Systemprojektierung und Bewertung von RFID-Anwendungen mit Hilfe von Ray Tracing

Funkidentifikation oder RFID (engl. „radio frequency identification“) wird in zunehmendem Masse zur Erkennung unterschiedlichster Objekte und Lebewesen in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt. Dem technischen Grundprinzip nach werden hierbei Informationen durch Funkübertragung zwischen einem elektronischen Abfragegerät und einem überwiegend mobilen, drahtlosen, elektrischen Informationsspeicher, kurz Transponder, ausgetauscht. Der Datenspeicher des Transponders kann per Funk gelesen und in der Regel auch beschrieben werden. Durch mittlerweile recht preisgünstig gewordene Komponenten ist der Einsatz von RFID sehr attraktiv und weit verbreitet. In dieser Studie wird der Einsatz einer Strahlverfolgungs-Software, kurz „Ray Tracer“, zur Planung, Analyse und Bewertung für das RFID-Anwendungsumfeld untersucht. Die Anwendung eines Ray Tracers zur Charakterisierung von RFID-Übertragungsstrecken ist neuartig. Bisherige Analysen stützen sich lediglich auf empirische Ergebnisse, die jedoch mehrere Nachteile mit sich bringen. Funkuntersuchungen mit einem Ray Tracer haben den Vorteil, in der Entwurfs- und Planungsphase einer RFID-Anwendung losgelöst vom physikalischen Einsatzort durchführbar zu sein, denn letzterer liegt nun als dreidimensionales Umgebungsmodell im Computer vor. Per Rechnersimulation lassen sich somit im Vorfeld einer RFID-Installation viele verschiedene Systemkonstellationen auf Funktion und Zuverlässigkeit erproben, um schliesslich optimale Betriebsparameter zu erhalten, mit denen das RFID-System im realen Einsatz zu konfigurieren ist. Weiterhin wird die Fragestellung geklärt, inwieweit RFID-Anwendungen mit dem verwendeten Ray Tracer „PARAY“ realitätsgetreu nachzubilden sind. Dazu gehört auch ein exemplarischer Vergleich von Pegelmessungen und Kanalsimulationen. Es wird gezeigt, dass sowohl der physikalische Funkkanal in der Luftschnittstelle zwischen RFID-Abfragegerät und Transponder als auch die Übertragung von Kanaldaten unter Berücksichtigung von RFID-Kommunikationsprotokollen auf simulative Weise realitätsnah nachgebildet werden können. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem verbreiteten Kommunikationsprinzip des modulierten Radarquerschnitts bei passiven Transpondern (ohne eigene Spannungsversorgung), das überwiegend bei RFID-Systemen im UHF-Band verwendet wird. Abschliessend belegen Anwendungs-Fallbeispiele die sehr hohe Übereinstimmung der RFID-Systemeigenschaften mit den berechneten Simulationsvorhersagen.