RFID Modulation Station->Tag

[Latze H. (linzus)]

Hallo Leute,
ich setze mich derzeit mit RFID auseinander, und hänge an der 
Modulation:
Und zwar wird ja bei den Implementierungen im 13.56 Mhz Bereich 
hauptsächlich mit Induktiver Kopplung gearbeitet. Dabei gibt es 2 
Möglichkeiten der Modulation vom Transponder zur Station:
-Lastmodulation
-Lastmodulation mit Hilfsträger

soweit so gut. Kann ich irgendwie nachvollziehen.
Allerdings finde ich NIRGENDS in der einschlägigen Literatur online, 
sowie analog auch nur ein Wort zur Datenübertragung von Station zu 
Transponder.

Deshalb meine Frage:
wie funktioniert der Datenaustausch anders rum? Bei modernen 
Transpondern mit Mikrochip muss ja auch definitiv die Station (bsp. 
Befehle, oder Krypt. Inhalte) an den Tag senden.

Vielen Dank im Vorhinein für eure Hilfe,
Grüße,
...

[Bert 0. (maschinist)]

Nun, das Tag verwendet immer eine Lastmodulation. Es erzeugt zwei 
Hilfsträger, indem es die Trägerfrequenz /16 teilt, das ergibt einen 
Abstand von 847,5 kHz der Hilfsträger zum Träger des Lesers.

Diese Hilfsträger werden dann mit OOK (Ein-Aus-Tastung) bei ISO14443-A 
oder einer BPSK (Zweiphasenumtastung) bei ISO14443-B moduliert.

Typ-A Tags verwenden zu Datenkodierung Manchester Kodierung, Typ-B Tags 
dagegen NRZ-L.

Der Leser moduliert direkt seinen Träger, entweder mit ASK 100% (aka 
OOK) für ISO14443-A oder mit einer ASK 10% für ISO14443-B.

Für Typ-A Tags kodiert er die Daten in einer modified-Miller-Kodierung, 
für Typ-B Tags benutzt er NRZ Kodierung.

Da der Leser nicht weiß, welchen Typ Karte er als nächstes präsentiert 
bekommt, pollt er einfach abwechselnd nach Typ-A und Typ-B Karten.

Falls Du selbst tiefer lesen willst, empfehle ich zum Einstieg die Atmel 
Appnote

www.atmel.com/images/doc2056.pdf


Gruß... Bert

[linzus (Gast)]

Hallo Bert,
vielen Dank für deine Antwort!
Die Kommunikation von Tag zu Station (Lastmodulation) hatte ich zwar 
schon gekannt (da diese in der Literatur immer erläutert wird), genau 
die umgekehrte Richtung wird in der verlinkten PDF auch spezifiziert:

"The reader amplitude modulates the RF field to send information to the 
card. The IC contains a demodulator to convert the amplitude modulation 
to digital signals. The IC also contains a clock extraction circuit that 
produces a 13.56 MHz digital clock for use within the IC. The data from 
the reader is clocked in, decoded, and processed by the integrated 
circuit."

Der Reader verwendet also eine Amplituden-Modulation.

Sehe ich es richtig, dass diese Modulation auf Elektromagnetische Wellen 
(und nicht wie bei umgekehrter Kommunikation durch Modulierung ins 
Magnetische Feld)
erfolgt?

Vielen Dank und Grüße,
...

[Bert 0. (maschinist)]

Hallo Linzus,

nein, der Leser verwendet keine Lastmodulation ins bestehende Feld, 
sondern moduliert direkt das HF-Signal, das er an die Sendeantenne gibt.

Bei den RFID-Transceivern, die ich kenne, kommt das HF-Signal fertig 
moduliert aus dem Chip und kann über ein Koppelnetzwerk entweder direkt 
oder nach voriger Weiterverstärkung durch eine PA-Stufe auf die 
Antennenspule gegeben werden.
Das hat u.a. den Vorteil, daß Parameter wie z.B. der Modulationsindex 
für Typ-B Modulation durch SW-Registereinstellungen im Transceiverchip 
justiert werden können.

Der Empfangsteil des RFID-Transceivers koppelt sich kapazitiv ebenfalls 
an die Leser-Antennenspule und kann so die Lastmodulation des Tags an 
den Amplitudenänderung des HF-Pegels detektieren.


Gruß... Bert

[linzus (Gast)]

Hallo Bernd,
vielen Dank nochmals für deine Antwort.
unter:
https://sar.informatik.hu-berlin.de/research/publications/SAR-PR-2008-21/SAR-PR-2008-21_.pdf
heißt es auf Seite 6:
"Typ A verwendet in der PCD!PICC-Richtung 100% ASK (Amplitude Shift 
Keying, Amplitudenmodulation), d.h. die Stärke des Trägerfelds wird 
zwischen voller Stärke und 100% weniger, also kein Trägerfeld, binär 
umgeschaltet. Da dabei im modulierten Zustand keine Energieübertragung 
zur Karte stattfindet, muss die Zeit, in der das Feld moduliert wird, so 
kurz wie möglich gehalten werden. Zu diesem Zweck kommt eine 
modifizierte Miller-Kodierung zum Einsatz."

verstehe ich es richtig, dass also der Reader zur Codierung für kurze 
Zeit sein Feld (und damit ja auch die Stromversorgung des Tags) 
abschaltet?

Und noch eine weiter Frage:

wenn die beiden Modulationen, also AM für Reader->Tag und LM für Tag-> 
Reader verwendet werden, ist es dann nicht ziemlich schwierig für den 
Reader die Information der LM des Tags zu erkennen? Sein Feld Schwankt 
ja sowieso ständig, da er es ein- und ausschaltet, und dann verbraucht 
ein Tag ja auch mal mehr und weniger Strom(wenn er bsp. gerade mit 
Krypto. beschäftigt ist).
Ist der Maßstab/Unterschied so eklatant (also bspw. der zugeschaltete 
Lastwiderstand so viel höher als der Unterschied des mehr oder weniger 
Stromverbrauchs durch Krypto), dass all diese Einflüsse verhältnismäßig 
keine Rolle spielen?

Ich hoffe meine Frage verständlich formuliert zu haben, und bin gespannt 
auf die Antwort,
Viele Grüße,
Linzus

[Bert 0. (maschinist)]

Hallo Linzus,

ja, das ist richtig, bei Typ A tastet der Leser (PCD) im Takt der 
Datenbits den Träger kurz weg. Das Tag (PICC) muß in dieser Zeit seine 
Energieversorgung durch einen entsprechenden Pufferkondensator aufrecht 
erhalten.

Stell Dir aber nicht zuviel darunter vor, selbst bei 106 kBit/s (fc/128) 
dauert durch die Modifizierte Miller Kodierung eine Tastlücke gerade mal 
3us. Ich habe mal zwei Screenshots eines Einzelbits und eines kompletten 
WUPA (Wakeup A) angehängt.

Zur zweiten Frage:
Das ist genau der Grund, warum das Tag einen Hilfsträger von 847,5kHz 
(fc/16) erzeugt und diesen moduliert. Dessen Seitenbänder liegen nämlich 
weit genug vom Träger entfernt, eben +/- 847 kHz, so daß der Träger am 
Empfänger auf Zero Beat liegt und als DC Anteil erscheint, nur die 
Seitenbänder des Hilfsträgers erzeugen dann einen AC Anteil, der dann 
demoduliert wird.

Gruß... Bert

[Heiko G. (heikog)]

linzus schrieb:
> wenn die beiden Modulationen, also AM für Reader->Tag und LM für Tag->
> Reader verwendet werden, ist es dann nicht ziemlich schwierig für den
> Reader die Information der LM des Tags zu erkennen? Sein Feld Schwankt
> ja sowieso ständig, da er es ein- und ausschaltet, und dann verbraucht
> ein Tag ja auch mal mehr und weniger Strom(wenn er bsp. gerade mit
> Krypto. beschäftigt ist).
> Ist der Maßstab/Unterschied so eklatant (also bspw. der zugeschaltete
> Lastwiderstand so viel höher als der Unterschied des mehr oder weniger
> Stromverbrauchs durch Krypto), dass all diese Einflüsse verhältnismäßig
> keine Rolle spielen?

Die Übertragung ist nur Halb-Duplex, also zuerst schickt der Sender eine 
Anfrage an das RFID-Tag, und wartet dann auf eine Antwort während der 
Sender weiterarbeitet und Energie an das Tag schickt. Das Tag berechnet 
die Antwort, und schickt diese dann als Lastmodulation zurück. Daher 
finden beide Modulationen nicht gleichzeitig statt und beeinflussen sich 
nicht. Dabei muss die Lastmodulation natürlich größer sein als die 
Belastung die durch den Stromverbrauch der Berechnung erfolgt.

[Linzus (Gast)]

Hallo Bert, Hallo Heiko,
vielen Dank für eure Antworten. Ich glaube bezüglich meines 
Grundverständnisses ist es mir jetzt sehr viel klarer!

@Bert:

Wie hast du die Screenshots gemacht? Hast du ein Oszilloskop zuhause? 
Wie war denn der Grobe Aufbau bei der Messung?

musste ein wenig an folgendes denken :-)

https://www.iacr.org/archive/ches2011/69170208/69170208.pdf

-> sehr interessant...

Viele Grüße,
Linzus