Was ist Lastmodulation, und warum sendet ein Tag nie?
Ein passiver Tag hat keinen Sender. Um zu antworten, schaltet er einen Widerstand über seine eigene Spule, was verändert, wie viel Energie er dem Feld entnimmt. Das Lesegerät erkennt das als kleine Schwankung im Strom, den seine eigene Antenne zieht. Dieses Verfahren heißt Lastmodulation, und dadurch kann ein Tag antworten, ohne fast etwas zu verbrauchen.
Das Problem, das die Lastmodulation löst
Ein Tag, der Mikrowatt aus einem geliehenen Feld bezieht, kann keinen Sender betreiben. Ein Funksignal zu erzeugen kostet um Größenordnungen mehr Energie, als dem Tag zur Verfügung steht. Trotzdem muss er antworten, und die Antwort muss ein Lesegerät erreichen, das einige Zentimeter entfernt ist.
Die Lösung besteht darin, den Tag nicht länger als Sender zu denken.
Wie das Lesegerät eine Antwort hört, die niemand gesendet hat
Lesegerät und Tag sind magnetisch gekoppelt. Diese Kopplung wirkt in beide Richtungen: Energie, die in den Tag fließt, ist Energie, die das Lesegerät liefern muss, und das Lesegerät kann messen, wie viel es gerade liefert.
Der Tag schaltet also einen Widerstand über seine Antenne, ein und aus, im Takt der Bits, die er senden will. Jedes Mal, wenn der Widerstand anliegt, nimmt der Tag mehr Energie auf, und das Lesegerät sieht den Strom in seiner eigenen Spule leicht ansteigen. Jedes Mal, wenn er abfällt, sinkt der Strom zurück. Das Lesegerät liest die Nachricht an der eigenen Schaltung ab.
Nichts überquert den Spalt außer dem Feld des Lesegeräts selbst, moduliert von einer Last am anderen Ende. Der Tag ist einem Schalter näher als einem Funkgerät.
Warum die Antwort auf einem Hilfsträger reitet
Die Schwankung, die das Lesegerät erkennen muss, ist winzig im Vergleich zu dem Feld, das es selbst erzeugt. Direkt danach zu suchen hieße, eine Kräuselung auf einem tausendfach größeren Signal auszumachen.
Stattdessen schaltet der Tag seine Last mit einer festen Rate, weit unterhalb der Trägerfrequenz, und codiert seine Daten auf diesen Rhythmus. Das Lesegerät kann dann gezielt auf diese Rate filtern und alles andere ausblenden, was die Antwort aus einer sehr lauten Nachbarschaft heraushebt.
Wenn die Antwort zu schwach ist
Die Lastmodulation hat eine Asymmetrie, die echte Probleme verursacht. Den Tag zu versorgen und ihn zu hören sind zwei verschiedene Schwellen, und sie fallen nicht zusammen.
Ein Tag kann genug Energie erhalten, um anzulaufen, und dennoch eine Laständerung erzeugen, die für das Lesegerät zu schwach ist. Von außen sieht das genauso aus wie ein Tag außerhalb der Reichweite, aber die Ursache ist eine andere, und die Abhilfe ebenfalls. Die Tag-Antenne zu vergrößern hilft gegen beides. Das Telefon um einen Millimeter zu verschieben hilft oft nur gegen eines.
Deshalb verhält sich auch ein Tag auf einer verlustbehafteten Oberfläche mitunter seltsam: Die Oberfläche nimmt einen Teil des Feldes auf, und was sie aufnimmt, ist aus Sicht des Lesegeräts nicht davon zu unterscheiden, was der Tag aufnimmt.
Warum das in der Praxis zählt
Daraus folgen drei Dinge, und sie erklären viel von dem, was sonst rätselhaft bleibt.
Ein Tag kann nichts von sich aus anstoßen. Er hat keine Möglichkeit, ein Lesegerät zu erreichen, das ihn nicht bereits versorgt. Deshalb kann ein Tag Sie nie benachrichtigen, Ihr Telefon quer über den Tisch wecken oder verfolgt werden, während er in einer Schublade liegt.
Zwei Tags im selben Feld modulieren gleichzeitig den Strom desselben Lesegeräts, und das Lesegerät muss sie über das Protokoll trennen, nicht über die Physik. Dafür ist die Antikollision da, und deshalb behandeln Telefone in aller Regel einen Tag nach dem anderen.
Und ein Tag, der auf einem anderen Tag liegt, macht sehr häufig beide unbrauchbar. Jeder nimmt Feld auf, das der andere braucht, und die Laständerung des einen trübt die des anderen. Tags zu stapeln ist kein Weg, aus einer Berührung zwei Aktionen zu gewinnen.
Häufige Fragen
Sendet der Tag überhaupt ein Funksignal?
Nein. Er verändert nur, wie viel er vom Feld des Lesegeräts aufnimmt. Alles, was das Lesegerät erkennt, erkennt es in der eigenen Antennenschaltung. Deshalb kann ein Tag von einem Scanner, der ihn nicht selbst versorgt, nicht erfasst werden.
Warum kann ein Telefon nicht zwei Tags gleichzeitig lesen?
Beide Tags modulieren dasselbe Feld zur selben Zeit, ihre Antworten überlagern sich also. Die Normen sehen ein Antikollisionsverfahren vor, um einen davon herauszugreifen, aber die Software auf dem Telefon wählt in der Regel einen einzigen Tag aus und ignoriert den Rest, statt eine Auswahl anzubieten.
Lässt sich die Lastmodulation aus der Ferne abhören?
Den Austausch mitzuhören ist deutlich schwerer, als einen Tag zu lesen, denn das Interessante daran ist eine kleine Schwankung auf einem Feld, das ohnehin nur sehr kurz reicht. Mit Spezialgerät aus nächster Nähe ist es nicht unmöglich, im Alltag ist es aber kein praktisches Risiko.
Funktioniert kontaktloses Bezahlen genauso?
Die physikalische Schicht ist dieselbe. Eine Karte antwortet einem Terminal durch Lastmodulation, genau wie ein Tag einem Telefon antwortet. Alles darüber unterscheidet sich: Der Zahlungsvorgang lässt auf demselben elektrischen Mechanismus ein kryptografisches Protokoll laufen.