JP2005528016A - 対象に対するアクセス権若しくは対象の使用に対する権限の証明のための識別システム - Google Patents

Abstract

携帯可能なコードトランスミッタは、トリガの際にコードトランスミッタ（２）に対する特徴的なコード情報を含んだ応答信号を送信する。対象側に配設されている受信ユニット（４）では、（これは評価ユニット（９）に接続されている）受信した応答信号に含まれているコード情報が基準コード情報と比較される。付加的に対象側では、コードトランスミッタ（２）と受信ユニット（４）の間の間隔距離と、応答信号の受信レベルも測定され、その結果からコードトランスミッタ（２）の位置が求められる。それにより、コードトランスミッタ（２）の位置に関する区別が室外と室内の間で行われる。ここにおいてコードトランスミッタ（２）は、許可された位置に存在するとして識別された場合、アクセスが許可され使用が許される。

Description

本発明は、特に自動車などの対象に対するアクセス権若しくは対象の使用に対する権限の証明のための識別システムに関している。

例えばＲＦ−ＩＤ（radio frequency identification)システムとも称される、無線ベースの識別システムは、機械的なキーシステム、コンピュータに対するアクセス保護、自動精算システムなどのもとで益々使用されている。ＲＦ−ＩＤシステムは、電子式の識別マーク（以下ではコードトランスミッタないしトランスポンダとも称する）からなり、それらは電子キー、ＲＦＩＤタグ、ＩＤトランスミッタ、ＩＤカードとも称され、使用者に携帯されるか若しくは識別すべき対象に配設されている。コードトランスミッタは、特徴的なコード（コード情報）を備えている。このコードは、通常は対象側の基地局（以下では対象側送受信ユニットとも称する）を介してコードトランスミッタから問い合わせされ、引き続き認証ないし検査する。コードは、他のトリガリング機構にも応じてコードトランスミッタから対象へ送信され得る。

様々な無線ベースの演奏技術が可能であり、通常用いられているものとしては、周波数領域が１００−３００ｋＨｚのＬＦないしＮＦシステム、４３３ＭＨｚ（３１５ＭＨｚ）若しくは８６７ＭＨｚのＲＦないしＨＦシステム、高周波なマイクロ波システム（これは大抵は、周波数が２.４ＧＨｚ、５.８ＧＨｚ、９.５ＧＨｚ、２４ＧＨｚで動作している）などが挙げられる。

コードトランスミッタを用いることによって能動的識別と受動的識別が区別される。受動的識別では次のような特徴がある。すなわちコードトランスミッタが常時ユーザー側からの何らかのアクションなしで送受信ユニットに問合せされることである。コードトランスミッタが送受信ユニットから所定の距離範囲内に存在すると、送受信ユニットとコードトランスミッタとの間で自動的に若しくは例えばスイッチング装置の手動操作（例えばユーザーがドアノブを操作するなど）を介して通信が行われる。距離範囲の制限は、一般的には経路損失から生じる。問合せ信号の送信とそれに続く応答信号の送信は、問合せ−応答ダイアログとも称される。

それに対して能動的識別システムでは、コードトランスミッタにおいて通信がユーザからアクティブにトリガされる。この場合通常は一方の側でユーザーがコードトランスミッタをマニュアル操作し、例えばドアを開けるためにドアノブを付加的に操作する。その場合にユーザーはより手動的な操作を行わなければならない。従って快適性を高める理由から、受動的識別システムの適用の方が増加している。

そのような識別システムにおける欠点は、伝送チャネルの１つに対してわからないうちに基本的には任意の時点で“攻撃者”によって無断で不所望に盗聴ないし傍受がなされ得ることである。それ故に通常は適切な装置によれば、“攻撃者”にとっては、コードに無断でアクセスすることと、本来の保護機能を克服することが可能となる。

公知の識別システム（DE 198 36 957 C1若しくはWO 01/89887 A1）では、権限のない使用者若しくはアクセスに対するセキュリティを、問合せ/応答/ダイアログによって高めることが試みられている。この場合は、基地局から第１の問合せ信号が送信され、その受信電力がコードトランスミッタにおいて測定される。引き続き第２の問合せ信号が、変更された送信条件のもとで送信され、その受信電力が同様にコードトランスミッタにおいて測定される。受信電力が異なっている場合にだけ、応答信号内に含まれているコード情報が評価される。

この識別システムでは、アクセス若しくは利用が許可される前に、少なくとも２つの問合せ−応答ダイアログが常に実施されなければならない。それによって、無許可の使用若しくは無許可のアクセスに対するセキュリティが高められる場合は、数度にわたるダイアログが可及的に迅速なアクセスを損なわせる。というのもユーザーは、順次連続する問合せ−応答ダイアログによって通常の利点が損なわれるからである。

他方ではＬＦ及びＲＦ識別システムのもとでは、対象に関するコードトランスミッタの正確な位置の特定が比較的不正確にしか実行できない欠点もある。

さらなる公知の識別システム（DE 199 57 536 A1）によれば、問合せ−応答ダイアログの盗聴による権限のない使用若しくはアクセスに対するセキュリティを高めるために、対象とコードトランスミッタの間隔距離を求め、所定の距離内にあるコードトランスミッタだけを正当なものとして受入れるようにすることが試みられている。しかしながら間隔距離の測定は、コードトランスミッタと基地局の間の直接の通信が強く阻害されるような伝送信号の妨害があった時には誤ったものになりやすい。

本発明の目的は、権限のない使用又は権限を持たないアクセスに対して、よりセキュリティの改善された識別システムを提供することである。また本発明のさらなる目的は、コードトランスミッタと対象に関する正確な位置を求めることである。それに対してはコードトランスミッタの所在場所に関して室内（対象内）と室外（対象外）との間で明確な区別をつけることを課題としている。

これらの目的は請求項１の特徴部分に記載された本発明による識別システムによって解決される。

本発明では、少なくとも１つの携帯型コードトランスミッタがトリガの際に（例えば問合せ信号の受信後若しくはトリガスイッチのマニュアル操作等によって）応答信号を送信する。この応答信号は、コードトランスミッタ毎に特徴付けられたコード情報を有しており、このコード情報によってコードトランスミッタがその正当性を証明する。対象側に配設された受信ユニットおよびそれに接続された評価ユニットにおいては、受信された応答信号に含まれているコード情報が基準コード情報と比較される。それに対して付加的に当該応答信号の受信レベルも、コードトランスミッタと受信ユニット間の間隔も対象側で測定される。その結果から対象に関するコードトランスミッタの位置が確定される。一方でコード情報と基準コード情報の間で少なくとも十分な一致が見られ、他方でコードトランスミッタの位置が予め定められた領域内に存在するものとして識別されたならば、セキュリティシステムをコントロールするための許可信号（イネーブル信号）が形成される。

この識別システムを用いれば、コードトランスミッタが対象内部（例えば自動車内）に配置されているのかそれとも対象外部に配置されているのかに係わらず、その位置を非常に正確に求めることができる。そして求められた位置に応じて様々なセキュリティ機器をコントロールすることができる（例えば自動車のキーロックシステムやイモビライザシステムなど）。

本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。

本発明によれば、間隔距離測定装置は、位相測定を介してまたは応答信号の信号経過の伝播時間測定を介して、コードトランスミッタと受信ユニットの間の間隔が求められる。

応答信号自体は、この場合間隔距離を測定することに利用される。従って問合せ−応答ダイアログとは別個の間隔距離測定装置は何も必要ない。反射された複数の信号（いわゆるマルチパス）からは多くの（若しくは余分の）間隔情報が得られ、それらはさらにより正確な位置検出や室内外の区別に寄与し得る。

間隔測定に対してさらにレベル測定装置によって、受信した応答信号の受信レベルや電界強度が求められる。１つ又は複数の所定の基準値（基準テーブル）との比較によって、コードトランスミッタと受信ユニットの間の距離が求められる。この算出値は、前述した間隔距離測定のもとで得られた距離値の検証に用いることができる。電界強度測定に対しては、電流及び/又は電圧の振幅が受信機内で測定可能である。伝送振幅や減衰特性並びに電界強度の減衰特性がわかっていれば、電磁界の受信側振幅/電界強度と送信側振幅/電界強度レベルの比によって距離が算出できる。ここでは応答信号も間隔距離測定に利用できる。従って別個の信号は必要ない。

有利には、複数の受信ユニットが空間的に相互に別々に対象内に配置できる。その際には各受信ユニットが、共通の評価ユニットに接続される。少なくとも２つの受信ユニットに対して、コードトランスミッタと各受信ユニットの間の受信レベルと伝播時間が求められるならば、コードトランスミッタの位置をより正確に求めることが可能である。この場合は、三角測量法が利用でき、それによって、より正確な位置の検出や先行する測定結果のより確実な検証が可能となる。

その場合結果の評価は、受信ユニット内で実行可能である。そのため評価ユニットに通知がなされたり、中央評価ユニットで実行がなされてもよい。

さらにまた有利には、１つ又は複数の送信ユニットが対象内に配置でき、それがトリガの際には問合せ信号を送信する。特に伝播時間測定に対しては、送信ユニットと評価ユニット接続されている場合には簡単な基準が得られる。この伝播時間としては、問合せ信号の送信と応答信号の受信の間の時間が利用される。従って応答信号内で時間情報を伝送する必要はない。

この場合信号は、必ずしも異なる周波数で送信する必要はなく、有利には唯一の、例えば高周波領域若しくはマイクロ波領域の（その使用が公に認可されている）搬送周波数で送信してもよい。

さらに有利には、対象において多数の受信ユニットを分散的に設けてもよい。それにより各受信ユニットを用いてコードトランスミッタと受信ユニットの間の距離や応答信号のレベルが測定され得る。また１つの受信ユニットを用いて他の受信ユニットとの間隔やレベルを測定することも可能である。

また評価ユニットが、測定されたレベルと距離に係数を用いて重み付けを行う重み付け装置を有しているならば、対象において特有の特性を考慮することができる。例えば受信ユニットにおけるレベルは、コードトランスミッタが室外から室内へ移動する場合には、相応の特徴的な経過を有するものとなる。同様に間隔距離測定は、特にそれが時間的に相前後して行われる場合にはさらに特徴的な経過を示す。これらの情報は、重み付けされたレベル−間隔マトリックスへ伝送され、コードトランスミッタが車両内に存在するのかどうかを区別するのに用いられる。従って間隔距離およびレベル情報は、コードトランスミッタの位置を正確に検出するために、各受信装置の場所に依存して様々に重み付けできる。測定値が、重み付けされたレベル−間隔マトリックスへエントリーされたならば、相応の数学的な手法がコードトランスミッタの正確な位置を得るべく当該測定値の後続処理のために利用される。

アクセスを要求する対象あるいはドライバが使用を欲する対象が自動車であるならば、当該セキュリティシステムは、ロックシステムまたはイモビライザーであり得る。位置検出を用いられば、コードトランスミッタの位置が自動車の外部にあるのか内部にあるのかが正確に求められる。それに応じて、種々異なるセキュリティシステムが応働し、コードトランスミッタの正当性が識別されると様々な機能がトリガされる。それにより例えばコードトランスミッタがまだ離れている時にドアロックが解除されると共に室内照明もスイッチオンされる（あるいはホーンが極短時間だけ操作される）。それにより自動車が広い駐車場に停めてあったり、夜であっても容易に見つけだすことが可能となる。それに対してコードトランスミッタが自動車内で識別された時は、イモビライザーの解除の他に、ユーザー固有の種々の設定事項（シート位置やミラー位置など）が実行される。

正確な位置情報が得られれば、コードトランスミッタが自動車の室内にあるのかそれとも車外にあるのかを高い信頼性で区別することができる。それに応じて、一回目はアクセス（ロックシステムのロック作動若しくはロック解除）が許可され、その他は正当性識別のもとで使用（イモビライザーの解除）が許可される。

本願の識別システムは自動車への適用のみに限られるものではない。この識別システムは、さらなる他の対象、例えばパーソナルコンピュータや移動電話、携帯電話、チップカード、あるいはアクセスコントロールや使用に対する正当性の問い合わせと、コードトランスミッタが対象近傍にあるべきこととそれに伴う正当性権源の許可がなされるその他のシステムなどにも適用可能である。

以下の明細書では本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。この場合、
図１は、本発明による識別システムのブロック回路図であり、
図２は、自動車に配設されている図１による装置を示した図である。

以下では、対象に対するアクセスの正当性を証明するための識別システム、若しくは対象としての自動車を例にした対象の使用を詳細に説明する。この識別システムはもちろんその他の対象、すなわち正当性の証明された後でなければアクセスが許可されない例えばコンピュータ、電話、ＡＴＭ、ビルディング、ガレージなどのセキュリティロックの実施される領域のもとでも使用できる。ここではこの識別システムは、双方向のダイアログ（問合せ−応答ダイアログとも称する）が、送受信ユニットを有する基地局１（図１）と、ユーザーに携帯されているアクセス権限ないしは使用権限の証明のための携帯型コードトランスミッタとの間で実行される。

対象側の送受信ユニットは、少なくとも１つの送信機３と少なくとも１つの受信機４を有しており、それらはそれぞれ送受信アンテナ５に接続されており、これらのアンテナを介して信号が送受信され得る。このアンテナ５は、自動車の露出した箇所に設けられており（図２参照）、それにより、信号が自動車の室内と、自動車近傍の周辺領域において十分な電界強度で送信され、そこでこれらの信号は十分良好に受信され得る。

自動車においては、図示されていないセキュリティシステム（例えば自動車に対するアクセスのためのドアロックまたはイモビライザーのためのイグニッション/ステアリングロック６）が自動車の使用に対して配設されており、これは符号化された使用許可信号を用いた正当性の証明のもとでのみロック状態若しくはロック解除状態へ制御される。正当性証明に対して付加的にさらにコードトランスミッタ２は、実際には所定の予め定められた位置において（若しくは狭域に定められた位置領域において）、自動車近傍、若しくは自動車内部に存在しなくてはならない。それにより相応のアクション/機能がトリガされ得る。

正確な位置検出に対しては本発明によれば、距離測定装置７もレベル測定装置８も必要である（これらはそれぞれ評価ユニット９に接続されている）。正確なコード情報の検査のために、復調器１０が必要である。この復調器はコード情報を応答信号から取出し評価ユニット９に供給する。評価ユニット９は、コード情報を基準メモリ１１に記憶されている基準コード情報と比較する。少なくとも十分な一致が見られたときには、少なくとも正当性権限を証明する。コードトランスミッタ２の位置がまだ（場合によってはさらなるレベル測定及び間隔距離測定に基づいた対象の作動状態に依存して）許容位置範囲内で識別されるならば、相応の機能若しくはアクションが対象内でトリガされ得る。

対象に対応付けられた各コードトランスミッタ２は、自身側で送信器１２と受信器１３を有している。コードトランスミッタ２は、信号（問合せ信号）を受信し、信号（応答信号）を符号器１４を用いて符号化し送信器１２を介して送信する。通常は、この送信器１２は符号化された応答信号を送信するのに用いられ、この応答信号のコード情報を用いて対象の使用ないしアクセスに対する正当性を証明する。

本発明の識別システムでは、一方で基地局１が正確に符号化された応答信号とそこから復調されたコード情報を受信し、かつ他方でコードトランスミッタ２が自動車近傍か若しくは自動車内部の所定のポジションに存在するものとして識別された場合にのみ正当性権限が証明される。

応答信号のトリガに対しては、例えばスイッチがアクセスドア（図２の例ではドライバ側のドア）の領域内で手動操作される。使用者が例えば手をドアグリップに近づけたりそれに触れるか若しくは操作すると、問合せ信号が自動車側の送信器３からトリガされ送信される。さらに問合せ信号は、車両に対する所定の距離内のコードトランスミッタ２の位置の自動識別によってもトリガされ得る。コードトランスミッタ２が問合せ信号を受信すると、自身側では応答信号を送信する。この応答信号は、車両側受信器４によって受信される。当該実施例では、コードトランスミッタ２は、事前に問合せ信号を受信した場合にしか応答信号を送信しないので、トランスポンダとも称される。

ここにおいて、一方でコードトランスミッタ２と対象の間隔が求められる（例えば問合せ信号の送信と応答信号の受信の間の信号の伝播時間の測定若しくは応答信号の信号伝播時間の測定を介して）。このことは、時間測定（場合によっては対象内とコードトランスミッタ内のタイマを用いて）もしくは位相測定によって行うことができる。時間測定のケースでは、信号伝播時間が直接か又は間接的に測定され、既知の信号伝播速度のもとで間隔距離が算出される。位相測定のケースでは、送信された位相に対する位相の変化が測定される。この位相変化は、信号の既知の伝播速度のもとで進んだ距離に対する尺度となる。

有利には、送信時点若しくは問合せ信号の位相が間隔の算出の際に基準として考慮される（図１中のブロック“送信器”と“間隔”の間の破線）。

信号の伝播時間の測定若しくは信号が進んだ経路の測定は、当業者にとっては例えばレーダー原理（ＦＭ−ＣＷレーダー）からも十分に公知である。そのためここでの詳細な説明は省く。

他方では、受信信号のレベル/振幅/電界強度が求められる。どのレベルで応答信号が送信されるかがわかっている場合には、既知の伝送減衰と伝送媒体に基づいてコードトランスミッタ２がどの位離れているのかが計算できる。レベルの測定に対しては、受信信号の電流若しくは電圧測定が行われる。その他にも所定のレベル−間隔パターンが、使用者に携帯されているコードトランスミッタ２の“移動”に対して監視されてもよい。これは測定された距離の検証に用いることが可能である。

コードトランスミッタ２が固有の給電部（バッテリ）によってエネルギーを供給されるならば、レベル測定の際の作動寿命も考慮される。なぜならバッテリの電圧は時間と共に低減し、それによって送信レベルも時間と共に益々低減するからである。従って評価ユニット９においては測定されたレベルに、時間に伴うレベル低減を考慮する時間補正係数が備えられるべきである。

レベル測定では、絶対レベルが測定量として用いられてもよい。同様に、測定されたレベルが事前に測定されたレベルと関係付けられ、差分のみが測定量として引き続き用いられる、相対的レベル測定を実施することも可能である。この相対的レベル測定では、異なるアンテナ５を介して受信される信号のレベルも測定可能である。これらの測定されたレベルは相互に関係付けること（すなわち差分形成）も可能である。そのため、いわゆる外部アンテナ（車両外部に設けられた）によって受信された信号のレベルを測定し、このレベルをいわゆる室内アンテナ（自動車内に設けられた）を介して受信された信号のレベルと関係付けることも可能となる。これらの２つのレベルの差分からは、間隔距離を求めることが可能であり、あるいはコードトランスミッタ２の位置を室外空間と室内空間の間で区別することも可能である。

コードトランスミッタ２の位置は、対象の内外に多数の受信器４が分散配置され、それらがそれぞれ応答信号を受信するような場合には、さらに正確に求めることが可能である。従って幾何学的な手段（例えば三角測量法）とレベル測定を用いれば、位置が空間的に求められる。

いずれにせよ有利には、多数の受信器４が対象内に配設される。それによりコードトランスミッタ２の移動も識別可能となりどの側からコードトランスミッタ２が対象に近づくかもわかるようになる。従って位置に依存して（正当な権限のコード情報のもとで）相応のアクションがトリガされる。それにより例えば（トランクルーム１５への近接の際に、まずリアトランクがロック解錠され、場合によっては開かれる。また所定の時間経過後に１つまたは複数のドアロックが解除されるようにしてもよい。

本発明による識別システムのブロック回路図 自動車に配設されている図１による装置を示した図

Claims (7)

1. 対象へのアクセスのため若しくは対象の使用のための正当性権限の証明のための識別システムであって、
   携帯型コードトランスミッタ（２）を有し、該コードトランスミッタ（２）は使用者に携帯され、トリガの際には応答信号を送信し、該応答信号にはコードトランスミッタ（２）に対する特徴的コード情報が含まれており、
   対象側に配置される受信ユニット（４）を有し、該受信ユニット（４）は評価ユニット（９）に接続され、該評価ユニットでは、受信した応答信号に含まれるコード情報が基準コード情報と比較される形式の方法において、
   対象側にて間隔距離測定装置（７）もレベル測定装置（８）も配設され、それらが受信した応答信号からコードトランスミッタ（２）の位置を求めるようにしたことを特徴とする識別システム。
2. 間隔距離測定装置（７）は、応答信号の位相測定又は伝播時間測定を介して、コードトランスミッタ（２）と受信ユニット（４）の間の間隔距離が求められる、請求項１記載の方法。
3. レベル測定装置（８）は、受信した応答信号の電界強度若しくは異なる受信応答信号の電界強度の差分を求め、基準値との比較によってコードトランスミッタ（２）と受信ユニット（４）の間の間隔距離を求める、請求項１記載の方法。
4. 複数の受信ユニット（４）が相互に空間的に分離されて対象内に配設されており、それらの受信ユニットは、それぞれ共通の評価ユニット（９）に接続されており、その場合各受信ユニット（４）毎にレベル測定および/または間隔距離測定が行われる、請求項１記載の方法。
5. １つまたは複数の送信ユニット（３）が対象内に配設されており、それらはトリガの際に問合せ信号を送信し、それに続いて問合せ信号を受信した各コードトランスミッタは応答信号を返信する、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 評価ユニット（９）が重み付け装置を有しており、該重み付け装置は、測定されたレベルと間隔距離に重み付け係数を付して重み付けし、その結果から１つ若しくは全ての応答側コードトランスミッタ（２）の位置を確定する、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 前記対象は、自動車であり、セキュリティシステムがロックシステムまたはイモビライザーである、請求項１から６いずれか１項記載の方法。

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