DE10050878B4

DE10050878B4 - Verfahren zur Übertragung von mehreren Informationssymbolen

Info

Publication number: DE10050878B4
Application number: DE10050878A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Ulrich (FH) Friedrich
Original assignee: Atmel Automotive GmbH
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: US20020044595A1; FR2815496A1; DE10050878A1; CH696257A5; US7675964B2; FR2815496B1

Abstract

Verfahren zur Übertragung von mehreren Informationsarten zwischen einer ersten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels Modulation eines Trägersignals für ein passives Transponder-System, wobei jeder Informationsart ein unterschiedlicher Modulationsindex (M1, M2, M3, M4) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der charakteristischen physikalischen Größen des Trägersignals entsprechend den Modulationsindizes (M1, M2, M3, M4) moduliert wird, wobei zur Übertragung von Informationsarten die Modulationsindizes (M1, M2, M3, M4) auch mit der Periodendauer (T0, T1) einer Modulation kombiniert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationssymbolen zwischen einer ersten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels Modulation eines Trägersignals, gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mit dem Begriff Informationssymbol werden die Arten von Informationen bezeichnet. Beispiele fur Informationsarten sind neben den eigentlichen digitalen Datenwortern Steuersignale wie beispielsweise Taktinformationen Bei den bisherigen Verfahren fur eine kontaktlose Kommunikation werden die Informationsarten codiert und in Form von Datenwörtern digital ubertragen, indem eine Tragerwelle moduliert wird Ein wichtiges Anwendungsgebiet hierfür ist der Bereich der kontaktlosen Identifikation, bei dem insbesondere die Transponder-Technik eingesetzt wird. Diese Systeme bestehen aus einem Transponder, der haufig in einem Schlusselanhanger oder einer sogenannten Smartcard integriert ist und einer stationaren Basiseinheit, die bei Anwendungen im KFZ-Bereich im Auto eingebaut ist. Die Kommunikation zwischen Transponder und Basiseinheit basiert auf einer induktiven Kopplung, wobei die Daten mittels modulierter Tragerwelle ubertragen werden. Insbesondere bei Anwendungen im KFZ-Bereich muß die vollständige Authentifikation zwischen Basisstation und Transponder innerhalb einer Zeitspanne von etwa 100 ms abgeschlossen sein, damit der Anwender keine Verzogerung bemerkt. Um die immer hoheren Sicherheitsanforderungen an den Authentifizierungsprozess umzusetzen, muß dabei die Information zwischen Transponder und Basisstation mit einer hohen Datenrate übertragen werden. Besonders in den sogenannten passiven System, bei den der Transponder keine eigene Stromversorgung besitzt und seine Energie mittels Absorptionsmodulation vollstandig aus dem elektromagnetischen Feld der Basisstation beziehen muß, ist diese Anforderung schwierig zu erfüllen Hierfür muß sich der Transponder, um genügend Energie absorbieren zu konnen, im elektromagnetischen Nahfeld der Basisstation befinden, da die induktive Kopplung im Medium Luft gering ist. Da das Nahfeld bei kleinen Frequenzen wesentlich großer ist, liegen die Tragerfrequenzen 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 passive Transpondersysteme in dem Datenbuch der Firma TEMIC Semiconductor GmbH, 2000, S. 319 und S. 333 beschrieben. Hierbei werden alle Informationsarten in Form von Datenwörtern codiert und in digitalisierter Form auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert. Um diese Information in den Datenwörtern zu dekodieren, wird im Transponder ein Systemtakt benötigt, der aus der Trägerfrequenz durch Verwendung von Teilerstufen gewonnen wird. Weitere Verfahren und Vorrichtung sind aus der Hölzer, E., Holzwarth, H: Pulstechnik: Band I, Grundlagen, 2. Auflage, 1986, Berlin, ISBN 3-540-10903-X, Seiten 224–227 und 264–280, der DE 197 44 781 C1 , der US 5 649 295 A , der EP 0 851 639 A2 , der DE 197 44 781 A1 , der GB 2 323 460 A , der EP 0 473 569 A2 , der WO 00/04 686 A1 , der ESTI GSM 05. 04 V8.0.0: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) unter URL: http://www.3qpp.org/ftp/Specs/archive/05_series /05.04 und der ESTI GSM 05.02 V8.0.0: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) unter URL: http://www.3qpp.org/ftp/Specs/archive/05_series /05.02 bekannt.
Nachteil der bisherigen Verfahren ist, daß durch die Codierung aller Arten von Information in Form von Datenwörtern auf Grundlage eines Protokolls zusätzliche digitale Daten (Overhead) erzeugt werden müssen, um in der Empfangstation die in den Datenwörtern enthaltenen Information dekodieren zu können. Entsprechend wird die Datenübertragungsrate erniedrigt. 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 Datenwörter 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 Teilerstufe innerhalb des Transponders oft schalten und benötigt in Verbindung mit der weiteren Schaltung zur Takterzeugung einen erheblichen Anteil an der Energie, die mittels Absorptionsmodulation 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 passiven Transpondersystemen ersetzen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Günstige Ausgestaltungsformen sind Gegenstand 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 einer 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 Datenwörtern codiert werden müssen und sich daher die Datenrate wesentlich erhöhen läßt. Mit einer Trägerwelle können neben den codierten Datenwörtern auch weitere Steuersignale direkt 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 erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, mehrere Informationssymbole gleichzeitig auf eine Trägerwelle 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 Überlagerung von Informationssymbolen, als auch die zeitlich versetzte Modulation von den Informationssymbolen mit einer unterschiedlichen Länge von aufeinanderfolgenden Perioden der Trägerfrequenz kombinieren. Vorteilhaft hierbei ist die Möglichkeit, die Gesamtzahl der mit einer Trägerwelle zu übertragenden Informationssymbolen zu erhöhen, ohne den Abstand zwischen den Werten der Modulationsindizes für eine einfache Separation in der zweiten Sende- und Empfangseinheit zu weit zu verringern.
Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik läßt sich damit, auf einfache und kostengünstige 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 Modulationsindex zugeordnet, kann mit dem neuen Verfahren mit einer Trägerwelle neben den Datenwörtern auch beispielsweise eine Systemfrequenz für eine Dekodierung der Datenwörter übermittelt 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 einer 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 Datensignal zuzuordnen.
In besonders vorteilhafte Weise läßt sich das neue Verfahren dazu verwenden, in der zweiten Sende- und Empfangseinheit die elektronische Schaltung die Takterzeugung zu ersetzen. Insbesondere bei passiven Systemen reduziert sich der Energieverbrauch erheblich, da eine die Generierung des Systemtaktes in der zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels Teilerstufen und einer integrierten Schaltung entfällt. Dadurch erhöht sich der mögliche maximale Kommunikationsabstand zwischen Transponder und Basisstation. Entsprechend können wesentlich höhere Trägerfrequenzen mit entsprechen höheren Datenraten verwendet werden, weshalb sich in Verbindung mit den Übertragung von mehreren Informationssymbolen 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:
1 eine Trägerwelle die mehrere Modulationsindizes aufweist und deren Periodendauer gleich groß ist,
2 eine Trägerwelle die zusätzlich zu mehreren Modulationsindizes eine unterschiedliche Periodendauer aufweist.
In 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 Trägerwelle moduliert, indem einem ersten Informationssymbol M1, einem zweiten Informationssymbol M2, einem dritten Informationssymbol M3 und einem vierten Informationssymbol M4 jeweils unterschiedliche Modulationsindizes zugeordnet wurden. Aus Gründern der Anschaulichkeitwurde dabei die Anordnung der Modulationsindizes so gewählt, daß die Werte von M1 nach M4 stetig abnehmen. Jede andere Reihenfolge der Modulationsidizes ist jedoch ebenfalls möglich. Im Vergleich zu den anderen Informationssymbolen M2 bis M4, ist das Informationssymbol M1 besonders ausgezeichnet, da es einen Modulationsindex von 100% aufweist. 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 besondere 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 Informationssymbol Mt, dem beispielsweise eine Taktinformation zugeordnet wird, mit einer wesentlich kleineren Modulatonsindex zu überlagern. Durch die Übertragung der Taktinformation, können die übertragenen Informationssymbole in der zweiten Sende- und Empfangseinheit dekodiert 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 2 ist in einer Weiterbildung der in 1 dargestellten Ausführungsform zusätzlich zu den vier unterschiedlichen Modulationsindizes M1, M2, M3 und M4 sowie der Modulationsindex für die Taktinformation Mt auch die Periodendauer t0 und t1 variiert. Damit läßt sich ein weiteres Informationssymbol mit einer Trägerwelle übertragen.

Claims

Verfahren zur Übertragung von mehreren Informationsarten zwischen einer ersten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Empfangseinheit mittels Modulation eines Trägersignals für ein passives Transponder-System, wobei jeder Informationsart ein unterschiedlicher Modulationsindex (M1, M2, M3, M4) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der charakteristischen physikalischen Größen des Trägersignals entsprechend den Modulationsindizes (M1, M2, M3, M4) moduliert wird, wobei zur Übertragung von Informationsarten die Modulationsindizes (M1, M2, M3, M4) auch mit der Periodendauer (T0, T1) einer Modulation kombiniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristische physikalische Größe des Trägersignals, neben der Frequenz und Phase, vorzugsweise die Amplitude (A) moduliert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die n-te Informationsart zeitlich versetzt von der (n + 1)-ten Informationsart übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer gleichzeitigen Übertragung von Informationsarten mittels einer Trägerwelle der Wert des Modulationsindex der n-ten Informationsart von dem Wert der (n + x)-ten Informationsart durch einen konstanten Faktor unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sende- und Empfangseinheit von der ersten Sende- und Empfangseinheit gesteuert wird, indem wenigstens einer Informationsart ein Steuersignal, beispielsweise ein Taktsignal, zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Sende- und Empfangseinheit das Steuersignal für die Einstellung der Datenrate benutzt wird und der Modulationsindex des Steuersignals vorzugsweise kleiner als der Modulationsindex des Datensignals ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit und einer zweiten Sende- und Empfangseinheit, wobei in der zweiten Sende- und Empfangseinheit, bei einem passiven Transponder-System, eine elektronische Schaltung zur Takterzeugung ersetzt wird.