DE10016133C2

DE10016133C2 - Verfahren zum Sichern einer berührungslosen Signalübertragung von einem Sender zu einem Empfänger sowie Signalübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE10016133C2
Application number: DE10016133A
Authority: DE
Inventors: Nikolas Bergerhoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: FR2807241A1; FR2807241B1; DE10016133A1; US20020034257A1

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.

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 U_H 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 U_A abnehmbar ist, die in diesem Fall einen Wert größer Null hat. Wie ersichtlich, ist das Auftreten einer Ausgangsspannung U_A 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 U_A 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

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.

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.

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.

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.