JP4142421B2 - 無接触データ伝送の際に転送を識別する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念による、第１の送受信ユニットと、少なくとも受信ユニットとして構成された第２のユニットとの間で無接触データ伝送する際に転送を識別する方法であって、
第１の送受信ユニットから電磁界を空間的に分離された少なくとも２つのアンテナによって送信する形式の、無接触データ伝送の際に転送を識別する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法は刊行物ＤＥ１０１０６７３６．４から公知である。ここでは第１の送受信ユニットと第２の送受信ユニットとの間の「アップリング」伝送区間と「ダウンリンク」伝送区間の減衰特性の比較によって、転送が行われているか否かを検出する。このために第２の送受信ユニットで問い合わせ信号の振幅値が測定され、第１の送受信ユニットへ返信される。第１の送受信ユニットでは返信された値が受信された応答信号の振幅値と比較される。この方法の欠点は、いわゆるトランシーバーによる転送が不十分な形でしか困難化されないことである。
【０００３】
さらに上位概念に記載の方法が刊行物ＤＥ１０００５５０３から公知である。ここでは電磁波の物理的信号量が可逆的に変化される。このために第２の送受信ユニット（トランスポンダ）では、質問信号に対して例えば周波数の変化された応答信号が第１の送受信ユニットへ返信される。第１の送受信ユニット（基地局）では、応答信号の周波数が元に戻され、送信された元の質問信号の周波数と比較される。検出された値が所定の間隔内にあれば、それ以上の転送を排除することができる。
【０００４】
上位概念記載の別の形式の方法がＤＥ１００１９２７７．７から公知である。ここでは、所定の値を有する質問信号と応答信号との間の伝搬時間の比較によって、伝搬時間の測定された値が伝搬時間の所定値と一致しない場合に、転送が識別される。
【０００５】
無接触伝送のためのシステムは有利にはアイデンティフィケーションシステムで使用される。一般的にこのようなシステムは第１の送受信ユニット、いわゆる「基地局」と、第２の送受信ユニット、いわゆる「トランスポンダ」からなる。主たる使用領域である自動車産業の分野では、この種のシステムは認証のために使用される。認証に高い保安性を達成するために、通信距離はいわゆる「パッシブエントリー」の場合、すなわち車両をドアグリップの操作により開放する場合、数ｍに制限されている。さらに不当な認証を例えば転送によって阻止し、認証プロセスを中断する方法が開発された。
【０００６】
【特許文献１】
ＤＥ１０１０６７３６．４
【特許文献２】
ＤＥ１０００５５０３
【特許文献３】
ＤＥ１００１９２７７．７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、信号の転送を識別する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は本発明により冒頭に述べた方法において、第１の送受信ユニットから電磁界を送信するためにアンテナを連続的順序で制御し、
第２のユニットにより、受信された電磁界の電磁界強度を検出し、
それぞれのアンテナの電磁界強度を、所属の値マップからの所定値と比較し、電界強度値が、前記値マップにより定められた範囲外にある場合、転送を識別することにより解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で重要なことは、無接触データ伝送の際に、所定の受信電界強度と測定された受信電界強度との比較によって転送が格段に困難となることである。このために第１の送受信ユニットから電磁界を空間的に分離された少なくとも２つのアンテナによって連続的順序で送信し、第２の受信ユニットによって受信された電磁界の電磁界強度値を検出し、それぞれのアンテナの検出された電磁界強度値を値マップからの所定の値と比較し、電磁界強度値が値マップによって定められた領域外にある場合、転送を識別するのである。
【００１０】
この方法の利点は、相互に空間的に分離された２つのアンテナの送信特性を転送装置によっては大きなコストをかけないとシミュレートできないことであり、このことによって転送を高い保安性を以て識別することができる。ここでは転送装置に対して送信特性をシミュレートすることは、アンテナが空間的に相互に離れれば離れるほど、またそれぞれのアンテナから送信される電磁界が球形状から異なれば異なるほど困難となる。さらに送信特性を転送装置によってシミュレートすることは、３つ以上の空間的に分離された送信アンテナを使用すればさらに困難となる。送信アンテナの電磁界が重なるのを回避するために、電磁界の送信のためにアンテナを第１の送受信ユニットによって連続的順序で制御する。このことによって、第２の受信ユニットによりそれぞれのアンテナから送信された電磁界の電磁界強度が連続的に検出される。受信アンテナにより検出された電磁界強度値の比較を迅速かつ簡単に行うために、それぞれの送信アンテナを中心にする電磁界分布を距離に依存して送信周波数毎に検出し、値を値マップの形態で記憶すると有利である。ここで値マップの次元数は送信アンテナの数に依存し、送信アンテナが２つの場合は少なくとも２次元である。最小と最大の電磁界強度を値マップ内で設定することにより、許容値領域ないしは許容通信領域が設定される。さらに値マップのそれぞれの電磁界強度値を中心にした分散幅を用いることよって、本方法の機能確実性がとりわけ減衰特性が変動する場合でも向上する。さらに有利には、本発明の方法により、電磁界の転送を送信周波数に依存しないで、すなわち送信アンテナの近距離場でも遠距離場でも検出できるようにする。
【００１１】
本発明の方法の改善形態では、第２の受信器において受信された電磁界の電磁界強度検出を３つのアンテナを用いて実行する。ここではそれぞれのアンテナは相互に直交する。電磁界強度ないしはいわゆる電磁界強度ベクトルの個々の成分を同時に検出するために、各受信アンテナが１つの入力チャネルを有し、この入力チャネルにおいて電磁界強度ベクトルのそれぞれの成分を検出すると有利である。このことにより電磁界強度ベクトルの個々の成分を連続検出する際に発生する、個々の成分間の結合が抑圧される。この結合は、アンテナが検出中に位置変化することにより惹起されるものである。さらに３つのアンテナが直交する場合でも、直行する２つのアンテナを第３のアンテナの面に配置すればスペースの節約された構造形態が得られる。とりわけ電磁界の近距離場では、このことは第３のリング状に構成されたアンテナの面に配置された２つのロッド状アンテナによって実行される。出願人の研究によって、転送の識別のために電磁界強度ベクトルの個々の成分から受信された電磁界の絶対値を検出し、続いて絶対値の値ペアを値マップの値ペアと比較する。さらに種々異なる電磁界強度ベクトルから２つの送信アンテナ管の受信角度を検出し、所定の角度と比較すると有利である。ここで各角度値は電磁界強度ベクトルの少なくとも１つの値ペアと結合される。検出された受信角度が値マップの所定の値を中心にした所定の範囲内にある場合、転送は排除される。電磁界強度ベクトルの値の比較、ないしそれらの絶対値の比較を受信角度の値と組み合わせることにより本発明の方法の信頼性が向上する。
【００１２】
別の改善形態では、値比較の結果を記憶し、例えば電磁界強度検出の分散幅を検出すると有利である。とりわけ記憶によって、送信特性ないし受信特性の長期変化についての静的情報が得られる。情報の読み出しは例えば自動車では保守点検の際に実行される。
【００１３】
別の改善形態では、通信時に近距離電磁場で電磁界強度の磁界成分の検出を実行する。スペースを節約する誘導性に作用するアンテナを用いて受信すると特に有利である。とりわけ送信信号の周波数が１２５ｋＨｚの領域にあって低い場合には、自動車の金属ボディによって内側にある送信アンテナの磁界が外側空間では強く変形される。このことにより送信特性のシミュレーションを適当なコストで実行することは不可能であり、転送が大きな確率で識別される。さらに値比較をデータ伝送の開始時に実行し、転送が検知されない場合にデータ伝送を開始すると有利である。さらに値比較をデータ伝送の間に複数回実行し、このことによりデータ伝送の時間が長い場合に保安性を向上させると有利である。出願人の研究によりとりわけデータ量が大きい場合には、電磁界強度の検出を変調された電磁界で実行すると有利である。このために電磁界は有利には位相変調または周波数変調され、電磁界強度値の検出および比較はアイデンティフィケーションルーチンの間に実行する。転送が検知されなければ、電磁界強度比較の間に評価されたデータは有効である。
【００１４】
本発明の方法の別の発展形態では、とりわけ単一方向データ伝送の場合、値比較を受信器内で実行すると有利である。このために値領域は受信器のメモリユニットに格納される。検出された電磁界強度値の、第１の送受信機への返信が省略されるから、通信時間が短縮される。
【００１５】
本発明の方法の実施形態では、とりわけ双方向データ伝送の場合、電磁界強度値および／または電磁界強度値の比較結果を送信ユニットによって第１の送受信ユニットへ返信すると有利である。このことにより、電磁界強度値の検出および／または比較が第１の送受信ユニット内で実行され、第２の送受信ユニット内での回路コストおよび電流消費を低減することができる。
【００１６】
【実施例】
本発明の方法を以下、実施例に基づき図面に関連して説明する。
【００１７】
図１に示された実施例の課題は、変調された電磁界を用いて、第１送受信ユニットＳＥ１と第２受信ユニットＳＥ２との間でデータ交換が行われる間に、第２受信ユニットＳＥ２で検出された電磁界強度値と所定値との比較によって転送を識別することである。
【００１８】
以下、図示の装置を詳細に説明する。第１送受信ユニットＳＥ１は制御ユニットＣＵを含み、この制御ユニットは第１出力ドライバＡＤ１および第２出力ドライバＡＤ２と接続されている。さらに第１出力ドライバＡＤ１とは第１送信アンテナＳＡ１が、第２出力ドライバＡＤ２とは第２送信アンテナＳＡ２が接続されている。第２受信ユニットＳＥ２は相互に直交する３つのアンテナＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３を有する。ここで各アンテナＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３には固有の入力チャネルが配属されており、受信アンテナＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３は信号増幅器Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３によってＡ／Ｄ変換器ＡＤ１の入力端ＥＡＤ１，ＥＡＤ２，ＥＡＤ３と接続されている。さらにＡ／Ｄ変換器ＡＤ１の各入力端ＥＡＤ１，ＥＡＤ２，ＥＡＤ３は復調器ＤＥＭの入力端ＥＤ１，ＥＤ２，ＥＤ３と接続されている。さらにＡ／Ｄ変換器ＡＤ１と復調器ＤＥＭはシグナルプロセッサＳＰと接続されている。さらにシグナルプロセッサＳＰはメモリユニットＭＥＭと接続されている。
【００１９】
次にこの装置の作用を説明する。第１送受信ユニットＳＥ１は電磁界を第１送信アンテナＳＡ１によって送信し、続いて電磁界を第２送信アンテナＳＡ２によって送信する。このとき第１送信アンテナＳＡ１を介して送信される電磁界Ｅ１（ＳＡ１）の振幅は有利には、第２送信アンテナＳＡ２によって送信された電磁界Ｅ２（ＳＡ２）の振幅に相応する。続いて、受信ユニットＳＥ２の３つの受信アンテナＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３によって、第１送信アンテナから送信された電磁界の電磁界強度の成分が検出される。この検出は、３つの入力チャネルＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３によって電磁界ベクトルＥ１の個々の成分をＡ／Ｄ変換器ＡＤ１を介してシグナルプロセッサＳＰに供給することにより行う。続いて、第２送信アンテナＳＡ２から送信された電磁界Ｅ２（ＳＡ２）に対する電磁界強度ベクトルＥ２がシグナルプロセッサＳＰにより検出される。シグナルプロセッサＳＰは、電磁界強度ベクトルＥ１とＥ２の絶対値をメモリユニットＭＥＭに格納されている値ペアと比較する。さらにシグナルプロセッサＳＰにより２つの電磁界強度ベクトルＥ１とＥ２から受信角度Ｗ１が算出され、メモリユニットＭＥＭに格納されている受信角度に対する値と比較される。電磁界強度値と受信角度の値とがメモリユニットＭＥＭにより定められた値と一致すれば、転送は検知されず、復調器によって分離されたデータがシグナルプロセッサで処理される。
【００２０】
この方法の利点は、それぞれの電磁界強度ベクトルを送信アンテナから送信された電磁界の電磁界強度の減少から検出することによって、確実に通信区間の権限のない延長が検知されることである。さらに値マップに格納された値ペアを用いることによって２つの送受信ユニット間の通信の最小距離と最大距離が定められる。さらに転送に対する保安性が次のことによって高められる。すなわち電磁界強度を複数回、通信時間内で検出し、および／または第１送受信ユニットにより３つ以上の送信アンテナを使用するのである。この方法のさらなる利点は、それぞれの送信アンテナを中心にして電磁界の電磁界強度を単純に位置依存して、所定の送受信装置に対して検出することにより、相応の３重値と受信角度が値マップに格納されることである。測定された値と所定値との比較における本発明の方法の信頼性を高めるために、それぞれの値ペアと受信角度には信頼分散幅が付与される。ここで分散幅の大きさは、電磁界分布の変形および送受信装置のシステム分散に依存する。転送装置は送信特性を適当なコストでシミュレートすることはできない。このことは自動車に適用する場合に、送信アンテナの距離が許容通信距離の範囲内にあっても当てはまる。さらにこの方法は双方向通信でも単方向通信でも実施することができる。とりわけ双方向通信の場合、電磁界強度ベクトルの検出を第１送受信ユニットで実行する。すなわち、それぞれの電磁界強度ベクトルの個々の成分を第１送受信ユニットに返信する。この場合、第２送受信ユニットでの回路コストが格段に低減される。電磁界強度値の検出と比較は、認証プロセス内のデータ評価の間に実行されるから、通信時間は僅かしか上昇しない。
【００２１】
図２に示した実施例では、第１送受信ユニット（図示せず）が基地ユニットＢＳに組み込まれており、基地ユニットは自動車ＣＡに取り付けられている。さらに第２送受信ユニット（図示せず）はトランスポンダＴＲに組み込まれており、トランスポンダはキーに取り付けられている。ここでは双方向データ伝送が１２５ｋＨｚの低周波領域で、近距離場での誘導性結合によって行われる。トランスポンダＴＲは３つの送受信アンテナＥＮ１，ＥＮ２，ＥＮ３を有する。ここで２つのロッドアンテナＥＮ１，ＥＮ２はリング状に構成されたアンテナＥＮ３の面に配置されている。このことにより相互に直交する３つすべてのアンテナが１つの面に配置される。基地ユニットＢＳは３つの送受信アンテナＡＮ１，ＡＮ２，ＡＮ３を有する。これらによって基地ユニットＢＳは連続的順序で電磁界を放射する。トランスポンダＴＲの送受信アンテナＥＮ１，ＥＮ２，ＥＮ３は送信アンテナを中心にした近距離場内に存在するから、実質的に電磁界の磁気成分が作用する。ここで一般的に磁界経過は自動車ＣＡのボディの透磁性レベルに比例して変形し、自動車ＣＡ外の磁界経過は球形状から異なる。トランスポンダＴＲでは送受信アンテナＥＮ１，ＥＮ２，ＥＮ３によって連続的順序で電磁界強度ベクトルＥ１，Ｅ２，Ｅ３の成分が検出される。ここでは第１アンテナＡＮ１による電磁界の送信から始まって電磁界強度ベクトルＥ１の所属の成分が検出され、続いてトランスポンダＴＲにより個々の成分が基地ユニットＢＳへ返信される。続いてこのことが電磁界強度ベクトルＥ２とＥ３に対しても実行される。個々の成分の値を返信する際には、トランスポンダＴＲにより値が有利には暗号化されデジタルデータとして応答信号に重畳変調される。基地ユニットＢＳではそれぞれのベクトルＥＮ１，ＥＮ２，ＥＮ３の成分から所属の絶対値、並びにベクトルＥＮ１とＥＮ２との間、ないしベクトルＥＮ２とＥＮ３との間の受信角度Ｗ２とＷ３が検出され、値マップからの値と比較される。さらに一致する場合には応答信号によってトランスポンダＴＲに評価されたデータの有効性を通知し、基地ユニットＢＳとトランスポンダＴＲとの間の認証プロセスを継続すると有利である。
【００２２】
この方法の利点は、双方向データ伝送の際にベクトルの検出と、所定値との比較とがそれぞれ基地ユニットで実行され、トランスポンダに組み込まれた回路の複雑性、およびひいてはトランスポンダの電流消費を低減できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、空間的に分離された２つのアンテナを有する本発明の実施例である。
【図２】図２は、空間的に分離された３つのアンテナを例えば自動車に有する本発明の実施例である。
【符号の説明】
ＳＥ１ 第１送受信ユニット
ＳＥ２ 第２送受信ユニット
ＥＮ１，ＥＮ２，ＥＮ３ アンテナ
ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３ 受信アンテナ

Claims (13)

1. 第１の送受信ユニット（ＳＥ１）と、少なくとも受信ユニットとして構成された第２のユニット（ＳＥ２）との間で無接触データ伝送する際に転送を識別する方法であって、
   第１の送受信ユニット（ＳＥ１）から電磁界を空間的に分離された少なくとも２つのアンテナ（ＳＡ１，ＳＡ２）によって送信する形式の方法において、
   第１の送受信ユニット（ＳＥ１）から電磁界を送信するためにアンテナ（ＳＡ１，ＳＡ２）を連続的順序で制御し、
   第２のユニット（ＳＥ２）により、受信された電磁界の電磁界強度を検出し、
   それぞれのアンテナ（ＳＡ１，ＳＡ２）の電磁界強度を、所属の値マップからの所定値と比較し、
   電磁界強度値が、前記値マップにより定められた範囲外にある場合、転送を識別する、
   ことを特徴とする方法。
2. 電磁界をユニット（ＳＥ２）にて、相互の直交する３つのアンテナ（ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３）によって受信する、請求項１記載の方法。
3. 電磁界の受信を、リング状に構成されたアンテナ（ＥＮ２）の面に配置された２つのロッド状アンテナ（ＥＮ１，ＥＮ２）によって実行する、請求項２記載の方法。
4. 転送の識別のために、電磁界強度の絶対値を比較する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 電磁界強度値から、２つのアンテナ（ＳＡ１，ＳＡ２）間の受信角度（Ｗ１）を検出し、所定の角度と一致について検査する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 値比較の結果を記憶する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 電磁界強度値として電磁界の磁気成分を検出する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. さらなる比較をデータ伝送の開始時に実行する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. さらなる比較をデータ伝送の間に複数回実行する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 電磁界は、位相変調または周波数変調によってデータに重畳変調される、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 値比較を第２のユニット（ＳＥ２）で実行する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 値比較の結果を、送受信ユニットとして構成された第２のユニット（ＳＥ２）から第１の送受信ユニット（ＳＥ１）に通知する、請求項１１記載の方法。
13. 第２のユニット（ＳＥ２）は電磁界強度値を第１の送受信ユニット（ＳＥ１）へ返信し、値比較を第１の送受信ユニット（ＳＥ１）で実行する、請求項１２記載の方法。

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