DE19957557A1 - Identifikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben des Identifikationssystems - Google Patents
Identifikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben des IdentifikationssystemsInfo
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Abstract
Ein Identifikationssystem weist eine Sende- und Empfangseinrichtung (20) auf, die Radarsignale breitbandig moduliert aussendet und daraufhin auf Echosignale wartet. Eine Codegeber (30), moduliert die empfangenen Signale mit einem OFW-Element (35, 36, 37), das sowohl feste eingestellte als auch variable modulierende Reflektoren aufweist, und sendet die modulierten Signale als Echosignale zurück.
Description
Die Erfindung betrifft ein Identifikationssystem, insbesonde
re für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben des
Identifikationssystems, mit dem eine Berechtigung für den Zu
gang zu einem Objekt überprüft wird.
Funkbasierte Identifikationssysteme, auch RFID "radio fre
quency identification" Systeme genannt, finden, z. B. als Er
satz für mechanische Schlüsselsysteme, beim Zugangsschutz für
Rechner oder etwa bei automatischen Zahlungssystemen zuneh
menden Einsatz. Ein RFID-System besteht aus einer Identifika
tionsmarke (im folgenden als Codegeber bezeichnet), die auch
Codegeber, RFID-Tag, ID-Geber oder ID-Karte genannt wird, die
der Benutzer bei sich trägt oder die an einem zu identifizie
renden Objekt angeordnet ist. Der Codegeber ist mit einem
charakteristischen Code ausgestattet. Dieser Code wird über
eine Basisstation (im folgenden als Sende- und Empfangsein
heit bezeichnet) mit welcher der Code des Codegebers abge
fragt und anschließend authentifiziert oder verifiziert wer
den kann.
Verschiedene funkbasierte Übertragungstechnologien sind mög
lich oder üblich: LF-Systeme im Frequenzbereich von 100-300 kHz,
RF-Systeme bei 433 MHz oder 867 MHz und hochfrequente
Mikrowellensysteme, die zumeist bei den Frequenzen 2,4 GHz,
5,8 GHz, 9,5 GHz oder 24 GHz arbeiten.
Man unterscheidet bei Codegebern zwischen einer aktiven und
passiven Identifikation. Die passive Identifikation zeichnet
sich dadurch aus, daß der Codegeber ständig, ohne Zutun des
Benutzers von der Sende- und Empfangseinheit abgefragt werden
kann. Befindet sich der Codegeber innerhalb eines gewissen
Entfernungsbereich zur Sende- und Empfangseinheit, so erfolgt
die Identifikation automatisch oder z. B. bei manueller Betä
tigung einer Schalteinrichtung, z. B. durch Betätigen einer
Türklinke, durch den Benutzer. Die Beschränkung des Entfer
nungsbereiches ergibt sich im allgemeinen aus der Funkfeld
dämpfung.
Bei einem aktiven Identifikationssystem hingegen wird die
Kommunikation aktiv vom Benutzer am Codegeber ausgelöst. Der
Benutzer muß hierbei also üblicherweise zum einen den Codege
ber manuell bedienen und dann z. B. zusätzlich die Türklinke
betätigen. Aus Gründen eines erhöhten Komforts finden daher
passive Identifikationssysteme vermehrt Anwendung.
Eine übliche und günstige Ausführung von Codegebern sind so
genannte Backscatter-Codegeber. Dabei sendet eine Sende- und
Empfangseinheit ein Sendesignal (im folgenden als Abfragesi
gnal bezeichnet) in Richtung des Codegebers aus. Falls der
Codegeber das Abfragesignal empfängt, so wird es moduliert
reflektiert, jedoch intern nicht weiter ausgewertet.
Der Codegeber kann von der Sende- und Empfangseinheit nach
dem Radarprinzip aus einiger Entfernung "gelesen" werden. Zur
Abfrage können gängige Radarverfahren, wie z. B. Impuls-Echo-
Verfahren, Pulskompressionsverfahren, Stepped-Frequency-
Methoden oder FM-CW-Prinzipien (frequency modulation - conti
nuous wave) verwendet werden.
Nachteilig ist bei solchen Identifikationssystemen, daß der
Übertragungskanal unbemerkt und zu einem im Prinzip beliebi
gen Zeitpunkt abgehört werden kann. Durch eine geeignete Ein
richtung ist es einem Angreifer daher normalerweise möglich,
sich den Code unbefugt zugänglich zu machen und damit die ei
gentlich angestrebte Schutzfunktion zu überwinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Identifikationssystem zu
schaffen, das eine verbesserte Sicherheit gegen unbefugte Be
nutzung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Identifikations
system gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben
des Identifikationssystems nach Patentanspruch 5 gelöst.
Dabei weist das Identifikationssystem eine stationär angeord
nete Sende- und Empfangseinheit auf, die Sendesignale breit
bandig moduliert aussendet und daraufhin auf Echosignale von
einem tragbaren Codegeber wartet. Der Codegeber weist zumin
dest zwei verschiedene Modulatoren auf, die das empfangene
Sendesignal auf zwei verschiedene Arten moduliert, wodurch
ein Codesignal entsteht, das zurück zur Sende- und Empfangs
einheit gesendet wird. In einer Auswerteeinheit der Sende-
und Empfangseinheit wird das Codesignal hinsichtlich seiner
Berechtigung ausgewertet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen dargestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Blockschaltbildern von verschiedenen Codege
bern eines erfindungsgemäßen Identifikationssy
stems,
Fig. 3 und 4 Frequenzspektren eines von einer Sende- und
Empfangseinheit des Identifikationssystems empfan
genen Echosignals entsprechend der Fig. 1 bzw.
2,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Identifi
kationssystems und
Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Identifikationssystem, das in
einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
Ein Identifikationssystem weist eine Sende- und Empfangsein
heit 20 (in der Fig. 5 näher dargestellt) auf, die an einem
Objekt (das spezielle Objekt Kraftfahrzeug 10 wird in der
Fig. 6 näher erläutert) angeordnet ist, zu dem Zugang begehrt
wird. Diese Sende- und Empfangseinheit 20 sendet bei Bedarf
oder ständig Sendesignale (Anforderungssignale) breitbandig
moduliert aus und wartet daraufhin auf den Empfang von re
flektierten Signalen (im folgenden als Echosignale bezeich
net).
Die Anforderungssignale werden im Mikrowellenbereich breit
bandig moduliert ausgesendet. Diese Signale werden an Objek
ten in der Umgebung zum Teil oder vollständig reflektiert
oder auch mehrfach reflektiert und zu der Empfangseinheit zu
rückübertragen.
Breitbandig bedeutet dabei, daß eine Oszillatorfrequenz in
nerhalb eines relativ großen Frequenzbandes beim Senden oder
Empfangen variiert und de- oder moduliert wird. Dies steht im
Gegensatz zur typischen Modulation, bei der bei einer festen
Trägerfrequenz moduliert und demoduliert wird. Die Frequenzen
liegen üblicherweise über 100 MHz. Typischerweise werden 433 MHz,
868 MHz oder 2,45 GH verwendet.
Falls ein mobiler Codegeber 30 mit einem aktiven Reflektor im
Wirkungsbereich der Sende- und Empfangseinheit 20 (d. h. in
nerhalb der Reichweite) angeordnet ist und ein Anforderungs
signal empfängt, so nimmt er seinerseits eine Modulation
(oder auch als Codierung bezeichnet) vor und sendet ein modu
liertes Echosignal (oder auch als Codesignal bezeichnet) zu
rück. Der aktive Reflektor (auch als Backscatter bezeichnet)
im Codegeber 30 sorgt dafür, daß die vom Codegeber 30 empfan
genen Signale reflektiert und dabei mit einem Code des Code
gebers 30 moduliert oder codiert werden.
Der Codegeber 30 weist einen für ihn charakteristischen Code
auf, mit dem das Anforderungssignal moduliert wird. Mit Hilfe
dieses Codes weist der Codegeber 30 eine Berechtigung nach,
damit ein den Codegeber 30 tragender Benutzer Zugang zu einem
Objekt hat oder das Objekt benutzen kann.
Das ausgesendete Anforderungssignal wird bei Verwendung des
bekannten FM-CW-Radarverfahrens (Frequency Modulated Conti
nous Wave) beim Empfangen mit den empfangenen Signalen ge
mischt. Somit erhält man in der Sende- und Empfangseinheit 20
ein niederfrequentes Meßsignal (Frequenzspektren siehe
Fig. 3 und 4), das hinsichtlich der Überprüfung der Berechti
gung (wird auch als Authentifikation bezeichnet) ausgewertet
werden kann. Bei Berechtigung wird der Zugang zu dem Objekt
(beispielsweise einem Computer, einem Kraftfahrzeug, einem
Telefon, einem Geldautomaten, einem Gebäude, usw.) oder des
sen Benutzung freigegeben.
Damit das Codesignal nicht unbefugt abgehört und wiedergege
ben wird, weist der Codegeber 30 typischerweise zwei ver
schiedene Modulatoren auf, die das Codesignal z. T. moduliert
"reflektieren". Die Modulatoren beeinflussen dabei das Signal
derart, daß einzelne Reflexionen hinsichtlich Signallaufzei
ten beeinflußt werden, die dann in der Sende- und Empfangs
einheit 20 ausgewertet werden.
Die Sende- und Empfangseinheit 20 (d. h. die Auswerteeinheit
der Sende- und Empfangseinheit 20) muß daher in der Lage sein
Signallaufzeiten (die bei Radarverfahren Entfernungen ent
sprechen) zu messen. Die Entfernungsmessung bewirkt, daß die
Veränderungen in den Signallaufzeiten und damit quasi von
Entfernungen sofort von der Sende- und Empfangseinheit 20 de
tektiert werden kann und somit ein Schutz unberechtigtes Ab
hören gewährleistet ist.
Um die Signallaufzeiten zu beeinflussen weist der Codegeber
30 vorteilhafterweise ein sogenanntes OFW-Element (Oberflä
chenwellen-Element) auf. Solche OFW-Elemente sind elektroaku
stische Bauelemente, in denen ein hochfrequentes elektrisches
Signal in eine mechanische Oberflächenwelle umgewandelt wird.
Diese mechanische Welle wird durch auf die Oberfläche aufge
brachte Strukturen beeinflußt und anschließend wieder in ein
elektrisches Signal zurückgewandelt. Diesem elektrischen Si
gnal sind dann die Modifikationen (Codierung) der Welle auf
geprägt.
Ein OFW-Element kann in ein Funksystem eingebunden werden,
indem das OFW-Element mit einer Antenne 31 verbunden wird.
Das OFW-Element kann nun von der Sende- und Empfangseinheit
20 nach dem Radarprinzip aus einiger Entfernung "ausgelesen"
werden. Zur Abfrage können gängige Radarverfahren wie z. B.
Impuls-Echo-Verfahren, Pulskompressionsverfahren, Stepped-
Frequency-Methoden oder FM-CW-Prinzipien verwendet werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das von
der Sende- und Empfangseinheit 20 gesendete Anforderungs
signal wird von einer Antenne 31 (AI) empfangen und mit einem
Interdigitalwandler 341 (IDW) in ein akustisches Signal ge
wandelt. Dieses akustische Signal breitet sich auf einem Sub
strat 35 (SUB) aus und wird an Strukturen oder Reflektoren
36, 37 (RF1 bis RFN, RS1 bis RSM) die sich verteilt auf dem
Substrat befinden, reflektiert und dadurch kodiert oder modu
liert.
Die reflektierten Signale werden von dem Interdigitalwandler
341 in ein elektrisches Sendesignal zurückgewandelt und als
Echosignal oder Codesignal über die Antenne 31 zurück zu der
Sende- und Empfangseinheit 20 gesendet.
Erfindungsgemäß soll der Codegeber 30 zumindest zwei Modula
toren oder Codierer aufweisen. Dementsprechend sich zusätz
lich zu festen Strukturen zum Modulieren auch noch variable
Strukturen auf dem Substrat vorhanden. Die variablen Struktu
ren werden durch einen Codegenerator 33 (oder mehrere Codege
neratoren CG1 bis CGN) derart beeinflußt, daß sich das Refle
xionsverhalten und damit die Modulation ändert.
In dem Ausführungsbeispiel befinden sich N feste Reflektoren
36 (RF1, RF2,. . .RFN) und M variable Reflektoren 37
(RS1,. . .RSM) auf dem Substrat 35. Letztere werden durch M Codege
neratoren 33 (CG1,. . .CGM), welche über eine Prozessor 38
(mPI) gesteuert werden, moduliert. Die Modulation wird z. B.
mit einem Schalter 32 (oder mehreren Schaltern S1 bis SM)
realisiert, der jeweils einen variablen Reflektor 37 wech
selnd zwischen zwei Reflexionszuständen hin und her schaltet.
Somit können zumindest zwei verschiedene logische Zustände
eingenommen werden.
Selbstverständlich können die Schalter 32 stufig geschaltet
werden, wodurch viele verschiedene logische Zustände einge
nommen werden, die sich dann nur durch ihre Amplitude unter
scheiden, wodurch quasi eine Amplitudenmodulation durchge
führt wird. Ebenso sind auch hier andere bekannte Modulati
onsschemata möglich, wie etwa eine Phasen- oder eine Fre
quenzmodulation.
Welche Reflektoren 36, 37 geschaltet werden und wie die Re
flektoren 36, 37 geschaltet werden, ist für jeden Codegeber
30 charakteristisch und stellt einen Teil des Codes des Code
gebers 30 dar, mit dem ein empfangenes Signal moduliert und
als Codesignal zurückgesendet wird.
Die Reflektoren 36, 37 sind dabei an für den Codegeber 30
charakteristischen Stellen angeordnet, so daß sich ein erster
Code ergibt, mit dem Signale moduliert werden. Ein zweiter
Code (und damit auch eine Modulation) ergibt sich durch das
variable Schalten der variablen Reflektoren 37 (RS1 bis RSM).
Durch die komplexe Reflexion und die Mischung von mehreren
unterschiedlich modulierten oder auch nicht modulierten Si
gnalen wird das Abhören durch einen Unbefugten deutlich er
schwert. Entscheidend ist jedoch, das es dem Unbefugten -
auch bei korrekter Detektion des Codes - im allgemeinen nicht
möglich sein wird, die korrekten Laufzeiten in einem simu
lierten Codegeber 30 nachzubilden. Dies ist deswegen kaum
praktikabel, da die Laufzeiten auf dem OFW-Element Mikrowel
len-Signallaufstrecken (Entfernungen) von einigen hundert Me
tern bis einigen Kilometern Länge entsprechen.
Derjenige, der unbefugt das Codesignal abhören und dekodieren
möchte, bliebe also nur die Möglichkeit, den gewünschten
Codegeber 30 nachzubauen, was jedoch kurzfristig nicht mög
lich ist und wozu zudem eine aufwendige und komplexe OFW-
Technologie erforderlich ist. Auch schon bei relativ geringen
Umfang des nicht variablen Codes auf dem OFW-Element, z. B. 10
Bit, wird es einem Unbefugten auch nicht möglich sein alle
Codemöglichkeiten in Form von vorgefertigten OFW-Elementen
vorzuhalten.
Der spezielle Codegeber 30 könnte daher so ausgeführt sein,
daß sich auf ihm ein fester Code mit z. B. 20 Bit befindet
(feste Reflektoren 36). Ein variabler Code von z. B. 128 Bit
ergibt sich dann durch die Modulation eines oder mehrerer va
riabler Reflektoren 37. Durch diese Modulation wird der Nach
teil der Codebegrenzung bei OFW-Codegebern aufgehoben.
Zur Modulation ist nur ein Steuerstrom für die Schalter 32
notwendig, der sehr stromsparend ausgeführt werden kann, z. B.
als FET-Transistor mit einem mittleren Stromverbrauch im µA-
Bereich. Eine Batterie im Codegeber 30 könnte also mehrere
Jahre oder Jahrzehnte die Schalter 32 betreiben und somit den
Codegeber 30 funktionstüchtig halten.
In der Fig. 3 ist ein Frequenzspektrum dargestellt, wie es
in der Sende- und Empfangseinheit 20 erhalten wird, wenn ein
Codegeber 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet
wird. Das Anforderungssignal wird gemäß einem FM-CW-Radar
verfahren breitbandig moduliert ausgesendet. Im Codegeber 30
wird das Anforderungssignal mit der Modulationsfrequenz fmod
frequenzmoduliert (Zweiseitenband-Modulation mit den Seiten
bändern 42 und 42'). Es kann auch eine Amplitudenmodulation
mit der Modulationsfrequenz fmod nach einer Bandpaßfilterung
um die Modulationsfrequenz fmod stattfinden.
In der Sende- und Empfangseinheit 20 wird dann das Frequenz
spektrum ausgewertet. Basisbandkomponenten 41 (in der Fig. 3
ganz links) werden bei der Auswertung nicht berücksichtigt.
Denn diese stammen von Reflexionen an sonstigen Objekten. Sie
werden nicht durch den Codegeber 30 moduliert und weisen eine
kleine Signallaufzeit auf.
In Fig. 3 rechts vom Basisband 41 liegen einzelne Frequenz
bänder (oder auch als Reflexionen bezeichnet), die durch Re
flexion an den unmodulierten Reflektoren 36 (RF1 bis RFN)
entstehen. Um die Modulationsfrequenz fmod sind die beiden
Seitenbänder mit den Frequenzbänder, die durch die modulier
ten Reflektoren 37 (RS1 bis RSM) verursacht werden.
Aus einer Messung der Frequenzdifferenz Δf oder der Phasen
differenz Δϕ zwischen Sendefrequenz und Empfangsfrequenz
kann eine Entfernung (Signallaufzeit) eines Objekts ermittelt
werden. Die empfangene Frequenz f oder Phase ϕ sind also pro
portional einer Signallaufzeit.
Die zu den Maxima der einzelnen Frequenzbänder zugehörigen
Frequenzen können gemessen werden. Diese Frequenzen entspre
chen den Signallaufzeiten, die ein Signal von der Sende- und
Empfangseinheit 20 kommend - inklusive Laufzeitverlängerung
durch das OFW-Element (infolge der Reflektoren 36, 37) - und
zurück zu der Sende- und Empfangseinheit 20 benötigt. Wenn
die ermittelten Frequenzen erwarteten Frequenzen entsprechen
und der vom Codegeber 30 kommende und demodulierte Code eben
falls korrekt ist, so wird der Zugang zu dem Objekt oder des
sen Benutzung freigegeben.
Eine sehr vorteilhafte Modulationsmöglichkeit besteht darin,
nicht einen Reflektor 36, 37 auf dem OFW-Element zu modulie
ren, sondern direkt einen Fußpunkt der Antenne, an die das
OFW-Element angekoppelt ist. Ein derartiges Ausführungsbei
spiel ist in Fig. 2 dargestellt.
In einem ersten Schaltzustand ist die Antenne 31 fehlangepaßt
und reflektiert das Signal der Sende- und Empfangseinheit 20
direkt. In einem zweiten Schaltzustand gelangt das empfangene
Signal über die angepaßte Antenne 31 zum OFW-Element mit sei
nen Reflektoren 36, 37 (RF1 bis RFN) und wird erst dort nach
einer Laufzeitverlängerung reflektiert.
Die Anpassung wird beispielsweise über ein Anpaßnetzwerk 342
(ANW) realisiert, das durch einen Schalter 32 (S) im Anpaß
verhalten geändert werden kann. Der Schalter 32 wird von ei
nem Code-Generator 33 (Codegeber) moduliert, der seinerseits
von einem Mikroprozessor 38 (mPI) gesteuert wird.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion tragen in der
Fig. 2 dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1.
Vorteilhaft ist bei diesem Ausführungsbeispiel, zum einen,
daß die Modulation am Antennen-Fußpunkt einfacher zu reali
sieren ist, zum anderen, daß die Amplitude bei einer Reflexi
on direkt an der Antenne deutlich größer als die von dem ver
lustbehafteten OFW-Element reflektierten Signale.
In der Fig. 4 ist ein Frequenzspektrum dargestellt, wie es
in der Sende- und Empfangseinheit 20 erhalten wird, wenn ein
Codegeber 30 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2)
verwendet wird. Das Anforderungssignal wird gemäß einem FM-
CW-Radarverfahren breitbandig moduliert ausgesendet. Im Code
geber 30 wird das Anforderungssignal einmal von der Antenne
31 reflektiert und ein andermal an den OFW-Reflektoren 36,
37, und dies je nach einem Algorithmus, in dem der Schalter
32 geschaltet wird.
In der Sende- und Empfangseinheit 20 wird dann das Frequenz
spektrum ausgewertet. Basisbandkomponenten 41 (in der Fig. 4
ganz links) werden bei der Auswertung abermals nicht berück
sichtigt. Denn diese stammen von Störreflexionen an sonstigen
Objekten. Sie sind nicht moduliert und weisen eine kleine Si
gnallaufzeit auf.
In Fig. 4 sind aufgrund eine Zweiseitenbandmodulation zwei
Seitenbänder 42 und 42' symmetrisch zur Modulationsfrequenz
fmod angeordnet. Die Reflexionen mit großen Amplituden sind
direkte Reflexionen an der Antenne 31. Die Reflexionen mit
kleineren Amplituden sind Reflexionen an den OFW-Reflektoren
36 (RF1 bis RFN).
Amplituden und Frequenzen (Laufzeiten) können dann in der
Sende- und Empfangseinheit 20 aufgewertet und mit erwarteten
Werten verglichen werden. Bei Übereinstimmung wird dann eine
Freigabe des Objekts erteilt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel könnte das Identifikati
onssystem auch derart betrieben werden, daß für eine geringe
re Sicherheitsstufe nur die direkten Reflexionen an der An
tenne ausgewertet werden. Das Identifikationssystem verfügt
hierbei über eine große Reichweite, da die Amplituden in die
sem Falle größer sind.
Bei sicherheitskritischen Vorgängen wird dann erfindungsgemäß
zusätzlich der OFW-Code überprüft werden, was jedoch zu ge
ringeren Reichweiten führt, da die Amplituden der an den OFW-
Reflektoren reflektierten Signale geringer sind.
Das Identifikationssystem kann beispielsweise bei einem
Kraftfahrzeug (Fig. 6) zum Entriegeln der Türen oder Lösen
der Wegfahrsperre eingesetzt werden. Falls sich Codegeber 30
einer Tür 11, 12, 13, 14 nähert, so kann die Innenbeleuchtung
nach Abfrage des modulierten Antennen-Signals eingeschaltet
werden. Es kann auch eine komplexere Abfrageelektronik akti
viert (nur bei große Entfernung und weniger sicherheitskriti
schen Aktionen) werden. Falls die Türen entriegelt werden
sollen, so wird zusätzlich noch der OFW-Code des Codegebers
30 abgefragt (kleine Entfernung, sicherheitskritisch). Wenn
der Code korrekt ist, so ist der Codegeber 30 berechtigt, die
Tür zu entriegeln.
Da die Reichweite des Identifikationssystems mit dem Signal
zu-Rauschverhältnis SNR gekoppelt ist und sich das SNR durch
eine längere Meßdauer oder durch Mitteln mehrere Messungen
verbessern läßt, könnte das Identifikationssystem auch so be
trieben werden, daß eine schnelle Voridentifikation nur an
hand des Antennenreflexes erfolgt, die sicherheits-relevante
Identifikation aber erst nach einer etwas längeren Zeit ba
sierend auf dem OFW-Code.
Durch die Modulation an der Antenne 31 kann zusätzlich ein
Antikollisionsverfahren mehrerer, dem Objekt zugeordneter
Codegeber 30 realisiert werden, da die Modulation an der An
tenne 31 bewirkt, daß auch alle Signale vom Codegeber 30 mo
duliert zurückreflektiert werden. Hierzu muß die Modulation
von unterschiedlichen Codegebern 30 so gewählt werden, daß
deren Modulationssignale nicht korreliert sind. Hierzu bieten
sich die bekannten Amplitude-, Phase- und Frequenzmodulati
onsschemata an, wie sie auch sonst bei Backscattersystemen
oder in der Kommunikation verwendet werden.
Eine einfache Möglichkeit besteht etwa darin die Anpassung
der Antenne 31 im Sinne einer Amplitudenmodulation mit einer
bestimmten festen, aber für jeden Codegeber 30 unterschiedli
chen Frequenz zu ändern.
Den Aufbau eines Identifikationssystems ist als Blockschalt
bild in der Fig. 5 dargestellt. Ausgeführt ist die Sende-
und Empfangseinheit 20 nach dem bekannten FM-CW-Radarprinzip.
Die Sende- und Empfangseinheit 20 besteht hierbei aus einem
frequenzverstimmbaren Oszillator 21 (VCO), einem HF-
Verstärker 22 (VB), einem Empfänger/Mischer-Baustein 23 (Trx-
Mix), einer Antenne 24 (AB), einem Filter 25 (FLT), einem
A/D-Wandler 26 (A/D-Wandler), einem Mikroprozessor 27 (mPB)
als Auswerteeinheit und einem D/A-Wandler 28 (D/A).
Der Mikroprozessor 27 wertet die gemessenen und A/D-
gewandelten Signale im Sinne einer Berechtigungsüberprüfung
mittels Laufzeitmessung/Frequenzmessung aus. Der Mikroprozes
sor 27 dient des weiteren dazu, den Oszillator 21 über den
D/A-Wandler 28 mit einem Signal v(t) zu steuern. Dadurch kann
das Anforderungssignal breitbandig moduliert ausgesendet wer
den und beim Empfang des Codesignals mit diesem gemischt wer
den. Breitbandig bedeutet dabei, daß eine Oszillatorfrequenz
innerhalb eines relativ großen Frequenzbandes beim Senden
oder Empfangen variiert und de- oder moduliert wird. Dies
steht im Gegensatz zur typischen Modulation, bei der bei ei
ner festen Trägerfrequenz moduliert und demoduliert wird.
Anstatt als FM-CW-Radarverfahren könnte die Sende- und Emp
fangseinheit 20 ebenso nach dem Pulsradar-Verfahren betrieben
werden. Der entsprechend zugehörigen Codegeber 30 sind in
Fig. 2 näher dargestellt.
Durch die unterschiedliche Modulation der Codegeber 30 können
sich gleichzeitig mehrere Codegeber 30 (ID-TAG 1, ID-Tag
2, . . . ID-TAG N) im Abfragegebiet befinden ohne daß eine Kolli
sion der verschiedenen Signale eine Überprüfung der Berechti
gung beeinträchtigt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn
das OFW-Element als OFW/Halbleiter-Hybridsystem gefertigt
ist. Somit kann die Modulationsschaltung und ggf. auch weite
re Halbleiter-Schaltungskomponenten mit auf dem OFW-Element
integriert werden. Solche OFW-Elemente sind in der nicht vor
veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 198 22 501 be
schrieben.
Das erfindungsgemäße Identifikationssystem wird vorteilhaf
terweise bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt (Fig. 6) und
auch beispielhaft für dieses näher erläutert. Es kann aber
auch bei anderen Objekten, wie Computer, Telefon, Internet,
Geldautomat, gebührenpflichtige Straßen, Verkehrsmittel
(Fahrkarte), Räume, Gebäude, u. ä. verwendet werden.
In der Fig. 6 sind mögliche Anbringungsorte der Sende- und
Empfangseinheit 20 bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug 10
angegeben. Vorzugsweise befinden sich Sende- und Empfangsein
heiten 20 in der Fahrertür 11 (z. B. mit zwei Sende- und Emp
fangseinheit 20, nämlich einem Außenraumsensor und einem In
nenraumsensor) und/oder der Beifahrertür 12. Falls Fondtüren
13, 14 vorhanden sind, so können dort ebenfalls jeweils zwei
Sende- und Empfangseinheiten 20 angeordnet sein. Eine Sende-
und Empfangseinheit 20 kann am Innenspiegel 17, eine in der
Hutablage 16 und eine am Heck in der Nähe des Kofferraums 15
angeordnet sein.
Die Sende- und Empfangseinheit 20 sendet auf Aufforderung
(beispielsweise Betätigen eines Schalters oder Türgriffs am
Kraftfahrzeug 10), ständig intermittierend oder bei Annähern
einer Person sein Anforderungssignal in eine Vorzugsrichtung
aus. Falls der Codegeber 30 das Anforderungssignal empfängt,
so sendet er ein Codesignal zurück. Durch die doppelte Modu
lation im Codegeber 30 ergibt sich ein Codesignal, das nur
schwer unbefugt abgehört und wiedergegeben werden kann.
Der Anbringungsort und die Anzahl der Sende- und Empfangsein
heiten 20 ergeben sich aus der Fahrzeuggeometrie und den ge
wünschten Anforderungen hinsichtlich Erfassungsbereich, in
dem sich der Codegeber 30 aufhalten sollte, und hinsichtlich
des Tragekomforts des Codegebers 30.
Das von der Sende- und Empfangseinheit 20 empfangene Codesi
gnal kann direkt in einer Auswerteeinheit (Mikroprozessor 27)
ausgewertet werden. Jede der verteilt angeordneten Sende- und
Empfangseinheiten 20 kann sein Codesignal darüber hinaus ei
nem Zentralrechner zuführen, der dann entsprechend die Be
rechtigung prüft. Außerdem kann er entscheiden kann, ob nur
Fahrertür 11, Beifahrertür 12, alle Türen 11-14 oder nur
der Kofferraum ent- oder verriegelt werden soll. Dies hängt
davon ab, zu welcher der an der Kraftfahrzeug-Karosserie ver
teilt angeordneten Sende- und Empfangseinheiten 20 die ge
ringste Entfernung (geringste Laufzeit) zum Codegeber 30 be
steht, d. h. aus welcher Richtung das Codesignal gekommen ist
oder von welcher Richtung sich der Benutzer seinem Fahrzeug
nähert.
Claims (7)
1. Identifikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit
- - einer stationär angeordneten Sende- und Empfangseinheit (20), die Sendesignale breitbandig moduliert aussendet und daraufhin Echosignale von einem mobilen Codegeber (30) und/oder infolge von Reflexionen an Objekten empfängt,
- - dem Codegeber (30), der zwei verschiedene Modulatoren auf weist, die das empfangene Sendesignal auf zwei verschiedene Arten moduliert, wodurch ein Codesignal entsteht, das zu rück zur Sende- und Empfangseinheit 20 gesendet wird, und
- - einer Auswerteeinheit, welche das Codesignal hinsichtlich Berechtigung des Codegebers (30) auswertet.
2. Identifikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Modulatoren durch ein Oberflächenwellen-
Filter (35, 36, 37) realisiert sind, die das Sendesignal mit
tels Signallaufzeiten modulieren.
3. Identifikationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Oberflächenwellen-Filter (35, 36, 37) meh
rere verteilt auf einem Substrat (35) angeordnete Reflektoren
(36, 37) aufweist, wovon ein Teil fest und der andere Teil
variable zu- und abschaltbar sind.
4. Identifikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zumindest eine Sende- und Empfangseinheit (20)
in einem im Kraftfahrzeug (10) angeordnet ist, die ein Sende
signal aussendet und danach auf den Empfang eines Codesignals
wartet.
5. Verfahren zum Betreiben eines Identifikationssystems, ins
besondere für ein Kraftfahrzeug (10), das folgende Verfah
rensschritte aufweist:
- - Aussenden von breitbandig modulierten Sendesignalen durch eine Sende- und Empfangseinheit (20) im Kraftfahrzeug (10),
- - Modulieren der von einem tragbaren Codegeber (30) empfange nen Sendesignalen mit zwei unterschiedlichen Modulations verfahren, um ein Codesignal zu erzeugen, das zurück zu der Sende- und Empfangseinheit (20) gesendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sendesignale in dem Codegeber (30) bezüglich Signallaufzeiten
oder Amplitude moduliert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sendesignal als breitbandig moduliertes Anforderungssignal
oder Radarsignal mit Frequenzen (f) größer als 100 MHz ausge
sendet wird.
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