Im Januar 2016 hatte ich einen Blog darüber geschrieben, wie RAIN RFID-Unternehmen ihre Interessen vor allem in Europa vertreten sollten. Die Regulierung der Frequenzzuteilung schreitet langsam voran und jetzt, zweieinhalb Jahre später, ist es mir eine große Freude festzustellen, dass die bisherigen Ergebnisse beeindruckend sind. Lassen Sie uns einen Blick darauf werfen, wie die Nutzung des höheren ETSI-Frequenzbandes möglicherweise die Art und Weise der Optimierung des Tagging (Markierung von Objekten mittels RFID RAIN UHF Transpondern) verändert. Sicherlich werden sich diese Änderungen nicht unmittelbar bemerkbar machen. Mein Beitrag hebt zwei Faktoren hervor die derzeit einen unmittelbaren Vorteil dieser neuen Verordnung für den Anwender behindern.

Wie Tags traditionell abgestimmt werden

Im Jahr 2005 wurde das RAIN-Tagging in Europa weitgehend für das Frequenzband 866-868 MHz weitgehend optimiert. Eine solche Kennzeichnung bot in den USA nur eine sehr begrenzte oder nicht vorhandene Lesbarkeit, dies führte schnell zur Entstehung globaler Tag-Designs.

Während die weltweite (globale) Lesbarkeit im Prinzip keine so große technische Herausforderung darstellt, hat dies die Entwickler von Transponder (Tag) Antennen gezwungen, Einbußen bei der Sensitivität der Transponder in Kauf zu nehmen. Bei der Entwicklung von RFID Transpondern für die Montage auf Metall verlangt die globale Lesbarkeit in den Abmessungen deutlich größere Transpondern im Vergleich zu den winzigen Designs für einen stark eingeschränkten Frequenzbereich (ETSI 868 MHz oder FCC 915 MHz). Dies führt nicht nur zu weiteren technischen Herausforderungen sondern stellt auch einen zusätzlichen Preisfaktor dar.

Die Europäische Kommission genehmigt 4W für RFID-Lesegeräte bei 916-919 MHz

Schließlich heißt es im lang erwarteten Durchführungsbeschluss [EU] 2018/1538 der Europäischen Kommission vom 11. Oktober 2018, dass die Mitgliedstaaten bis zum 1. Februar 2019 drei Kanäle innerhalb des Frequenzbandes 916,1 -918,9 MHz für RFID-Lesegeräte öffnen sollten. Damit wird die Norm ETSI EN 302 208 V3.1.0 ergänzt, die ebenfalls ein RFID-Band zwischen 915 und 921 MHz definiert, allerdings mit eingeschränktem Umsetzungsstatus innerhalb der EU und der CEPT-Länder.

Während all dies nach Jahren der technischen Argumentation und Lobbyarbeit nach einem ausgezeichnetem Ergebnis klingt, werden die Hersteller von Lesegeräten vor neue technische Herausforderungen gestellt. Jedoch wie wird sich diese Entscheidung langfristig auf die RFID-Transponder auswirken?

Der optimale Bereich für Tagging auf globaler Ebene

Wie beabsichtigt, wird mit dem oberen ETSI-Band ein global harmonisiertes Frequenzband eingeführt, in dem alle geografischen Regionen verfügbare Kanäle für RFID-Leser haben!

Auch in Europa bietet sich damit die Möglichkeit, das Transponder-Design speziell für den oberen Frequenzbereich zu optimieren. In Anwendungen, in denen die RFID RAIN Lesegeräte (Reader) viel Zeit haben eine Bestandsaufnahme (Inventory) aller Transponder im Lesefeld durchzuführen und durch alle ETSI-Frequenzen zu scannen, sollte eine solcherart eingeschränkte Reaktion von Transpondern, die nur bei den oberen ETSI-Frequenzen wirklich empfindlich sind, kein Problem darstellen. Dies setzt natürlich voraus, dass die ETSI-Lesegeräte in Zukunft sowohl das traditionelle Frequenzband 866-868 MHz als auch das neue obere 916-919 MHz Frequenzband nutzen werden.

Unbekannter Faktor Nr.1: Umsetzungszeitplan in Mitteleuropa

Derzeit nutzt die GSM-R(ailway) das 918-921 MHz Frequenzband in Deutschland, Österreich und Frankreich auf der Grundlage nationalen Rechts gemäß den Frequenz Verordnungen der Internationalen Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, kurz: ITU). Leider überlappt sich dieses Frequenzband und das für Europa neue obere ETSI RFID-Band. Die militärische Nutzung desselben Frequenzbereiches in Deutschland ist ein weiteres Fragezeichen und möglicherweise auch ein Hindernis. Die Europäische Kommission hat dieses Problem erkannt und gibt den Mitgliedstaaten die Möglichkeit, die Nutzung von GSM-R und RFID auf der Grundlage von Geographie, spezifischer Installation, Betriebsanforderungen oder ähnlichem zu koordinieren.

Was bedeutet dies nun in der Praxis? Schwer zu sagen. In Deutschland, Österreich oder Frankreich sind noch keine RFID-Umsetzungsrichtlinien veröffentlicht, also ist es von Vorteil die GS1-Übersicht der Regularien für Updates im Auge zu behalten. Die gute Nachricht ist, dass sich das „Future Railway Mobile Communication System“ (FRMCS) nicht mehr mit RFID überschneiden sollte. Die schlechte Nachricht ist, dass noch nicht bekannt ist, wann die Bahnen ein solches System entwickeln oder einsetzen. Das FRMCS-Projekt ist erst seit 2012 im Gange…. Ich persönlich erwarte, dass der Umsetzungsplan in Mitteleuropa bis zur zweiten Jahreshälfte 2019 weiter an Klarheit gewinnt.

Unbekannter Faktor Nr.2: Auswirkung der Leserempfindlichkeit

Der Lesebereich ist oft mehr eine Abschätzung als eine Tatsache, aber die Sensitivität des Lesegeräts ist in der Tat bereits in vielen Anwendungen ein limitierender Faktor. Ein gutes Beispiel ist die Zeitmessung von Marathonläufen. Herr Nikias Klohr von der race result AG hat dieses Thema in seinen exzellenten Präsentationen bei der Konferenz RFID Tomorrow und dem RAIN Face-to-Face-Meeting in Wien 2018 wiederholt angesprochen.

Wir alle haben in den letzten 15 Jahren gesehen, wie sich die erhöhte IC-Empfindlichkeit der Tags zur Entwicklung von Transpondern mit geringeren Abmessungen und nicht zu extrem langen >20 Meter-Lesereichweiten geführt hat. Wenn sich meine Vorhersage zur Optimierung des Tag-Designs für das 902-928 MHz-Band als richtig erweisen sollte, dann werden sich die Abmessungen und Kosten der Transponder weiter verringern.

Bis zum Jahr 2021 könnte die Stärke des rückgestrahlten Signals (Backscatter) von Miniatur-RAIN-Transpondern auf unter -90 dBm bis hinunter zu -100 dBm fallen. Die aktuelle Leserinfrastruktur wird solche geringen Transponder-Signale nicht so einfach interpretieren können. Daher müssen möglicherweise immer noch Transponder in den Abmessungen größer als notwendig verbunden mit höheren Kosten verwendet werden. Aus diesem Grund wird langfristig eine neue Gattung von Lesegeräten und eine Infrastruktur mit verbesserten Lesefähigkeiten benötigt, um die Gesamtkosten der RAIN RFID-Technologie weiter zu senken.

Fazit: Die Arbeit geht weiter

Wie schätzen Sie die Bedeutung der höheren ETSI-Frequenz ein? Haben Sie Einblicke in die regionalen Regulierungsdebatten in Deutschland oder Frankreich? Ich würde mich über einen Austausch zum Thema sehr freuen! Kontaktieren Sie uns dazu gerne.

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In January 2016 I wrote a blog about how RAIN RFID companies should defend their interests especially in Europe. Frequency regulation moves forward slowly, and now 2,5 years later it gives me great pleasure to conclude that the results so far are rather impressive. Let’s have a look at how the upper ETSI band potentially changes the way tagging is optimized. Surely the change is not immediate, and my story further highlights two factors that currently prevent end users from benefiting from this new regulation.

How Tags Are Traditionally Tuned

In 2005 RAIN tagging in Europe was largely optimized for the 866-868 MHz frequency band. Such tagging provided only very limited or non-existent readability in US, which quickly lead to emergence of global tag designs.

While global readability has not been a major technical challenge, it has forced antenna designers to sacrifice some of tag’s sensitivity. On the on-metal tag side global readability leads to significantly larger sized tags compared with the tiny one-band designs, which is both an inconvenience and a price factor.

The European Commission Permits 4W for RFID Readers at 916-919 MHz

Finally, the long-awaited COMMISSION IMPLEMENTING DECISION [EU] 2018/1538 dated 11th October 2018 says that member states should open three channels within the 916,1 -918,9 MHz frequency band for RFID readers by 1st February 2019. This comes on top of the ETSI EN 302 208 V3.1.0 standard which also defines a RFID band between 915 and 921 MHz, although with limited implementation status within the EU and CEPT countries.

While all this sounds like a fantastic outcome after years of technical argumentation and lobbying, a new variety of technical challenges are introduced for reader manufacturers. However, what will be the long term impact of this decision on the RFID tagging side?

Global Sweet Spot for Tagging

As intended, the upper ETSI band introduces a global harmonized frequency band, where all geographic regions have available channels for RFID readers!

Also in Europe this introduces a possibility to optimize tag designs specifically for the upper frequency range. In applications where readers have plenty of time to conduct inventory and scan through all the ETSI frequencies, such limited response from tags sensitive only at the upper ETSI frequencies should not be a problem. Naturally this assumes that in the future the ETSI readers will utilize both the traditional 866-868 MHz and the new upper 916-919 MHz frequency band.

Unknown Factor #1: Implementation Schedule in Middle-Europe

Currently the GSM-R(ailway) is using the 918-921 MHz band in Germany, Austria and France based on National Law in accordance with the ITU Radio Regulations. Unfortunately this band overlaps with the upper ETSI RFID band. The military usage of the same band in Germany is another question mark, and even a roadblock. The Commission recognizes the situation, and gives member states the possibility to coordinate the use of GSM-R and RFID based on geography, specific installation, operating requirements or something else.

What does this mean in practice? I actually do not know. No RFID implementation guidelines are yet published in Germany, Austria or France, but it’s good to keep an eye on the: GS1 regulatory overview for updates. Good news is that the Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) should not overlap with RFID anymore. Bad news is that it’s now known when the railways will have such system designed or deployed – the FRMCS project has only been active since 2012… I personally anticipate that implementation schedule in Middle-Europe gains further clarity by second half of 2019.

Unknown Factor #2: Impact of Reader Sensitivity

The read range is often more an opinion than a fact, but the sensitivity of the reader is indeed already a limiting factor in many applications. An example is marathon race timing, and Mr. Nikias Klohr of race result AG has repeatedly raised this issue in his excellent presentations at the RFID Tomorrow and RAIN face-to-face meeting in Vienna 2018.

We all have seen over the past 15 years how the increased tag IC sensitivity has translated into smaller footprint tags rather than to ultra long >20 meter read ranges. If my prediction of tag design optimization for the 902-928 MHz band is correct, then the tag footprint will further shrink with the benefit of lower tagging costs.

By year 2021 backscatter signal strengths from miniature RAIN tags may fall below -90 dBm, even down to -100 dBm. The current reader infrastructure simply won’t be able to interpret such small tag responses, therefore larger-than-necessary tags may still need to be used at a higher expense. Therefore a new breed of readers and infrastructure with enhanced reading capabilities will be needed to continue drive down the overall cost of RAIN RFID technology.

Work Continues

What is your view on the significance of the upper ETSI band? Do you have insights into the local regulatory debates in Germany or France? Please contact us and let’s talk!

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