DE19926234A1

DE19926234A1 - Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle sowie schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung

Info

Publication number: DE19926234A1
Application number: DE1999126234
Authority: DE
Inventors: Rainer Vens; Dirk Wolf; Michael Fromm; Peter Raab
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-14

Abstract

Ein Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle mit einer drahtlosen Kommunikation zwischen einer einer Basisstation 2 zugeordneten Sende-Empfangseinheit 4 und einem mobilen Identifikationsgeber (ID-Geber) 3 zum Überprüfen der Zugangsberechtigung einer den ID-Geber 3 mitführenden Person umfaßt folgende Schritte: DOLLAR A - Senden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation 2, DOLLAR A - Empfangen dieses Codesignals durch den ID-Geber 3, DOLLAR A - Durchführen einer von der Sende-Empfangseinheit 4 detektierbaren und von dem ID-Geber 3 ausgeführten Aktion als Antwortsignal des ID-Gebers 3 auf den Empfang des Codesignals und DOLLAR A - Bestimmen des Abstandes zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3, DOLLAR A - wobei zur Abstandsbestimmung gleichzeitig mit dem Senden des Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit 4 eine Zählung der Schwingungen der gesendeten Trägerwelle durch die Basisstation 2 gestartet und DOLLAR A - nach einer durch den ID-Geber 3 nach Empfang des Codesignals ausgeübten Aktion gestoppt wird und DOLLAR A - wobei anschließend aus dem Schwingungszählergebnis der Abstand zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Durchführens einer schlüs sellosen Zugangsberechtigungskontrolle zum Überprüfen, ob beispiels weise eine Person berechtigt ist, eine bestimmte Handlung durchzufüh ren, wie etwa ein Kraftfahrzeug zu öffnen. Insbesondere betrifft die Erfin dung ein Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsbe rechtigungskontrolle mit einer drahtlosen Kommunikation zwischen einer einer Basisstation zugeordneten Sende-Empfangseinheit und einem mo bilen Identifikationsgeber (ID-Geber) zum Überprüfen der Zugangsbe rechtigung einer den ID-Geber mitführenden Person, umfassend:

- Senden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Ba sisstation,
- Empfangen dieses Codesignals durch den ID-Geber,
- Durchführen einer von der Sende-Empfangseinheit detektierbaren und von dem ID-Geber ausgeführten Aktion als Antwortsignal des ID-Geber auf den Empfang des Codesignals und
- Bestimmen des Abstandes zwischen der Basisstation und dem ID- Geber.

Ferner betrifft die Erfindung eine schlüssellose Zugangsberechtigungs kontrolleinrichtung mit einer eine Sende-Empfangseinheiten sowie ein Steuer- und Auswerteglied aufweisenden Basisstation und einem mobilen, eine Sende-Empfangseinheit aufweisenden Identifikationsgeber (ID- Geber) zum Überprüfen der Zugangsberechtigung einer den ID-Geber mitführenden Person, mit welcher Basisstation eine Abstandsermittlung zum Bestimmen des Abstandes von der Basisstation zum ID-Geber durchführbar ist.

Schlüssellose Schließsysteme werden bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Erhöhung des Bedienkomforts ein gesetzt. Herkömmlich werden als Fernbedienungssysteme Infrarot systeme oder Funksysteme verwendet, bei denen der berechtigte Benutzer aktiv den ID-Geber betätigt, um ein Signal an die Basisstation, beispiels weise an eine im Kraftfahrzeug vorgesehene Empfangseinheit zum Öff nen des Fahrzeuges zu übermitteln. Zur weiteren Erhöhung des Be dienkomforts ist man bei Kraftfahrzeugen inzwischen dazu übergegangen, passive Zugangsberechtigungskontrollsysteme einzusetzen, so daß der berechtigte, einen gültigen ID-Geber mitführende Benutzer sein Kraftfahr zeug öffnen kann, ohne aktiv den ID-Geber betätigen zu müssen. Eine derartige schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung ist bei spielsweise in der DE 43 29 697 C2 beschrieben. Bei dem in diesem Do kument offenbarten Verfahren wird von einer im Kraftfahrzeug angeord neten Sende-Empfangseinheit ein Codesignal gesendet, welches von dem ID-Geber empfangen wird, wenn sich dieser im Empfangsbereich dieses Signals befindet. Daraufhin wird von dem ID-Geber als durch den Empfang des Codesignals ausgelöste Aktion ein Antwortsignal zurückge sendet, welches nach Empfang durch die kraftfahrzeugseitige Empfangs einheit auf seine Gültigkeit hin überprüft wird. Bei Empfang eines gültigen Antwortsignals wird kraftfahrzeugseitig die gewünschte Aktion ausgelöst, nämlich das Entriegeln der Kraftfahrzeugtüren. Problematisch ist bei die sem passiven System, daß die Funkstrecke zwischen der Basisstation und dem ID-Geber mit einfachen Mitteln unbefugt und für den berechtig ten Benutzer unbemerkbar verlängert werden kann. Auf diese Weise kann ein Unbefugter eine Funkverbindung zwischen der kraftfahrzeugseitigen Sende-Empfangseinheit und dem zum Öffnen berechtigten ID-Geber her stellen, auch wenn letzterer sich nicht im vorgesehenen Empfangsbereich des Fragesignals befindet, und sich somit unbemerkt Zutritt zu dem Kraftfahrzeug verschaffen.

Diesem Problem begegnet der Gegenstand der DE 196 32 025 A1 da durch, daß gemäß der in diesem Dokument beschriebenen schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung eine Laufzeiterfassung bezüg lich des gesendeten Frage- und des empfangenen Antwortsignals durch geführt wird, bei der diejenige Zeitspanne ermittelt wird, die das gesen dete Codesignal benötigt, um nach seinem Aussenden von einer Basis station wiederum von dieser als Antwortsignal empfangen zu werden. Ist die Übertragungsstrecke verlängert, dann ist das Zeitintervall von dem Senden des Codesignals bis zum Empfang des Antwortsignals naturge mäß größer als dasjenige, wenn sich der ID-Geber bestimmungsgemäß in unmittelbarer Kraftfahrzeugnähe befindet und die zurückgelegte Funk strecke entsprechend kurz ist. Überschreitet die erfaßte Signallaufzeit ei nen vorbestimmten Wert, wird zum Verhindern eines unberechtigten Zu trittes das durchgeführte Zugangsberechtigungskontrollverfahren gesperrt.

Zum Durchführen des in diesem Dokument beschriebenen Zugangsbe rechtigungskontrollverfahrens ist es notwendig, mit hoher Genauigkeit die Signallaufzeit zu erfassen. Die Kommunikation zwischen der Sende- Empfangseinheit und dem mobilen ID-Geber ist üblicherweise auf einen eng begrenzten Bereich um die Basisstation, bei Kraftfahrzeugen bei spielsweise auf einen Bereich zwischen 5 und 10 Metern ausgelegt. Die Laufzeit eines ordnungsgemäß gesendeten und empfangenen Signals beträgt bei diesem Abstand zwischen 16,5 nsec und 33 nsec. Eine Er fassung derart kurzer Zeitspannen insbesondere in der gewünschten Auflösung läßt sich nur mit einem nicht unbeträchtlichen Aufwand ermög lichen - einem Aufwand, der in zahlreichen Anwendungsfällen, beispiels weise bei einem Kraftfahrzeug, nicht vertretbar ist.

Ausgehend von dem zuletzt diskutierten Stand der Technik liegt der Erfin dung zum einen die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle vorzuschlagen, das nicht nur eine ausreichende Sicherheit im Hinblick auf die Möglichkeit einer Erkennung einer manipulierten Streckenverlänge rung aufweist, sondern das ebenfalls mit einem Einsatz einfacher Mittel realisierbar ist.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung vorzuschlagen, mit der unter Einsatz vertretbarer Mittel eine (manipulierte) Streckenver längerung erkennbar ist.

Die verfahrensbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß zur Abstandsbestimmung gleichzeitig mit dem Senden des Code signals durch die Sende-Empfangseinheit eine Zählung der Schwin gungen der gesendeten Trägerwelle durch die Basisstation gestartet und
- nach einer durch den ID-Geber nach Empfang des Codesignals ausge übten Aktion gestoppt wird und
- daß anschließend aus dem Schwingungszählergebnis der Abstand zwischen der Basisstation und dem ID-Geber ermittelt wird.

Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Der beanspruchten Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit hin reichender Auflösung eine Laufzeiterfassung auf indirektem Wege durch Erfassen einer mit der Laufzeit korrelierenden Signalgröße unter Einsatz einfacher Mittel möglich ist. Als mit der Laufzeit korrelierende Signalgröße wird die Anzahl der Schwingungen einer Trägerwelle solange gezählt, die das Aussenden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation bis zur Detektion der von dem ID-Geber auf den Empfang des Codesignals hin ausgeführten Aktion benötigt. Beispielsweise kann die von dem ID-Geber auf den Empfang des Codesignals hin ausgeführte Aktion das Rücksenden des empfangenen Codesignals zur Basisstation hin sein. Die an der Basisstation durchgeführte Schwingungszählung über diese Zeitdauer multipliziert mit der Periodenzeit der Trägerwelle ergibt die Laufzeit des Signals von der Basisstation zum ID-Geber und zurück. Der Abstand zwischen der Basisstation und dem ID-Geber errechnet sich dann aus der halben Signallaufzeit multipliziert mit der Lichtgeschwindig keit. Daraus ergibt sich, daß die Laufzeit nicht stufenlos, sondern in Viel fachen der Periodenzeit ermittelt werden kann. Bei Einsatz einer Träger frequenz von beispielsweise 100 MHz würde die resultierende Abstands bestimmung zwischen der Basisstation und dem ID-Geber ein Auflö sungsvermögen von etwa 1,5 m aufweisen. Bei Einsatz einer Trägerwelle in einem ISM-Band, etwa mit einer Frequenz von 434 MHz, ist durch die entsprechend geringere Periodenzeit ein Auflösungsvermögen von etwa 0,35 m erreichbar.

Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens können ohnehin zum Durchführen einer Berechtigungsabfrage eingesetzten elektronischen Bauelemente eingesetzt werden. Zusätzlich erforderlich ist lediglich der Einsatz eines Zählgliedes, welches beispielsweise aus Logikgattern oder Flip-Flops aufgebaut sein kann. Eine Realisierung des erfindungsgemä ßen Verfahrens ist somit ohne großen zusätzlichen Aufwand möglich.

Zweckmäßigerweise erfolgt die drahtlose Kommunikation in einem Fre quenzbereich, der einem ISM-Band angehörig ist. Das Auflösungsvermö gen der Abstandsbestimmung unter Einsatz einer solchen Frequenz ist erheblich höher als das bei Einsatz eines solchen Verfahrens zur schlüs sellosen Zugangsberechtigungskontrolle bei einem Kraftfahrzeug benö tigte. Das Auflösungsvermögen bei Einsatz eines solchen Verfahrens bei Kraftfahrzeugen liegt in der Größenordnung von 5 bis 10 Metern. Durch das geringere benötigte Auflösungsvermögen bei einem solchen Einsatz, verglichen mit dem möglichen Auflösungsvermögen, können die Anforde rungen an das Zählglied dadurch verringert werden, daß nicht jede Schwingung, sondern nur jede x-te, etwa jede 2^x-te Schwingung gezählt wird. Eine solche selektive Schwingungszählung läßt sich beispielsweise durch Einsatz eines Frequenzteilers oder eines Frequenzmischers reali sieren, so daß bei einem Teilungsverhältnis von 1 : 16 nur jede 16. Schwingung gezählt wird. Bei Einsatz einer Frequenz von 434 MHz und einem Teilungsverhältnis von 1 : 16 ergibt sich eine Zählfrequenz von 27,125 MHz und demzufolge ein Auflösungsvermögen von etwa 5,5 Me tern - ein Auflösungsvermögen hinsichtlich der Abstandsbestimmung, das für einen Einsatz des Verfahrens bei Kraftfahrzeugen als ausreichend an gesehen werden kann.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß in einem ersten Schritt zur Abstandsbestimmung durch die Sende-Empfangseinheit der Basissta tion ein Befehl SENDER ID-GEBER EIN gesendet wird. Aufgrund dieses Befehles schaltet sich im ID-Geber ein Sender ein, um auf einer ersten Frequenz zu senden. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, die ausrei chend lang bemessen ist, daß der ID-geberseitige Sender eingeschwun gen ist, wird durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation auf einer zweiten Frequenz ein Codesignal gesendet. Dieses Codesignal ist der Befehl SENDER ID-GEBER AUS. Gleichzeitig mit der Befehlsaussendung wird die Schwingungszählung der Trägerwelle dieses Sendesignals ge startet. Zuvor ist auch der Empfangskanal der Sende-Empfangseinheit auf der ersten Frequenz freigeschaltet, so daß das von dem ID-Geber gesen dete Signal empfangbar ist. Gestoppt wird die Schwingungszählung, wenn durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation kein Sendesignal des ID-Gebers mehr detektierbar ist. Die Schwingungszählung ist somit für eine Zeitspanne erfolgt, die die Laufzeit des Codesignals von der Basis station zum ID-Geber und zurück benötigt hat. Das von der Basisstation detektierte Aktionssignal des ID-Gebers ist die Reaktion des ID-Gebers auf das Codesignal hin.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das von der Basisstation gesendete Codesignal von dem ID-Geber quasi gespiegelt zurückgesendet wird. Die Schwingungszählung wird bei diesem Ausfüh rungsbeispiel dann gestoppt, wenn das Codesignal als Antwortsignal des ID-Gebers wieder vollständig von der Sende-Empfangseinheit der Basis station empfangen worden ist. Um möglicherweise bei der Datenübertra gung eintretende Datenverluste ausgleichen zu können, ist in einem wei teren Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Basisstation zwei Schwingungszählglieder zugeordnet sind, wobei eine erste Schwingungs zählung an das Senden des Codesignals und eine weitere Schwingungs zählung an den Empfang des von dem ID-Geber gespiegelten Codesig nals gekoppelt ist. Die Schwingungszählung des zweiten, an den Emp fang des Codesignals gekoppelten Zählgliedes wird gestoppt, wenn das dem Senden des Codesignals zugeordnete Zählglied einen Zählerstand erreicht hat, der der doppelten Anzahl der dem Codesignal entsprechen den Schwingungen entspricht. Je größer der Abstand zwischen der Ba sisstation und dem ID-Geber und entsprechend länger die Signallaufzeit ist, je größer ist die Differenz des ermittelten Zählerstandes des dem Empfang des Codesignals zugeordneten Zählergliedes zu der dem Code signal entsprechenden Schwingungsanzahl. Es ist zweckmäßig, bei den beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispielen als Codesignal eine vorbestimmte Anzahl an Schwingungen einer Trägerwelle zu senden.

Im Rahmen dieser Ausführungen und der Beschreibung der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die Verzögerungszeiten durch die einge setzten Schaltungsteile sehr gering gegenüber der zu ermittelnden Sig nallaufzeit sind. Dabei ist es zweckmäßig, die eingesetzten elektronischen Schaltungsteile so zu konzipieren, daß die Verzögerungszeiten konstant sind, so daß diese bei der Abstandsbestimmung berücksichtigt werden können.

Weitere Vorteile der Erfindung sind Bestandteil der übrigen Unteransprü che sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild einer schlüssellosen Zu gangsberechtigungskontrolleinrichtung mit einer Basisstation und einem ID-Geber,

Fig. 2 ein zeitliches Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Abstan des zwischen der Basisstation und dem ID-Geber der Fig. 1,

Fig. 3 ein schematisiertes Blockschaltbild einer weiteren schlüs sellosen Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung, umfas send eine Basisstation und einen ID-Geber,

Fig. 4 ein schematisiertes Blockschaltbild noch einer weiteren schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung, umfassend eine Basisstation und einen ID-Geber und

Fig. 5 ein zeitliches Ablaufdiagramm zur Abstandsbestimmung zwi schen der Basisstation und dem ID-Geber entsprechend den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 oder 4.

Eine schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 1 umfaßt eine Basisstation 2 und einen mobilen Identifikationsgeber (ID-Geber) 3. Zu der Basisstation 2 gehört eine Sende-Empfangseinheit 4 mit einem HF-Sender 5 und einem HF-Empfänger 6, die auf jeweils unterschiedli chen Frequenzen arbeiten. Der Basisstation ist ferner ein Mikrocontroller 7 zum Steuern des Sendebetriebs und zum Auswerten der empfangenen Signale angeschlossen. An den HF-Empfänger 6 ist ein Periodenzähler 8 zum Zählen der Schwingungen der empfangenen Trägerwelle ange schlossen. Der Periodenzähler 8 weist einen Start-Eingang 9 und einen Stop-Eingang 10 auf. Der Start-Eingang 9 ist mit dem Mikrocontroller 7 verbunden, über den das Startsignal zum Starten der Schwingungszäh lung an den Periodenzähler 8 übermittelt wird. Der Stop-Eingang 10 ist über ein UND-Glied 11 sowohl an den HF-Empfänger 6 als auch an den Mikrocontroller 7 angeschlossen. Der Stop-Eingang 10 des Periodenzäh lers 8 ist dann mit einem Stopsignal zum Stoppen der Schwingungszäh lung beaufschlagt, wenn durch den HF-Empfänger 6 nach einem Signal empfang kein Signal mehr empfangen wird.

Der ID-Geber 3 umfaßt ebenfalls eine Sende-Empfangseinheit 12 mit ei nem HF-Sender 13 und einem HF-Empfänger 14. Der HF-Sender 13 ar beitet auf derselben Frequenz wie der HF-Empfänger 6 der Basisstation 2; der HF-Empfänger 14 des ID-Gebers 3 arbeitet auf derselben Frequenz wie der HF-Sender 5 der Basisstation 2. Die verwendete HF-Strecke zwi schen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 ist somit duplexfähig. Der HF-Empfänger 14 ist zur Auswertung eingehender Signale an einen Mi krocontroller 15 angeschlossen. Der Mikrocontroller 15 ist über eine Da tenleitung 16 und über eine Tastleitung 17 an den HF-Sender 13 ange schlossen. Parallel zu dem Mikrocontroller 15 ist in dem ID-Geber 3 eine Auswertelogik 18 zwischen dem HF-Empfänger 14 und dem HF-Sender 13 angeordnet. Die Auswertelogik 18 dient zum Erkennen eines von der Basisstation 2 gesendeten Codesignals sowie zum direkten Ansteuern des HF-Senders 13; ohne daß ein solches Signal durch den Mikrocon troller 15 ausgewertet werden und der HF-Sender 13 angesteuert werden müßte. Da mit der Auswertelogik 18 nur ein ganz bestimmtes Codesignal erkannt werden muß, ist die zum Auswerten benötigte Zeit konstant im Gegensatz zu der durch den Mikrocontroller 15 benötigten Rechenzeit. Die Auswertelogik 18 ist über eine Steuerleitung mit dem Mikrocontroller 15 zum Ein- und Ausschalten der Auswertelogik 18 verbunden.

Die in Fig. 1 dargestellte schlüssellose Zugangsberechtigungskontrollein richtung 1 dient sowohl zum Durchführen eines kryptologischen Frage- Antwort-Dialoges zum Feststellen einer Zugangsberechtigung als auch zum Bestimmen des aktuellen Abstandes des ID-Gebers 3 von der Basis station 2. Die Abstandsbestimmung zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 erfolgt folgendermaßen, wobei diesbezüglich auf das Ablauf diagramm der Fig. 2 Bezug genommen ist: Innerhalb eines Kommunika tionstelegramms im Rahmen der genannten kryptologischen Berechti gungsüberprüfung wird in einem vorbestimmten Zeitpunkt t₀ durch den HF-Sender 5 der Basisstation 2 der Befehl an den ID-Geber 3 gesendet:
SENDER ID-GEBER EIN. Im Zeitpunkt t_a hat der HF-Empfänger 14 des ID-Gebers 3 diesen Befehl empfangen. Im Zeitpunkt t_b startet der HF- Sender 13 mit dem Senden einer Trägerwelle auf der Frequenz f₁. Die auf der Frequenz f₁ gesendete Trägerwelle wird von dem HF-Empfänger 6 der Basisstation im Zeitpunkt t_c empfangen. Mit dem Empfang der Trägerwelle wird der Periodenzähler 8 auf Null gestellt. Im Zeitpunkt t, wird gleichzeitig ein Codesignal von dem HF-Sender 5, nämlich der Befehl: SENDER ID- GEBER AUS gesendet und über den Starteingang 9 der Periodenzähler 8 zum Zählen der auf der Frequenz f₁ empfangenen Schwingungen gestar tet. Das Codesignal ist durch den HF-Sender 5 der Basisstation 2 auf der Frequenz f₂ gesendet worden. Nach Empfang des Codesignals durch den HF-Empfänger 14 des ID-Gebers 3 und nach Erkennen dieses Befehls durch die Auswertelogik 18 wird der HF-Sender 13 des ID-Gebers 3 aus geschaltet, welcher Zeitpunkt in Fig. 2 mit t_d gekennzeichnet ist. Der HF- Empfänger 6 der Basisstation 2 empfängt seit dem Zeitpunkt t_c die von dem HF-Sender 13 des ID-Gebers 3 gesendete Trägerwelle. Nachdem der HF-Sender 13 ausgeschaltet worden ist, kann der HF-Empfänger 6 im Zeitpunkt t_e keine Trägerwelle mehr empfangen. In diesem Zeitpunkt wird auch der Periodenzähler 8 zum Feststellen des Zählerstandes gestoppt. Der ermittelte Schwingungszählerstand ist nun ein Maß für die Laufzeit des Signals zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 und zurück, wobei bei der Ermittlung der Laufzeit und dem daraus zu bestimmenden Abstand die Totzeiten und auch die Signallänge berücksichtigt sind.

Fig. 3 zeigt eine weitere schlüssellose Zugangsberechtigungskontrollein richtung 19 in einem Blockschaltbild mit einer Basisstation 20 und einem ID-Geber 21. In dieser Figur sind lediglich die Komponenten dargestellt, die zu einer Abstandsbestimmung zwischen der Basisstation 20 und dem ID-Geber 21 notwendig sind. Integriert sind zum Teil die dargestellten Mo dule in die übliche Hardware zur Realisierung einer kryptologischen Zu gangsberechtigungskontrolle. Die Basisstation 20 umfaßt als Sende- Empfangseinheit eine Antenne 22 zum Senden und Empfangen eines Signales, bei welchem Signal es sich um eine Trägerwelle handelt. Die Trägerwelle wird in einem Signalgenerator 23 generiert, welche Träger welle anschließend einen Leistungsteiler 24 beaufschlagt. Der Leistungs teiler 24 führt das generierte Signal zum einen der Antenne 22 und zum anderen einem ersten Zählerschaltkreis 25 zu. Ein HF-Schalter 26 dient zum Umschalten des Betriebes der Basisstation 20 zwischen einem Sen den, wie in Fig. 3 dargestellt, und einem Empfangen. Beim Empfang des von dem ID-Geber 21 zurückgesendeten Codesignals steht der HF- Schalter 26 in seiner anderen Stellung, in der an den HF-Schalter 26 ein zweiter Zählerschaltkreis 27 angeschlossen ist. In beiden Zählerschalt kreisen 25 und 27 ist jeweils ein Zählglied 28 bzw. 29 vorgesehen, welche Zählglieder 28, 29 an einen Mikrocontroller 30 angeschlossen sind.

Das durch den Signalgenerator 23 generierte Signal ist eine Trägerwelle mit einer Frequenz innerhalb eines ISM-Bandes, nämlich 434 MHz. Zur Reduzierung der an das Zählglied 28 zu stellenden Anforderungen ist die sem ein Frequenzteilungsschaltkreis 31 vorgeschaltet, der aus dem ei gentlichen Frequenzteiler 32 mit einem Teilungsverhältnis 1 : 16, einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter 33 und einem Verstärker 34 besteht. Ein entsprechend aufgebauter Frequenzteilungsschaltkreis 35 ist dem Zähler schaltkreis 27 zugeordnet.

Der ID-Geber 21 weist ebenfalls eine als Sende-Empfangseinheit vorge sehene Antenne 36 auf, der ein HF-Schalter 37 nachgeschaltet ist. Im Empfangsmodus, wie in Fig. 3 dargestellt, ist an den HF-Schalter 37 ein Verstärker 38 und ein weiterer HF-Schalter 39 nachgeschaltet. Das emp fangene Codesignal - die Trägerwelle - beaufschlagt ein Zählglied 40, dem ein Frequenzteilungsschaltkreis 41 entsprechend den Frequenztei lungsschaltkreisen 25 und 27 der Basisstation 20 vorgeschaltet ist. Paral lel zu dem Verstärker 38 ist über einen Leistungsteiler 42 ein Signalgene rator 43 geschaltet, dessen Signale bei entsprechender Stellung der HF- Schalter 37, 39 über die Antenne 36 gesendet werden können.

Fig. 4 zeigt eine weitere schlüssellose Zugangsberechtigungskontrollein richtung 44, die grundsätzlich aufgebaut ist wie die zu Fig. 3 beschriebe ne schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 19. Gleiche Elemente sind bei den beiden Zugangsberechtigungskontrolleinrichtungen 19 bzw. 44 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied zu der Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 19 ist bei der schlüssel losen Zugangsberechtigungskontrollrichtung 44 anstelle des eigentlichen Frequenzteilers 32 jeweils ein Frequenzmischer, bestehend aus einem Lokaloszillator 45 und einem Mischer 46 vorgesehen.

Im folgenden ist die Funktionsweise der schlüssellosen Zugangsberechti gungskontrolleinrichtung 19 hinsichtlich einer Bestimmung des Abstandes von der Basisstation 20 zu dem ID-Geber 21 beschrieben, wobei zusätz lich auf Fig. 5 Bezug genommen ist. Entsprechendes gilt für die schlüs sellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 44 der Fig. 4. Über den Signalgenerator 23 wird ein konstanter HF-Träger generiert. Im Zeitpunkt t₀ wird der Zähler 28 auf 0 gesetzt und zum Zählen der Schwingungen des HF-Trägers geschaltet, wobei gleichzeitig der HF-Schalter 26 auf Senden geschaltet wird. Im Zeitpunkt t₁, der um die Signallaufzeit zwischen der Basisstation 20 und dem ID-Geber 21 zu dem Zeitpunkt t₀ versetzt ist, wird die HF-Trägerwelle von dem ID-Geber 21 empfangen. Als Codesi gnal ist eine vorbestimmte Schwingungsanzahl, nämlich 2048 Schwin gungen, vorgesehen. Im Zeitpunkt t₂ - also nach Senden des Codesignals - wird über den HF-Schalter 26 die Basisstation auf Empfang umgeschal tet, so daß ein weiteres Senden der HF-Trägerwelle unterbunden ist. Im Zeitpunkt t₃ entspricht der Zählerstand des Zählgliedes 40, des ID-Gebers 21 dem der gesendeten Schwingungsanzahl, nämlich 2048. In diesem Zeitpunkt schaltet der ID-Geber von seinem Empfang auf seinen Sende modus, wobei die beiden HF-Schalter 37 und 39 in die jeweilig andere, in Fig. 3 nicht dargestellte Position gebracht werden. Der Signalgenerator 43 des ID-Gebers 21 ist zuvor eingeschaltet worden, so daß ein konstan ter HF-Träger zum Senden zur Verfügung steht. Die Frequenz des HF- Trägers, generiert durch den Signalgenerator 43, entspricht derjenigen des Signalgenerators 23 der Basisstation 20. Das Codesignal - nämlich 2048 Schwingungen des Trägers - wird nunmehr beginnend im Zeitpunkt t₃ von dem ID-Geber 21 zurückgesendet. Wiederum um die Signallaufzeit zeitversetzt wird der Beginn des Rücksendens des Codesignals von der Basisstation 20 im Zeitpunkt t₄ empfangen. Die im Empfangsmodus be findliche Basisstation 20 leitet das zurückgesendete Codesignal auf den Zählerschaltkreis 27, so daß im Zählglied 29 die zurückgesendete Schwingungsanzahl gezählt werden kann. Im Zeitpunkt t₅ hat das Zähl glied 28 den der doppelten Anzahl der dem Codesignal entsprechenden Schwingungen, nämlich 4096, gezählt. In diesem Zeitpunkt wird der Zäh lerstand des Zählgliedes 29 angehalten und durch den Mikrocontroller 30 ausgelesen, welcher Zählerstand sich beispielsweise erst bei 2042 befin det. Das zurückgesendete Codesignal ist noch nicht vollständig empfan gen. Dieses "vorzeitige" Stoppen des Zählgliedes 29 dient zum Kompen sieren möglicher Schwingungsverluste bei der Kommunikation zwischen dem ID-Geber 21 und der Basisstation 20.

Die Differenz zwischen der für das Codesignal vorgesehenen Schwin gungsanzahl (hier: 2048) und der durch das Zählglied 29 festgestellten Schwingungsanzahl (hier: 2042) entspricht der Signallaufzeit von der Ba sisstation 20 zu dem ID-Geber 21 und zurück. Im Zeitpunkt t₆ wird der ID- Geber 21 wiederum in seinen Empfangsmodus geschaltet. Nunmehr be steht die Möglichkeit, die Abstandsbestimmung wiederholt vorzunehmen oder das Abfrageprotokoll weiter zu führen.

Um auch Schwingungsverluste beim Senden des Codesignales von der Basisstation 20 zu dem ID-Geber 21 und bei der anschließenden Signal verarbeitung zu kompensieren, kann vorgesehen sein, daß anstelle des Sendens der exakten Schwingungszahl eine geringfügig höhere Schwin gungszahl gesendet wird. Besonders zweckmäßig ist eine Erweiterung des Verfahrens, bei der zwischen den unterschiedlichen Modi der Basis station 20 bzw. des ID-Gebers 21 - Sende- bzw. Empfangsmodus - jeweils Verzögerungszeiten eingeschaltet sind. Ohne weiteres kann dann das gesendete Codesignal einen solchen Sicherheitsanhang aufweisen, ohne daß der ID-Geber 21 bereits das Codesignal zurücksendet, bevor die Ba sisstation 20 in ihren Empfangsmodus geschaltet ist. Die Verzögerungs zeiten können in einfacher Weise dadurch bereitgestellt werden, daß die jeweils eingesetzten Zählglieder 28 bzw. 40 entsprechend geschaltet sind, daß eine solche Verzögerungszeit ebenfalls der Länge des gesendeten Codesignales, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 2048 Schwin gungen lang bemessen ist. Bei der späteren Laufzeitauswertung werden derartig eingebaute Verzögerungszeiten berücksichtigt.

Durch die in den Ausführungsbeispielen dargestellte doppelte Laufzeit ist das Auflösungsvermögen bezüglich des Abstandes zwischen der Basis station und dem ID-Geber in einer Genauigkeit ermittelbar, die höher ist als eine Abstandsbestimmung lediglich durch Erfassen der einfachen Sig nallaufzeit. Diese Genauigkeit kann ferner dadurch erhöht werden, indem die Abstandsbestimmung nicht nur einmal, sondern mehrfach wiederholt, auch an unterschiedlichen Stellen innerhalb eines Übertragungsprotokolls, vorgenommen wird. Eine Ermittlung des tatsächlichen Abstandes erfolgt dann beispielsweise durch Mittelwertbildung der einzelnen ermittelten Ab stände.

Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß durch die sichere und dem Auflösungsvermögen entsprechende Genauigkeit eine Ab standsbestimmung zwischen einer Basisstation und einem ID-Geber mög lich ist, so daß auf diese Weise ein sicheres Erkennen einer unberechtig ten Streckenverlängerung erkennbar ist. Zur Erhöhung der Betriebssi cherheit kann vorgesehen sein, mit unterschiedlichen Codesignalen zu arbeiten, wozu beispielsweise auch eine Vorprogrammierung des ID- Gebers durch eine vorgegebene Schwingungsanzahl als Codesignal ge hört.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

Schlüssellose Zugangsberechti gungskontrolleinrichtung

2

Basisstation

3

ID-Geber

4

Sende-Empfangseinheit

5

HF-Sender

6

HF-Empfänger

7

Mikrocontroller

8

Periodenzähler

9

Start-Eingang

10

Stop-Eingang

11

UND-Glied

12

Sende-Empfangseinheit

13

HF-Sender

14

HF-Empfänger

15

Mikrocontroller

16

Datenleitung

17

Tastleitung

18

Auswertelogik

19

Schlüssellose Zugangsberechti gungskontrolleinrichtung

20

Basisstation

21

ID-Geber

22

Sende-Empfangsantenne

23

Signalgenerator

24

Leistungsteiler

25

Zählerschaltkreis

26

HF-Schalter

27

Zählerschaltkreis

28

Zählglied

29

Zählglied

30

Mikrocontroller

31

Frequenzteilungs schaltkreis

32

Frequenzteiler

33

Tiefpaßfilter

34

Verstärker

35

Frequenzteilungs schaltkreis

36

Sende-Empfangsantenne

37

HF-Schalter

38

Verstärker

39

HF-Schalter

40

Zählglied

41

Frequenzteilungs schaltkreis

42

Leistungsteiler

43

Signalgenerator

44

Schlüssellose Zugangsbe rechtigungskontrolleinrichtung

45

Lokaloszillator

46

Mischer

Claims

1. Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechti gungskontrolle mit einer drahtlosen Kommunikation zwischen einer einer Basisstation (2, 20) zugeordneten Sende-Empfangseinheit (4, 22) und einem mobilen Identifikationsgeber (ID-Geber) (3, 21) zum Überprüfen der Zugangsberechtigung einer den ID-Geber (3, 21) mitführenden Person, umfassend:

- Senden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation (2, 20),
- Empfangen dieses Codesignals durch den ID-Geber (3, 21),
- Durchführen einer von der Sende-Empfangseinheit (4, 22) de tektierbaren und von dem ID-Geber (3, 21) ausgeführten Aktion als Antwortsignal des ID-Gebers (3, 21) auf den Empfang des Codesignals und
- Bestimmen des Abstandes zwischen der Basisstation (2, 20) und dem ID-Geber (3, 21),

dadurch gekennzeichnet,

- daß zur Abstandsbestimmung gleichzeitig mit dem Senden des Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit (4, 22) eine Zählung der Schwingungen der gesendeten Trägerwelle durch die Basisstation (2, 20) gestartet und
- nach einer durch den ID-Geber (3, 21) nach Empfang des Code signals ausgeübten Aktion gestoppt wird und
- daß anschließend aus dem Schwingungszählergebnis der Ab stand zwischen der Basisstation (2, 20) und dem ID-Geber (3, 21) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ei nem ersten Schritt zur Abstandsbestimmung durch die Sende- Empfangseinheit (4) ein Befehl SENDER ID-GEBER EIN gesendet wird, woraufhin der ID-Geber (3) auf einer ersten Frequenz f₁ zu senden beginnt, daß in einem zweiten Schritt nach einer vorbe stimmten Zeitspanne von der Sende-Empfangseinheit (4) auf einer zweiten Frequenz f₂ als Codesignal ein Befehl SENDER ID-GEBER AUS gesendet wird, mit welcher Befehlsaussendung die Schwin gungszählung der durch die Sende-Empfangseinheit (4) empfan genen Trägerwelle gestartet und gestoppt wird, wenn durch die Sende-Empfangseinheit (4) der Basisstation (2) kein Sendesignal des ID-Gebers (3) mehr detektierbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Sende-Empfangseinheit der Basisstation ein Codesignal ge sendet, dieses von dem ID-Geber empfangen und zurückgesendet wird, wobei die Schwingungszählung der Trägerwelle gestoppt wird, wenn das Codesignal vollständig von der Sende- Empfangseinheit wieder empfangen worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Sende-Empfangseinheit (22) der Basisstation (20) ein Code signal gesendet und gleichzeitig eine erste Schwingungszählung der gesendeten Trägerwelle gestartet wird, welches Codesignal von dem ID-Geber (21) empfangen und zurückgesendet wird, wobei mit dem eingehenden von dem ID-Geber (21) zurückgesendete Code signal eine zweite Schwingungszählung gestartet wird, und die zweite Schwingungszählung gestoppt wird, wenn durch die erste Schwingungszählung ein Zählerstand erreicht ist, der der doppelten Anzahl der dem Codesignal entsprechenden Schwingungen ent spricht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem ID-Geber (21) zurückgesendete Codesignal auf der selben Frequenz wie das von der Sende-Empfangseinheit (22) ge sendete Codesignal gesendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß als Codesignal eine vorbestimmte Anzahl an Schwingungen einer Trägerwelle gesendet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß bei der Zählung der Schwingungen der Trägerwelle nur jede 2^x-te Schwingung gezählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszählung jeder 2^x-ten Schwingung über eine Fre quenzteilung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszählung jeder 2^x-ten Schwingung über eine Fre quenzmischung durchgeführt wird.

10. Schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung mit einer eine Sende-Empfangseinheit (4, 22) sowie ein Steuer- und Aus werteglied (7, 30) aufweisenden Basisstation (2, 20) und einem mobilen, eine Sende-Empfangseinheit (12, 36) aufweisenden Iden tifikationsgeber (ID-Geber) (3, 21) zum Überprüfen der Zugangsbe rechtigung einer den ID-Geber (3, 21) mitführenden Person, mit welcher Basisstation (2, 20) eine Abstandsermittlung zum bestim men des Abstandes von der Basisstation (2, 20) zum ID-Geber (3, 21) durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Basissta tion (2, 20) ein Zählglied (8, 28) zum Zählen der Schwingungen ei ner gesendeten Trägerwelle zugeordnet ist, dessen Start-Eingang (9) zum mit dem Senden eines Codesignals durch die Sende- Empfangseinheit (4, 22) der Basisstation (2, 20) gleichzeitigem Be aufschlagen mit einem Startsignal geschaltet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstation (20) ein weiterer, dem Signalempfang zugeordneter Zählerschaltkreis (27) mit einem weiteren Zählglied (29) zugeordnet ist, und daß dem ID-Geber (21) zum Auswerten des empfangenen Codesignals sowie zum Zurücksenden desselben ebenfalls ein Zählglied (40) mit einem entsprechend aufgebauten Schaltkreis zu geordnet ist.