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