Brevet FR2845219A1 — publié le 20040402

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un système de transmission bidirectionnelle de données et de détermination d'éloignement entre une première unité émetteur/récepteur et une seconde unité émetteur/récepteur qui sont éloignées l'une de l'autre. Etat de la technique Dans le domaine des systèmes de contrôle d'accès on connaît de nombreux procédés et systèmes qui ne nécessitent plus l'utilisation d'une clé de serrure. La détection de la clé se fait par exemple io par une communication radio entre une unité embarquée dans le véhicule et un transpondeur (clé). Pour cette communication on utilise des fréquences dans le domaine des basses fréquences jusque dans le domaine des gigahertz. Un système de contrôle d'accès travaillant dans la domaine du gigahertz est décrit dans le document DE 199 02 185 Ai (R. Bosch 15 GmbH). La vérification et la reconnaissance de partenaires autorisés pour la communication peut se faire par l'échange de données cryptées (principe de la clé et de la serrure). La détermination d'éloignement entre la " clé " et l'unité embarquée dans le véhicule peut se faire dans le do20 maine des basses fréquences par des champs magnétiques ou dans le domaine du gigahertz par des mesures reposant sur le système radar. But, exposé et avantages de l'invention Pour garantir le fonctionnement du système il faut déterminer l'éloignement entre l'unité embarquée et le transpondeur. D'autre part, 25 il faut effectuer un échange bidirectionnel de données entre l'unité embarquée et le transpondeur. En cas de séparation dans le temps entre la détermination de l'éloignement et la transmission des données, la sécurité du système contre toute perturbation intentionnelle (tentative d'effraction) et les perturbations non intentionnelles (plusieurs systèmes de même type 30 qui fonctionnent dans le voisinage), ne sont pas toujours assurées. La présente invention a pour but de développer un système et un procédé de transmission bidirectionnelle de données et de détermination d'éloignement entre une première unité émetteur/récepteur, notamment une unité embarquée dans un véhicule et une seconde unité 35 moteur/récepteur, notamment un transpondeur, de façon à protéger le système contre les perturbations intentionnelles et non intentionnelles. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que - la première unité émetteur/récepteur émet avec une première fréquence fi relativement basse, - la seconde unité émetteur/récepteur émet avec une seconde fréquence f2 essentiellement plus élevée, - la première et la seconde unité émetteur/récepteur fonctionnent de manière synchronisée dans le temps pendant la transmission et - la détermination de l'éloignement se fait dans la première unité émission/réception en même temps que la transmission des données par l'exploitation de temps de parcours de signal entre la seconde et la 10 première unité émetteur/récepteur. La base du système selon l'invention est que le canal aller et retour de transmission de données (échange de données) entre la première et la seconde unité se situe dans des bandes de fréquences différentes. Pour la transmission de la première unité ou unité embarquée vers la se15 conde unité ou transpondeur on utilise une fréquence relativement faible (par exemple fl = 433 MHz); pour la transmission dans l'autre direction, entre la seconde unité ou transpondeur et la première unité ou unité embarquée, on utilise une fréquence beaucoup plus élevée du domaine des micro-ondes, comme par exemple f2 = 24 GHz. La détermination de 20 l'éloignement se fait par l'exploitation du temps de parcours du signal entre les deux unités émetteur/récepteur. Pour cela, l'invention propose de faire fonctionner de manière synchrone les deux appareils pendant la durée de la transmission. La mesure de distance ou télémétrie se fait alors dans la première unité 25 par l'exploitation du temps de parcours du signal entre la seconde unité et la première unité et en même temps que l'on transmet les données. La transmission des données et la détermination de l'éloignement s'effectuent dans les conditions suivantes: La première unité émetteur/récepteur (unité embarquée) 30 envoie les données vers la seconde unité (émetteur/récepteur) (transpondeur) qui module par exemple par modulation de fréquence un signal de porteuse à la fréquence fi. Dans la seconde unité émetteur/récepteur on utilise un récepteur habituel. En réponse à des données reçues et reconnues comme valables, la seconde unité ou transpondeur envoie une ré35 ponse. Un oscillateur appartenant à la seconde unité émetteur/récepteur et un commutateur haute fréquence génèrent de courtes impulsions ou paquets d'ondes dans le domaine du gigahertz. La position de ces paquets d'ondes dans le temps est synchronisée sur le signal de porteuse reçu de la première unité émetteur/récepteur. Pour cela, le signal de porteuse reçu de la première unité émetteur/récepteur est divisé par un diviseur de fréquence et à partir de ce signal de référence on crée 5 des impulsions de commande pour le commutateur haute fréquence de la seconde unité émetteur/récepteur. Par le passage/blocage de cette suite d'impulsions on module les données dans la branche d'émission de la seconde unité émetteur/récepteur. Dans la première unité émetteur/récepteur on génère éga1o lement des impulsions ou paquets d'ondes synchronisés sur la fréquence de porteuse fl. Ces impulsions sont appliquées à un mélangeur de réception dans la première unité émetteur/récepteur. Cette dernière comporte un dispositif de temporisation permettant de régler une durée de temporisation variable correspondant à un temps de parcours de signal entre la S5 seconde unité émetteur/récepteur et la première unité émetteur/récepteur. La durée de temporisation réglée est une mesure directe de l'éloignement entre les deux partenaires à la communication. Pour un éloignement correspondant à la durée de temporisation on aura une corrélation des paquets d'ondes dans le mélangeur de réception de la 20 première unité émetteur/récepteur. Un détecteur ou démodulateur et un filtre passe-bas à la sortie du mélangeur permet de prélever les signaux reçus (récepteur à bande passante). Si la seconde unité émetteur/récepteur se trouve dans la plage d'éloignement réglée par la durée de temporisation réglable on peut 25 recevoir les signaux de la seconde unité émetteur/récepteur par la première unité émetteur/récepteur ou unité embarquée. En dehors de cette plage aucune réception n'est possible. Toutefois, du fait de la largeur des paquets d'impulsions, on peut avoir un signal de corrélation dans une certaine plage d'éloignement. Cela se traduit par une " cellule 30 d'éloignement ". En commutant la durée de temporisation on peut ainsi régler différentes " cellules d'éloignement ". La durée de la temporisation réglée correspond à l'éloignement de la cellule. La dimension de la cellule peut se définir par la durée (longueur d'impulsion) entre les impulsions ou paquets d'ondes. Dans le procédé selon l'invention il n'est plus nécessaire de synchroniser la phase des oscillateurs de la première unité et celle de l'oscillateur de la seconde unité ou transpondeur. Si entre l'oscillateur générant le paquet d'ondes de la première unité et l'oscillateur de la seconde unité on choisit un certain décalage de fréquence, les signaux à la sortie du mélangeur de la première unité peuvent également être prélevés dans la plage des fréquences inter5 médiaires (récepteur de fréquence intermédiaire). Par une réalisation appropriée des oscillateurs, c'est-à-dire s'ils ont un temps de stabilisation court, on peut générer directement les paquets d'ondes avec les oscillateurs. Dans ce cas on peut supprimer les commutateurs haute fréquence dans la première et la seconde unité émetteur/récepteur. Le récepteur de la seconde unité (transpondeur) peut être commandé de manière cadencée appropriée, c'est-à-dire qu'il ne se réveille que régulièrement pendant une courte durée pour écouter la présence d'un signal haute fréquence. Le système et le procédé selon l'invention offrent notam15 ment les avantages suivants: - la sécurité contre toute perturbation intentionnelle ou non intentionnelle (intrusion), - dans la seconde unité émetteur/récepteur ou transpondeur on peut supprimer le récepteur gigahertz qui consomme beaucoup de courant, 20 dans la seconde unité émetteur/récepteur aucun traitement de données en temps réel n'est nécessaire pour les signaux de réception et d'émission pour déterminer l'éloignement. Pour l'échange et le traitement des données (identification, cryptologie) on peut utilise les processeurs du commerce. Cela permet de réaliser un transpondeur 25 utilisant une batterie. Le domaine d'utilisation préférentiel du procédé et du système de l'invention sont des systèmes de contrôle d'accès dans le domaine automobile. Toutefois, le système peut également s'utiliser pour d'autres applications nécessitant une autorisation d'accès ou d'utilisation. 30 Dessins Un système et un procédé selon l'invention seront décrits ciaprès de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés montrant un exemple d'un système selon l'invention et son fonctionnement. Ainsi: - la figure lA est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation d'une première unité émetteur/récepteur ou d'une unité embarquée dans un véhicule, - la figure 1B est un schéma par blocs d'une seconde unité émetteur/récepteur ou transpondeur. Description d'un mode de réalisation Il est à remarquer que les schémas par blocs des figures lA s et lB ne montrent que les parties hautes fréquences de la première unité émetteur/récepteur ou unité embarquée dans le véhicule et de la seconde unité émetteur/récepteur ou transpondeur. La première unité émetteur/récepteur 1 représentée à la figure lA comprend un premier oscillateur 11 générant une fréquence por10 teuse fi (MHz) avec une entrée de modulation et de données Il. Le premier oscillateur 11 est relié par un diviseur de puissance 10 à une antenne Tx(fl) qui module le signal de la fréquence porteuse (fréquence basse fi) par un signal de données pour l'envoyer vers la seconde unité émission/réception portant la référence 2 (liaison montante). Les données à l'entrée Il sont modulées par exemple en fréquences sur la fréquence porteuse f2 fournie par l'oscillateur 1 1. Du côté de la seconde unité émetteur/récepteur 2, on a un récepteur habituel Rx avec un diviseur de puissance 20, un démodulateur 25 et une sortie de données de réception 02. Le transpondeur 2 émet, en 20 réponse à des données reçues et considérées comme valables, une réponse (liaison descendante). Pour cela, la seconde unité émetteur/récepteur 2 comporte un second oscillateur 21 qui génère une fréquence élevée f2 et un commutateur haute fréquence 22 relié à cet oscillateur 21. Le commutateur haute fréquence 22 génère de courtes impulsions (paquet 25 d'ondes) dans le domaine du gigahertz. Un diviseur de fréquence 23 est relié au diviseur de puissance 20. Le diviseur de fréquence est relié à l'entrée d'un formeur d'impulsions 24. L'autre entrée du formeur d'impulsions 24 est l'entrée de modulation et de données I2. Le signal de porteuse reçu de la première unité émetteur/récepteur et qui a été divisé 30 en fréquences sert de formeur d'impulsions 24 qui synchronise la position dans le temps des paquets d'ondes portant la référence Pl avec le signal fi reçu. Pour cela, le formeur d'impulsions 24 génère des impulsions de commande pour le commutateur à haute fréquence 22. En branchant et en coupant cette suite d'impulsions (entrée de données et de modulation 35 I2) la branche d'émission de la seconde unité émetteur/récepteur 2 peut être modulée pour la transmission de données. En retour à la figure lA, dans la première unité émetteur/récepteur 1 (c'est-à-dire au niveau du véhicule) un troisième oscilla- teur 12 et un commutateur haute fréquence 16 génèrent des paquets d'ondes P2 également synchronisés sur la fréquence de porteuse fl. Ces paquets d'ondes sont fournis au mélangeur de réception 17. Le diviseur de puissance 10 applique la fréquence du premier oscillateur 11 à un divi5 seur de fréquence 13 et à une unité de temporisation 14 dont la durée de temporisation ATvar est réglable; le signal retardé est appliqué par l'intermédiaire du formeur d'impulsions 15 au commutateur HF 16 pour commuter celui-ci. La durée de temporisation réglable ATvar permet de régler le temps de parcours du signal entre la seconde unité émet10 teur/récepteur ou transpondeur 2 vers la première unité émetteur/récepteur ou unité embarquée 1 de manière appropriée. Ainsi, la durée de temporisation réglée ATvar représente une mesure directe de l'éloignement entre les deux participants à la communication 1 et 2. Pour un éloignement correspondant à la durée de temporisation entre les deux 15 unités émetteur/récepteur 1, 2 on a une corrélation des paquets d'impulsions dans le mélangeur 17. Un détecteur ou le modulateur 18 et un filtre passe-bas 19 à la sortie du mélangeur 17 permettent de prélever les signaux reçus à la sortie O1 (récepteur à bande passante). Si la seconde unité émetteur/récepteur ou transpondeur 2 20 se trouve dans la plage d'éloignement prédéfinie par la durée de temporisation ATvar, l'unité embarquée 1 peut recevoir les signaux du transpondeur 2. En dehors de cette plage d'éloignement aucune réception n'est possible. Etant donné la largeur des paquets d'ondes on peut dans une certaine plage d'éloignement assurer une corrélation de signaux. Cela 25 donne une cellule d'éloignement. En commutant la durée de temporisation AT7ar de l'instant de temporisation 14 on peut ainsi se régler sur différentes " cellules d'éloignement ". La durée de temporisation réglée AT,,, correspond à l'éloignement de la cellule. La dimension des cellules peut se définir par la durée ou la longueur des impulsions des paquets d'ondes. Si entre le second oscillateur et le troisième oscillateur on choisit un décalage de fréquence approprié on peut prélever les signaux à la sortie du mélangeur 17 de l'unité embarquée 1 également dans la plage des fréquences intermédiaires (récepteur de fréquence intermédiaire). Une réalisation appropriée des oscillateurs (durée de stabilisation réduite) 35 permet de faire également directement les paquets d'ondes Pl, P2, ce qui permet de supprimer les commutateurs à haute fréquence 16, 22 chaque fois dans l'unité embarquée 1 et dans l'unité de transpondeur 2. Le récepteur de la seconde unité émetteur/récepteur 2 peut être commandé de façon cadencée pour ne se réveiller que régulièrement pendant une durée courte et écouter la présence d'un signal haute fréquence. Un exemple de réalisation d'un système et du procédé de transmission bidirectionnelle et de détermination d'éloignement ou télémétrie ont été décrits dans l'exemple de réalisation ci-dessus de l'invention dans l'application au domaine des véhicules, en particulier des systèmes de contrôle d'accès appliqués à des véhicules. Mais le procédé et le sys1o tème selon l'invention peuvent également s'envisager pour d'autres applications nécessitant une autorisation d'accès ou d'utilisation. Selon une application particulière, la première fréquence fl se situe dans le domaine VHF/UHF entre 30 MHz et 1000 MHz. Suivant une autre caractéristique, la seconde fréquence f2 15 se situe dans le domaine des micro-ondes entre 2 et 80 GHz. REVE N D I CATI O N S ) Procédé de transmission bidirectionnelle de données et de détermination d'éloignement entre une première unité émetteur/récepteur (1) et une seconde unité émetteur/récepteur (2) qui sont éloignées l'une de l'autre, caractérisé en ce que - la première unité émetteur/récepteur (1) émet avec une première fréquence fi relativement basse, - la seconde unité émetteur/récepteur (2) émet avec une seconde fréquence f2 essentiellement plus élevée, - la première et la seconde unité émetteur/récepteur (1, 2) fonctionnent de manière synchronisée dans le temps pendant la transmission et - la détermination de l'éloignement se fait dans la première unité émission/réception (1) en même temps que la transmission des données par l'exploitation de temps de parcours de signal entre la seconde et la 15 première unité émetteur/récepteur (2, 1). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première fréquence fl se situe dans le domaine VHF/UHF entre 30 MHz 20 et 1000 MHz. ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde fréquence f2 se situe dans le domaine des micro-ondes entre 2 25 et 80 GHz. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première unité émetteur/récepteur (1) se trouve dans un véhicule, no30 tamment un véhicule automobile et la seconde unité émetteur/récepteur (2) se trouve dans un transpondeur. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première unité émetteur/récepteur (1) émet un signal de porteuse modulé par des données à la première fréquence fl vers la seconde unité émetteur/récepteur (2). ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde unité émetteur/récepteur (2) émet à la réception du signal de porteuse venant de la première unité émetteur/récepteur (2) un signal de 5 réponse à la seconde fréquence f2 sous la forme de premiers courts paquets d'ondes (Pi) dont la position dans le temps est synchronisée sur le signal de porteuse reçu de la première unité émetteur/récepteur (1). ) Procédé selon la revendication 5 ou 6, io caractérisé en ce que la première unité émetteur/ récepteur (2) génère des seconds paquets d'ondes (P2) synchronisés sur la fréquence de porteuse fl et retardés d'une durée de temporisation ATv, réglable en fonction de l'éloignement entre la première et la seconde unité émetteur/récepteur (1, 2) et si l'on met en corrélation le premier paquet d'ondes (Pl) émis par la seconde unité émetteur/récepteur (2) et reçu par la première unité émetteur/récepteur (1), avec le second paquet d'ondes (P2) dans la première unité émetteur/récepteur (1), on obtient l'éloignement entre la première et la seconde unité émetteur/récepteur (1, 2) par la durée de temporisation 20 réglée (ATvar). 8 ) Système de transmission bidirectionnel de données et de détermination d'éloignement entre une première unité émetteur/récepteur (1) et une seconde unité émetteur/récepteur (2), ces deux unités étant distantes l'une 25 de l'autre, caractérisé en ce que - la première unité émetteur/récepteur (1) comporte un premier oscillateur (11) qui génère une première fréquence fi relativement faible et un premier dispositif de modulation et d'émission (10, Tx (fi)) qui envoie 30 vers la seconde unité émetteur/récepteur (2), une fréquence porteuse fi modulée par des données, la seconde unité émetteur/récepteur (2) ayant un second oscillateur (21) qui génère une seconde fréquence f2 beaucoup plus élevée que la première fréquence fl et un second dispositif de modulation et d'émission (22, 24 35 Tx (f2)) qui envoie des premiers paquets d'ondes courts (Pi) vers la première unité émetteur/récepteur (1), - la première et la seconde unité émetteur/récepteur (1, 2) fonctionnant de manière synchrone dans le temps pendant la transmission et le second dispositif de modulation et d'émission (22, 24 Tx (f2)) comporte des moyens de commutation pour synchroniser la position dans le temps du premier paquet d'ondes (Pi) sur le signal de porteuse fl reçu par la première unité émetteur/récepteur (1) et - la première unité émetteur/récepteur (1) comporte un dispositif de réception (17, Rx) qui reçoit le premier paquet d'ondes (Pi) de la seconde unité émetteur/récepteur (2) ainsi qu'un dispositif pour déterminer la distance (14-16) qui détermine en même temps que la transmission des données, l'éloignement entre la première et la seconde unité émet10 teur/récepteur (1, 2) par l'exploitation de l'enregistrement du signal du premier paquet d'ondes (Pi) par la seconde unité émetteur/récepteur (2) vers la première unité émetteur/récepteur (1). ) Système selon la revendication 8, 15 caractérisé en ce que la première fréquence fl est dans le domaine VHF/UHF compris entre MHz et 1000 MHz. ) Système selon la revendication 8 ou 9, 20 caractérisé en ce que la seconde fréquence f2 est dans le domaine des micro-ondes entre 2 et GHz. ) Système selon l'une des revendications 8 à i1, 25 caractérisé en ce que la première unité émetteur/récepteur (1) est installée dans un véhicule, notamment un véhicule automobile et la seconde unité émetteur/récepteur (2) est installée dans un transpondeur. 12 ) Système selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la première unité émetteur/récepteur (1) émet un signal de porteuse modulé par des données à la première fréquence fl vers la seconde unité émetteur/récepteur (2). ) Système selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la première unité émetteur/récepteur (1) comporte en outre Il - un troisième oscillateur (12) et un mélangeur (17) relié à celui-ci pour générer des seconds paquets d'ondes (P2) synchronisés sur la fréquence fl du premier oscillateur (11) et pour mélanger ceux-ci avec des premiers paquets d'impulsions (Pi) reçus de la seconde unité émet5 teur/récepteur (2) et - un dispositif de temporisation réglable (14) pour régler une durée de temporisation variable ATva, pour les premiers paquets d'ondes (Pi) reçus dans le mélangeur (17) pour les mélanger avec le second paquet d'ondes (P2) et pour une durée de temporisation réglée AT,, on peut détecter un éloignement correspondant entre la première et la seconde unité émetteur/récepteur (1, 2) dans le mélangeur (17) par une corrélation entre le premier et le second paquet d'ondes (1, 2) pour détecter les signaux de données reçus à la sortie (Qi) du mélangeur (17). 15 ) Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que la fréquence du troisième oscillateur (12) générant le second paquet d'ondes (P2) est décalée de la fréquence f2 du second oscillateur (21) de 20 façon que les signaux à la sortie (Q1) du mélangeur (17) puissent être prélevés à la fréquence intermédiaire. ) Application du système selon l'une des revendications 8 à 14 comme système de contrôle d'accès dans le domaine automobile, des données 25 cryptées étant échangées entre la première et la seconde unité émetteur/récepteur (1, 2).