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Neue passive RFID-Lösung ermöglicht 100-prozentige Leseraten über große Entfernungen

Konventionelle passive RFID-Systeme sind auf Reader angewiesen, die eine doppelte Aufgabe erfüllen. Zum einen müssen sie die zu lesenden RFID-Tags aktivieren und zum anderen müssen sie deren reflektierte Signale empfangen. Diese Struktur führte bisher zu einer geringen Skalierbarkeit der RFID-Anwendungen. Zudem konnte keine 100-prozentige Leserate gewährleistet werden. Diese Hürde kann mit einem System überwunden werden, das die Sende- und Empfangsfunktion der Leseeinheit voneinander trennt. Auf diese Weise erhöht sich nicht nur die Skalierbarkeit, sondern auch die Lesedistanz. „RFID im Blick“ sprach mit Mojix- Europachef Roelof Koopmans über die Funktionen des RFID-Systems „Star“ („Space-Time-Array-Receiver“).

„RFID-Einsätze scheiterten in großen Räumen - wie zum Beispiel Lagerhallen oder Distributionszentren - an den Distanzen zwischen RFID-Tag und den herkömmlichen passiven Lesesystemen. Die Grenze lag hier bisher bei fünf Metern. Lösungen boten nur die sogenannten aktiven Systeme mit Echtzeit-Ortung, die sich jedoch aufgrund hoher Kosten nicht verbreiten konnten“, erklärt Koopmans.

Transmitter liefern Energie

Um Behälter oder Paletten über einen großen Bereich verfolgen zu können, sollte das System wie ein Radar arbeiten und dabei das gesamte Gebäude regelrecht „scannen“, meint Koopmans. Passive RFID-Tags müssten dabei auch auf Distanzen von bis zu 200 Metern gelesen und geortet werden. Dieses Ziel sei mit dem Star-System erreicht worden. Es arbeitet als Netzwerk und besteht aus einem oder mehreren Empfängern, die jeweils bis zu 512 Sender ansteuern können. Bei den Sendern handelt es sich um so genannte „eNode-Transmitter“, die zur Definition des dreidimensionalen Abdeckungsbereiches dienen. Die eNodes liefern Energie an alle passiven RFID-Tags innerhalb ihres genau definierten Abfragebereiches, der sogenannten „Interrogations-Zone“. Der zentralisierte Empfänger des Systems kann die so aktivierten Signale der RFID-Tags auf einer Gesamtfläche von bis zu 25 000 Quadratmetern verarbeiten, ohne das eine direkte Sichtlinie besteht.

Phasengesteuerter Empfänger

„Das System basiert auf einer fortgeschrittenen Entwicklung der digitalen Signalverarbeitung (=Digital Signal Processing, DSP). Ursprünglich entwickelt wurde sie von den Gründern der Firma Mojix für die NASA im Bereich der Luft- und Raumfahrt“, erläutert Koopmans. Die hohe Empfindlichkeit der Antennen entsteht auf der Basis von zwei Faktoren: dem phasengesteuerten Feldempfänger („phased Array“) und dem „Digital Beam Forming“, einer Kombination aus Antennen- und Digitaltechnik.. Damit können auch die schwächsten Signale über große Entfernungen von bis zu 200 Metern empfangen werden. Dabei arbeitet die Lösung ohne direkten Sichtkontakt und in störungsbehafteten Hochfrequenz-Umgebungen.

Sequentielles Verteilen von Zeitphasen

Das System arbeitet wie folgt: Der zentralisierte Empfänger verteilt der Reihe nach Zeitphasen an die eNodes. Diese senden daraufhin Energie an die passiven RFID-Tags, wobei sich dieser Vorgang im Rahmen der ETSI-konformen Leistungsgrenzen bewegt. Die so aktivierten RFID-Tags senden ihre Signale und Informationen an den Star-Empfänger, der sie auf der Basis spezieller Algorithmen verarbeitet und die passiven Tags ortet.

Eindeutige Unterscheidung

Im Rahmen eines REWE-Pilotprojektes wurden bereits 105 Tore entlang der Warenausgangs-Rampe am Distributionslager in Buttenheim bei Nürnberg mit dem Star-System ausgestattet. Bisherige Reader-Systeme waren dort problematisch, da diese nicht unterscheiden konnten zwischen „gelesen und verladen“ und „gelesen und noch nicht verladen“. Durch die Echtzeit-Ortung der Mojix-Lösung wurde dieses Problem gelöst. Die mit RFID-Tag versehenen Behälter werden nun im Warenausgang automatisch differenziert, ob sie bereits verladen oder nur abgestellt wurden. Der Master-Controller fasst hierzu die empfangenen Tag-Daten zusammen und filtert mittels der verwendeten Algorithmen die unternehmensrelevanten Daten heraus. Somit kann eindeutig unterschieden werden, welche Behälter durch welches Tor befördert beziehungsweise noch nicht befördert wurden. Die Fähigkeit zum torgenauen Zuordnen von Tags bezeichnet Mojix als „Dock Door Discrimination“, kurz DDD, und die Unterscheidung zwischen „bereitgestellt“ versus „verladen“ als „Staging Discrimination“.

Willkommene Störeinflüsse

Durch die Filterfunktionen des Master-Controllers seien Reflexionen für den zentralen Empfänger sogar eher hilfreich als störend. „Je mehr Informationen der Empfänger erhält, desto besser können die Algorithmen die Tags orten“, erklärt Koopmans. Das System kontrolliere zudem die Frequenzen, indem die e-Nodes nie gleichzeitig senden, sondern nacheinander. Interferenzen zwischen den eNodes seien ebenso ausgeschlossen wie eine Überlastung des 3 Mhz-Frequenzbandes.

Erkennen einzelner Waren

„Unser System ist universell einsetzbar“, so Koopmans. Das gelte auch für das Erkennen einzelner Waren, dem so genannten „Item-Level-Tagging“. So seien im Jahr 2009 bei einer amerikanischen Musikhandels-Kette 460 dicht aufeinander platzierte DVDs in einem Regal zu 100 Prozent richtig identifiziert worden. Zudem wurden bei einem Test 440 palettierte und gestapelte Faltboxen durch ein Tor bewegt und seien dabei zu 100 Prozent eindeutig vom Receiver erkannt worden.