DE10016133C2 - Verfahren zum Sichern einer berührungslosen Signalübertragung von einem Sender zu einem Empfänger sowie Signalübertragungseinrichtung - Google Patents
Verfahren zum Sichern einer berührungslosen Signalübertragung von einem Sender zu einem Empfänger sowie SignalübertragungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sichern einer berüh
rungslosen Signalübertragung von einem Sender zu einem Emp
fänger sowie eine Signalübertragungseinrichtung.
Bei der berührungslosen bzw. drahtlosen Signalübertragung
zwischen einem Sender und einem Empfänger stellt sich in un
terschiedlichen Anwendungen das Problem, dass der Empfänger
auf ein von ihm empfangenes Signal bzw. eine darin enthaltene
Information nur dann ansprechen soll, wenn das Signal von ei
nem vorbestimmten Sender gesendet worden ist.
Eine solche Sicherung der Signalübertragung bei drahtlos ar
beitenden Zugangsbauteil- und Identifikationssystemen ist
beispielsweise bei drahtlos arbeitenden Fernbedienungen vor
teilhaft. Besonders vorteilhaft ist eine solche gesicherte
Signalübertragung zwischen einem Automobil und einem Daten
träger, der einen Zugang zum Fahrzeug ermöglicht, ohne dass
ein mechanischer Schlüssel verwendet werden muss. Bei einem
solchen sogenannten "Passive Entry"-System sendet das Fahr
zeug ein Anfragesignal. Wenn das Anfragesignal von einem Da
tenträger empfangen wird, sendet dieser ein Antwortsignal,
das eine Codeinformation enthält. Die in dem Antwort- und an
deren -signalen enthaltene Codeinformation wird in dem Fahr
zeug überprüft. Bei positiver Prüfung wird ein Zugang zum
Fahrzeug freigegeben.
Um solche Zugangssysteme zu sichern, hat das Anfragesignal
nur eine begrenzte Reichweite. Wäre dies nicht in der Fall,
würde der Datenträger auch dann antworten, wenn er in großer
Entfernung von dem Fahrzeug wäre, beispielsweise in der Woh
nung des Fahrzeugbesitzers, so dass das Fahrzeug unberechtigt
in Betrieb genommen werden könnte. Um ein unberechtigtes Ab
hören zu verhindern wurde in der DE 197 57 294 A1 vorgeschla
gen, den Datenträger derart auszustatten, dass er bei Empfang
eines Anfragesignals und/oder Senden eines Antwortsignals ein
optisches, akustisches und/oder haptisches Signal abgibt, so
dass die Datenkommunikation bemerkt wird.
Die US 5,027,107 und die US 4,413,254 offenbaren jeweils
Frequenzsensoren bzw. Markierungen, die auf einem Artikel
aufgebracht werden, zum Beispiel auf einer Videokassette, um
zu verhindern, daß die Videokassette gestohlen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Einrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der die berüh
rungslose Signalübertragung von einem Sender zu einem Empfän
ger gesichert werden kann, insbesondere wenn die berührungs
lose Kommunikation zwischen dem Sender und dem Empfänger nur
eine begrenzte Reichweite haben soll.
Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren wird dreierlei erreicht: Das Signal wird
derart verzerrt, dass es nur erschwert verstärkt bzw. repro
duziert werden kann. Weiter wird das Signal vorteilhaft der
art verzerrt, dass seine Übertragbarkeit an sich verschlech
tert ist. Zusätzlich ist die Verzerrung derart, dass sie in
einem Detektor des Empfängers unmittelbar detektiert werden
kann und dadurch beispielsweise ein "Verzerrsignal" erzeugbar
ist, das anzeigt, dass das Signal von einem vorbestimmten
Sender kommt. "Verzerrung" bedeutet in diesem Zusammenhang,
dass die zeitliche Änderung einer das Signal beschreibenden
Feldgröße abweichend von einer reinen Sinus- bzw. Kosinus
funktion ist. Im Falle eines elektromagnetischen Signals be
deutet dies beispielsweise, dass der ursprünglich unverzerr
ten, sinusförmigen elektromagnetischen Welle Obertöne hinzu
gefügt werden. Ausdrücklich eingeschlossen in den hier ver
wendeten Begriff von "Verzerrung" ist auch eine Veränderung
der ursprünglich sinusförmigen Signalform derart, dass es
sich bei dem verzerrten Signal nicht mehr um eine ausbrei
tungsfähige Welle im Sinne der Wellengleichung handelt, son
dern nur noch um ein veränderliches elektromagnetisches Feld.
Bei einer Sendererkennung anhand einer dem Sender zugeordneten
Codeinformation, die zusammen mit dem Signal in Amplitu
den-, Frequenz- oder sonstiger -modulation übertragen wird,
kann das die Codeinformation enthaltene Trägersignal auf üb
liche Weise empfangen, verstärkt und weitergeleitet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Signal insgesamt
verzerrt, wodurch seine weitere Übertragung erschwert ist, so
dass ein Abhören und unberechtigtes Wiedergeben nur schwer
oder gar nicht möglich ist.
Der Anspruch 2 ist auf eine vorteilhafte Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.
Der Anspruch 3 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer
Signalübertragungseinrichtung zur Lösung des diesbezüglichen
Teils der Erfindungsaufgabe.
Die erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung wird mit
den Merkmalen der auf den Anspruch 3 rückbezogenen Ansprüche
in vorteilhafter Weise weitergebildet.
Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo verhin
dert werden soll, dass in einer insbesondere für eine kurze
Übertragungsstrecke bzw. Reichweite vorgesehenen Datenkommu
nikation zwischen einem Sender und einem Empfänger eingegrif
fen werden soll. Besonders vorteilhaft eignet sich die Erfin
dung zur Anwendung in Zugangskontrollsystemen von Kraftfahr
zeugen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeich
nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläu
tert.
Es stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Signal
übertragungseinrichtung und
Fig. 2 bis 4
Signalflussbilder zur Erläuterung der Arbeitsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß Fig. 1 weist ein insgesamt mit 2 bezeichneter Sender
einen Signalgenerator 4 auf, dem eine Verzerreinrichtung 6
nachgeschaltet ist, die wiederum an eine Antenne 8 ange
schlossen ist. Die Verzerreinrichtung 6 ist mit einer Kodier
einrichtung 10 verbunden, in der beispielsweise, wie noch er
läutert werden wird, ein vorbestimmtes Zeitprogramm gespei
chert ist, mittels dessen die Verzerreinrichtung in Betrieb
und außer Betrieb gesetzt werden kann.
Der Empfänger 12 weist eine Antenne 14 auf, der ein Detektor
16 nachgeschaltet ist, der einen Verzerrsignalausgang 18 auf
weist, der mit einer Decodiereinrichtung 20 und einer Ver
gleichseinheit 22 verbunden ist. Die Vergleichseinheit weist
einen Ausgang 24 auf. Der Detektor 16 weist einen Signalaus
gang 26 auf.
Die Funktion der beschriebenen Einrichtung wird im Folgenden
anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert.
Fig. 2 zeigt einen Signalgenerator 4, der im dargestellten
Beispiel einen sinusförmigen Wellenzug 28 erzeugt, der über
die Antenne 8 gesendet wird. Dieser Wellenzug pflanzt sich
über eine Übertragungsstrecke 30 fort und wird in bekannter
Weise von einer induktiv arbeitenden Antenne 14 eines Senders
aufgenommen, so dass im Sender ein kosinusförmiger Wellenzug
32 zur Auswertung zur Verfügung steht. Die Anordnung der Fig.
2 ist an sich bekannt. Der Wellenzug 30 kann ohne Weiteres
von einem zwischengeschalteten herkömmlichen Empfänger emp
fangen und verstärkt und nachfolgend von einem herkömmlichen
Sender wieder abgestrahlt werden, so dass auch bei schwacher
Sendeleistung der Antenne 8 der gesendete Wellenzug 30 von
einer entfernten Antenne 14 empfangen werden kann.
Gemäß Fig. 3 wird der anhand der Fig. 2 geschilderte herkömm
liche Fall einer üblichen Signalübertragung wie folgt modifi
ziert:
Dem Signalgenerator 4, der den sinusförmigen Wellenzug 28 er zeugt, ist eine Verzerreinrichtung 6 nachgeschaltet, die in dem Signalübertragungsweg zwischen dem Sender 4 und der An tenne 8 eine Diode 34 enthält, zu der parallel ein Schalter 36 geschaltet ist.
Dem Signalgenerator 4, der den sinusförmigen Wellenzug 28 er zeugt, ist eine Verzerreinrichtung 6 nachgeschaltet, die in dem Signalübertragungsweg zwischen dem Sender 4 und der An tenne 8 eine Diode 34 enthält, zu der parallel ein Schalter 36 geschaltet ist.
Mit der Diode 34 wird bei offenem Schalter 36 erreicht, dass
der sinusförmige Wellenzug 28 in Form des Wellenzugs 38 ge
sendet wird, in dem die negativen Halbwellen des Wellenzuges
28 unterdrückt sind, so dass nur noch die Halbwellen einer
Polarität gesendet werden.
Die Antenne des Empfängers ist im Fall der Fig. 3 durch eine
einen Sensor 40 enthaltende Einrichtung gebildet, die unmit
telbarer auf die magnetischen Flussdichten B des Wellenzuges
38 anspricht und an ihrem Ausgang eine von der Stärke und der
Richtung der Flussdichte abhängige Spannung UH erzeugt, die
in Form des Wellenzuges 42 erscheint. Als Sensor 40 kann bei
spielsweise ein Hallsensor oder ein magnetoresistiver Sensor
eingesetzt werden. Zur Detektoreinrichtung gehört weiter ein
einen Widerstand und einen Kondensator enthaltendes Ausgangs
filter 44, an dessen Ausgang der zeitliche Mittelwert der
Spannung des Wellenzuges 42 als "Verzerrspannung" bzw. Aus
gangsspannung UA abnehmbar ist, die in diesem Fall einen Wert
größer Null hat. Wie ersichtlich, ist das Auftreten einer
Ausgangsspannung UA am Ausgang des Filters 44 ein klarer In
dikator dafür, dass der Wellenzug 28 verzerrt wurde, indem
der Schalter 36 geöffnet wurde. Somit kann ein verzerrtes,
vom Sender gesendetes Signal in dem Empfänger sicher erkannt
werden.
Die besondere Eigenschaft des verzerrten Signals besteht dar
in, dass sich der Feldvektor der magnetischen Flussdichte
nach wie vor in seinem Betrag verändert, jedoch stets in eine
Richtung zeigt. Mathematisch ausgedrückt bedeutet dies, dass
das Feld einen Gleichanteil besitzt. Diese Eigenschaft wird
mit einem herkömmlichen, d. h. induktiv arbeitenden Empfänger
nicht erkannt, weil dessen Ausgangsspannung proportional zur
zeitlichen Änderung der magnetischen Flussdichte ist. Die In
formation über einen im Feld enthaltenen Gleichanteil geht
durch die zeitliche Ableitung verloren. Die oben beschriebene
Verzerrung wäre somit lediglich als Verringerung der Feld
stärke messbar. Mit einem herkömmlichen, d. h. induktiv und
nicht unmittelbar unter Nutzung des Halleffekts arbeitenden
Empfänger wäre die Verzerrung kaum erkennbar; sie wäre ledig
lich als Verringerung der Feldstärke messbar.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, ist die Reproduzierbar
keit bzw. Übertragbarkeit des verzerrten Wellenzuges 38 ge
genüber der des Wellenzuges 28 deutlich verschlechtert bzw.
erschwert, weil mit herkömmlichen, induktiv arbeitenden Emp
fängern nicht unterschieden werden kann, ob die Feldstärke
verringert wurde oder die zuvor beschriebene Verzerrung ein
geschaltet wurde und weil mit herkömmlichen Sendern die Ver
zerrung auch nicht reproduziert werden kann. Die vorstehend
geschilderte Verzerrung eignet sich besonders gut für Kommu
nikationsstrecken, die zur Kommunikation niederfrequenter
magnetischer Wechselfelder dienen. Aufgrund der begrenzten
Empfindlichkeit heutiger Hallsensoren sind allerdings hohe
Feldstärken nötig.
Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 3 modifizierte Einrichtung.
Die Verzerreinrichtung 6 ist im Falle der Fig. 4 durch eine
Reihenschaltung aus einer Diode 50 und einem Differenzier
glied 52 gebildet, zu denen wiederum ein Schalter 36 parallel
liegt. Bei geöffnetem Schalter 36 wird der sinusförmige Wel
lenzug 28 in einen Wellenzug 54 umgewandelt, der diejenigen
Halbwellen enthält, die den fallenden Flanken einer Kosinus-
Funktion (oder den steigenden Flanken, falls die Diode an
dersherum eingesetzt ist) entsprechen. In der normal induktiv
arbeitenden Antenne 14 eines Breitbandempfängers werden die
Halbwellen des Wellenzugs 54 in einen Wellenzug 56 umgewan
delt, der durch jeweils hohe Spannungsspitzen getrennte Halb
wellen enthält. Die hohen Spannungsspitzen werden anschlie
ßend in einem Begrenzer 58 abgeschnitten, so dass der Wellen
zug 60 nach Mittelwertbildung im Filter 44 an dessen Ausgang
als eine Ausgangspannung UA erscheint, die im dargestellten
Beispiel kleiner Null ist. Wiederum ist, wie sich aus dem
Vorstehenden ergibt, die Verzerrung einwandfrei detektierbar
und die Übertragung des Wellenzuges 54 deutlich erschwert,
denn für die Übertragung dieses Wellenzuges wird eine sehr
große Übertragungsbandbreite benötigt. Auch die Reproduzier
barkeit des Wellenzugs 54 mit einem herkömmlichen Sender ist
gegenüber der eines sinusförmigen Wellenzuges deutlich er
schwert.
Das Verfahren gemäß der Fig. 4 ist besonders gut für Kommuni
kationsstrecken geeignet, die mit hochfrequenten elektromag
netischen Wechselfeldern zur Kommunikationsübertragung arbei
ten. Sie kann aber auch für niederfrequente Anwendungen die
nen. Vorteilhaft ist, dass das Verfahren gemäß Fig. 4 auch
bei geringen Feldstärken funktioniert. Problematisch dagegen
ist, dass das abgestrahlte Signal sehr breitbandig ist und
somit störend auf benachbarte Kanäle wirken kann. Deshalb
wird die Verzerrung bevorzugt zeitlich begrenzt eingeschal
tet.
Die anhand der Fig. 3 und 4 geschilderten Übertragungsverfah
ren sind derart aufgebaut, dass an dem Ausgangsfilter 44 eine
Ausgangsspannung nur auftritt, wenn die jeweilige Verzerrein
richtung in Betrieb gesetzt ist, das heißt, der Schalter 36
offen ist. Bei geschlossenem Schalter 36 erfolgt keine Ver
zerrung.
Je nach erstrebter Sicherheit kann die Signalübertragungsein
richtung in einfacher Weise so aufgebaut sein, dass der
Schalter 36 in dem Sender ständig geöffnet ist (oder der
Schalter ganz fehlt), so dass der Empfänger nur zum Empfang
verzerrter Signale ausgelegt ist, und, wie geschildert, auf
diese anspricht. In weiterer Ausführung kann der Schalter 36
von der Codiereinrichtung 10 (Fig. 1) in vorbestimmter zeit
licher Folge betätigt werden und kann in der Decodiereinrich
tung 20 des Empfängers die vorbestimmte Zeitfolge gespeichert
sein. Wenn der Empfänger erstmalig ein verzerrtes Signal emp
fängt, erscheint an dem Verzerrausgang 18 ein Verzerrsignal,
auf das hin das Programm in der Decodiereinrichtung 20, das
dem der Codiereinrichtung 10 entspricht, startet. In der Ver
gleichseinheit 22 kann dann festgestellt werden, ob die Ver
zerrung in der vorbestimmten Zeitfolge abläuft, und bei posi
tivem Vergleich gibt der Ausgang der Vergleichseinheit 22 ein
entsprechendes Signal ab. Auf diese Weise kann die Verzerrung
mit einer zusätzlichen Kodierung versehen werden.
Es versteht sich weiter, dass der Empfänger jeweils so ausge
bildet werden kann, dass er bei geschlossenem Schalter 36 ge
sendete Signale in üblicherweise verarbeitet und zusätzlich
auf die Codierung anspricht. Im Falle der Ausführung gemäß
Fig. 3 wäre dann zusätzlich zu dem Sensor 40 eine übliche
Empfangsantenne vorhanden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in vielfältiger Weise
abgeändert werden. Es kann mit anderen Verzerreinrichtungen
bzw. Verzerrverfahren gearbeitet werden. Auch müssen nicht
zwingend elektromagnetische Wellen in den üblicherweise ver
wendeten Frequenzbereichen verwendet werden. Es kann auch mit
Ultraschall, Infrarot und anderen berührungslosen Übertra
gungsverfahren gearbeitet werden, wobei dann entsprechende
geeignete Verzerrungsverfahren angewendet werden.
Claims (6)
1. Verfahren zum Sichern einer berührungslosen
Signalübertragung von einem Sender zu einem Empfänger, wobei
das Signal vom Sender derart verzerrt wird, dass seine
Reproduzierbarkeit und/oder Übertragbarkeit erschwert ist und
die Verzerrung in einem Detektor des Empfängers detektierbar
ist, mit folgenden Schritten:
Erzeugen eines Wellenzuges (28) in einem Signalgenerator (4),
Übertragen des Wellenzuges (28) an eine Verzerreinheit (6), um dort ein verzerrtes Signal (38, 54) zu erzeugen,
Senden des verzerrten Signals (38, 54) an einen Empfänger (12)
Detektieren des an den Empfänger (12) gesendeten verzerrten Signals (38, 54) durch einen Sensor (40), der eine magnetische Flußdichte oder eine magnetische Feldstärke in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umwandelt.
Erzeugen eines Wellenzuges (28) in einem Signalgenerator (4),
Übertragen des Wellenzuges (28) an eine Verzerreinheit (6), um dort ein verzerrtes Signal (38, 54) zu erzeugen,
Senden des verzerrten Signals (38, 54) an einen Empfänger (12)
Detektieren des an den Empfänger (12) gesendeten verzerrten Signals (38, 54) durch einen Sensor (40), der eine magnetische Flußdichte oder eine magnetische Feldstärke in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umwandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit weiteren folgenden
Schritten:
Aktivierung des Verzerreinheit (6) in zeitlich vorbestimmter Weise durch eine im Sender (2) enthaltene Codiereinheit (10), und
Überprüfen in einer im Empfänger (12) enthaltenen Vergleichseinrichtung (20, 22) ob das empfangene Signal in der zeitlich vorbestimmten Weise verzerrt ist.
Aktivierung des Verzerreinheit (6) in zeitlich vorbestimmter Weise durch eine im Sender (2) enthaltene Codiereinheit (10), und
Überprüfen in einer im Empfänger (12) enthaltenen Vergleichseinrichtung (20, 22) ob das empfangene Signal in der zeitlich vorbestimmten Weise verzerrt ist.
3. Signalübertragungseinrichtung, enthaltend:
einen Sender (2) mit einem Signalgenerator (4) und einer Verzerreinrichtung (6), die ein vom Signalgenerator (4) zur drahtlosen Signalübertragung gesendetes Signal derart verzerrt, dass seine Reproduzierbarkeit und/oder Übertragbarkeit erschwert ist, wobei die Verzerreinrichtung (6) eine in einer Leitung zwischen dem Signalgenerator (4) und einer Antenne (8) enthaltene Diode (32) aufweist, und
einen Empfänger (12) mit einem Detektor (16), der einen Sensor (40) enthält, der eine magnetische Flußdichte oder eine magnetische Feldstärke in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umwandelt, um bei Vorhandensein einer Verzerrung ein Ausgangssignal zu liefern.
einen Sender (2) mit einem Signalgenerator (4) und einer Verzerreinrichtung (6), die ein vom Signalgenerator (4) zur drahtlosen Signalübertragung gesendetes Signal derart verzerrt, dass seine Reproduzierbarkeit und/oder Übertragbarkeit erschwert ist, wobei die Verzerreinrichtung (6) eine in einer Leitung zwischen dem Signalgenerator (4) und einer Antenne (8) enthaltene Diode (32) aufweist, und
einen Empfänger (12) mit einem Detektor (16), der einen Sensor (40) enthält, der eine magnetische Flußdichte oder eine magnetische Feldstärke in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umwandelt, um bei Vorhandensein einer Verzerrung ein Ausgangssignal zu liefern.
4. Signalübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei der
Sender (2) eine Codiereinrichtung (10) enthält, die die
Verzerreinrichtung (6) in zeitlich vorbestimmter Weise
aktiviert, und
der Empfänger (12) eine Vergleichseinrichtung (20, 22)
enthält, die überprüft, ob das empfangene Signal in der
zeitlich vorbestimmten Weise verzerrt ist.
5. Signalübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3
oder 4, wobei die Signalübertragung durch elektromagnetische
Wellen erfolgt.
6. Signalübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3
bis 5, wobei die Verzerreinrichtung (6) in einer Leitung
zwischen einem Signalgenerator (4) und einer Antenne (8) eine
Reihenschaltung aus einer Diode (50) und einem
Differenzierglied (52) enthält.
Priority Applications (3)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |