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

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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.