannung und den Strom im Leer- bzw. Off-load-Zustand VC1vide und Ivide (bzw. VC1off-load und Ioff-load). Diese Messungen erfolgen, während sich keine Karte in dem Feld des Terminals befindet. Wohlgemerkt ist die Aufeinanderfolge der Messungen zwischen Leer- bzw. Off-load-Zustand und bei maximaler Kopplung beliebig. Die Messungen im Leer- bzw. Off-load-Zustand (die unabhängig von der Familie oder dem Typ von Karten sind, mit dem das Terminal betrieben werden soll) können sogar unabhängig von den Messungen bei maximaler Kopplung vorgenommen werden (die beispielsweise zur Änderung des Kartentyps, mit dem das Terminal betrieben werden soll, wiederholt werden können).

Auf der Grundlage der in den Blöcken 51 und 52 gemessenen Stromwerte berechnen die Informatikmittel des Lese-Terminals (Block 53) eine Gruppe von Stromwerten entsprechend maximaler Kopplung bei mehreren Karten. Diese Werte von Imax(n>1) entsprechen den in 4 veranschaulichten, wobei die maximale Zahl berechneter Werte von der jeweiligen Anwendung abhängt.

Die Lernphase ist dann beendet (Block 54, E) und das Lese-Terminal ist nunmehr in der Lage, jedes Mal, wenn ein oder mehrere Transponder in sein Feld eintreten, die Mindestzahl von Transpondern zu bestimmen. Diese Zahl gestattet eine entsprechende Anpassung der Abfrageverfahren und insbesondere eine Anpassung der Zahl von Antikollisionsstufen, die bei der Initialisierung einer Übertragung ausgeführt werden.

6 zeigt ein vereinfachtes Organigramm bzw. Fließschema einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung der Zahl von Karten, gemäß der Erfindung.

Gemäß dieser vereinfachten Ausführungsform geht nach dem Ende (Block 54, 5) der Lernphase das Lese-Terminal in einen herkömmlichen Warte-Betriebsmode über, in welchem das Terminal periodische Abfragen zur Überwachung des Auftretens eines Transponders in seinem Feld aussendet.

Sobald das Lese-Terminal das eventuelle Vorliegen eines Transponders festgestellt hat, nimmt es eine Bestimmungs- bzw. Ermittlungsphase der in 6 veranschaulichten Art in Angriff. Nach einer Initialisierungsstufe (Block 60, ST) des Programms wird der laufende Wert I des Stroms in dem Schwingkreis des Lese-Terminals gemessen (Block 61). Sodann bestimmt man, auf der Grundlage der zuvor während der Lernphase berechneten Werte, die Mindestzahl nmin von in dem Feld des Terminals vorliegenden Transpondern (Block 62).

Wenn beispielsweise der gemessene Strom I zwischen dem Leer- bzw. Off-load-Strom (Ivide bzw. Ioff-load) und dem maximalen Strom für eine Karte Imax(1) liegt, so sind zwei Fälle möglich. Entweder ist eine einzige Karte im Feld des Lese-Terminals gegenwärtig und diese Karte hat einen gegebenen Kopplungsfaktor k (kleiner als kmax). Oder es gibt n Karten im Feld des Lese-Terminals, die alle individuell Kopplungen k kleiner als die Kopplung k des ersten Falls besitzen.

Wenn der gemessene Strom sich zwischen zwei Werten des maximalen Stroms für n und n + 1 Karten befindet, so ist man sicher, dass es wenigstens n Karten in dem Feld des Lese-Terminals gibt. Es können jedoch mehr als n + 1 Karten vorliegen, wenn die mittlere oder durchschnittliche Kopplung je Karte kleiner als in dem Fall ist, wo nur n Karten vorliegen.

Man ist dann in der Lage, eine Zahl nR von Abfragezyklen in dem Antikollisionsverfahren zu wählen (Block 63), die eine Funktion dieser Mindestzahl ist.

Auf der Grundlage dieser Zahl wendet man dann ein herkömmliches Antikollisionsverfahren an (Block 64 zur Veranschaulichung der Initialisierung INIT einer Übertragung).

Ein erster Vorteil, der bereits mit der vorstehend beschriebenen vereinfachten Ausführungsform der Erfindung eintritt, besteht darin, dass man aufgrund der Kenntnis der Mindestzahl von Karten bereits die Zahl von Antikollisionsaufforderungen entsprechend einstellen und so bereits Zeit relativ gegenüber dem herkömmlichen Verfahren gewinnen kann.

7 veranschaulicht ein vereinfachtes Organigramm bzw. Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchem die Bestimmung der Anzahl von Abfragephasen des Verfahrens zur Initialisierung einer Übertragung gegenüber der vereinfachten Ausführungsform von 6 verfeinert ist.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung misst man (Block 71) nach dem Start- bzw. Anlaufblock 70 (ST) nicht nur den Strom I in dem Schwingkreis, sondern auch die Spannung VC1 an den Anschlüssen des Kondensators dieses Schwingkreises.

Man bestimmt dann (Block 72) die Mindestzahl nmin wie in dem vereinfachten Verfahren (Block 62, 6).

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform von 7 berechnet man dann (Block 73) eine Gruppe von Werten VC1(th, nmin) entsprechend einer Gruppe theoretischer Werte der Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C1 (Element 31, 3) für jede der Mindestzahl von Karten, die in dem Feld des Terminals vorliegen können.

Die Berechnung dieser theoretischen Werte erfolgt in der folgenden Weise.

Dank der auf Seiten des Lese-Terminals vorgesehenen Phasenregelschleife kann man, für jede zuvor bestimmte Mindestzahl von Karten, die theoretische Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements des Lese-Terminals berechnen und sodann hieraus die maximale Zahl von in dem Feld vorliegenden Karten herleiten.

Tatsächlich weiß man, dass der Imaginärteil X1app der Scheinimpedanz Z1app sich in der Form ausdrücken lässt: X1app = X1 – a2·X2,(Formel 14) mit:

Nun ist dank der statischen Regelung der Phase dieser Imaginärteil X1app Null. Demzufolge ist: X1 = a2·X2(Formel 16)

Auf der Grundlage dieser Beziehungen kann man die Differenz zwischen den laufenden Werten und den Werten im Leer- bzw. Off-load-Zustand in der folgenden Weise ausdrücken: X1 – X1vide = a2·X2 – avide2·X2(Formel 17)

Nun ist der Koeffizient avide (bzw. aoff-load) ebenso wie die Kopplung im Leer-Zustand Null. Des weiteren kann die Spannung VC1 an den Anschlüssen des Elements 31 (unter Vernachlässigung des Einflusses des Intensitätstransformators 35) als I/&ohgr;C1 geschrieben werden, wobei der Strom I beispielsweise durch den Transformator 35 gemessen wird. Daraus folgt, dass die obige Formel 17 wie folgt geschrieben werden kann:

Durch Anwenden der Formel 17 auf den laufenden Wert und auf die maximale Kopplung und durch Übertragen dieser Anwendungen in die Formel 18 kann man für eine Karte schreiben:

Wendet man nun die Formel 3 auf die vorstehende Formel an, so erhält man:

Somit kann das Verhältnis k/kmax zwischen dem laufenden und dem maximalen Kopplungskoeffizienten, wenn nur ein einziger Transponder in dem Feld des Terminals vorliegt, in der folgenden Form ausgedrückt werden:

Durch Anwenden der Formel 18 auf den maximalen Koeffizienten kmax und indem man, ausgehend von den Formeln 1 und 2, die Differenz zwischen den Scheinimpedanzen bei maximaler Kopplung und im Leer- bzw. Off-load-Zustand ausdrückt, lässt sich, unter Kombination der erhaltenen Ausdrücke für den Koeffizienten amax 2 schreiben:

Nun ist das Verhältnis

konstant und die vorstehende Formel 22 ist auf jeden Wert des Stroms I und der Spannung VC1 (anstelle der Werte bei maximaler Kopplung) anwendbar.

Demzufolge kann die laufende Spannung VC1 in der Form ausgedrückt werden:

worin die Konstante K2 gleich ist mit:

Diese Konstante kann während der Lernphase aufgrund gemessener Werte (Block 51 und 52, 5) berechnet und gespeichert werden.

Die Gleichung 23 bleibt für mehrere im Feld des Terminals vorliegende Karten gültig. Daher kann man, auf der Grundlage der laufenden Messung des Stroms (Block 71, 7) und der Bestimmung der Mindestzahl von Karten nmin (Block 72), einen theoretischen Wert VC1(th,nmin) der Spannung VC1 an den Anschlüssen des kapazitiven Elements 31 für nmin Karten ableiten, unter Anwendung der folgenden Beziehung, die aus der Formel 23 folgt:

Man ist dann in der Lage, den laufenden Wert der an den Anschlüssen des Elements 31 gemessenen Spannung mit diesem für die zuvor bestimmte minimale Zone berechneten theoretischen Wert zu vergleichen (Block 74, 7).

Ist die gemessene Spannung kleiner oder gleich dem für die Zahl nmin berechneten theoretischen Wert, so bedeutet dies, dass die Zahl von in dem Feld vorliegenden Karten gleich der Mindestzahl ist. In diesem Fall wählt man (Block 75) die Zahl nR von Abfragesequenzen des Antikollisionsverfahrens auf der Grundlage dieser Zahl nmin, von der man weiß, dass sie nunmehr der exakten Zahl von Transpondern entspricht.

Ist der gemessene Wert größer als der theoretische Wert, so bedeutet dies, dass es mehr als nmin Karten in dem Feld des Terminals gibt.

Man geht dann zu einer anderen Rechenphase über, die darin besteht, auf der Grundlage der Spannungsmessung die maximale Zahl von in dem Feld vorliegenden Karten zu bestimmen. Hierfür nimmt man in iterativer Form die Berechnung der Spannung VC1 vor, deren erreichter Wert schließlich dem Strom I entsprechen sollte, der für eine immer größere Kartenzahl nmin + i gemessen wird. Da man die Mindestzahl von Karten auf der Grundlage der Strommessung bestimmen konnte und da man weiß, dass die reale Zahl von Karten nicht dieser Mindestzahl entspricht, ist tatsächlich die Zahl von Karten in dem Feld des Terminals größer als die Mindestzahl, jedoch ist der mittlere oder durchschnittliche Kopplungskoeffizient dieser Karten kleiner als der maximale Kopplungskoeffizient. In dem entgegengesetzten Fall hätte der gemessene Strom eine größere Mindestzahl von Karten geliefert.

Wie das Ausführungsbeispiel von 7 veranschaulicht, initialisiert man (Block 76) einen Zähler, der das zusätzliche Inkrement i relativ bezüglich der Zahl nmin von Karten darstellt. Indem man die Variable i auf den Wert 1 festgelegt hat, berechnet man einen ersten Spannungswert VC1 für den gemessenen Strom I und die Mindestzahl von Karten + 1. Die für die Berech-nung dieses Werts (Block 77) verwendete Beziehung wird auf die folgende Art erhalten, die in Verbindung mit 8 besser verständlich ist.

8 veranschaulicht ein Beispiel der Verläufe des Stroms I in dem Schwingkreis in Abhängigkeit von der Entfernung (oder von dem Kopplungskoeffizienten k) in Zuordnung zu einer Werteskala der Spannung VC1 an den Anschlüssen des kapazitiven Elements 31.

Wie in dieser Figur dargestellt, gestatten die während der Lernphase durchgeführten Berechnungen (Block 53, 5) die Bestimmung der Ursprungspunkte von Kurven 81, 82, 83 und 84, die alle bei dem maximalen Kopplungskoeffizienten kmax liegen. Jede Kurve entspricht einer zunehmenden Anzahl von Karten für einen abnehmenden Strom. Die Messung (Block 52) des Stroms im Leer- bzw. Off-load-Zustand definiert die Asymptote der verschiedenen Kurven. Der Kurvenverlauf der Ströme von 8 ist dem Kurvenverlauf von 4 angenähert. Die Bestimmung der verschiedenen Punkte auf der Achse der Ströme bei der Stelle der maximalen Kopplungskoeffizienten oder bei der Entfernung Null gestattet die Bestimmung der (in der Darstellung der Figur horizontalen) Zonen, wo die Mindestzahl von Karten von einer Zone zur anderen unterschiedlich ist. Die Messung der Spannung VC1 gestattet in der Folge die Bestimmung der maximalen Zahl von Karten.

Die Berechnung (Block 73) des theoretischen Werts der Spannung für die beim Wert I des gemessenen Stroms erhaltene Mindestzahl von Karten bestimmt einen Schnittpunkt, der in dem in 8 gezeigten Beispiel auf der den Verlauf von zwei Karten darstellenden Kurve 82 liegt.

Die im Block 77 von 7 durchgeführte Berechnung entspricht der Bestimmung der Schnittpunkte der Linie des gemessenen Stroms I mit den den höheren Kartenzahlen entsprechenden Kurven 83 und 84.

Nachdem ein erster Wert VC1(I, 3) für ein Einheitsinkrement i berechnet wurde, vergleicht man den erhaltenen Wert mit dem gemessenen Wert VC1 (Block 78). Solange der gemessene Wert VC1 nicht größer als der berechnete Wert ist, erhöht man das Inkrement i (Block 79) und wiederholt die Berechnung für eine höhere Kartenzahl (Wert VC1(I, 4)). Im Beispiel von 8 wird angenommen, dass der gemessene Wert VC1 zwischen den Werten für drei und vier Karten liegt. Unter Berücksichtigung des gemessenen Stroms bedeutet dies, dass die Zahl von Transpondern höchstens vier beträgt, d. h. also zwischen 2 und 4 liegt. Man ist dann in der Lage, die Zahl von Abfrageaufforderungen des Antikollisionsprozesses auf diese maximale Zahl festzulegen (Block 80) (oder auf die maximale Zahl + 1 aus Fragen bzw. Gründen der Sicherheit der Bestimmung).

In der Folge, ob die Zahl der Aufforderungen nun durch den Block 75 oder durch den Block 80 festgelegt wurde, nimmt man ein herkömmliches Abfrageverfahren vor, unter Berücksichtigung dieser Zahl (Block 90).

Man erkennt, dass, wenngleich die Darstellung von 8 vollständige theoretische Kurven zeigt, die für die Durchführung der Erfindung notwendigen Berechnungen nur Punkte dieser Kurven betreffen, die in der Praxis nicht in genauer Weise bestimmt werden müssen.

Die Berechnung des Werts VC1(I, nmin + i) erfolgt auf der Grundlage der folgenden Formel:

die durch Anwendung der Formel 21 auf einen mittleren bzw. durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten je Karte in der Zone der minimalen Zahl ableitbar ist, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass für einen gegebenen gemessenen Strom der mittlere oder durchschnittliche Kopplungskoeffizient durch die folgende Beziehung gegeben ist:
worin k(l,th,min) den mittleren oder durchschnittlichen Kopplungskoeffizienten je Karte entsprechend dem Wert nmin bezeichnet.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass es nunmehr möglich ist, wenigstens die Mindestzahl von in dem Feld vorliegenden Transpondern zu bestimmen.

In der oben veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform bestimmt man sogar die genaue Zahl oder es wird wenigstens eine maximale Zahl von in dem Feld vorliegenden Transpondern bestimmt. Die Kenntnis dieser Zahlen gestattet die entsprechende Anpassung der Algorithmen für die Initialisierung einer Kommunikationsverbindung, wenn wenigstens ein Transponder auf eine von einem Terminal ausgesandte Abfrageaufforderung antwortet.

Die Tatsache, von vornherein die Zahl von Karten in dem Feld des Lese-Terminals zu kennen, gestattet die Ermittlung der optimalen Zahl von Abfragephasen. Man kann so die dem Antikollisionsprotokoll gewidmete Zeit von Kommunikationsaustausch verringern und sogar optimieren, was ermöglicht, entweder eine Karte unter mehreren gleichzeitig für das Leseterminal vorliegenden Karten auszuwählen oder die Karten in dem Feld des Lese-Terminals zu identifizieren, oder eine Sequenzierung zur Auswahl der verschiedenen Karten zu genehmigen, mit welchen das Lese-Terminal kommunizieren soll.

Die Anpassung der vorhersehbaren Zahl von Karten im Feld des Lese-Terminals erfolgt gemäß der Erfindung, sobald ein Transponder auf eine Abfrageaufforderung seitens des Terminals antwortet. Anfänglich kann man vorsehen, diese Zahl in willkürlicher Weise oder in herkömmlicher Weise festzulegen, wenn eine vorbestimmte Zahl für die Ausführung des Abfrageverfahrens erforderlich ist.

Sobald das Lese-Terminal das Vorhandensein eines Transponders detektiert, führt es das Verfahren zur Bestimmung der Zahl von Transpondern unter Verwendung der während der Lernphase berechneten Daten durch. Durch die Anwendung der Erfindung ist es nunmehr nicht mehr erforderlich, eine dynamische Anpassung dieser Zahl von Anfragen im Gebiet außerhalb der Gabel von durch das Verfahren der Erfindung bestimmter Mindestzahl und Maximalzahl vorzusehen. Im übrigen kann man nunmehr auf ein Abfrageverfahren, ein Antikollisionsverfahren und ein Initialisierungsverfahren jeweils herkömmlicher Art zurückgreifen.

Man erkennt, dass die Zahl nR von Aufforderungen nicht notwendigerweise der gemäß der Erfindung bestimmten maximalen Zahl oder exakten Zahl entspricht, sondern eine Funktion dieser Zahl ist (beispielsweise ein Produkt oder ein Quotient mit einem vorbestimmten Koeffizienten, eine Summe oder eine Subtraktion einer vorgegebenen Anzahl).

Unter den Anwendungsfällen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere die Lesevorrichtungen (beispielsweise die Terminals oder Portale zur Zugangskontrolle, die automatischen Produktverteiler, die Rechner-Terminale, die Telefon-Terminale, die Fernsehvorrichtungen oder Satelliten-dekoder usw.) zu nennen, kontaktlose Karten (beispielsweise Identifizie-rungskarten zur Zugangskontrolle, elektronische Portemonnaiekarten, Karten zur Informationsspeicherung über den Inhaber der Karte, Karten betreffend die Kundentreue von Verbrauchern, Fernsehgebührenkarten usw.).


Anspruch[de]
Terminal zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes hoher Frequenz mit Hilfe eines Schwingkreises (R1, L1, 31), der mit wenigstens einem Transponder zusammenwirken kann, sobald dieser in dieses Feld eintritt, mit Mitteln (37) zur Regelung der Phase des Signals in dem Schwingkreis relativ bezüglich einem Bezugswert, dadurch gekennzeichnet, dass das Terminal Mittel umfasst, um auf Grund einer Messung des Stroms in dem Schwingkreis die Mindestzahl von in dem Feld vorliegenden Transpondern zu evaluieren. Terminal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Terminal des weiteren Mittel umfasst, um auf der Grundlage einer Messung der Spannung an den Anschlüssen eines kapazitiven Elements (31) des Schwingkreises die Maximalzahl von in dem Feld des Terminals vorhandenen Transpondern zu evaluieren. Terminal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zur Bestimmung und Speicherung charakteristischer Informationen hinsichtlich den Spannungen an den Anschlüssen des kapazitiven Elements (31) seines Schwingkreises und hinsichtlich den Strömen in diesem Schwingkreis, in verschiedenen vorbestimmten Konfigurationen des einen oder mehrere Transponder von dem Terminal trennenden Abstands, aufweist, und zur Berücksichtigung dieser charakteristischen Informationen bei der Evaluierung der Zahl von Transpondern. Terminal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten charakteristischen Informationen unter anderem umfassen:

– die Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements (31), wenn kein Transponder (10) in dem Feld des Terminals (1) vorliegt,

– die Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements, wenn ein Transponder sich in einer Relation maximaler Nähe (kmax) zu dem Terminal befindet,

– den Strom in dem Schwingkreis, wenn kein Transponder in dem Feld des Terminals vorhanden ist, sowie

– den Strom in dem Schwingkreis, wenn ein Transponder sich in einer Relation maximaler Nähe zu dem Terminal befindet.
Terminal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Evaluierung der Anzahl von Karten ohne Interpretation von eventuellen durch das hochfrequente Feld übertragenen Datennachrichten erfolgt. Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Terminal (1) zur Erzeugung eines Magnetfelds hoher Frequenz und einem elektromagnetischen Transponder (10), wobei das Verfahren in der periodischen Aussendung einer Abfragesequenz (REQ) besteht, bis wenigstens ein in das Feld eintretender Transponder antwortet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darin besteht, auf der Grundlage einer Messung des Stroms in einem Schwingkreis des Terminals eine Mindestzahl von Transpondern zu evaluieren, die in dem Feld vorliegen können. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Evaluierung in einem Vergleich des gemessenen Stroms mit zuvor berechneten und gespeicherten Werten entsprechend Evaluierungen des maximalen Stroms für mehrere Mindestzahlen von Transpondern besteht. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, des weiteren auf der Grundlage der Evaluierung der Mindestzahl und einer Messung der laufenden Spannung an den Anschlüssen eines kapazitiven Elements (31) des Schwingkreises eine maximale Zahl von Transpondern zu evaluieren, die in dem Feld des Terminals vorliegen können. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf ein Terminal entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 5 angewandt wird.






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