DE10050878A1 - Verfahren zur Übertragung von mehreren Informationssymbolen - Google Patents

Abstract

Nach den bekannten Verfahren werden bei der drahtlosen Kommunikation mittels einer Trägerwelle nur ein Informationssymbol übertragen. Die unterschiedlichen Arten von Informationen werden digital kodiert und in Form von Datenwörtern übertragen. DOLLAR A Nach dem neuen Verfahren können durch Zuordnung von unterschiedlichen Modulationsindizes zu den einzelnen Informationssymbolen mittels einer Trägerwelle mehrere Informationssymbole übertragen werden. Damit erhöht sich die Datenrate bei der Kommunikation. Bei Anwendung in passiven Identifikationssystemen, beispielsweise Transpondern, kann durch die Übertragung der Taktinformation die Logik zur Takterzeugung entfallen. Durch den reduzierten Energieverbrauch erhöht sich dadurch der Kommunikationsabstand.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationssymbolen zwischen einer ersten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Emp­ fangseinheit mittels Modulation eines Trägersignals, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Mit dem Begriff Informationssymbol werden die Arten von Informationen bezeichnet. Bei­ spiele für Informationsarten sind neben den eigentlichen digitalen Datenwörtern Steuersi­ gnale wie beispielsweise Taktinformationen. Bei den bisherigen Verfahren für eine kontaktlo­ se Kommunikation werden die Informationsarten codiert und in Form von Datenwörtern digi­ tal übertragen, indem eine Trägerwelle moduliert wird. Ein wichtiges Anwendungsgebiet hierfür ist der Bereich der kontaktlosen Identifikation, bei dem insbesondere die Transpon­ der-Technik eingesetzt wird. Diese Systeme bestehen aus einem Transponder, der häufig in einem Schlüsselanhänger oder einer sogenannten Smartcard integriert ist und einer stationä­ ren Basiseinheit, die bei Anwendungen im KFZ-Bereich im Auto eingebaut ist. Die Kommuni­ kation zwischen Transponder und Basiseinheit basiert auf einer induktiven Kopplung, wobei die Daten mittels modulierter Trägerwelle übertragen werden. Insbesondere bei Anwendun­ gen im KFZ-Bereich muß die vollständige Authentifikation zwischen Basisstation und Trans­ ponder innerhalb einer Zeitspanne von etwa 100 ms abgeschlossen sein, damit der Anwen­ der keine Verzögerung bemerkt. Um die immer höheren Sicherheitsanforderungen an den Authentifizierungsprozess umzusetzen, muß dabei die Information zwischen Transponder und Basisstation mit einer hohen Datenrate übertragen werden. Besonders in den soge­ nannten passiven System, bei den der Transponder keine eigene Stromversorgung besitzt und seine Energie mittels Absorptionsmodulation vollständig aus dem elektromagnetischen Feld der Basisstation beziehen muß, ist diese Anforderung schwierig zu erfüllen. Hierfür muß sich der Transponder, um genügend Energie absorbieren zu können, im elektromagneti­ schen Nahfeld der Basisstation befinden, da die induktive Kopplung im Medium Luft gering ist. Da das Nahfeld bei kleinen Frequenzen wesentlich größer ist, liegen die Trägerfrequenzen bei den passiven Systemen im Bereich von ca. 20 MHz, womit sich eine Reichweite von wenigen cm erzielen läßt.

Verfahren, die nach dem bisherigen Stand der Technik arbeiten, sind beispielsweise für pas­ sive Transpondersysteme in dem Datenbuch der Firma TEMIC Semiconductor GmbH, 2000, S. 319 und S. 333 beschrieben. Hierbei werden alle Informationsarten in Form von Daten­ wörtern codiert und in digitalisierter Form auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert. Um diese Information in den Datenwörtern zu dekodieren, wird im Transponder ein Systemtakt benö­ tigt, der aus der Trägerfrequenz durch Verwendung von Teilerstufen gewonnen wird.

Nachteil der bisherigen Verfahren ist, daß durch die Codierung aller Arten von Information in Form von Datenwörtern auf Grundlage eines Protokolls zusätzliche digitale Daten (Over­ head) erzeugt werden müssen, um in der Empfangstation die in den Datenwörtern enthalte­ nen Information dekodieren zu können. Entsprechend wird die Datenübertragungsrate er­ niedrigt. Eine zusätzliche Wartezeit bei der Dekodierung der übertragenen Information ist die Folge, welche bei zeitkritischen Anwendungen stört. Ein weiterer Nachteil des bisherigen Verfahren ist es, dass bei den passiven Systemen für die Dekodierung der übersandten Da­ tenwörter der Systemtakt mit Hilfe einer Teilerstufe aus der Frequenz des Trägers abgeleitet wird. Um den Systemtakt zu generieren, muß bei einer Frequenz im Bereich von 20 MHz die Tellerstufe innerhalb des Transponders oft schalten und benötigt in Verbindung mit der wei­ teren Schaltung zur Takterzeugung einen erheblichen Anteil an der Energie, die mittels Ab­ sorptionsmodulation aus dem Feld der Basisstation gewonnen wird. Damit erniedrigt sich der Kommunikationsabstand zwischen Basiseinheit und Transponder erheblich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch das sich die Datenrate bei der drahtlosen Kommunikation erhöht und die Takterzeugungslogik bei passi­ ven Transpondersystemen ersetzen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Günstige Ausgestaltungsformen sind Ge­ genstand von Unteransprüchen.

Hiernach besteht das Wesen der Erfindung darin, bei einer Kommunikation zwischen einer ersten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Empfangseinheit mit ei­ ner einzigen Trägerwelle unterschiedliche Informationssymbole zu übertragen, indem in der ersten Sende- und Empfangseinheit den einzelnen Informationssymbolen unterschiedliche Modulationsindizes zugeordnet werden, um damit die Trägerwelle zu modulieren, indem in der ersten Sende- und Empfangseinheit wenigstens eine der charakteristische physikalische Größen des Trägersignals verändert wird. Neben einer Frequenzmodulation und einer Phasenmodulation, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft mittels einer Amplitudenmodulation durchführen.

Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist es, daß sich durch die Übertragung unterschiedlicher Informationssymbole die Informationsarten nur teilweise in Form von Da­ tenwörtern codiert werden müssen und sich daher die Datenrate wesentlich erhöhen läßt. Mit einer Trägerwelle können neben den codierten Datenwörtern auch weitere Steuersignale di­ rekt übermittelt werden

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die einzelnen Informationssymbole zeitlich versetzt auf die Trägerwelle zu modulieren. Die Anzahl der möglichen Informationssymbole die mit einer Trägerwelle übertragen werden können, hängt im Wesentlichen von der Empfindlichkeit der zweiten Sende- und Empfangseinheit ab, diese anhand des unterschiedlichen Modulationshubs zu separieren.

Um die Datenrate weiter zu erhöhen, ist es in einer anderen Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens möglich, mehrere Informationssymbole gleichzeitig auf eine Träger­ welle zu modulieren. Um die Separation von mehreren Informationssymbolen in der zweiten Sende- und Empfangseinheit zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der Werte zwischen zwei benachbarten Modulationsindizes gleich groß ist, oder wenn sich der Wert des Modulationsindex des n-ten Informationssymbol von dem Wert des Modulationsindex des (n + x)-ten Informationssymbol durch einen konstanten Faktor, der beispielsweise den Wert 2 hat, unterscheiden.

In einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich die Überlage­ rung von Informationssymbolen, als auch die zeitlich versetzte Modulation von den Informati­ onssymbolen mit einer unterschiedlichen Länge von aufeinanderfolgenden Perioden der Trä­ gerfrequenz kombinieren. Vorteilhaft hierbei ist die Möglichkeit, die Gesamtzahl der mit einer Trägerwelle zu übertragenden Informationssymbolen zu erhöhen, ohne den Abstand zwi­ schen den Werten der Modulationsindizes für eine einfache Separation in der zweiten Sen­ de- und Empfangseinheit zu weit zu verringern.

Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik läßt sich damit, auf einfache und kostengün­ stige Weise, eine Vielzahl von Informationssymbole auf einer Trägerwelle übertragen. Das Verfahren ist dabei unabhängig, ob eine undirektionale oder bidirektionale Kommunikation vorliegt.

Wird beispielsweise einer Taktinformation als Informationssymbol ein eigener Modulationsin­ dex zugeordnet, kann mit dem neuen Verfahren mit einer Trägerwelle neben den Datenwör­ tern auch beispielsweise eine Systemfrequenz für eine Dekodierung der Datenwörter über­ mittelt werden. Damit läßt sich auf besonders einfache Weise die zweite Sende- und Empfangseinheit von der ersten Sende- und Empfangseinheit steuern, indem die zweite Sende- und Empfangseinheit mit der ersten Sende- und Empfangseinheit synchronisiert wird. In ei­ ner anderen Weiterbildung kann damit auch eine variable Einstellung der Datenrate ohne Codierung mittels Datenwörter erfolgen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß es dabei vorteilhaft ist, dem Taktsignal einen kleineren Modulationsindex als dem Datensi­ gnal zuzuordnen.

In besonders vorteilhafte Weise läßt sich das neue Verfahren dazu verwenden, in der zwei­ ten Sende- und Empfangseinheit die elektronische Schaltung die Takterzeugung zu erset­ zen. Insbesondere bei passiven Systemen reduziert sich der Energieverbrauch erheblich, da eine die Generierung des Systemtaktes in der zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels Tellerstufen und einer integrierten Schaltung entfällt. Dadurch erhöht sich der mögliche ma­ ximale Kommunikationsabstand zwischen Transponder und Basisstation. Entsprechend können wesentlich höhere Trägerfrequenzen mit entsprechen höheren Datenraten vervendet werden, weshalb sich in Verbindung mit den Übertragung von mehreren Informationssym­ bolen sehr kurze Zeiten auch für aufwendige Authentifizierungsprozesse ergeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung dargestellt und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Trägerwelle die mehrere Modulationsindizes aufweist und deren Periodendauer gleich groß ist,

Figur. 2 eine Trägerwelle die zusätzlich zu mehreren Modulationsindizes eine unterschiedli­ che Periodendauer aufweist.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, in der eine Trägerwelle unterschiedliche Informationssymbole überträgt. Hierzu wird in einer ersten Sende- und Empfangseinheit (nicht abgebildet) die Amplitude A der abgebildeten Träger­ welle moduliert, indem einem ersten Informationssymbol M1, einem zweiten Informations­ symbol M2, einem dritten Informationssymbol M3 und einem vierten Informationssymbol M4 jeweils unterschiedliche Modulationsindizes zugeordnet wurden. Aus Gründern der Anschau­ lichkeit wurde dabei die Anordnung der Modulationsindizes so gewählt, daß die Werte von M1 nach M4 stetig abnehmen. Jede andere Reihenfolge der Modulationsidizes ist jedoch eben­ falls möglich. Im Vergleich zu den anderen Informationssymbolen M2 bis M4, ist das Infor­ mationssymbol M1 besonders ausgezeichnet, da es einen Modulationsindex von 100% auf­ weist. In dieser Zeit, die auch als Feldlücke bezeichnet wird, kann von der zweiten Sende- und Empfangseinheit keine Energie aus dem Feld absorbiert werden. Durch seine besonde­ re Stellung ist es vorteilhaft, dieses Informationssymbol für eine Synchronisation der Datenübertragung zu verwenden. Da die anderen Informationssymbole keinen Modulationsindex von 100% aufweisen, ist es möglich, diesen Informationsymbolen ein weiteres Informations­ symbol Mt, dem beispielsweise eine Taktinformation zugeordnet wird, mit einer wesentlich kleineren Modulatonsindex zu überlagern. Durch die Übertragung der Taktinformation, kön­ nen die übertragenen Informationssymbole in der zweiten Sende- und Empfangseinheit de­ kodiert werden, ohne daß diese eine eigene Logik zur Erzeugung des Systemtaktes enthält. Ferner werden zur Klarheit der Darstellung in den beiden aufeinanderfolgenden Perioden, die eine Periodendauer t0 aufweisen, innerhalb der einzelnen Informationssymbolen die gleichen Bitmuster übertragen.

In Fig. 2 ist in einer Weiterbildung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zusätzlich zu den vier unterschiedlichen Modulationsindizes M1, M2, M3 und M4 sowie der Modulati­ onsindex für die Taktinformation Mt auch die Periodendauer t0 und t1 variiert. Damit läßt sich ein weiteres Informationssymbol mit einer Trägerwelle übertragen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Übertragung von mehreren Informationssymbolen zwischen einer er­ sten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels Modulation eines Trägersignals,
dadurch gekennzeichnet, daß
jedem Informationssymbol ein unterschiedlicher Modulationsindex (M1, M2, M3, M4) zugeordnet wird, und
wenigstens eine der charakteristischen physikalischen Größen des Trägersignals entsprechend der Modulationsindizes (M1, M2, M3, M4) moduliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als charakteristische physikalische Größe des Trägersignals, neben der Frequenz und Phase, vorzugs­ weise die Amplitude (A) moduliert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das n- te Informationssymbol zeitlich versetzt von dem n + 1-ten Informationssymbol übertra­ gen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das n- ten Informationssymbol gleichzeitig mit dem n + x-ten Informationssymbol übertragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von Informationssymbolen die Modulationsindizes (M1, M2, M3, M4) auch mit der Periodendauer (T0, T1) einer Modulation kombiniert werden.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sende- und Empfangseinheit von der ersten Sende- und Empfangs­ einheit gesteuert wird, indem wenigstens einem Informationssymbol ein Steuersi­ gnal, beispielsweise ein Taktsignal, zugeordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von der ersten Sende- und Empfangseinheit das Steuersignal für die Einstellung der Datenrate bei der Datenübertragung benutzt wird und der Modulationsindex des Steuersignals vorzugs­ weise kleiner als der Modulationsindex des Datensignals ist.

8. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Sende- und Empfangsein­ heit, vorzugsweise bei einem passiven Transpondersystem, eine elektronische Schaltung zur Takterzeugung ersetzt wird.