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Dokumentenidentifikation DE19926234A1 14.12.2000
Titel Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle sowie schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung
Anmelder Leopold Kostal GmbH & Co KG, 58507 Lüdenscheid, DE
Erfinder Vens, Rainer, Dipl.-Ing., 44139 Dortmund, DE;
Wolf, Dirk, Dipl.-Ing., 44263 Dortmund, DE;
Fromm, Michael, Dipl.-Ing., 44289 Dortmund, DE;
Raab, Peter, Dipl.-Ing., 58099 Hagen, DE
Vertreter Patentanwälte Schröter und Haverkamp, 58636 Iserlohn
DE-Anmeldedatum 10.06.1999
DE-Aktenzeichen 19926234
Offenlegungstag 14.12.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.12.2000
IPC-Hauptklasse G07C 9/00
IPC-Nebenklasse E05B 49/00   E05B 65/12   B60R 25/04   
Zusammenfassung 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:
- Senden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation 2,
- Empfangen dieses Codesignals durch den ID-Geber 3,
- 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
- Bestimmen des Abstandes zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3,
- 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
- nach einer durch den ID-Geber 3 nach Empfang des Codesignals ausgeübten Aktion gestoppt wird und
- wobei anschließend aus dem Schwingungszählergebnis der Abstand zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 ermittelt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Durchführens einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle zum Überprüfen, ob beispielsweise eine Person berechtigt ist, eine bestimmte Handlung durchzuführen, wie etwa ein Kraftfahrzeug zu öffnen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle mit einer drahtlosen Kommunikation zwischen einer einer Basisstation zugeordneten Sende-Empfangseinheit und einem mobilen Identifikationsgeber (ID-Geber) zum Überprüfen der Zugangsberechtigung einer den ID-Geber mitführenden Person, umfassend:

  • - Senden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation,
  • - 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 Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 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 eingesetzt. Herkömmlich werden als Fernbedienungssysteme Infrarotsysteme oder Funksysteme verwendet, bei denen der berechtigte Benutzer aktiv den ID-Geber betätigt, um ein Signal an die Basisstation, beispielsweise an eine im Kraftfahrzeug vorgesehene Empfangseinheit zum Öffnen des Fahrzeuges zu übermitteln. Zur weiteren Erhöhung des Bedienkomforts ist man bei Kraftfahrzeugen inzwischen dazu übergegangen, passive Zugangsberechtigungskontrollsysteme einzusetzen, so daß der berechtigte, einen gültigen ID-Geber mitführende Benutzer sein Kraftfahrzeug öffnen kann, ohne aktiv den ID-Geber betätigen zu müssen. Eine derartige schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung ist beispielsweise in der DE 43 29 697 C2 beschrieben. Bei dem in diesem Dokument offenbarten Verfahren wird von einer im Kraftfahrzeug angeordneten 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 zurückgesendet, welches nach Empfang durch die kraftfahrzeugseitige Empfangseinheit 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 diesem passiven System, daß die Funkstrecke zwischen der Basisstation und dem ID-Geber mit einfachen Mitteln unbefugt und für den berechtigten 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 herstellen, 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 dadurch, daß gemäß der in diesem Dokument beschriebenen schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung eine Laufzeiterfassung bezüglich des gesendeten Frage- und des empfangenen Antwortsignals durchgeführt wird, bei der diejenige Zeitspanne ermittelt wird, die das gesendete Codesignal benötigt, um nach seinem Aussenden von einer Basisstation 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 naturgemäß größer als dasjenige, wenn sich der ID-Geber bestimmungsgemäß in unmittelbarer Kraftfahrzeugnähe befindet und die zurückgelegte Funkstrecke entsprechend kurz ist. Überschreitet die erfaßte Signallaufzeit einen vorbestimmten Wert, wird zum Verhindern eines unberechtigten Zutrittes das durchgeführte Zugangsberechtigungskontrollverfahren gesperrt.

Zum Durchführen des in diesem Dokument beschriebenen Zugangsberechtigungskontrollverfahrens 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 beispielsweise 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 Erfassung derart kurzer Zeitspannen insbesondere in der gewünschten Auflösung läßt sich nur mit einem nicht unbeträchtlichen Aufwand ermöglichen - einem Aufwand, der in zahlreichen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug, nicht vertretbar ist.

Ausgehend von dem zuletzt diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung 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 Streckenverlängerung 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) Streckenverlängerung erkennbar ist.

Die verfahrensbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

  • - daß zur Abstandsbestimmung gleichzeitig mit dem Senden des Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit eine Zählung der Schwingungen der gesendeten Trägerwelle durch die Basisstation gestartet und
  • - nach einer durch den ID-Geber nach Empfang des Codesignals ausgeübten 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 hinreichender 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 Lichtgeschwindigkeit. Daraus ergibt sich, daß die Laufzeit nicht stufenlos, sondern in Vielfachen der Periodenzeit ermittelt werden kann. Bei Einsatz einer Trägerfrequenz von beispielsweise 100 MHz würde die resultierende Abstandsbestimmung zwischen der Basisstation und dem ID-Geber ein Auflösungsvermögen 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 erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ohne großen zusätzlichen Aufwand möglich.

Zweckmäßigerweise erfolgt die drahtlose Kommunikation in einem Frequenzbereich, der einem ISM-Band angehörig ist. Das Auflösungsvermögen der Abstandsbestimmung unter Einsatz einer solchen Frequenz ist erheblich höher als das bei Einsatz eines solchen Verfahrens zur schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle bei einem Kraftfahrzeug benötigte. 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 Anforderungen an das Zählglied dadurch verringert werden, daß nicht jede Schwingung, sondern nur jede x-te, etwa jede 2x-te Schwingung gezählt wird. Eine solche selektive Schwingungszählung läßt sich beispielsweise durch Einsatz eines Frequenzteilers oder eines Frequenzmischers realisieren, 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 Metern - ein Auflösungsvermögen hinsichtlich der Abstandsbestimmung, das für einen Einsatz des Verfahrens bei Kraftfahrzeugen als ausreichend angesehen werden kann.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß in einem ersten Schritt zur Abstandsbestimmung durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation 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 ausreichend lang bemessen ist, daß der ID-geberseitige Sender eingeschwungen 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 gestartet. Zuvor ist auch der Empfangskanal der Sende-Empfangseinheit auf der ersten Frequenz freigeschaltet, so daß das von dem ID-Geber gesendete 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 Basisstation 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 Ausführungsbeispiel dann gestoppt, wenn das Codesignal als Antwortsignal des ID-Gebers wieder vollständig von der Sende-Empfangseinheit der Basisstation empfangen worden ist. Um möglicherweise bei der Datenübertragung eintretende Datenverluste ausgleichen zu können, ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Basisstation zwei Schwingungszählglieder zugeordnet sind, wobei eine erste Schwingungszählung an das Senden des Codesignals und eine weitere Schwingungszählung an den Empfang des von dem ID-Geber gespiegelten Codesignals gekoppelt ist. Die Schwingungszählung des zweiten, an den Empfang 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 entsprechenden Schwingungen entspricht. Je größer der Abstand zwischen der Basisstation 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 Codesignal 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 eingesetzten Schaltungsteile sehr gering gegenüber der zu ermittelnden Signallaufzeit 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 Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

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

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

Fig. 3 ein schematisiertes Blockschaltbild einer weiteren schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung, umfassend 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 zwischen 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 unterschiedlichen 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 angeschlossen. 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 Schwingungszählung 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 Periodenzählers 8 ist dann mit einem Stopsignal zum Stoppen der Schwingungszählung beaufschlagt, wenn durch den HF-Empfänger 6 nach einem Signalempfang kein Signal mehr empfangen wird.

Der ID-Geber 3 umfaßt ebenfalls eine Sende-Empfangseinheit 12 mit einem HF-Sender 13 und einem HF-Empfänger 14. Der HF-Sender 13 arbeitet 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 zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 ist somit duplexfähig. Der HF-Empfänger 14 ist zur Auswertung eingehender Signale an einen Mikrocontroller 15 angeschlossen. Der Mikrocontroller 15 ist über eine Datenleitung 16 und über eine Tastleitung 17 an den HF-Sender 13 angeschlossen. 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 Mikrocontroller 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 Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 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 Basisstation 2. Die Abstandsbestimmung zwischen der Basisstation 2 und dem ID-Geber 3 erfolgt folgendermaßen, wobei diesbezüglich auf das Ablaufdiagramm der Fig. 2 Bezug genommen ist: Innerhalb eines Kommunikationstelegramms im Rahmen der genannten kryptologischen Berechtigungsüberprüfung 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 ta hat der HF-Empfänger 14 des ID-Gebers 3 diesen Befehl empfangen. Im Zeitpunkt tb 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 tc 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 gestartet. 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 ausgeschaltet, welcher Zeitpunkt in Fig. 2 mit td gekennzeichnet ist. Der HF- Empfänger 6 der Basisstation 2 empfängt seit dem Zeitpunkt tc 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 te 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 Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 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 Module in die übliche Hardware zur Realisierung einer kryptologischen Zugangsberechtigungskontrolle. 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 Trägerwelle anschließend einen Leistungsteiler 24 beaufschlagt. Der Leistungsteiler 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 Senden, 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 Zählerschaltkreisen 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 diesem ein Frequenzteilungsschaltkreis 31 vorgeschaltet, der aus dem eigentlichen Frequenzteiler 32 mit einem Teilungsverhältnis 1 : 16, einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter 33 und einem Verstärker 34 besteht. Ein entsprechend aufgebauter Frequenzteilungsschaltkreis 35 ist dem Zählerschaltkreis 27 zugeordnet.

Der ID-Geber 21 weist ebenfalls eine als Sende-Empfangseinheit vorgesehene 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 empfangene Codesignal - die Trägerwelle - beaufschlagt ein Zählglied 40, dem ein Frequenzteilungsschaltkreis 41 entsprechend den Frequenzteilungsschaltkreisen 25 und 27 der Basisstation 20 vorgeschaltet ist. Parallel zu dem Verstärker 38 ist über einen Leistungsteiler 42 ein Signalgenerator 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 Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 44, die grundsätzlich aufgebaut ist wie die zu Fig. 3 beschriebene 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 schlüssellosen 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 Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung 19 hinsichtlich einer Bestimmung des Abstandes von der Basisstation 20 zu dem ID-Geber 21 beschrieben, wobei zusätzlich auf Fig. 5 Bezug genommen ist. Entsprechendes gilt für die schlüssellose 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 Codesignal ist eine vorbestimmte Schwingungsanzahl, nämlich 2048 Schwingungen, vorgesehen. Im Zeitpunkt t2 - also nach Senden des Codesignals - wird über den HF-Schalter 26 die Basisstation auf Empfang umgeschaltet, 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 Sendemodus, 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 konstanter 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 befindliche 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 Zählglied 28 den der doppelten Anzahl der dem Codesignal entsprechenden Schwingungen, nämlich 4096, gezählt. In diesem Zeitpunkt wird der Zählerstand des Zählgliedes 29 angehalten und durch den Mikrocontroller 30 ausgelesen, welcher Zählerstand sich beispielsweise erst bei 2042 befindet. Das zurückgesendete Codesignal ist noch nicht vollständig empfangen. Dieses "vorzeitige" Stoppen des Zählgliedes 29 dient zum Kompensieren möglicher Schwingungsverluste bei der Kommunikation zwischen dem ID-Geber 21 und der Basisstation 20.

Die Differenz zwischen der für das Codesignal vorgesehenen Schwingungsanzahl (hier: 2048) und der durch das Zählglied 29 festgestellten Schwingungsanzahl (hier: 2042) entspricht der Signallaufzeit von der Basisstation 20 zu dem ID-Geber 21 und zurück. Im Zeitpunkt t6 wird der ID- Geber 21 wiederum in seinen Empfangsmodus geschaltet. Nunmehr besteht 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 Signalverarbeitung zu kompensieren, kann vorgesehen sein, daß anstelle des Sendens der exakten Schwingungszahl eine geringfügig höhere Schwingungszahl gesendet wird. Besonders zweckmäßig ist eine Erweiterung des Verfahrens, bei der zwischen den unterschiedlichen Modi der Basisstation 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 Basisstation 20 in ihren Empfangsmodus geschaltet ist. Die Verzögerungszeiten 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 Schwingungen 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 Basisstation und dem ID-Geber in einer Genauigkeit ermittelbar, die höher ist als eine Abstandsbestimmung lediglich durch Erfassen der einfachen Signallaufzeit. 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 Abstände.

Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß durch die sichere und dem Auflösungsvermögen entsprechende Genauigkeit eine Abstandsbestimmung zwischen einer Basisstation und einem ID-Geber möglich ist, so daß auf diese Weise ein sicheres Erkennen einer unberechtigten Streckenverlängerung erkennbar ist. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann vorgesehen sein, mit unterschiedlichen Codesignalen zu arbeiten, wozu beispielsweise auch eine Vorprogrammierung des ID- Gebers durch eine vorgegebene Schwingungsanzahl als Codesignal gehört. Zusammenstellung der Bezugszeichen 1 Schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung

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 Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung

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 Frequenzteilungsschaltkreis

32 Frequenzteiler

33 Tiefpaßfilter

34 Verstärker

35 Frequenzteilungsschaltkreis

36 Sende-Empfangsantenne

37 HF-Schalter

38 Verstärker

39 HF-Schalter

40 Zählglied

41 Frequenzteilungsschaltkreis

42 Leistungsteiler

43 Signalgenerator

44 Schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung

45 Lokaloszillator

46 Mischer


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Durchführen einer schlüssellosen Zugangsberechtigungskontrolle 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:
    1. - Senden eines Codesignals durch die Sende-Empfangseinheit der Basisstation (2, 20),
    2. - Empfangen dieses Codesignals durch den ID-Geber (3, 21),
    3. - Durchführen einer von der Sende-Empfangseinheit (4, 22) detektierbaren und von dem ID-Geber (3, 21) ausgeführten Aktion als Antwortsignal des ID-Gebers (3, 21) auf den Empfang des Codesignals und
    4. - Bestimmen des Abstandes zwischen der Basisstation (2, 20) und dem ID-Geber (3, 21),
    dadurch gekennzeichnet,
    1. - 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
    2. - nach einer durch den ID-Geber (3, 21) nach Empfang des Codesignals ausgeübten Aktion gestoppt wird und
    3. - daß anschließend aus dem Schwingungszählergebnis der Abstand zwischen der Basisstation (2, 20) und dem ID-Geber (3, 21) ermittelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem 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 vorbestimmten 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 Schwingungszählung der durch die Sende-Empfangseinheit (4) empfangenen Trägerwelle gestartet und gestoppt wird, wenn durch die Sende-Empfangseinheit (4) der Basisstation (2) kein Sendesignal des ID-Gebers (3) mehr detektierbar ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Sende-Empfangseinheit der Basisstation ein Codesignal gesendet, 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. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Sende-Empfangseinheit (22) der Basisstation (20) ein Codesignal 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 Codesignal 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 entspricht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem ID-Geber (21) zurückgesendete Codesignal auf derselben Frequenz wie das von der Sende-Empfangseinheit (22) gesendete Codesignal gesendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Codesignal eine vorbestimmte Anzahl an Schwingungen einer Trägerwelle gesendet wird.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zählung der Schwingungen der Trägerwelle nur jede 2x-te Schwingung gezählt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszählung jeder 2x-ten Schwingung über eine Frequenzteilung durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszählung jeder 2x-ten Schwingung über eine Frequenzmischung durchgeführt wird.
  10. 10. Schlüssellose Zugangsberechtigungskontrolleinrichtung mit einer eine Sende-Empfangseinheit (4, 22) sowie ein Steuer- und Auswerteglied (7, 30) aufweisenden Basisstation (2, 20) und einem mobilen, eine Sende-Empfangseinheit (12, 36) aufweisenden Identifikationsgeber (ID-Geber) (3, 21) zum Überprüfen der Zugangsberechtigung einer den ID-Geber (3, 21) mitführenden Person, mit welcher Basisstation (2, 20) eine Abstandsermittlung zum bestimmen des Abstandes von der Basisstation (2, 20) zum ID-Geber (3, 21) durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstation (2, 20) ein Zählglied (8, 28) zum Zählen der Schwingungen einer 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 Beaufschlagen mit einem Startsignal geschaltet ist.
  11. 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 zugeordnet ist.






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