EP1875269A1 - Verfahren und system zur bidirektionalen datenübertragung und entfernungsbestimmung - Google Patents

Verfahren und system zur bidirektionalen datenübertragung und entfernungsbestimmung

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Publication number
EP1875269A1
EP1875269A1 EP06708384A EP06708384A EP1875269A1 EP 1875269 A1 EP1875269 A1 EP 1875269A1 EP 06708384 A EP06708384 A EP 06708384A EP 06708384 A EP06708384 A EP 06708384A EP 1875269 A1 EP1875269 A1 EP 1875269A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
communication unit
data stream
data
transmission
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06708384A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Seidel
Sven Czarnecki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1875269A1 publication Critical patent/EP1875269A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
    • G01S13/765—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted with exchange of information between interrogator and responder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R25/00—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles
    • B60R25/20—Means to switch the anti-theft system on or off
    • B60R25/24—Means to switch the anti-theft system on or off using electronic identifiers containing a code not memorised by the user
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors

Definitions

  • the invention relates to a method for bidirectional data transmission and distance determination between a first communication unit and at least one second communication unit according to the preamble of claim 1, a corresponding system for bidirectional data transmission and distance determination according to the preamble of claim 9 and an authorization control device, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 11.
  • Methods for bidirectional data transmission and distance determination between a first communication unit and at least one second communication unit are known. Such methods and the systems based thereon are used in particular in connection with authorization control devices of motor vehicles.
  • the first communication unit is usually a sensor unit integrated in the motor vehicle
  • the second communication unit is an electronic key, a so-called transponder unit.
  • Methods and systems according to the prior art have basically proven themselves in practice. However, deficits in the categorization of communication units have also been shown, which is important in the case where an identical or similar system is within reach. Although a malfunction can be prevented by known measures, unnecessary radio communication and consequent loss of time result.
  • the treatment of several second communication units all of which are considered valid with respect to the first communication unit and within range of the first communication unit, are insufficiently considered.
  • the invention proposes that the second data stream is sent delayed by a predetermined time interval.
  • the delay of the second data stream is to be understood in particular as follows:
  • the data stream is composed of several pulses. In this case, a plurality of similar pulses are often sent for each individual datum of the data stream, for example, a pulse is sent two hundred times for the transmission of the date "1", indicating the date "1".
  • the delay of the second data stream means that the individual pulses of the second data stream are delayed.
  • the effect of this delay is to be shown by means of a typical communication sequence:
  • the first communication unit sends out a first data stream. For example, these are data that ask recipients within range to respond.
  • This first data stream may in particular contain an identifier which indicates which possible recipients should respond.
  • the first data stream is now received by a second communication unit in range and can be received by it in an evaluation unit. te worn evaluated.
  • the task of the second communication unit to send out a second data stream, which in turn is then to be received by the first communication unit.
  • subsequent pulses emitted by the first communication unit do not exclusively reach the second communication unit, but that they can also be returned to the first communication unit by reflections in the environment and can be received there.
  • a mixing of said pulses with the pulses of the second data stream may occur. Due to the design-specific transmission range of the first communication unit can be determined in advance, after which time it can be assumed that the reflections of a pulse emitted by the first communication unit pulse have decayed.
  • the time interval by which the transmission of the second data stream is delayed, more precisely by which the individual pulses of the second data stream are delayed, is chosen to be correspondingly large, so that the second data stream is received by the first communication unit without being overlaid by subsequent pulses from the first communication unit.
  • the transmission of the second data stream can cause such reflections, which get back to the second communication unit.
  • the shutdown takes place in particular individually for each transmitted pulse of the second data stream This can be realized in various ways, in particular by switching off the evaluation or the receiving device or by a signal blocking element (for example - A -
  • the first communication unit transmits an unmodulated signal at least for a specific period of time after the transmission of the first data stream.
  • the clock signal pulse repetition sequence, PRF
  • the unmodulated signal is used to synchronize the second data stream. If the unmodulated signal is received by the second communication unit, the clock signal of the first communication unit is now also available in the second communication unit. By suitable processing within the second communication unit, the second data stream can now be synchronized with respect to the clock signal of the first communication unit. This means, in particular, that a pulse of the clock signal, after the corresponding delay, is used to transmit a pulse of the second data stream.
  • the first communication unit only evaluates pulses of a received data stream if at least the time interval has elapsed since the transmission of the corresponding pulse transmitted by the transmitting device.
  • the first communication unit is at least approximately known, in particular precisely known, the time interval predetermined in the second communication unit. If the first communication unit receives a pulse of a data stream before the expiration of this time interval, this directly permits the conclusion that it is not an answer of the desired second communication unit and an evaluation of the pulse of the data stream is not required. If the accuracy of the time interval and the response time of the second communication unit can be determined at least approximately, then it can also be provided that a pulse which after expiration the time interval plus an expected response time interval arrives, is also not evaluated. This further reduces the expense of evaluating irrelevant data streams.
  • a time window is shifted in the time domain within which the pulses of the second data stream can be received. If the second communication unit is relatively close to the first communication unit, the second data stream arrives earlier in the first communication unit than if the second communication unit is further away. Since the delay within the second communication unit is known, for example, by a specific positioning of the time window, second data streams can be received from a specific distance (relative to the first communication unit).
  • the distance between the first and second communication unit is determined on receipt of the second data stream from the position of the time window in the time domain.
  • the time window in which reception is possible is placed at different positions in the time domain. If the distance of the second communication unit from the first communication unit is unknown, a conclusion about the distance of the second communication unit can be drawn from the reception of a pulse of the second data stream within a selected time window. It is approximately true that the time that has elapsed since the transmission of a pulse from the first communication unit to the receipt of a pulse of the second data stream, the time interval for the delay in the second communication unit plus the double transit time due to the simple distance between the first and second Communication unit corresponds. Since the delay in the second communication unit is known, the duration of the pulses can be determine the transmitted data streams and thus the distance between the communication units.
  • the invention further relates to a system for bidirectional data transmission and distance determination, comprising a first communication unit having a first transmitting device and a first receiving device, comprising a second communication unit having a second transmitting device and a second receiving device, wherein the second communication unit is sending a second data stream in response has delay means delaying a first data stream by a certain time interval.
  • the first communication unit has a further, second delay device for shifting a time window in the time domain, within which the second data stream can be received. These are, in particular, the individual pulses of the second data stream for the reception of which the time window is available.
  • an authorization control device in particular for a motor vehicle, which has a system with one or more of the aforementioned features or has implemented a previously described method.
  • FIG. 1 shows a method for bidirectional data transmission and distance determination between two communication units on the basis of an authorization control device, in particular for a motor vehicle.
  • the figure shows a schematic representation of an authorization control device 1, in particular for a motor vehicle, comprising a first communication unit 10, here a sensor unit 12, and a second communication unit 14, here a transponder unit 16.
  • the sensor unit 12 is in a not-shown Motor vehicle and the transponder unit 16 in a - not shown- integrated key.
  • the components of the first and second communication units 10, 14 will be described in the course of the following explanations of the method according to the invention. ben. The following is a typical sequence of a communication between the communication units 10, 14.
  • a first local oscillator 18 leads via a first splitter 20 a carrier frequency (for example at 24 GHz) to a first high-frequency switch 22 and to a first mixer 24.
  • a pulse-frequency oscillator 26 generates a pulse repetition sequence with a pulse repetition frequency (PRF) and forwards it among other things to a first modulator 28.
  • Data is also passed to the modulator 28 from a first encoder 30, which codes data from a first data processing device 32.
  • the data supplied from the data processing device 32 contain identification data and user data.
  • the coded data is now linked to the pulse repetition sequence, so that the first high-frequency switch 22 is supplied with suitable drive pulses.
  • the carrier frequency conducted by the oscillator 18 to the high-frequency switch 22 is now pulsed, so that a modulated first data stream 36 is transmitted via the first transmitting device 34.
  • the first data stream 36 is received by the transponder unit 16 by means of a first receiving device 38 and forwarded to a second mixer 40.
  • the first data stream 36 is linked to the signal of a second local oscillator 42 whose signal is fed via a second splitter 44 both to the second mixer 40 and to a second high-frequency switch 46.
  • first and second oscillators 18, 42 are irrelevant for the signal processing, since this is essentially an amplitude modulation with an envelope detector and threshold switch.
  • the one linked in the second mixer 40 first data stream 36 passes via a first signal conditioner 48 to a first AND gate 49, whose function will be explained later.
  • the first data stream 36 is then fed via a first demodulator 50 to a first decoder 52 and decoded there. If now the first data stream 36 is not recognized as valid for the transponder unit 16, no further processing takes place. If the first data stream was recognized as valid, response data is now generated by a second data processing device 54 and passed to a second modulator 58 via a second encoder 56.
  • the sensor unit 12 After the sensor unit 12 has sent the first data stream, it now starts to send unmodulated data, that is to say pulses of the pulse repetition sequence, which are to be referred to below as synchronization data.
  • the synchronization data reach the first AND gate 49 and from there to a second AND gate 60. While the AND gate 60 has hitherto been locked, the first decoder 52 opens when the first data stream 36 is valid via the first pulse shaper 62 now the AND gate 60, so that the synchronization data arrive at a first delay means 64, which delays the synchronization data by a predetermined time interval .DELTA.T.
  • This time interval .DELTA.T is chosen so that all reflections that may have occurred during the transmission of a pulse of the synchronization data (pulse of the clock signal), have decayed. If the time interval .DELTA.T has elapsed, the synchronization data arrive at the second modulator 58, so that now the response data reach the second high-frequency switch 46 and are sent via a second transmission device 66 as a second data stream 68. The receipt of a pulse of the synchronization data, the deceleration of this pulse by the time interval .DELTA.T to allow any reflections to decay, the forwarding of the pulse to the second modulator 58 and the transmission of a pulse of the second data stream 68 thus takes place individually for each pulse.
  • the first AND gate 49 is blocked by means of a branched signal via a second pulse shaper 70.
  • a processing of the own, just sent second data stream 68 is thus ef- prevented effectively.
  • the second data stream 68 passes via the second receiving device 69 into the sensor unit 12 and there via the first mixer 24 and a second signal conditioner 72 to a third AND gate 74, which here has the function of a correlation stage 75.
  • the delay caused by the second delay 76 is varied during reception between a minimum and a maximum delay value.
  • the minimum delay value is based on the time interval ⁇ T and the maximum delay value on the time interval ⁇ T plus a maximum signal propagation time to be expected. Due to the correlation stage 75, a pulse from the second data stream 68 is forwarded only if it essentially coincides with the delayed pulse repetition sequence. That is, only when the delay value mimicked by the second delay 76 coincides with the delay actually occurring in the communication, the pulses are forwarded.
  • the delay value of the second delay device 76 is varied so long, in particular in the form of a linear increase or decrease, until pulses of a repeated by the pulse repetition sequence date at the output of the correlation stage 75 are detected above a certain threshold. If the detection has taken place, then a signal arrives at the distance determination device 80, which then determines the distance between the first and second communication unit 10, 14 from the knowledge of the currently set delay value. In this case, the delay time is then substantially equal to the sum of the signal propagation times over the distance, the group delay in the transponder unit 16 and the time interval ⁇ T.
  • the second data stream 68 arrives via a second demodulator 82 and a second decoder 84 first data processing device 32, where it is evaluated -if assessed validity.
  • One of the advantages of the invention is that the correlation of received pulses and time-delayed pulses (from the pulse-frequency oscillator 26), in addition to a correlation with received payload data, permits an association, in particular with regard to distance and identity, and a categorization of a plurality of transponder units 16. In this case, only those transponder units 16 respond that recognize a request from the sensor unit 12 as valid for them. Further, reflections in a distance determination with a secondary pulse radar are suppressed by using a delayed response pulse. In this case, different time intervals ⁇ T can be used for different transponder units 16, so that an almost simultaneous communication and distance determination with several transponder units 16 is possible in the time-division multiplex method.

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Abstract

Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit (10) und mindestens einer zweiten Kommunikationseinheit (14), wobei die erste Kommunikationseinheit (10) mindestens einen ersten Datenstrom (36) sendet, die zweite Kommunikationseinheit (14) den ersten Datenstrom (36) empfängt, auswertet und in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung gegebenenfalls mindestens einen zweiten Datenstrom (68) sendet, wobei der zweite Datenstrom (68) um ein vorgegebenes Zeitintervall (ΔT) verzögert gesendet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes System sowie eine Berechtigungskontrollvorrichtung (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Description

Verfahren und System zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bidirektionalen Datenübertra- gung und Entfernungsbestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit und mindestens einer zweiten Kommunikationseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein entsprechendes System zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und eine Berechti- gungskontrollvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Stand der Technik
Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit und mindestens einer zweiten Kommunikationseinheit sind bekannt. Solche Verfahren und die darauf basierenden Systeme werden insbesondere im Zusammenhang mit Berechtigungskontrollvorrichtungen von Kraft- fahrzeugen eingesetzt. Hier ist die erste Kommunikationseinheit in der Regel eine im Kraftfahrzeug integrierte Sensoreinheit, und die zweite Kommunikationseinheit ist ein elektronischer Schlüssel, eine so genannte Transpondereinheit. Dabei sind besonders solche Verfahren und Systeme von Interesse, die eine gesonderte Bedienung des Schlüssels nicht mehr erfordern und die Erkennung durch eine selbständig ablaufende Funkkommunikation durchgeführt wird. Verfahren und Systeme gemäß dem Stand der Technik haben sich grundsätzlich in der Praxis bewährt. Es haben sich aber unter anderem Defizite in der Kategorisierung von Kommunikationseinheiten gezeigt, die in dem Fall wichtig ist, wenn sich ein baugleiches oder ähnliches System in Reichweite befindet. Durch bekannte Maßnahmen kann zwar eine Fehlfunktion verhindert werden, doch entsteht ein unnötiger Funkverkehr und ein daraus folgender Zeitverlust. Außerdem ist die Behandlung von mehreren zweiten Kommunikations- einheiten, die alle in Bezug auf die erste Kommunikationseinheit als gültig anzusehen und in Reichweite der ersten Kommunikationseinheit sind, unzureichend berücksichtigt.
Vorteile der Erfindung
Bei einem Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit und mindestens einer zweiten Kommunikationseinheit, wobei die ers- te Kommunikationseinheit mindestens einen ersten Datenstrom sendet, die zweite Kommunikationseinheit den ersten Datenstrom empfängt, auswertet und in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung gegebenenfalls mindestens einen zweiten Datenstrom sendet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der zweite Datenstrom um ein vorgegebenes Zeitintervall verzögert gesendet wird. Die Verzögerung des zweiten Datenstroms ist dabei insbesondere wie folgt zu verstehen: Der Datenstrom setzt sich aus mehreren Pulsen zusammen. Dabei werden oftmals für jedes einzelne Datum des Datenstroms mehrere gleichartige Pulse gesendet, beispielsweise wird zur Übermittlung des Datums „1" zweihundertmal ein Puls gesendet, der das Datum „1" anzeigt. Dieses Vorgehen wird Pulswiederholung genannt, wobei die Wiederholung mittels einer auf einer Pulswiederholfrequenz (pulse repetition frequency, PRF) beruhenden Pulswiederholfolge bewirkt wird. Die Verzögerung des zweiten Datenstroms be- deutet dabei, dass die einzelnen Pulse des zweiten Datenstroms verzögert werden. Der Effekt dieser Verzögerung soll anhand eines typischen Kommunikationsablaufs gezeigt werden: Die erste Kommunikationseinheit sendet einen ersten Datenstrom aus. Dabei handelt es sich beispielsweise um Daten, mit denen in Reichweite be- findliche Empfänger aufgefordert werden zu antworten. Dieser erste Datenstrom kann dabei insbesondere eine Kennung enthalten, die anzeigt, welche möglichen Empfänger antworten sollen. Der erste Datenstrom wird nun von einer in Reichweite befindlichen zweiten Kommunikationseinheit empfangen und von dieser in einer Auswer- teeinrichtung ausgewertet. Wird dabei festgestellt, dass der erste Datenstrom für diese zweite Kommunikationseinheit gültig ist, so ist es nun Aufgabe der zweiten Kommunikationseinheit einen zweiten Datenstrom auszusenden, der dann wiederum von der ersten Kom- munikationseinheit empfangen werden soll. Nun ist aber zu beachten, dass nachfolgende, von der ersten Kommunikationseinheit ausgesendete Pulse nicht ausschließlich die zweite Kommunikationseinheit erreichen, sondern dass diese durch Reflektionen in der Umgebung auch wieder zur ersten Kommunikationseinheit gelangen und dort empfangen werden können. So kann eine Vermischung der genannten Pulse mit den Pulsen des zweiten Datenstroms auftreten. Aufgrund der designspezifischen Sendereichweite der ersten Kommunikationseinheit kann im Vorfeld ermittelt werden, nach welcher Zeit davon ausgegangen werden kann, dass die Reflektionen eines von der ersten Kommunikationseinheit ausgesendeten Pulses abgeklungen sind. Das Zeitintervall, um das das Aussenden des zweiten Datenstroms verzögert wird, genauer gesagt, um das die einzelnen Pulse des zweiten Datenstroms verzögert werden, ist dabei entsprechend groß gewählt, so dass der zweite Datenstrom von der ersten Kommunikationseinheit empfangen wird ohne eine Überlagerung durch nachfolgende Pulse von der ersten Kommunikationseinheit.
Vorteilhafterweise werden während des Sendens und/oder eine kurze Zeit nach dem Senden eines Pulses des zweiten Datenstroms von der zweiten Kommunikationseinheit empfangene Daten nicht ausgewertet. Auch das Aussenden des zweiten Datenstroms kann solche Reflektionen hervorrufen, die wieder zur zweiten Kommunikationseinheit zurückgelangen. Damit keine überflüssige Auswertung eines solchen reflektierten Signals durchgeführt wird, wird sie ent- sprechend unterbunden. Die Abschaltung findet dabei insbesondere individuell für jeden gesendeten Puls des zweiten Datenstroms statt Dies kann auf verschiedene Arten realisiert werden, insbesondere durch ein Abschalten der Auswerteeinrichtung oder der Empfangseinrichtung oder durch eine Signalsperrelement (zum Beispiel ein - A -
UND-Gatter). Es sei darauf hingewiesen, dass dieses Prinzip auch für die erste Kommunikationseinheit angewendet werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die erste Kommunikationseinheit nach dem Senden des ersten Datenstroms zumindest für eine bestimmte Zeitdauer ein unmoduliertes Signal aussendet. Damit wird das von der ersten Kommunikationseinheit verwendete Taktsignal (Pulswiederholfolge, PRF) angezeigt.
Mit Vorteil dient das unmodulierte Signal der Synchronisation des zweiten Datenstroms. Wird das unmodulierte Signal von der zweiten Kommunikationseinheit empfangen, so steht nun das Taktsignal der ersten Kommunikationseinheit auch in der zweiten Kommunikationseinheit zur Verfügung. Durch eine geeignete Verarbeitung innerhalb der zweiten Kommunikationseinheit kann nun der zweite Datenstrom bezüglich des Taktsignals der ersten Kommunikationseinheit synchronisiert werden. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Puls des Taktsignals -nach der entsprechenden Verzögerung- verwendet wird, um einen Puls des zweiten Datenstroms auszusenden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wertet die erste Kommunikationseinheit Pulse eines empfangenen Datenstroms nur aus, wenn seit dem Senden des entsprechenden von der Sendeeinrichtung gesendeten Pulses mindestens das Zeitintervall vergangen ist. Dabei ist der ersten Kommunikationseinheit das in der zweiten Kommunikationseinheit vorgegebene Zeitintervall mindestens ungefähr bekannt, insbesondere genau bekannt. Empfängt die erste Kommunikationseinheit einen Puls eines Datenstroms vor Ablauf dieses Zeitintervalls, so erlaubt dies unmittelbar den Schluss, dass es sich nicht um eine Antwort der gewünschten zweiten Kommunikationseinheit handelt und eine Auswertung des Pulses des Datenstroms nicht erforderlich ist. Lässt sich die Genauigkeit des Zeitintervalls und die Antwortdauer der zweiten Kommunikationseinheit zumindest ungefähr bestimmen, so kann auch vorgesehen sein, dass ein Puls, der nach Ablauf des Zeitintervalls plus eines erwarteten Antwortzeitintervalls eintrifft, auch nicht ausgewertet wird. Dadurch wird der Aufwand für die Auswertung irrelevanter Datenströme weiter verringert.
Vorteilhafterweise wird in der ersten Kommunikationseinheit ein Zeitfenster im Zeitbereich verschoben, innerhalb dessen die Pulse des zweiten Datenstroms empfangen werden kann. Befindet sich die zweite Kommunikationseinheit relativ nahe an der ersten Kommunikationseinheit, so trifft der zweite Datenstrom früher bei der ersten Kommunikationseinheit ein, als wenn die zweite Kommunikationseinheit weiter entfernt ist. Da die Verzögerung innerhalb der zweiten Kommunikationseinheit bekannt ist, können beispielsweise durch eine bestimmte Positionierung des Zeitfensters zweite Datenströme aus einer bestimmten Entfernung (relativ zur ersten Kommunikati- onseinheit) empfangen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei Empfang des zweiten Datenstroms aus der Position des Zeitfensters im Zeitbereich die Entfernung zwischen erster und zweiter Kommunikati- onseinheit ermittelt. Dazu wird das Zeitfenster, in welchem ein Empfang möglich ist, an verschiedenen Positionen im Zeitbereich platziert. Ist die Entfernung der zweiten Kommunikationseinheit von der ersten Kommunikationseinheit unbekannt, so kann aus dem Empfang eines Pulses des zweiten Datenstroms innerhalb eines ausge- wählten Zeitfensters ein Rückschluss auf die Entfernung der zweiten Kommunikationseinheit gezogen werden. Dabei gilt ungefähr, dass die Zeitdauer, die seit dem Senden eines Pulses von der ersten Kommunikationseinheit bis zum Empfang eines Pulses des zweiten Datenstroms vergangen ist, dem Zeitintervall für die Verzögerung in der zweiten Kommunikationseinheit plus der doppelten Laufzeit aufgrund der einfachen Entfernung zwischen erster und zweiter Kommunikationseinheit entspricht. Da die Verzögerung in der zweiten Kommunikationseinheit bekannt ist, lässt sich die Laufzeit der Pulse der gesendeten Datenströme und damit die Entfernung zwischen den Kommunikationseinheiten bestimmen.
Es ist vorteilhaft, wenn für mehrere zweite Kommunikationseinheiten jeweils untereinander verschiedene Zeitintervalle vorgegeben werden. Dies führt dazu, dass mehrere zweite Kommunikationseinheiten zu unterschiedlichen Zeiten antworten und sich daher keine Überlagerung der zweiten Datenströme ergibt. Sind die Zeitintervalle der jeweiligen zweiten Kommunikationseinheiten der ersten Kommunika- tionseinheit bekannt, so kann die erste Kommunikationseinheit jeweils gezielt für eine bestimmte Zeitdauer empfangen. Im Zusammenspiel mit der zuvor beschriebenen Entfernungsbestimmung, ist es damit möglich für mehrere zweite Kommunikationseinheiten jeweils individuell den zweiten Datenstrom auszuwerten und deren Entfernung zu bestimmen. Da die Pulse mehrerer zweiter Datenströme individuell unterschiedlich verzögert werden, können demnach mehrere zweite Datenströme quasi parallel (zeitmultiplex) empfangen werden. Schließlich können durch ein gezieltes Auswerten eines empfangenen Datenstroms zu bestimmten Zeiten die Auswer- tung von Reflektionen und Antworten von anderen, aber nicht gültigen zweiten Kommunikationseinheiten unterdrückt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung, aufweisend eine erste Kommunikationseinheit mit einer ersten Sendeeinrichtung und einer ersten Empfangseinrichtung, aufweisend eine zweite Kommunikationseinheit mit einer zweiten Sendeeinrichtung und einer zweiten Empfangseinrichtung, wobei die zweite Kommunikationseinheit eine ein Senden eines zweiten Datenstroms als Antwort auf einen ersten Datenstrom um ein bestimmtes Zeitintervall verzögernde Verzögerungseinrichtung aufweist. Wie bereits zuvor ausgeführt, werden dabei insbesondere die einzelnen Pulse des zweiten Datenstroms verzögert. Vorteilhafterweise weist die erste Kommunikationseinheit eine weitere, zweite Verzögerungseinrichtung auf für das Verschieben eines Zeitfensters im Zeitbereich, innerhalb dessen der zweite Datenstrom empfangen werden kann. Dabei handelt es sich insbesondere um die einzelnen Pulse des zweiten Datenstroms, für deren Empfang das Zeitfenster bereit steht.
Schließlich wird auch eine Berechtigungskontrollvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, offenbart, die ein System mit einem oder mehreren der zuvor genannten Merkmale aufweist oder ein zuvor beschriebenes Verfahren implementiert hat.
Zeichnung
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die
Figur ein Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung zwischen zwei Kommunikations- einheiten anhand einer Berechtigungskontrollvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Berechtigungskontrollvorrichtung 1 , hier insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine erste Kommunikationseinheit 10, hier eine Sensoreinheit 12, und eine zweite Kommunikationseinheit 14, hier eine Transpondereinheit 16. Die Sensoreinheit 12 ist in einem -nicht dar- gestellten- Kraftfahrzeug und die Transpondereinheit 16 in einem - nicht dargestellten- Schlüssel integriert. Die Bestandteile der ersten und zweiten Kommunikationseinheit 10,14 werden im Laufe der folgenden Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrie- ben. Es wird im Folgenden nun ein typischer Ablauf einer Kommunikation zwischen den Kommunikationseinheiten 10,14 dargestellt.
Ein erster lokaler Oszillator 18 leitet über einen ersten Splitter 20 ei- ne Trägerfrequenz (zum Beispiel bei 24 GHz) an einen ersten Hochfrequenzschalter 22 und an einen ersten Mischer 24. Ein Pulsfrequenzoszillator 26 erzeugt eine Pulswiederholfolge mit einer Pulswiederholfrequenz (pulse repetition frequency, PRF) und leitet diese unter anderem an einen ersten Modulator 28. An den Modulator 28 werden ferner Daten aus einem ersten Encoder 30 geleitet, der Daten aus einer ersten Datenverarbeitungseinrichtung 32 kodiert. Die aus der Datenverarbeitungseinrichtung 32 gelieferten Daten enthalten hier Identifikationsdaten und Nutzdaten. Im Modulator 28 werden nun die kodierten Daten mit der Pulswiederholfolge verknüpft, so dass der erste Hochfrequenzschalter 22 mit geeigneten Ansteuerimpulsen beaufschlagt wird. Entsprechend wird die vom Oszillator 18 zum Hochfrequenzschalter 22 geleitete Trägerfrequenz nun gepulst, so dass über die erste Sendeeinrichtung 34 ein modulierter erster Datenstrom 36 gesendet wird. Der erste Datenstrom 36 wird von der Transpondereinheit 16 mittels einer ersten Empfangseinrichtung 38 empfangen und an einen zweiten Mischer 40 weitergeleitet. Hier wird der erste Datenstrom 36 mit dem Signal eines zweiten lokalen Oszillators 42 verknüpft, dessen Signal über einen zweiten Splitter 44 sowohl zu dem zweiten Mischer 40 als auch zu einem zweiten Hoch- frequenzschalter 46 geführt wird. (Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass ein gewisser Frequenzversatz zwischen erstem und zweitem Oszillator 18,42 für die Signalaufbereitung irrelevant ist, da es sich hier im Wesentlichen um eine Amplitudenmodulation mit einem Hüllkurvendetektor und Schwellwertschalter handelt.) Der im zweiten Mischer 40 verknüpfte erste Datenstrom 36 gelangt über einen ersten Signalaufbereiter 48 zu einem ersten UND-Gatter 49, dessen Funktion später noch erläutert wird. Der erste Datenstrom 36 wird dann über einen ersten Demodulator 50 zu einem ersten Decoder 52 geführt und dort dekodiert. Falls nun der erste Datenstrom 36 als für die Transpondereinheit 16 nicht gültig erkannt wird, findet keine weitere Verarbeitung statt. Wurde der erste Datenstrom als gültig erkannt, so werden nun von einer zweiten Datenverarbeitungseinrichtung 54 Antwortdaten generiert und über einen zweiten Encoder 56 an einen zweiten Modulator 58 geleitet.
Nachdem die Sensoreinheit 12 den ersten Datenstrom gesendet hat, beginnt sie nunmehr unmodulierte Daten, also Pulse der Pulswiederholfolge, zu senden, die nachfolgend als Synchronisationsdaten be- zeichnet werden sollen. Die Synchronisationsdaten gelangen wie auch der erste Datenstrom 36 zu dem ersten UND-Gatter 49 und von dort zu einem zweiten UND-Gatter 60. Während das UND-Gatter 60 bislang gesperrt war, öffnet der erste Decoder 52 bei einem als gültig erkannten ersten Datenstrom 36 über den ersten Pulsformer 62 nun das UND-Gatter 60, so dass die Synchronisationsdaten zu einer ersten Verzögerungseinrichtung 64 gelangen, die die Synchronisationsdaten um ein vorgegebenes Zeitintervall ΔT verzögert. Dieses Zeitintervall ΔT ist dabei so gewählt, dass alle Reflektionen, die beim Senden eines Pulses der Synchronisationsdaten (Puls des Taktsignals) aufgetreten sein können, abgeklungen sind. Ist das Zeitintervall ΔT verstrichen, gelangen die Synchronisationsdaten zum zweiten Modulator 58, so dass nun die Antwortdaten an den zweiten Hochfrequenzschalter 46 gelangen und über eine zweite Sendeeinrichtung 66 als zweiter Datenstrom 68 gesendet werden. Das Empfangen ei- nes Pulses der Synchronisationsdaten, das Verzögern dieses Pulses um das Zeitintervall ΔT um etwaige Reflektionen abklingen zu lassen, das Weiterleiten des Pulses an den zweiten Modulator 58 und das Aussenden eines Pulses des zweiten Datenstroms 68 geschieht also individuell für jeden Puls. Zur gleichen Zeit wird mittels eines abgezweigten Signals über einen zweiten Pulsformer 70 das erste UND-Gatter 49 gesperrt. Dies bewirkt, dass, falls nun Daten an der ersten Empfangseinrichtung 38 empfangen werden, diese nicht an den ersten Decoder 52 weitergeleitet werden. Eine Verarbeitung des eigenen, gerade gesendeten zweiten Datenstroms 68 wird damit ef- fektiv verhindert. Der zweite Datenstrom 68 gelangt über die zweite Empfangseinrichtung 69 in die Sensoreinheit 12 und dort über den ersten Mischer 24 und einen zweiten Signalaufbereiter 72 zu einem dritten UND-Gatter 74, welches hier die Funktion einer Korrelations- stufe 75 hat. An der Korrelationsstufe 75 trifft zudem -über einen dritten Pulsformer 78- die Pulswiederholfolge vom Pulsfrequenzoszillator 26 ein, die beim Senden des ersten Datenstroms 36 verwendet wurde und über eine zweite Verzögerungseinrichtung 76 im Zeitbereich verzögert wurde. Die von der zweiten Verzögerungseinrichtung 76 bewirkte Verzögerung wird während des Empfangs zwischen einem minimalen und einem maximalen Verzögerungswert variiert. Dabei orientiert sich der minimale Verzögerungswert an dem Zeitintervall ΔT und der maximale Verzögerungswert an dem Zeitintervall ΔT plus einer maximal zu erwartenden Signallaufzeit. Aufgrund der Korrelationsstufe 75 wird ein Puls aus dem zweiten Datenstrom 68 nur dann weitergeleitet, wenn er im Wesentlichen mit der verzögerten Pulswiederholfolge zusammenfällt. Das heißt, nur wenn der mittels der zweiten Verzögerungseinrichtung 76 nachgebildete Verzögerungswert mit der tatsächlich bei der Kommunikation auftretenden Verzögerung übereinstimmt, werden die Pulse weitergeleitet. Demnach wird der Verzögerungswert der zweiten Verzögerungseinrichtung 76 solange variiert, insbesondere in Form eines linearen Anstiegs oder Abfalls, bis Pulse eines mittels der Pulswiederholfolge wiederholten Datums am Ausgang der Korrelationsstufe 75 oberhalb eines bestimmten Schwellwerts detektiert werden. Ist die Detektion erfolgt, so gelangt ein Signal an die Entfernungsbestimmungseinrichtung 80, welche dann aus der Kenntnis des gerade eingestellten Verzögerungswerts die Entfernung zwischen erster und zweiter Kommunikationseinheit 10,14 ermittelt. Dabei ist die Verzögerungs- zeit dann im Wesentlichen gleich der Summe der Signallaufzeiten über die Entfernung, der Gruppenlaufzeit in der Transpondereinheit 16 und dem Zeitintervall ΔT. Der zweite Datenstrom 68 gelangt über einen zweiten Demodulator 82 und einen zweiten Decoder 84 zur ersten Datenverarbeitungseinrichtung 32, wo er -bei festgestellter Gültigkeit- ausgewertet wird.
Zu den Vorteilen der Erfindung zählt, dass die Korrelation empfange- ner Pulse und zeitverzögerter Pulse (vom Pulsfrequenzoszillator 26) zusätzlich mit einer Korrelation mit empfangenen Nutzdaten eine Zuordnung insbesondere bezüglich Entfernung und Identität sowie eine Kategorisierung mehrerer Transpondereinheiten 16 ermöglicht. Dabei antworten nur solche Transpondereinheiten 16, die eine Anfrage von der Sensoreinheit 12 als für sie gültig erkennen. Ferner werden Reflektionen bei einer Entfernungsbestimmung mit einem sekundären Pulsradar unter Verwendung eines verzögerten Antwortimpulses unterdrückt. Dabei können für verschiedene Transpondereinheiten 16 verschiedene Zeitintervalle ΔT verwendet werden, so dass gewis- sermaßen im Zeitmultiplexverfahren eine nahezu gleichzeitige Kommunikation und Entfernungsbestimmung mit mehreren Transpondereinheiten 16 möglich ist. Da die jeweilige Empfangseinrichtung 38,69 beim Sendevorgang abgeschaltet wird, werden Fehler durch ein direktes Übersprechen verhindert. Schließlich sei hervorgehoben, dass durch die Abschaltung im Niederfrequenzbereich (UND-Gatter) statt ausschließlich im Hochfrequenzbereich (Hochfrequenzschalter) Teilekosten reduziert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfemungs- bestimmung zwischen einer ersten Kommunikationseinheit (10) und mindestens einer zweiten Kommunikationseinheit (14), wobei die erste Kommunikationseinheit (10) mindestens einen ersten Datenstrom (36) sendet, die zweite Kommunikationseinheit (14) den ersten Datenstrom (36) empfängt, auswertet und in Abhängigkeit vom Er- gebnis der Auswertung gegebenenfalls mindestens einen zweiten Datenstrom (68) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datenstrom (68) um ein vorgegebenes Zeitintervall (ΔT) verzögert gesendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während des Sendens und/oder eine kurze Zeit nach dem Senden eines Pulses des zweiten Datenstroms von der zweiten Kommunikationseinheit (14) empfangene Daten nicht ausgewertet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationseinheit (10) nach dem Senden des ersten Datenstroms (36) zumindest für eine bestimmte Zeitdauer ein unmoduliertes Signal aussendet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das unmodulierte Signal der Synchronisation des zweiten Datenstroms (68) dient.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationseinheit (10) Pulse eines empfangenen Datenstroms nur auswertet, wenn seit dem Senden des entsprechenden von der Sendeeinrichtung (34) gesendeten Pulses mindestens das Zeitintervall (ΔT) vergangen ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kommunikationseinheit (10) ein Zeitfenster im Zeitbereich verschoben wird, innerhalb dessen der zweite Datenstrom (68) empfangen werden kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang des zweiten Datenstroms (68) aus der Position des Zeitfensters im Zeitbereich die Entfernung zwischen erster und zweiter Kommunikationseinheit (10,14) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere zweite Kommunikationseinheiten (14) jeweils untereinander verschiedene Zeitintervalle (ΔT) vorgege- ben werden.
9. System zur bidirektionalen Datenübertragung und Entfernungsbestimmung, aufweisend eine erste Kommunikationseinheit (10) mit einer Sendeeinrichtung (34) und einer Empfangseinrichtung (69), aufweisend eine zweite Kommunikationseinheit (14) mit einer Sendeeinrichtung (66) und einer Empfangseinrichtung (38), dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationseinheit (14) eine ein Senden eines zweiten Datenstroms (68) als Antwort auf einen ersten Datenstrom (36) um ein bestimmtes Zeitintervall (ΔT) verzö- gernde Verzögerungseinrichtung (64) aufweist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationseinheit (10) eine weitere, zweite Verzögerungseinrichtung (76) aufweist für das Verschieben eines Zeitfens- ters im Zeitbereich, innerhalb dessen der zweite Datenstrom (68) empfangen werden kann.
11. Berechtigungskontrollvorrichtung (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein System nach Anspruch 9 oder 10.
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