An Impulse UWB Radio System for Remotely-Powered Wireless Memory Tag Applications

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2015-06-12
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2015
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
113 + app. 77
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 76/2015
Abstract
Radio frequency identification (RFID) technologies have been used for decades in a wide variety of applications, e.g. asset tracking, access management and mobile payment. The evolution of memory and radio technologies is enabling development of RFID tags towards wireless memory tags (WMT) with high storage capacity (> 1 gigabit). This work contributes to the research and development of WMT technologies and applications. The main objectives of this work are to show the feasibility of remotely-powered WMTs and that the required host functionality is integrable to today's mobile devices. A key enabler for the technology is the air-interface that supports wireless powering of tags, datarates above 100 Mbit/s and flexible usage needed for the new applications. Thus, an additional objective has been to develop a system with a high performance air-interface and to justify the chosen approach with an implementation showing the performance and feasibility of the system. The scientific merit of the thesis lies in the novel methods and the strong contributions made to the design and development of the new dual-band radio system which overcomes the traditional challenges of single-band RFID systems. In the work an impulse UWB transceiver operating at 7.9 GHz center frequency has been developed. The transceiver utilizes one single super-regenerative oscillator for bi-directional communication. Additionally, synchronization schemes based on the use of a continuous wave signal (on UHF or HF band) for the synchronization of the UWB link have been developed and tested. Finally, the feasibility of the system has been confirmed by designing, developing and testing four system implementations.

Radiotaajuinen etätunnistus (RFID) on laajasti käytetty teknologia, jota on hyödynnetty viime vuosikymmeninä mm. logistiikkasovelluksissa, kulunvalvontajärjestelmissä ja etämaksamisessa. Muisti- ja radioteknologioiden kehitys on mahdollistamassa RFID-tunnisteiden eli RFID-tagien kehittämisen kohti langattomia muistitageja (WMT), joiden tallennuskapasiteetti on merkittävästi nykyisiä tunnisteita suurempi (> 1 gigabitti). Tässä työssä on tutkittu ja kehitetty WMT-teknologioita ja –sovelluksia. Tutkimuksen päätavoitteina on todentaa, että ilman paristoa toimivat langattomat muistitagit ovat toteutettavissa siten, että tagien lukemiseen ja kirjoittamiseen tarvittava toiminnallisuus on integroitavissa matkapuhelimiin. Teknologian toteutettavuuden kannalta merkittävä tekijä on ilmarajapinta, joka mahdollistaa langattoman tehonsiirron tageihin, yli 100 Mbit/s:n datansiirtonopeuden ja joustavan käytön uusissa sovelluksissa. Tästä syystä työn lisätavoitteena on ollut kehittää järjestelmä, jossa käytetty ilmarajapinta saavuttaa tarvitun suorituskyvyn. Valitun lähestymistavan suorituskyky on myös todennettu rakennettujen testijärjestelmien avulla. Työn tieteelliset saavutukset perustuvat työssä kehitettyihin uusiin menetelmiin, sekä uuden kahta taajuusaluetta hyödyntävän radiojärjestelmän suunnitteluun ja kehitykseen. Kahta taajuusaluetta käyttämällä voidaan ratkaista perinteisesti yhtä taajuusaluetta käyttävissä RFID-järjestelmissä havaittuja ongelmia. Työssä on myös kehitetty ultralaajakaistainen (UWB) impulssilähetinvastaanotin, joka toimii 7,9 GHz:n keskitaajuudella. Lähetinvastaanotin hyödyntää yhtä superregeneratiivista oskillaattoria kaksisuuntaiseen tiedonsiirtoon. Tämän lisäksi työssä on kehitetty UWB-linkin synkronoimiseen tarvittavia menetelmiä, jotka perustuvat kapeakaistaisen (UHF- tai HF-taajuisen) signaalin käyttöön. Lopuksi järjestelmän toteutettavuus on varmistettu suunnittelemalla, kehittämällä ja testaamalla neljä eri järjestelmätoteutusta.
Description
Supervising professor
Vainikainen, Pertti, Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
Räisänen, Antti V., Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
Thesis advisor
Iraji, Sassan, Dr., Aalto University, Department of Communications and Networking, Finland
Pärssinen, Aarno, Dr., University of Oulu, Finland
Ollikainen, Jani, Dr., Nokia, Finland
Keywords
wireless memory tags, ultra wideband, impulse radio, RFID, radio system, remote-powering, super-regenerative, langattomat muistitagit, ultralaajakaistainen, impulssiradio, radiojärjestelmä, langaton tehonsiirto, super-regeneratiivinen
Other note
Parts
  • [Publication 1]: J. Jantunen, A. Lappeteläinen, J. Arponen, A. Pärssinen, M. Pelissier, B. Gomez, and J. Keignart, “A new symmetric transceiver architecture for pulsed short-range communication,” in Proc. IEEE Global Communications Conference (Globecom), New Orleans, USA, Dec. 2008, 5 p.
    DOI: 10.1109/GLOCOM.2008.ECP.901 View at publisher
  • [Publication 2]: Jantunen, J. Jantunen, H. Kaaja, S. Boldyrev, L. Wang, and J. Hämäläinen, “System architecture for high-speed close-proximity low-power RF memory tags and wireless internet access,” International Journal on Advances in Telecommunications, vol. 4, pp. 217-228, 2011.
  • [Publication 3]: J. Jantunen, I. Oliver, S. Boldyrev, and J. Honkola, “Agent/space-based computing and RF memory tag interaction,” in Proc. International Workshop on RFID Technology - Concepts, Applications, Challenges (IWRT 2009), Milan, Italy, May 2009, pp. 27-38.
  • [Publication 4]: J. Jantunen, S. Boldyrev, M. Voutilainen, E. Confalonieri, and J. Arponen, “Dual-interface memory for RF memory tag systems,” in Proc. IEEE International Memory Workshop (IMW), Milan, Italy, May 2012, pp. 171-174.
    DOI: 10.1109/IMW.2012.6213678 View at publisher
  • [Publication 5]: J. Jantunen, I. Teikari, M. Pelissier, B. Gomez, and F. Lepin, “An impulse UWB radio system with HF/UHF remote-powering for wireless memory tags,” submitted for review in International Journal of Embedded Systems: Special Issue on Advanced Topics of RF/Analogue Embedded System Techniques, 14 p., submission date July 4th, 2014.
  • [Publication 6]: M. Pelissier, J. Jantunen, B. Gomez, J. Arponen, G. Masson, S. Dia, J. Varteva, and M. Gary, “A 112 Mb/s full duplex remotely-powered impulse-UWB RFID transceiver for wireless NV-memory applications,” IEEE Journal on Solid-State Circuits, vol. 46, no. 4, pp. 916-927, Apr. 2011.
    DOI: 10.1109/JSSC.2011.2110990 View at publisher
  • [Publication 7]: J. Jantunen and M. Pelissier, “Connection set-up and synchronization in RF memory tag system,” in Proc. IEEE Radio and Wireless Symposium (RWS), Phoenix, USA, Jan. 2011, pp. 114-117.
    DOI: 10.1109/RWS.2011.5725468 View at publisher
Citation