The RFID- Handbook contains all information about RFID, Radio Frequency Identification, Transponder, RFID Tag, RFID Reader, 14443, 15693, 18000, GTAG, EPC, Antenna, ...

Inhaltsverzeichnis der 3. Auflage

1 Einführung   1

• 1.1 Automatische Identifikationssysteme  2
• 1.1.1 Barcode-Systeme  2
• 1.1.2 Optical Character Recognition  3
• 1.1.3 Biometrische Verfahren  4
• 1.1.3.1 Sprachidentifizierung  4
• 1.1.3.2 Fingerabdruckverfahren (Daktyloskopie)  4
• 1.1.4 Chipkarten  4
• 1.1.4.1 Speicherkarten  5
• 1.1.4.2 Mikroprozessorkarten  6
• 1.1.5 RFID-Systeme  6
• 1.2 Vergleich verschiedener ID-Systeme  7
• 1.3 Bestandteile eines RFID-Systems  7

2 Unterscheidungsmerkmale von RFID-Systemen   11

• 2.1 Grundsätzliche Unterscheidungsmerkmale  11
• 2.2 Bauformen von Transpondern  14
• 2.2.1 Disks und Münzen  14
• 2.2.2 Glasgehäuse  14
• 2.2.3 Plastikgehäuse  15
• 2.2.4 Werkzeug- und Gasflaschenidentifikation  16
• 2.2.5 Schlüssel und Schlüsselanhänger  17
• 2.2.6 Uhren  18
• 2.2.7 Bauform ID-1, kontaktlose Chipkarten  18
• 2.2.8 Smart Label  20
• 2.2.9 Coil-on-Chip  21
• 2.2.10 Weitere Bauformen  22
• 2.3 Frequenz, Reichweite und Kopplung  22
• 2.4 Informationsverarbeitung im Transponder  23
• 2.5 Auswahlkriterien für RFID-Systeme  25
• 2.5.1 Arbeitsfrequenz  26
• 2.5.2 Reichweite  26
• 2.5.3 Sicherheitsanforderungen  27
• 2.5.4 Speicherkapazität  28

3 Grundlegende Funktionsweise   29
Tipp: Kapitel 3 ist vollständig als pdf-Datei unter downloads als Leseprobe erhältlich

• 3.1 1-bit-Transponder  30
• 3.1.1 Radiofrequenz  30
• 3.1.2 Mikrowelle  33
• 3.1.3 Frequenzteiler  35
• 3.1.4 Elektro-Magnetisch  36
• 3.1.5 Akustomagnetisch  38
• 3.2 Voll- und Halbduplexverfahren  40
• 3.2.1 Induktive Kopplung  42
• 3.2.1.1 Energieversorgung passiver Transponder  42
• 3.2.1.2 Datenübertragung Transponder > Leser  44
• 3.2.2 Elektromagnetische Backscatter-Kopplung  48
• 3.2.2.1 Energieversorgung der Transponder  48
• 3.2.2.2 Datenübertragung Transponder > Leser  50
• 3.2.3 Close Coupling  51
• 3.2.3.1 Energieversorgung der Transponder  51
• 3.2.3.2 Datenübertragung Transponder > Leser  52
• 3.2.4 Datenübertragung Leser > Transponder  53
• 3.2.5 Elektrische Kopplung  53
• 3.2.5.1 Energieversorgung passiver Transponder  53
• 3.2.5.2 Datenübertragung Transponder > Lesegerät  55
• 3.3 Sequentielle Verfahren  55
• 3.3.1 Induktive Kopplung  56
• 3.3.1.1 Spannungsversorgung des Transponders  56
• 3.3.1.2 Vergleich zwischen FDX-/HDX- und SEQ-Systemen  56
• 3.3.1.3 Datenübertragung Transponder > Leser  58
• 3.3.2 Oberflächenwellen-Transponder  59

4 Physikalische Grundlagen für RFID-Systeme   63

• 4.1 Magnetisches Feld  64
• 4.1.1 Magnetische Feldstärke H  64
• 4.1.1.1 Feldstärkeverlauf  H(x)  bei Leiterschleifen  65
• 4.1.1.2 Optimierter Antennendurchmesser  67
• 4.1.2 Magnetischer Fluss und magnetische Flussdichte  68
• 4.1.3 Induktivität L  69
• 4.1.3.1 Induktivität einer Leiterschleife  70
• 4.1.4 Gegeninduktivität M  70
• 4.1.5 Kopplungsfaktor k  72
• 4.1.6 Induktionsgesetz  74
• 4.1.7 Resonanz  76
• 4.1.8 Praktischer Betrieb des Transponders  81
• 4.1.8.1 Spannungsversorgung des Transponders  81
• 4.1.8.2 Spannungsregelung  81
• 4.1.9 Ansprechfeldstärke Hmin  83
• 4.1.9.1 “Energiereichweite” von Transpondersystemen  86
• 4.1.9.2 Ansprechbereich von Lesegeräten  88
• 4.1.10 Gesamtsystem Transponder – Lesegerät  89
• 4.1.10.1 Transformierte Transponderimpedanz ZT’  91
• 4.1.10.2 Einflussgrößen von ZT’  94
• 4.1.10.3 Lastmodulation  101
• 4.1.11 Messung von Systemparametern  108
• 4.1.11.1 Messung des Kopplungsfaktors k  108
• 4.1.11.2 Messung der Transponderresonanzfrequenz  109
• 4.1.12 Magnetische Werkstoffe  111
• 4.1.12.1 Eigenschaften magnetischer Werkstoffe und Ferrite  111
• 4.1.12.2 Ferritantennen in LF-Transpondern  112
• 4.1.12.3 Ferritabschirmung in metallischer Umgebung  113
• 4.1.12.4 Einbau von Transpondern in Metall  114
• 4.2 Elektromagnetische Wellen  116
• 4.2.1 Entstehung elektromagnetischer Wellen  116
• 4.2.1.1 Übergang vom Nah- zum Fernfeld bei Leiterschleifen  117
• 4.2.2 Strahlungsdichte S  118
• 4.2.3 Feldwellenwiderstand und Feldstärke E  119
• 4.2.4 Polarisation elektromagnetischer Wellen  120
• 4.2.4.1 Reflexion elektromagnetischer Wellen  121
• 4.2.5 Antennen  123
• 4.2.5.1 Gewinn und Richtwirkung  123
• 4.2.5.2 EIRP und ERP  125
• 4.2.5.3 Eingangsimpedanz  125
• 4.2.5.4 Wirksame Fläche und Rückstreuquerschnitt  126
• 4.2.5.5 Effektive Länge  129
• 4.2.5.6 Dipolantenne  130
• 4.2.5.7 Yagi-Uda-Antenne  132
• 4.2.5.8 Patch- oder Mikrostripantennen  132
• 4.2.5.9 Schlitzantennen  135
• 4.2.6 Praktischer Betrieb von Mikrowellentranspondern  135
• 4.2.6.1 Ersatzschaltbilder des Transponders  136
• 4.2.6.2 Spannungsversorgung passiver Transponder  137
• 4.2.6.3 Spannungsversorgung aktiver Transponder  145
• 4.2.6.4 Reflexion und Auslöschung  146
• 4.2.6.5 Ansprechempfindlichkeit des Transponders  147
• 4.2.6.6 Modulierter Rückstreuquerschnitt  147
• 4.2.6.7 Lesereichweite  150
• 4.3 Oberflächenwellen  153
• 4.3.1 Entstehung einer Oberflächenwelle  153
• 4.3.2 Reflexion einer Oberflächenwelle  155
• 4.3.3 Funktionsschema von OFW-Transpondern  156
• 4.3.4 Der Sensoreffekt  159
• 4.3.4.1 Reflektive Verzögerungsleitung  160
• 4.3.4.2 Resonante Sensoren  161
• 4.3.4.3 Impedanzsensoren  163
• 4.3.5 Geschaltete Sensoren  163

5 Frequenzbereiche  und  Funkzulassungsvorschriften   165

• 5.1 Verwendete Frequenzbereiche  165
• 5.1.1 Frequenzbereich 9 ... 135 kHz  166
• 5.1.2 Frequenzbereich 6,78 MHz  168
• 5.1.3 Frequenzbereich 13,56 MHz  168
• 5.1.4 Frequenzbereich 27,125 MHz  169
• 5.1.5 Frequenzbereich 40,680 MHz  169
• 5.1.6 Frequenzbereich 433,920 MHz  169
• 5.1.7 Frequenzbereich 869,0 MHz  170
• 5.1.8 Frequenzbereich 915,0 MHz  170
• 5.1.9 Frequenzbereich 2,45 GHz  170
• 5.1.10 Frequenzbereich 5,8 GHz  171
• 5.1.11 Frequenzbereich 24,125 GHz  171
• 5.1.12 Auswahl der Frequenz für induktiv gekoppelte RFID-Systeme  171
• 5.2 Europäische Zulassungsvorschriften  174
• 5.2.1 CEPT/ERC REC 70-03  174
• 5.2.1.1 Annex 1: Non-specific Short Range Devices  175
• 5.2.1.2 Annex 4: Railway applications  176
• 5.2.1.3 Annex 5: Road Transport & Traffic Telematics  176
• 5.2.1.4 Annex 9: Inductive applications  177
• 5.2.1.5 Annex 11: RFID applications  177
• 5.2.1.6 Frequenzbereich 868 MHz  178
• 5.2.2 EN 300330: 9 kHz ... 25 MHz  178
• 5.2.2.1 Trägerleistung – Grenzwerte für H-Feld Sender  179
• 5.2.2.2 Nebenaussendungen  180
• 5.2.3 EN 300 220-1, EN 300 220-2  181
• 5.2.4 EN 300440  182
• 5.3 Nationale Zulassungsvorschriften in Europa  183
• 5.3.1 Bundesrepublik Deutschland  183
• 5.4 Nationale Zulassungsvorschriften  185
• 5.4.1 USA  185
• 5.4.2 Zukünftige Entwicklung: USA – Japan – Europa  186

6 Codierung und Modulation   189

• 6.1 Codierung im Basisband  190
• 6.2 Digitale Modulationsverfahren  192
• 6.2.1 Amplitudentastung (ASK)  193
• 6.2.2 2-FSK  195
• 6.2.3 2-PSK  196
• 6.2.4 Modulationsverfahren mit Hilfsträger  197

7 Datenintegrität   199

• 7.1 Prüfsummenverfahren  199
• 7.1.1 Paritätsprüfung  199
• 7.1.2 LRC-Verfahren  200
• 7.1.3 CRC-Verfahren  200
• 7.2 Vielfachzugriffsverfahren – Antikollision  203
• 7.2.1 Raummultiplex – SDMA  206
• 7.2.2 Frequenzmultiplex – FDMA  207
• 7.2.3 Zeitmultiplex – TDMA  208
• 7.2.4 Beispiele für Antikollisionsverfahren  210
• 7.2.4.1 ALOHA-Verfahren  210
• 7.2.4.2 Slotted-ALOHA-Verfahren  212
• 7.2.4.3 Binary-Search-Algorithmus  216

8 Datensicherheit   225

• 8.1 Gegenseitige symmetrische Authentifizierung  225
• 8.2 Authentifizierung mit abgeleiteten Schlüsseln  227
• 8.3 Verschlüsselte Datenübertragung  228
• 8.3.1 Streamcipher  229

9 Normung   233

• 9.1 Tieridentifikation  233
• 9.1.1 ISO 11784 – Codestruktur  233
• 9.1.2 ISO 11785 – Technisches Konzept  233
• 9.1.2.1 Anforderungen  234
• 9.1.2.2 Voll-/Halbduplex-System  236
• 9.1.2.3 Sequentielles System  236
• 9.1.3 ISO 14223 – Advanced Transponders  237
• 9.1.3.1 Teil 1 – Air Interface  237
• 9.1.3.2 Teil 2 – Code and Command Structure  239
• 9.2 Kontaktlose Chipkarten  241
• 9.2.1 ISO 10536 – Close-coupling-Chipkarten  242
• 9.2.1.1 Part 1 – Physical characteristics  242
• 9.2.1.2 Part 2 – Dimensions and locations of coupling areas  242
• 9.2.1.3 Part 3 – Electronic signals and reset procedures  242
• 9.2.1.4 Part 4 – Answer to reset and transmission protocols  244
• 9.2.2 ISO 14443 – Proximity-coupling-Chipkarten  244
• 9.2.2.1 Part 1 – Physical characteristics  245
• 9.2.2.2 Part 2 – Radio frequency interface  245
• 9.2.2.3 Part 3 – Initialization and anticollision  250
• 9.2.2.4 Part 4 – Transmission protocols  257
• 9.2.3 ISO 15693 – Vicinity-coupling-Chipkarten  261
• 9.2.3.1 Part 1 – Physical characteristics  262
• 9.2.3.2 Part 2 – Air interface and initialization  262
• 9.2.4 ISO 10373 –  Prüfmethoden für Chipkarten  267
• 9.2.4.1 Part 4 – Testverfahren für Close-coupling-Chipkarten  268
• 9.2.4.2 Part 6 – Testverfahren für Proximity-coupling-Chipkarten  268
• 9.2.4.3 Part 7 – Testverfahren für Vicinity-coupling-Chipkarten  271
• 9.3 DIN/ISO 69873 – Datenträger für Werk- und Spanzeuge  272
• 9.4 ISO 10374 – Containeridentifikation  272
• 9.5 VDI 4470 – Warensicherungssysteme  273
• 9.5.1 Teil 1 – Kundenabnahmerichtlinien für Schleusen-systeme  273
• 9.5.1.1 Ermittlung der Fehlalarmquote  274
• 9.5.1.2 Ermittlung der Detektionsrate  274
• 9.5.1.3 Formblätter in VDI 4470  275
• 9.5.2 Teil 2 – Kundenabnahmerichtlinien für Deaktivierungsanlagen  275
• 9.6 Güter- und Warenwirtschaft  276
• 9.6.1 ISO 18000 Serie  276
• 9.6.2 GTAG Initiative  277
• 9.6.2.1 GTAG-Transportschicht (physical layer)  278
• 9.6.2.2 GTAG Leitungs- und Anwendungsschicht  279

10 Architektur elektronischer Datenträger   281

• 10.1 Transponder mit Speicherfunktion  281
• 10.1.1 HF-Interface  282
• 10.1.1.1 Schaltungsbeispiel – Lastmodulation mit Hilfsträger  282
• 10.1.1.2 Schaltungsbeispiel – HF-Interface für ISO-14443 Transponder  284
• 10.1.2 Adress- und Sicherheitslogik  286
• 10.1.2.1 State-Machine  287
• 10.1.3 Speicherarchitektur  288
• 10.1.3.1 Read-only-Transponder  288
• 10.1.3.2 Beschreibbare Transponder  290
• 10.1.3.3 Transponder mit Kryptofunktion  290
• 10.1.3.4 Segmentierte Speicher  292
• 10.1.3.5 MIFARE^®-Applikationsverzeichnis  295
• 10.1.3.6 Dual-port-EEPROM  297
• 10.2 Mikroprozessoren  300
• 10.2.1 Dual Interface Karte  302
• 10.2.1.1 MIFARE plus  304
• 10.2.1.2 Moderne Konzepte für die Dual Interface Card  305
• 10.3 Speichertechnologie  307
• 10.3.1 RAM  308
• 10.3.2 EEPROM  308
• 10.3.3 FRAM  310
• 10.3.4 Leistungsvergleich FRAM – EEPROM  311
• 10.4 Messung physikalischer Größen  312
• 10.4.1 Transponder mit Sensorfunktionen  312
• 10.4.2 Messungen mit Mikrowellentranspondern  314
• 10.4.3 Sensoreffekt bei Oberflächenwellen-Transpondern  315

11 Lesegeräte   319

• 11.1 Datenfluss in einer Applikation  319
• 11.2 Komponenten eines Lesegerätes  320
• 11.2.1 HF-Interface  321
• 11.2.1.1 Induktiv gekoppeltes System, FDX/HDX  321
• 11.2.1.2 Mikrowellen-System – Halbduplex  322
• 11.2.1.3 Sequentielle Systeme – SEQ  324
• 11.2.1.4 Mikrowellen-System für OFW-Transponder  325
• 11.2.2 Steuerung  326
• 11.3 Low-cost-Aufbau – Leser-IC U2270B  327
• 11.4 Anschluss von Antennen für induktiv gekoppelte Systeme  329
• 11.4.1 Anschaltung mit Stromanpassung  330
• 11.4.2 Speisung über Koaxialkabel  332
• 11.4.3 Einfluss des Gütefaktors Q  336
• 11.5 Ausführungsformen von Lesegeräten  336
• 11.5.1 OEM-Lesegeräte  337
• 11.5.2 Lesegeräte für industriellen Einsatz  337
• 11.5.3 Portable Lesegeräte  337

12 Herstellung von Transpondern und kontaktlosen Chipkarten   341

• 12.1 Glas- und Plastiktransponder  341
• 12.1.1 Modulherstellung  341
• 12.1.2 Transponderhalbzeug  343
• 12.1.3 Komplettierung  344
• 12.2 Kontaktlose Chipkarten  344
• 12.2.1 Spulenherstellung  345
• 12.2.2 Verbindungstechnik  349
• 12.2.3 Laminieren  350

13 Anwendungsbeispiele   353

• 13.1 Kontaktlose Chipkarten  353
• 13.2 ÖPNV  355
• 13.2.1 Ausgangssituation  355
• 13.2.2 Anforderungen  356
• 13.2.2.1 Transaktionszeit  356
• 13.2.2.2 Witterungsbeständigkeit, Lebensdauer, Bedienkomfort  356
• 13.2.3 Vorteile durch den Einsatz von RFID-Systemen  357
• 13.2.4 Tarifmodelle mit elektronischer Abrechnung  358
• 13.2.5 Marktpotenzial  359
• 13.2.6 Projektbeispiele  360
• 13.2.6.1 Korea – Seoul  360
• 13.2.6.2 Deutschland – Lüneburg, Oldenburg  362
• 13.2.6.3 EU-Projekte – “ICARE” und “CALYPSO”  363
• 13.3 Ticketing  366
• 13.3.1 Lufthansa Miles & More Card  366
• 13.3.2 Ski-Ticketing  368
• 13.4 Zutrittskontrolle  369
• 13.4.1 Online-Systeme  370
• 13.4.2 Offline-Systeme  370
• 13.4.3 Transponder  372
• 13.5 Verkehrssysteme  373
• 13.5.1 Eurobalise S21  373
• 13.5.2 Internationaler Containerverkehr  375
• 13.6 Tieridentifikation  376
• 13.6.1 Rinderhaltung  376
• 13.6.2 Brieftauben-Preisflug  382
• 13.7 Elektronische Wegfahrsperre  384
• 13.7.1 Funktionsweise der Wegfahrsperre  384
• 13.7.2 Kurze Erfolgsgeschichte  387
• 13.7.3 Zukunftsaussichten  388
• 13.8 Behälteridentifikation  389
• 13.8.1 Gasflaschen und Chemikalienbehälter  389
• 13.8.2 Abfallentsorgung  391
• 13.9 Sportliche Veranstaltungen  393
• 13.10 Industrieautomation  395
• 13.10.1 Werkzeugidentifikation  395
• 13.10.2 Industrielle Fertigung  398
• 13.10.2.1 Zentrale Steuerung  399
• 13.10.2.2 Dezentrale Steuerung  400
• 13.10.2.3 Vorteile durch den Einsatz von RFID-Systemen  401
• 13.10.2.4 Auswahl geeigneter RFID-Systeme  401
• 13.10.2.5  Projektbeispiele  403
• 13.11 Medizinische Anwendungen  406

14 Anhang   409

• 14.1 Kontaktadressen, Verbände und Fachzeitschriften  409
• 14.1.1 Industrieverbände  409
• 14.1.2 Fachzeitschriften  411
• 14.1.3 RFID im Internet  412
• 14.2 Relevante Normen und Vorschriften  413
• 14.2.1 Bezugsquellen für Normen und Vorschriften  418
• 14.3 Literatur  419
• 14.4 Platinenlayouts  430
• 14.4.1 Testkarte nach ISO 14443  430
• 14.4.2 Feldgeneratorspule  434

15 Register   437