WO2007048399A1 - Method for interception-proof near-field communication with inductive transponders of electronic documents - Google Patents

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WO2007048399A1
WO2007048399A1 PCT/DE2006/001895 DE2006001895W WO2007048399A1 WO 2007048399 A1 WO2007048399 A1 WO 2007048399A1 DE 2006001895 W DE2006001895 W DE 2006001895W WO 2007048399 A1 WO2007048399 A1 WO 2007048399A1
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antenna
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Peter Kronegger
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Acg Identification Technologies Gesellschaft Mbh
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K1/00Secret communication
    • H04K1/02Secret communication by adding a second signal to make the desired signal unintelligible
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10237Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the reader and the record carrier being capable of selectively switching between reader and record carrier appearance, e.g. in near field communication [NFC] devices where the NFC device may function as an RFID reader or as an RFID tag

Definitions

  • Transponder communication devices can be read out via magnetic alternating fields or radio waves and sometimes also described.
  • Passive transponders can also be supplied with the required energy via the radio waves.
  • the energy and data transmission occurs contactless via electromagnetic waves. If no energy is transmitted, the transponder remains mute.
  • a magnetic alternating field is created which can be captured over longer distances with suitable receivers (radio receivers), although the distance for reading out a passive transponder is limited to a few due to the maximum permissible power of the remote feed Centimeters to a maximum of meters.
  • an apparatus for selectively preventing unwanted wiretapping of near field communications between a reader and one or more transponders Preferably, these are passive inductive transponders with near-field antennas.
  • the device allows the selective (Zer-) interference of signal contents or signals electromagnetic waves or alternating magnetic fields by a comparison with the prior art modified electrical circuit for Nahfeld- K ⁇ mmunikation with inductive transponders. This restricts the range of intelligible communication between the reader antenna and the transponder antenna to the detection range of the reader, making it absolutely impossible to hear the signal outside.
  • the main task is to protect the communication between reader and transponder by canceling or disturbing additional signal rejection.
  • RFID Radio Frequency IDentif ⁇ kations -
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the reading of the RFID devices as a result of short as Transponder refers preferably via radio waves or magnetic alternating fields from a short distance.
  • Inductive transponders require an antenna coil of at least one turn, which has different shape.
  • the coil is circular, spiral, oval, or triangular and quadrilateral with mostly rounded corners.
  • a similarly designed antenna coil is required on the communication device for reading out or writing to the transponder. With sufficient proximity of the two coils of the transponder can absorb enough energy from an alternating field and perform the data communication. This is done by modulating the magnetic field comparable to a transformer without iron core.
  • a listening operation can only be successful if there is also an information carrier with the referenced information.
  • Ultra broadband transmission enables the reduction of data transmission to very small temporal windows (secretly defined temporal ranges) and consequently very short pulse lengths.
  • Blocker tags designed to simulate a large number of transponder addresses, can also be used as eavesdropping protection when placed outside the communication zone.
  • the patent US 2005/0058292 a method and an apparatus for secure two-way communication is presented.
  • an encrypted by a noise signal RF carrier signal is used, whereby the message of the communication is no longer extractable without the same means elsewhere by listening devices.
  • this is experienced by a a noise signal encoded RF signal after modulation by the transponder removal of the encryption.
  • For encryption is an amplitude, a frequency or a phase modulation circuit or combinations thereof.
  • the modulation components are a voltage-controlled oscillator for frequency generation and modulation of the frequency or phase and / or an adjustable amplifier for amplitude modulation.
  • a two-part coding key can be transmitted, which can also be partially varied.
  • a password is possible.
  • An encryption algorithm is possible.
  • the subject invention is a device for monitoring near-field communication with inductive transponders of electronic.
  • this device has a useful signal source and an interference signal source and at least one device for forming a sum or difference signal from the useful signal and the interference signal for masking or for extinguishing the useful signal.
  • At least one device is used for local decoupling of useful signal and interference signal.
  • an electrical or an electronic adding circuit or an electrical or electronic subtraction circuit For the formation of the sum or difference signal within the device can advantageously be provided an electrical or an electronic adding circuit or an electrical or electronic subtraction circuit.
  • Another device is mithüfe a Sub Titanscrien for electrical or electronic elimination of the Interference signal from the sum signal analog can be done from the difference signal by an adder circuit. As a result, the interference signal is decoupled from the useful signal again.
  • a sum or difference signal can also be generated by a device for geometric superimposition of at least two magnetic fluxes or electromagnetic waves for formation.
  • At least one antenna is connected to the output of the useful signal source or to the output of the adding circuit for the sum signal, for example, useful and interference signal, and at least one further antenna to the output of a noise source or to the output of a subtractor is formed for the difference signal, for example, from useful and Störsignal.
  • the excitation by the useful signal in the near range can be higher than the excitation by the interfering signal.
  • the lower attenuation of a coil with a larger diameter and with a higher interference signal level can serve to cover the useful signal.
  • a means for local decoupling of at least one antenna - for the useful signal or for a sum or difference signal with the useful signal - with respect to all other antennas of the near field communication device can be, for example, a tool for the rectangular orientation of the antenna axes, such as orthogonally oriented printed circuit boards or air coils.
  • it can also be a magnetically highly conductive field concentrator, for example an iron yoke or a ferrite core which has a strong filter effect near field due to the field concentration, whereas in the far field the useful signal disappears in the interference signal.
  • a combination of the use of a field concentrator with the orthogonal orientation is also a goal-oriented means to enable the data reception in the near field.
  • Magnetic shielding elements made of magnetically conductive material, such as iron sheets, represent a further alternative or supplementary means for local decoupling.
  • the output of the adder with a first input of a Subtracting circuit connected, and the output of the noise source connected to a second input of the subtractor, and whose output is connected to a signal evaluation circuit.
  • a subtraction circuit is used for the formation of the signal for masking or canceling out the modulated useful signal, then conversely an adder circuit is used for the signal acquisition.
  • the output of the subtraction circuit is connected to a first input of this adder circuit, and the output of the interfering signal source is connected to a second input of the adder circuit ⁇ and its output is connected to a signal evaluation circuit.
  • the value of the generator is preferably formed of a pseudo-random signal generator, a stochastic signal of a noise signal generator or the like.
  • the noise source is activated, controlled or formed by the modulation signal of at least one transponder.
  • the noise source is active.
  • a watchdog circuit advantageously keeps the interference signal source active until a detector signal does not arrive for a sufficiently long time.
  • the noise source can be activated delayed, or the signal of the change detector itself serves as a noise source by means of a time delay element.
  • a shift register or the like is suitable for this, as a result of which the signal at the output of the register is again added to or subtracted from the useful signal with the means mentioned.
  • the interfering signal source itself is the useful signal source, or equal to the useful signal source, or is formed from the caused by the Transponderantennen- impedance modulation signal, as far as possible decoupled antennas for the far field are fed destructively interferent.
  • the antennas which are not in close coupling with a transponder can be driven invertedly, or the winding sense of the coil is different than that of the useful antenna.
  • FIG. 1 shows the principle circuit diagram with the device 1 for monitoring near-field communication and a transponder 6.
  • FIG. 1 Figure 2 and Figure 3 show possible arrangements and embodiments of the antennas.
  • Figures 4 to 12 show embodiments of the apparatus for forming a sum or difference signal.
  • Figures 13, 14 and 15 show possibilities for decoupling the antennas 43 and 44, in particular for the near field.
  • FIG. 16 outlines a possible extraction of the transponder (backscatter) information in the case of electrical or electronic addition of interfering and useful signal.
  • FIG. 17 outlines a possible extraction of the transponder (backscatter) information in the case of electrical or electronic subtraction of interfering and useful signal.
  • FIG. 18 and FIG. 19 show sketching of different types of interfering signals.
  • FIG. 20 shows a possibility for generating an interference signal for deleting the useful signal in the far field by destructive interference.
  • two signal generators 2, 3 for generating a Nutzsignaf and a noise signal are possible. These may have the same or similar carrier frequency.
  • the useful signal is usually suitable for the energy supply of the transponder and approved carrier signal of certain frequency and is generated by the generator 2.
  • This carrier signal is transmitted to a read-out transponder by the coupling of the near-field antenna 4 with the transponder antenna 61 to the transponder, which thereby absorbs energy.
  • the variation of the energy intake e.g. by varying the input impedance of the transponder 6 is visible by a change of the primary coil current of the transformer formed by the antennas, whereby a data transport to the device 1 is made possible.
  • the second generator 3 serves to disturb the alternating magnetic fields or radio waves around or even within the communication distance. It generates a signal that has indefinite, ambiguous, and non-repetitive content. This useless information is only for the privacy of the communication process.
  • an interference signal is added or subtracted from the useful signal. This can happen on the electrical level or on the magnetic level.
  • an additional antenna 44 is provided for the interference signal. Then the magnetic fields of the antennas 43, 43 additively overlap. With opposite superimposition, the magnetic field components are extinguished.
  • the geometric superposition of the magnetic fields or the radio waves is symbolized by the frame 53.
  • coil antennas 4, 41, 61 are used for energy and data transmission.
  • this should aul mis as decoupled orientation as useful signal antenna and transponder antenna.
  • FIG. 3 shows another example of the design of the near-field antenna.
  • a printed circuit one or more printed circuit board elements or carriers of metallic or conductive layers serve to form a loop antenna 42 or a plurality of loop antennas 43, 44.
  • FIG. 4 shows the switching symbol of an adding function 51 as it can be embodied by the device 5.
  • FIG. 6 shows an electrical embodiment through a current node. 1 shows an electronic addition of two signals with an operational amplifier, which originate from generators, eg in the form of an electrical alternating voltage for the useful signal and an irregularly pulsed second alternating voltage for the interfering signal.
  • FIG. 5 shows the switching symbol of a subtraction function 52 for the device 5.
  • the electrical subtraction is represented by a current node, wherein the phase position of the interference signal is rotated by 180 degrees (signal inversion).
  • FIG. 9 shows an electronic subtracter. Normally, the electronic and electrical circuits are still adjusted power output stages. If a subtraction function 52 is used, the energy is strongly attenuated at the same frequency of the useful and interference signal. At the same amplitude even extinguished. Then no data transmission can take place. If a similar frequency is used, a beat occurs, with the difference frequency, thereby generating energy supply pulses. If they are too short, the complete information can not be transferred. Additional switching on and off of the Störsignalfrequenzgebers at irregular intervals cause an interference signal, which leads to high security against eavesdropping.
  • the apparatus 5 can also be simple connections with decoupled antennas, as shown in FIG. Depending on the orientation of the antennas to each other, there is a geometric addition or subtraction of useful and interfering field components.
  • FIG. 11 and 12 show the functional diagram when, for example, the sum signal of an adder 51 of useful signal and interference signal supplied to an antenna and the difference signal of a subtractor 52 is fed to another antenna, whereby the transponder modulates a signal changed by means of noise source. By subtraction of sum and difference signal can be easily recover the modulation signal.
  • FIG. 13 shows a possible means 7 for decoupling the magnetic fluxes: the orthogonal arrangement of the loop antennas 42, one of which is the useful signal antenna 43 and one the interfering signal antenna 44.
  • Another possible means 7 for decoupling is the guidance of the magnetic flux in highly magnetically conductive materials, as set forth in FIG.
  • the iron yoke 72 which is preferably formed by laminations, on the one hand serves for the field concentration for the useful signal, and on the other hand for the decoupling of the two windings 43, 44 for the data traffic via the transponder 6 and the interference signal generation via the antenna 44 for the environment.
  • FIG. 15 shows the possibility of shielding 73 of the useful field antenna 43 from the interference field antenna 44 as a decoupling device 7.
  • a subtracter 54 When the sum signal of the adder 51 is supplied to the communication antenna 4, a subtracter 54, as shown in FIG. 16, provides simple signal recovery capability for further processing in the signal evaluation circuit 8.
  • Random value generator 9 can be a noise source with window discriminator or a pseudo-random generator or else the time-shifted modulation signal of the transponder.
  • a time delay element 112 or a shift register 113 can serve. But it can also be a monoflop activated by the Tränsponder- Modufatjon. This switches on (retriggerable or not) the interference signal source for a limited time or off.
  • FIG. 20 shows an exemplary embodiment in which the signal of the useful signal source is tapped off and amplified is supplied to the interference signal path.

Abstract

Writing and reading processes using integrated transponders can be detected and evaluated from a distance by unauthorized individuals with the aid of radio wave receivers such that privacy and sensitive data are not sufficiently protected against access. The inventive device effectively prevents such unauthorized access. The disclosed device for interception-proof near-field communication (1) comprises an interference signal source or masking signal source (3) in addition to the useful signal source (2), both of which lie within the same radio frequency band. At least one device (5) for forming a sum signal or difference signal has a strong influence on the radio wave modulation outside the reading zone. Said superposition causes the useful signal to be masked or deleted in the carrier. The inventive device provides optimal interference-proof near-field communication without requiring encoding of the communication channel.

Description

Beschreibung description
VORRICHTUNG ZUR ABHÖRSICHEREN NAHFELD-KOMMUNIKATION MIT INDUKTIVEN TRANSPONDERN ELEKTRONISCHER DOKUMENTEDEVICE FOR AUDIO-SAFE NAHFELD COMMUNICATION WITH INDUCTIVE TRANSPONDERS OF ELECTRONIC DOCUMENTS
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Elektrotechnik, insbesondere auf die Nachrichtentechnik und Datenübertragungstechnik. Transponder- Kommunikations-Einrichtungen können über magnetische Wechselfelder oder Radiowellen ausgelesen und teilweise auch beschrieben werden. Passive Transponder können zudem auch über die Radiowellen mit der benötigten Energie versorgt werden. Dabei geschieht die Energie- und Datenübertragung kontaktlos über elektromagnetische Wellen. Wird keine Energie übertragen, bleibt der Transponder stumm. Während eines Lese- oder Schreibvorgangs zwischen einem Leser und einem Transponder entsteht ein magnetisches Wechselfeld das mit geeigneten Empfängern (Radioempfängern) auch über größere Distanzen eingefangen werden kann, obwohl die Distanz für das Auslesen eines passiven Transponders aufgrund der maximal zulässigen Leistung der Fernspeisung eingeschränkt auf wenige Zentimeter bis maximal Meter ist. Solche feindlichen Abhörvorgänge zu unterbinden oder zu erschweren ist Ursache für den Einsatz von aufwandsintensiven Verschlüsselungsmethoden und Kodierungsverfahren. Vorgestellt wird eine Vorrichtung zum gezielten Verhindern von ungewünschtem Abhören von Nahfeldkommunikationen zwischen einem Leser und einem oder mehreren Transpondern. Vorzugsweise handelt es sich dabei um passive induktive Transponder mit Nahfeld-Antennen. Die Vorrichtung ermöglicht die selektive (Zer-)Störung von Signalinhalten oder Signalen elektromagnetischen Wellen oder magnetischer Wechselfelder durch eine gegenüber dem Stand der Technik modifizierte elektrische Schaltung zur Nahfeld-Kόmmunikation mit induktiven Transpondern. Dadurch wird der Bereich verständlicher Kommunikation zwischen der Leser- Antenne und Transponder-Antenne auf den Erfassungsbereich des Lesegerätes eingeschränkt, wodurch ein Abhören des Signals außerhalb absolut unmöglich wird. Kernaufgabe ist der Schutz der Kommunikation zwischen Leser und Transponder durch auslöschende oder störende Zusatzsignalabstrahiung.The present invention relates to the technical field of electrical engineering, in particular to telecommunications and data transmission technology. Transponder communication devices can be read out via magnetic alternating fields or radio waves and sometimes also described. Passive transponders can also be supplied with the required energy via the radio waves. The energy and data transmission occurs contactless via electromagnetic waves. If no energy is transmitted, the transponder remains mute. During a reading or writing operation between a reader and a transponder, a magnetic alternating field is created which can be captured over longer distances with suitable receivers (radio receivers), although the distance for reading out a passive transponder is limited to a few due to the maximum permissible power of the remote feed Centimeters to a maximum of meters. To prevent or complicate such hostile interception is the cause of the use of elaborate encryption methods and coding methods. Disclosed is an apparatus for selectively preventing unwanted wiretapping of near field communications between a reader and one or more transponders. Preferably, these are passive inductive transponders with near-field antennas. The device allows the selective (Zer-) interference of signal contents or signals electromagnetic waves or alternating magnetic fields by a comparison with the prior art modified electrical circuit for Nahfeld- Kόmmunikation with inductive transponders. This restricts the range of intelligible communication between the reader antenna and the transponder antenna to the detection range of the reader, making it absolutely impossible to hear the signal outside. The main task is to protect the communication between reader and transponder by canceling or disturbing additional signal rejection.
Stand der TechnikState of the art
Zur Sicherung und Kennzeichnung oder logistischen Überwachung von Produkten und Dokumenten werden im zunehmenden Maß elektronische Komponenten eingesetzt. RFID- (Radio Frequenz ldentifϊkations-)-Einrichtungen sind miniaturisierte Komponenten mit beispielsweise in CMOS-Technoiogie hergestellte integrierten Halbleiterschaltkreisen an deren Hauptanschlüsse Antennen zur Informationsübertragung und eventuell auch zur Energieversorgung kontaktiert sind. Das Auslesen der RFID-Einrichtungen infolge kurz als Transponder bezeichnet erfolgt vorzugsweise über Radiowellen oder magnetische Wechselfelder aus kurzer Distanz.Electronic components are increasingly being used to secure and label or logistically monitor products and documents. RFID (Radio Frequency IDentifϊkations -) devices are miniaturized components with integrated semiconductor circuits produced for example in CMOS technology whose main terminals antennas for information transmission and possibly also for power supply are contacted. The reading of the RFID devices as a result of short as Transponder refers preferably via radio waves or magnetic alternating fields from a short distance.
Induktiv arbeitende Transponder benötigen eine Antennenspule aus zumindest einer Windung, die unterschiedliche Form aufweist. Beispielsweise ist die Spule kreisförmig, spiralförmig, oval, oder drei- und viereckig mit zumeist abgerundeten Ecken. Eine ähnlich gestaltete Antennenspule ist an der Kommunikationseinrichtung zum Auslesen oder Beschreiben der Transponder erforderlich. Bei ausreichender Nähe der beiden Spulen kann der Transponder genug Energie aus einem Wechselfeld aufnehmen und die Datenkommunikation durchführen. Dies geschieht durch Modulation des magnetischen Feldes vergleichbar einem Transformator ohne Eisenkern.Inductive transponders require an antenna coil of at least one turn, which has different shape. For example, the coil is circular, spiral, oval, or triangular and quadrilateral with mostly rounded corners. A similarly designed antenna coil is required on the communication device for reading out or writing to the transponder. With sufficient proximity of the two coils of the transponder can absorb enough energy from an alternating field and perform the data communication. This is done by modulating the magnetic field comparable to a transformer without iron core.
Um einen Abhörschutz von Transpondem zu erreichen sind verschiedene Möglichkeiten entwickelt worden. Schwerpunkt dabei bilden Verschlüsselungsverfahren, wobei symmetrische oder unsymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen eingesetzt werden. Große Schlüssel verhindern jegliche Entschlüsselungsmöglichkeit der Daten, außer der Schlüssel fällt in die falschen Hände.In order to achieve protection against transponders, various possibilities have been developed. Emphasis is put on encryption methods, whereby symmetrical or asymmetrical encryption algorithms are used. Big keys prevent any decryption of the data unless the key falls into the wrong hands.
Wird die Privatinformation nicht übertragen sondern nur Bezugszeichen oder Referenznummern kann ein Abhörangriff auch nur dann erfolgreich sein, wenn auch ein Informationsträger mit der referenzierten Information vorhanden ist.If the private information is not transmitted but only reference numerals or reference numbers, a listening operation can only be successful if there is also an information carrier with the referenced information.
Ändern der Übertragungskanäle (Trägerfrequenz-Sprungverfahren) oder Zeitfenster (Zeitsprungverfahren) erschweren das Abhören, da eine Mehrzahl von Übertragungskanälen gleichzeitig abgehört werden müsste.Changing the transmission channels (carrier frequency hopping) or time windows (time hopping) makes listening difficult, since a plurality of transmission channels would have to be eavesdropped at the same time.
Ultrabreitbandübertragung ermöglicht das reduzieren der Datenübertragung auf sehr kleine zeitliche Fenster (geheim definierter zeitlicher Bereiche) und folglich sehr kurze Pulslängen.Ultra broadband transmission enables the reduction of data transmission to very small temporal windows (secretly defined temporal ranges) and consequently very short pulse lengths.
Auch Schirmung des gesamten Kommunikationspfades ist, wenn auch aufwendig jedoch ein praktiziertes und probates Abhörschutzmittel.Even shielding the entire communication path is, albeit consuming, a practiced and proven anti-interference means.
Blocker-Tags (Blockier-Transponder), derart gestaltet, dass sie eine große Anzahl von Transponder-Adressen simulieren, können ebenfalls als Abhörschutz eingesetzt werden, wenn diese außerhalb der Kommunikationszone angeordnet werden.Blocker tags, designed to simulate a large number of transponder addresses, can also be used as eavesdropping protection when placed outside the communication zone.
Durch die Patentschrift US 2005/0058292 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur sicheren 2- Weg-Kommunikation vorgestellt. Dabei wird ein durch ein Rauschsignal verschlüsseltes RF- Trägersignal eingesetzt, wodurch die Nachricht der Kommunikation nicht mehr ohne dieselben Mittel anderorts durch Abhörvorrichtungen extrahierbar ist. Insbesondere erfährt das durch ein ein Rauschsignal verschlüsseltes RF-Signal nach der Modulation durch den Transponder eine Entfernung der Verschlüsselung. Zur Verschlüsselung dient eine Amplituden, eine Frequenz oder eine Phasenmodulations-Schaltung oder Kombinationen daraus. Die Modulationskomponenten sind ein spannungsgesteuerter Oszillator zur Frequenzerzeugung und Modulation der Frequenz oder Phase und/oder ein einstellbarer Verstärker zur Amplitudenmodulation. Zusätzlich kann ein zweiteiliger Kodierschlüssel übertragen werden, der auch teilweise variiert werden kann. Ein Passwort ist möglich. Ein Verschlüsselungsalgorithmus ist möglich. Insgesamt ist ein sehr aufwendiges Sicherungsverfahren mit unterschiedlicher Komplexität beschrieben, welches auch eine entfernbare Verschlüsselung des Trägersignals aufweist. Nachteilig sind der erhöhte Systemaufwand, der Aufwand zur Erzeugung des Lesersignals und zur Absicherung der Information sowie der Aufwand zur Extraktion der Dateninformation. Weiters ist die Modulation und Störsignalaufbringung nicht unabhängig voneinander möglich.The patent US 2005/0058292 a method and an apparatus for secure two-way communication is presented. In this case, an encrypted by a noise signal RF carrier signal is used, whereby the message of the communication is no longer extractable without the same means elsewhere by listening devices. In particular, this is experienced by a a noise signal encoded RF signal after modulation by the transponder removal of the encryption. For encryption is an amplitude, a frequency or a phase modulation circuit or combinations thereof. The modulation components are a voltage-controlled oscillator for frequency generation and modulation of the frequency or phase and / or an adjustable amplifier for amplitude modulation. In addition, a two-part coding key can be transmitted, which can also be partially varied. A password is possible. An encryption algorithm is possible. Overall, a very complex security procedure with different complexity is described, which also has a removable encryption of the carrier signal. The disadvantage is the increased system overhead, the effort to generate the reader signal and to secure the information and the effort to extract the data information. Furthermore, the modulation and Störsignalaufbringung not independent of each other possible.
Weiterer Nachteil ist die Spreizung des Spektrums der Leservorrichtung, wodurch behördliche Zulassungen nicht erteilt werden könnten.Another disadvantage is the spread of the spectrum of the reader device, which regulatory approvals could not be granted.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es soll eine kostengünstige und anwenderfreundliche Vorrichtung geschaffen werden, die den Radius zur autorisierten oder nicht autorisierten Erfassung von Transponder-Kommunikations- Inhalten auf den Radius der maximal wirksamen Kommunikationsstrecke zwischen einer Kommunikations-Vorrichtung (einem Leser) und einem Transponder beschränkt. Dadurch soll ein Abhören der Kommunikationsinhalte während der Schreib- oder Lesesequenz außerhalb einer definierten Zone unmöglich gemacht werden.It is a cost and user-friendly device to be created, which limits the radius for authorized or unauthorized detection of transponder communication content on the radius of the maximum effective communication distance between a communication device (a reader) and a transponder. This is to make it impossible to listen to the communication contents during the writing or reading sequence outside a defined zone.
Das SchutzbegehrenThe protection request
Die Aufgabe wird durch die gegenständliche Erfindung gelöst, welche eine Vorrichtung zur abhörgeschützten Nahfeld-Kommunikation mit induktiven Transpondem von elektronischen darstellt. Dabei weist diese Vorrichtung eine Nutzsignalquelle und eine Störsignalquelle sowie mindestens eine Vorrichtung zur Bildung eines Summen- oder Differenzsignals aus dem Nutzsignal und dem Störsignal zur Maskierung oder zur Auslöschung des Nutzsignals auf. Mindestens eine Vorrichtung dient zur lokalen Entkopplung von Nutzsignal und Störsignal.The object is achieved by the subject invention, which is a device for monitoring near-field communication with inductive transponders of electronic. In this case, this device has a useful signal source and an interference signal source and at least one device for forming a sum or difference signal from the useful signal and the interference signal for masking or for extinguishing the useful signal. At least one device is used for local decoupling of useful signal and interference signal.
Für die Bildung des Summen- oder Differenzsignals innerhalb der Vorrichtung kann vorteilhaft eine elektrische oder eine elektronische Addierschaltung beziehungsweise eine elektrische oder elektronische Subtrahierschaltung vorgesehen sein. Eine weitere Vorrichtung dient mithüfe einer Subtraktionsschaltung zur elektrischen oder elektronischen Eliminierung des Störsignals aus dem SummensignaL Analoges kann aus dem Differenzsignal durch eine Addierschaltung erfolgen. Dadurch wird das Störsignal vom Nutzsignal wieder entkoppelt.For the formation of the sum or difference signal within the device can advantageously be provided an electrical or an electronic adding circuit or an electrical or electronic subtraction circuit. Another device is mithüfe a Subtraktionsschaltung for electrical or electronic elimination of the Interference signal from the sum signal analog can be done from the difference signal by an adder circuit. As a result, the interference signal is decoupled from the useful signal again.
Alternativ oder ergänzend kann ein Summen- oder Differenzsignal auch durch eine Vorrichtung zur geometrischen Überlagerung mindestens zweier magnetischer Flüsse oder elektromagnetischer Wellen zur Bildung erzeugt werden.Alternatively or additionally, a sum or difference signal can also be generated by a device for geometric superimposition of at least two magnetic fluxes or electromagnetic waves for formation.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Antenne mit dem Ausgang der Nutzsignalquelle oder mit dem Ausgang der Addierschaltung für das Summensignal beispielsweise aus Nutz- und Störsignal verbunden ist, und mindestens eine weitere Antenne mit dem Ausgang einer Störsignalquelle oder mit dem Ausgang einer Subtrahierschaltung für das Differenzsignal beispielsweise aus Nutz- und Störsignalgebildet wird.In this case, it is advantageous if at least one antenna is connected to the output of the useful signal source or to the output of the adding circuit for the sum signal, for example, useful and interference signal, and at least one further antenna to the output of a noise source or to the output of a subtractor is formed for the difference signal, for example, from useful and Störsignal.
Berücksichtigt man die unterschiedliche Abschwächung einer magnetischen Erregung mit dem Abstand beispielsweise von Spulenantennen unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Signalamplitude, kann die Erregung durch das Nutzsignal im Nahbereich höher sein, als die Erregung durch das Störsignal. Umgekehrt kann im Fernbereich die geringere Abschwächung einer Spule mit größerem Durchmesser und mit höherem Störsignalpegel für eine Verdeckung des Nutzsignales dienen.Taking into account the different attenuation of a magnetic excitation with the distance, for example, from coil antennas of different diameters and different signal amplitude, the excitation by the useful signal in the near range can be higher than the excitation by the interfering signal. Conversely, in the far range, the lower attenuation of a coil with a larger diameter and with a higher interference signal level can serve to cover the useful signal.
Von besonderer Bedeutung ist die Verwendung eines Mittels zur lokalen Entkopplung mindestens einer Antenne -für das Nutzsignal oder für ein Summen- oder Differenzsignal mit dem Nutzsignal - gegenüber allen anderen Antennen der Nahfeld-Kommunikations-Vorrichtung. Dieses Mittel kann beispielsweise ein Hilfsmittel zur rechtwinkligen Orientierung der Antennenachsen sein, wie orthogonal zueinander ausgerichtete Leiterplatten oder Luftspulen. Es kann aber auch ein magnetisch hochleitfähiger Feldkonzentrator sein, beispielsweise ein Eisenjoch oder ein Ferritkern der durch die Feldkonzentrierung eine starke Filterwirkung Nahfeld aufweist, wogegen im Fernfeld das Nutzsignal im Störsignal verschwindet. Auch eine Kombination aus dem Einsatz eines Feldkonzentrators mit der rechtwinkligen Ausrichtung ist ein zielführendes Mittel um den Datenempfang im Nahfeld zu ermöglichen. Magnetische Schirmungs-Elementen aus magnetisch leitfähigem Material wie Eisenbleche stellen ein weiteres alternatives oder ergänzendes Mittel zur lokalen Entkopplung dar.Of particular importance is the use of a means for local decoupling of at least one antenna - for the useful signal or for a sum or difference signal with the useful signal - with respect to all other antennas of the near field communication device. This means can be, for example, a tool for the rectangular orientation of the antenna axes, such as orthogonally oriented printed circuit boards or air coils. However, it can also be a magnetically highly conductive field concentrator, for example an iron yoke or a ferrite core which has a strong filter effect near field due to the field concentration, whereas in the far field the useful signal disappears in the interference signal. A combination of the use of a field concentrator with the orthogonal orientation is also a goal-oriented means to enable the data reception in the near field. Magnetic shielding elements made of magnetically conductive material, such as iron sheets, represent a further alternative or supplementary means for local decoupling.
Zur Wiedergewinnung des ursprünglichen Nutzsignals beziehungsweise eines abgeleiteten Signals welches aufgrund der Modulation durch die Antennenimpedanzvariation des Transponders die Kommunikationsnachricht trägt (z.B. der Antennenstrom der Vorrichtung zur abhörgeschützten Nahfeld-Kommunikation), gibt es zwei Möglichkeiten. Im Falle der Verwendung einer Addierschaltung zur Maskierung oder Auslöschung des modulierten Nutzsignals ist vorteilhaft der Ausgang der Addierschaltung mit einem ersten Eingang einer Subtrahier-Schaltung verbunden, und der Ausgang der Störsignalquelle mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung verbunden, und dessen Ausgang mit einer Signalauswerteschaltung verbunden.For recovering the original useful signal or a derived signal which carries the communication message due to the modulation by the antenna impedance variation of the transponder (eg the antenna current of the apparatus for the interception-protected near field communication), there are two possibilities. In the case of using an adder for masking or canceling the modulated useful signal is advantageous, the output of the adder with a first input of a Subtracting circuit connected, and the output of the noise source connected to a second input of the subtractor, and whose output is connected to a signal evaluation circuit.
Wird eine Subtrahierschaltung für die Bildung des Signals zur Maskierung oder Auslöschung des modulierten Nutzsignals verwendet, dann dient umgekehrt eine Addierschaltung der Signalgewinnung. Dabei ist der Ausgang der Subtrahierschaltung mit einem ersten Eingang dieser Addier-Schaltung verbunden, und der Ausgang der Störsignalquelle mit einem zweiten Eingang der Addierschaltung verbunden^ und dessen Ausgang mit einer Signalauswerteschaltung verbunden.If a subtraction circuit is used for the formation of the signal for masking or canceling out the modulated useful signal, then conversely an adder circuit is used for the signal acquisition. In this case, the output of the subtraction circuit is connected to a first input of this adder circuit, and the output of the interfering signal source is connected to a second input of the adder circuit ^ and its output is connected to a signal evaluation circuit.
Das Resultat ist in beiden Fällen ein Signal am Eingang der Signalauswerteschaltung, welches jenem von herkömmlichen ungeschützten Nahfeldkommunikationsvorrichtungen entspricht.The result in both cases is a signal at the input of the signal evaluation circuit, which corresponds to that of conventional unprotected near-field communication devices.
Gut geeignet und vorteilhaft ist der Einsatz eines Zufallswertgenerators zum Schalten der Störsignalquelle. Der Wert des Generators ist vorzugsweise aus einem Pseudozufalls- Signalgenerator, aus einem stochastischen Signal eines Rauschsignalerzeugers oder dergleichen gebildet.Well suited and advantageous is the use of a random value generator for switching the noise source. The value of the generator is preferably formed of a pseudo-random signal generator, a stochastic signal of a noise signal generator or the like.
Um das Identifizieren einer Störsignalquelle zu erschweren oder die Störung anderer Vorrichtungen zu unterbinden ist es vorteilhaft, dass die Störsignalquelle durch das Modulationssignal mindestens eines Transponders aktiviert, gesteuert oder gebildet wird. Sobald eine Modulation durch einen Transponder (backscattering-Signal) von einem Änderungsdetektor des Erfindungsgegenstandes erkannt wird, wird die Störsignalquelle aktiv. Eine Wächterschaltung hält dazu vorteilhaft die Störsignalquelle aktiv, bis hinreichend lange kein Detektorsignal einlangt. Auch kann die Störsignalquelle zeitverzögert aktiviert werden, oder das Signal des Änderungsdetektors dient selbst als Störsignalquelle mit Hilfe eines Zeitverzögerungsgliedes. Günstig eignet sich dazu ein Schieberegister oder dergleichen, wodurch das Signal am Ausgang des Registers wieder zeitversetzt mit den erwähnten Mitteln dem Nutzsignal aufaddiert oder subtrahiert wird.To make it difficult to identify a noise source or to prevent the interference of other devices, it is advantageous that the noise source is activated, controlled or formed by the modulation signal of at least one transponder. Once a modulation by a transponder (backscattering signal) is detected by a change detector of the subject invention, the noise source is active. A watchdog circuit advantageously keeps the interference signal source active until a detector signal does not arrive for a sufficiently long time. Also, the noise source can be activated delayed, or the signal of the change detector itself serves as a noise source by means of a time delay element. Conveniently, a shift register or the like is suitable for this, as a result of which the signal at the output of the register is again added to or subtracted from the useful signal with the means mentioned.
Schließlich kann es vorteilhaft sein wenn die Störsignalquelle selbst die Nutzsignalquelle ist, oder gleich der Nutzsignalquelle ist, oder aus dem durch die Transponderantennen- Impedanzmodulation verursachten Signal gebildet wird, wobei möglichst entkoppelte Antennen für das Fernfeld destruktiv interferent gespeist werden. So können die Antennen die nicht mit einem Transponder in enger Kopplung stehen invertiert angesteuert sein, oder der Wicklungssinn der Spule ist anders als jener der Nutzantenne.Finally, it may be advantageous if the interfering signal source itself is the useful signal source, or equal to the useful signal source, or is formed from the caused by the Transponderantennen- impedance modulation signal, as far as possible decoupled antennas for the far field are fed destructively interferent. Thus, the antennas which are not in close coupling with a transponder can be driven invertedly, or the winding sense of the coil is different than that of the useful antenna.
Die Erfindung und mögliche Ausgestaltungen werden anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Figur 1 zeigt das Prinzip-Schaltbild mit der Vorrichtung 1 zur abhörgeschützten Nahfeld- Kommunikation und einem Transponder 6.The invention and possible embodiments will be described below with reference to the figures. Show it: FIG. 1 shows the principle circuit diagram with the device 1 for monitoring near-field communication and a transponder 6.
Figur 2 und Figur 3 zeigen mögliche Anordnungen und Ausführungen der Antennen.Figure 2 and Figure 3 show possible arrangements and embodiments of the antennas.
Figuren 4 bis 12 zeigen Ausführungsbeispiele für die Vorrichtung zur Bildung eines Summenoder Differenzsignals.Figures 4 to 12 show embodiments of the apparatus for forming a sum or difference signal.
Figuren 13, 14 und 15 zeigen Möglichkeiten zur Entkopplung der Antennen 43 und 44 insbesondere für das Nahfeld.Figures 13, 14 and 15 show possibilities for decoupling the antennas 43 and 44, in particular for the near field.
Figur 16 skizziert eine mögliche Gewinnung der Transponder-(Backscatter)-lnformation bei elektrischer oder elektronischer Addition von Stör- und Nutzsignal.FIG. 16 outlines a possible extraction of the transponder (backscatter) information in the case of electrical or electronic addition of interfering and useful signal.
Figur 17 skizziert eine mögliche Gewinnung der Transponder-(Backscatter)-lnformation bei elektrischer oder elektronischer Subtraktion von Stör- und Nutzsignal.FIG. 17 outlines a possible extraction of the transponder (backscatter) information in the case of electrical or electronic subtraction of interfering and useful signal.
Figur 18 und Figur 19 zeigen skizzieren verschiedene Störsignal-Bildungs-Arten.FIG. 18 and FIG. 19 show sketching of different types of interfering signals.
Figur 20 zeigt eine Möglichkeit zur Generierung eines Störsignals zur Löschung des Nutzsignals im Fernfeld durch destruktive Interferenz.FIG. 20 shows a possibility for generating an interference signal for deleting the useful signal in the far field by destructive interference.
Wie in den Figuren 1, 16 und 17 gezeigt, sind zwei Signalgeneratoren 2, 3 zur Erzeugung von einem Nutzsignaf und einem Störsignal möglich. Diese können gleiche oder ähnliche Trägerfrequenz aufweisen. Das Nutzsignal ist für gewöhnlich ein für die Energieversorgung des Transponders geeignetes und zugelassenes Trägersignal bestimmter Frequenz und wird durch den Generator 2 erzeugt. Dieses Trägersignal wird auf einen zum Auslesen bestimmten Transponder durch die Verkopplung der Nahfeld-Antenne 4 mit der Transponderantenne 61 auf den Transponder übertragen, der dadurch Energie aufnimmt. Die Variation der Energieaufnahme z.B. durch Variation der Eingangsimpedanz des Transponders 6 wird durch eine Änderung des Primärspulenstromes des durch die Antennen gebildeten Transformators sichtbar, wodurch ein Datentransport zur Vorrichtung 1 ermöglicht wird.As shown in Figures 1, 16 and 17, two signal generators 2, 3 for generating a Nutzsignaf and a noise signal are possible. These may have the same or similar carrier frequency. The useful signal is usually suitable for the energy supply of the transponder and approved carrier signal of certain frequency and is generated by the generator 2. This carrier signal is transmitted to a read-out transponder by the coupling of the near-field antenna 4 with the transponder antenna 61 to the transponder, which thereby absorbs energy. The variation of the energy intake e.g. by varying the input impedance of the transponder 6 is visible by a change of the primary coil current of the transformer formed by the antennas, whereby a data transport to the device 1 is made possible.
Der zweite Generator 3 dient der Störung der magnetischen Wechselfelder oder Radiowellen um oder auch innerhalb der Kommunikationsstrecke. Er erzeugt ein Signal, welches unbestimmten, nicht eindeutigen und nicht wiederholten Inhalt hat. Diese nutzlose Information dient einzig dem Abhörschutz des Kommunikationsvorganges. Durch die Vorrichtung 5 zur Bildung mindestens eines Summen- oder Differenzsignals wird dem Nutzsignal ein Störsignal aufaddiert oder davon abgezogen. Das kann auf der elektrischen Ebene oder auf der magnetischen Ebene geschehen. Im zweiten Fall, wie in Figur 1 strichliert angedeutet und in Figur 20 gezeigt, ist eine zusätzliche Antenne 44 für das Störsignal vorgesehen. Dann überlagern sich die magnetischen Felder der Antennen 43,44 additiv. Bei gegensinniger Überlagerung kommt es zur Auslöschung der magnetischen Feldkomponenten. Die geometrische Überlagerung der magnetischen Felder oder auch der Radiowellen ist durch den Rahmen 53 symbolisiert.The second generator 3 serves to disturb the alternating magnetic fields or radio waves around or even within the communication distance. It generates a signal that has indefinite, ambiguous, and non-repetitive content. This useless information is only for the privacy of the communication process. By means of the device 5 for the formation of at least one sum or difference signal, an interference signal is added or subtracted from the useful signal. This can happen on the electrical level or on the magnetic level. In the second case, as indicated by dashed lines in FIG. 1 and shown in FIG. 20, an additional antenna 44 is provided for the interference signal. Then the magnetic fields of the antennas 43, 43 additively overlap. With opposite superimposition, the magnetic field components are extinguished. The geometric superposition of the magnetic fields or the radio waves is symbolized by the frame 53.
In Figur 2 dienen Spulenantennen 4, 41, 61 der Energie- und Datenübertragung. Bei Verwendung einer zweiten Antenne 44, sollte diese eine möglichst entkoppelte Orientierung zu Nutzsignalantenne und Transponder-Antenne aulweisen.In FIG. 2, coil antennas 4, 41, 61 are used for energy and data transmission. When using a second antenna 44, this should aulweisen as decoupled orientation as useful signal antenna and transponder antenna.
Figur 3 zeigt ein anderes Beispiel zur Gestaltung der Nahfeldantenne, Hier dient eine gedruckte Schaltung, eine oder mehrere Leiterplatten-Elemente oder Träger metallischer oder leitfähiger Schichten der Bildung einer Rahmenantenne 42 oder aber mehrerer Rahmenantennen 43,44.FIG. 3 shows another example of the design of the near-field antenna. Here, a printed circuit, one or more printed circuit board elements or carriers of metallic or conductive layers serve to form a loop antenna 42 or a plurality of loop antennas 43, 44.
Figur 4 zeigt das Schaltsymbol einer Addierfunktion 51 wie sie durch die Vorrichtung 5 verkörpert werden kann. Figur 6 zeigt eine elektrische Verkörperung durch einen Stromknoten. (Dann ist die Nutzsignalquelle 2 und die Störsignalquelle 3 in Fig.1 eine Stromquelle. Figur 8 zeigt eine elektronische Addition zweier Signale mit einem Operationsverstärker. Diese stammen von Generatoren z.B. in Form von einer elektrischen Wechselspannung für das Nutzsignal und einer unregelmäßig gepulsten zweiten Wechselspannung für das Störsignal.FIG. 4 shows the switching symbol of an adding function 51 as it can be embodied by the device 5. FIG. 6 shows an electrical embodiment through a current node. 1 shows an electronic addition of two signals with an operational amplifier, which originate from generators, eg in the form of an electrical alternating voltage for the useful signal and an irregularly pulsed second alternating voltage for the interfering signal.
Figur 5 zeigt das Schaltsymbol einer Subtraktionsfunktion 52 für die Vorrichtung 5. In Figur 7 wird die elektrische Subtraktion durch einen Stromknoten dargestellt wobei die Phasenlage des Störsignals um 180 Grad gedreht wird (Signalinvertierung). In Figur 9 ist ein elektronischer Subtrahierer dargestellt. Im Normalfall sind den elektronischen und elektrischen Schaltungen noch Leistungsendstufen nachgestellt. Wird eine Subtraktionsfunktion 52 eingesetzt ist, wird bei gleicher Frequenz des Nutz- und Störsignals die Energie stark gedämpft. Bei gleicher Amplitude sogar ausgelöscht. Dann kann auch keine Datenübertragung mehr erfolgen. Wird eine ähnliche Frequenz verwendet erfolgt eine Schwebung, mit der Differenzfrequenz, dadurch entstehen Energieversorgungspulse. Sind sie zu kurz, kann die vollständige Information nicht übertragen werden. Zusätzliches Ein- und Ausschalten des Störsignalfrequenzgebers in unregelmäßigen Abständen bewirken ein Störsignal, welches zu hoher Abhörsicherheit führt.FIG. 5 shows the switching symbol of a subtraction function 52 for the device 5. In FIG. 7, the electrical subtraction is represented by a current node, wherein the phase position of the interference signal is rotated by 180 degrees (signal inversion). FIG. 9 shows an electronic subtracter. Normally, the electronic and electrical circuits are still adjusted power output stages. If a subtraction function 52 is used, the energy is strongly attenuated at the same frequency of the useful and interference signal. At the same amplitude even extinguished. Then no data transmission can take place. If a similar frequency is used, a beat occurs, with the difference frequency, thereby generating energy supply pulses. If they are too short, the complete information can not be transferred. Additional switching on and off of the Störsignalfrequenzgebers at irregular intervals cause an interference signal, which leads to high security against eavesdropping.
Erfolgt die Addition oder Subtraktion der Signate durch zwei Antennen, wobei eine als Kopplungsantenne für den Transponder dient und die zweite als Störsignal-Antenne können als Vorrichtung 5 auch einfache Verbindungen mit entkoppelten Antennen dienen, wie in Fig. 10 gezeigt. Je nach Orientierung der Antennen zueinander, gibt es eine geometrische Addition oder eine Subtraktion von Nutz- und Störsignal-Feldkomponenten.If the addition or subtraction of the signals is effected by two antennas, one serving as a coupling antenna for the transponder and the second as an interfering antenna, the apparatus 5 can also be simple connections with decoupled antennas, as shown in FIG. Depending on the orientation of the antennas to each other, there is a geometric addition or subtraction of useful and interfering field components.
Die Figuren 11 und 12 zeigen das Funktionsschaltbild wenn beispielsweise das Summensignal eines Addierers 51 aus Nutzsignal und Störsignal einer Antenne zugeführt und das Differenzsignal eines Subtrahierers 52 einer weiteren Antenne zugeführt wird, wodurch der Transponder ein mittels Störquelle verändertes Signal moduliert. Durch Differenzbildung von Summen- und Differenzsignal läßt sich einfach das Modulationssignal wiedergewinnen. Figur 13 zeigt ein mögliches Mittel 7 zur Entkopplung der magnetischen Flüsse: die orthogonale Anordnung der Rahmenantennen 42, wovon eine die Nutzsignalantenne 43 und eine die Störsignalantenne 44 ist.Figures 11 and 12 show the functional diagram when, for example, the sum signal of an adder 51 of useful signal and interference signal supplied to an antenna and the difference signal of a subtractor 52 is fed to another antenna, whereby the transponder modulates a signal changed by means of noise source. By subtraction of sum and difference signal can be easily recover the modulation signal. FIG. 13 shows a possible means 7 for decoupling the magnetic fluxes: the orthogonal arrangement of the loop antennas 42, one of which is the useful signal antenna 43 and one the interfering signal antenna 44.
Ein weiteres mögliches Mittel 7 zur Entkopplung ist die Führung des magnetischen Flusses in hoch magnetisch leitfähigen Materialien, wie in Figur 14 dargelegt. Dabei dient das vorzugsweise durch Schichtbleche gebildete Eisenjoch 72 einerseits der Feldkonzentration für das Nutzsignal, und andrerseits der Entkopplung der beiden Wicklungen 43, 44 für den Datenverkehr über den Transponder 6 und der Störsignalerzeugung über Antenne 44 für das Umfeld.Another possible means 7 for decoupling is the guidance of the magnetic flux in highly magnetically conductive materials, as set forth in FIG. The iron yoke 72, which is preferably formed by laminations, on the one hand serves for the field concentration for the useful signal, and on the other hand for the decoupling of the two windings 43, 44 for the data traffic via the transponder 6 and the interference signal generation via the antenna 44 for the environment.
Figur 15 zeigt die Möglichkeit der Schirmung 73 der Nutzfeldantenne 43 von der Störfeldantenne 44 als Entkopplungsvorrichtung 7.FIG. 15 shows the possibility of shielding 73 of the useful field antenna 43 from the interference field antenna 44 as a decoupling device 7.
Wird das Summensignal des Addierers 51 der Kommunikationsantenne 4 zugeführt, bietet ein Subtrahierer 54, wie in Figur 16 gezeigt ^ine einfache Signalwiedergewinnungsmöglichkeit zur Weiterverarbeitung in der Signalauswerteschaltung 8.When the sum signal of the adder 51 is supplied to the communication antenna 4, a subtracter 54, as shown in FIG. 16, provides simple signal recovery capability for further processing in the signal evaluation circuit 8.
In Figur 17 ist das Prinzip umgekehrt, wobei das Differenzsignal des Subtrahierers 52 der Kommunikationsantenne 4 zugeführt wird und über den Addierer 55 das Signal zur Weiterverarbeitung in der Signalauswerteschaltung 8 erzeugt wird.17, the principle is reversed, wherein the difference signal of the subtractor 52 of the communication antenna 4 is supplied and the adder 55, the signal for further processing in the signal evaluation circuit 8 is generated.
Figuren 18, 19 zeigt einen Ausschnitt der Figur 1, 16 oder 17, wobei die Erzeugung des Störsignales durch ein „zufälliges" Signal aus der Signalauswerteschaltung 8 zur Ansteuerung eines Schalters, Transmission-Gates oder Verstärkers dient. Dadurch resultiert ein Störsignal mit Pseudoinformationsinhalt geringer Redundanz. Als Zufallswertgenerator 9 kann eine Rauschquelle mit Fensterdiskriminator oder ein Pseudozufallsgenerator oder auch das zeitlich verschobene Modulationssignai des Transponders dienen.1, 16 or 17, where the generation of the interference signal by a "random" signal from the signal evaluation circuit 8 serves to control a switch, transmission gate or amplifier Random value generator 9 can be a noise source with window discriminator or a pseudo-random generator or else the time-shifted modulation signal of the transponder.
Letzteres ist in Figur 19 skizziert. Zur Zeitverschiebung kann ein Zeitverzögerungsglied 112 oder ein Schieberegister 113 dienen. Es kann aber auch ein Monoflop durch die Tränsponder- Modufatjon aktiviert werden. Dieses schaltet (retriggerbar oder nicht) die Störsignalquelle zeitlich befristet ein oder aus.The latter is outlined in FIG. For the time shift, a time delay element 112 or a shift register 113 can serve. But it can also be a monoflop activated by the Tränsponder- Modufatjon. This switches on (retriggerable or not) the interference signal source for a limited time or off.
In Figur 20 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei das Signal der Nutzsignalquelle abgegriffen und verstärkt dem Störsignalpfad zugeführt wird. Dadurch kann bei geeigneter Ansteuerung eine teilweise bis völlige Auslöschung des Kommunikationssignals außerhalb des Nahfeldes bewirkt werden. BezugszeichenlisteFinally, FIG. 20 shows an exemplary embodiment in which the signal of the useful signal source is tapped off and amplified is supplied to the interference signal path. As a result, with suitable control, a partial to complete extinction of the communication signal outside the near field can be effected. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Nahfeld-Kommunikations-Vorrichtung mit Abhörschutz1 near-field communication device with privacy protection
2 Nutzsignalquelle2 useful signal source
3 Störsignalquelle3 noise source
4 Nahfeldantenne4 near field antenna
41 Spule aus gewickeltem Draht41 coil of wound wire
42 Rahmenantenne, gebildet durch die leitfähige Schicht einer gedruckten Schaltung42 loop antenna, formed by the conductive layer of a printed circuit
43 Antenne für das Nutzsignal oder für ein Summensignal aus Nutz- und Störsignal43 Antenna for the useful signal or for a sum signal of useful and interference signal
44 Antenne für das Störsignal oder für ein Differenzsignal aus Nutz- und Störsignal44 Antenna for the interference signal or for a difference signal from useful and interference signal
5 Vorrichtung zur Bildung eines Summen- oder Differenzsignals 51 , 55 Addierschaltungen5 Apparatus for forming a sum or difference signal 51, 55 adding circuits
511 Elektrische Addierschaltung511 Electrical adder circuit
512 Elektronische Addierschaltung 52, 54 Subtrahierschaltungen512 Electronic adding circuit 52, 54 subtracting circuits
521 Elektrische Subtrahierschaltung521 Electric subtractor circuit
522 Elektronische Subtrahierschaltung522 Electronic Subtraction Circuit
53 Vorrichtung zur geometrische Überlagerung mindestens zweier magnetischer Flüsse oder elektro-magnetischer Wellen53 Device for geometric superimposition of at least two magnetic fluxes or electromagnetic waves
6 Transponder6 transponders
61 Transponder-Antenne61 transponder antenna
7 Mittel zur lokalen Antennen-Entkopplung7 means for local antenna decoupling
71 Mittel zur rechtwinkligen Orientierung der Antennenachsen71 means for orthogonal orientation of the antenna axes
72 Feldkonzentrator (Ferrit-, Eisenkern)72 field concentrator (ferrite, iron core)
73 magnetisch leitfähiges Schirmblech73 magnetically conductive shielding plate
8 Sϊgnalauswerteschaltung (typische Leser-Auswertung-Schaltung)8 signal evaluation circuit (typical reader evaluation circuit)
9 Zufallswertgenerator9 random number generator
10 Änderungsdetektor10 change detector
11 Steuerschaltung11 control circuit
111 Wächterschaltung (watchdog)111 watchdog circuit
112 Zeitverzögerungsglied112 time delay element
113 Schieberegister113 shift registers
12 Verstärker 12 amplifiers

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zur abhörsicheren Nahfeld-Kommunikation mit induktiv gekoppelten Transpondern (6) dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Nutzsignalquelle (2) und eine Störsignalquelle (3) und mindestens eine Vorrichtung (5,53) zur Bildung eines Summen- oder Differenzsignals aus dem Nutzsignal und dem Störsignal aufweist, und mindestens eine Vorrichtung (8,53) zur lokalen Entkopplung von Nutzsignal und Störsignal vorgesehen ist.1. Device (1) for the tap-proof near-field communication with inductively coupled transponders (6), characterized in that the device (1) a useful signal source (2) and a Störsignalquelle (3) and at least one device (5,53) to form a Has sum or difference signal from the useful signal and the interfering signal, and at least one device (8,53) is provided for local decoupling of useful signal and interfering signal.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (5) zur Bildung eines Summen- oder Differenzsignals eine elektrische (511, 521) oder elektronische (512, 522) Addier (51) - oder Subtrahier (52)-Schaltung ist und eine Vorrichtung (8) zur elektrischen oder elektronischen Eliminierung des Störsignals aus dem Summensignal mithilfe einer Subtraktionsschaltung oder aus dem Differenzsignal durch eine Addierschaltung dient, wodurch das Störsignal vom Nutzsignal entkoppelt wird.2. Device (1) according to claim 1, characterized in that a device (5) for forming a sum or difference signal, an electrical (511, 521) or electronic (512, 522) adding (51) - or subtracting (52) Circuit and a device (8) for electrical or electronic elimination of the interference signal from the sum signal by means of a subtraction circuit or from the difference signal by an adder, whereby the interference signal is decoupled from the useful signal.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (53) zur Bildung eines magnetischen oder elektromagnetischen Summen- oder Differenzsignals aus Nutzsignal und Störsignal im Nahfeld möglichst entkoppelte geometrische Anordnung aufweist.3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that a device (53) for forming a magnetic or electromagnetic sum or difference signal from useful signal and interference signal in the near field as possible decoupled geometric arrangement.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Nutzsignals und zur Überlagerung durch das Störsignal mindestens zwei Nahfeldantennen (43,44) vorgesehen sind, die vorzugsweise in Form einer Spule (41) oder Leiterschleife aus gewickeltem Draht oder als gedruckte Schaltung (42) mit mindestens einer leitfähigen Schicht eines Leiterplattenmaterials ausgeführt sind.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that for transmitting the useful signal and for superposition by the interference signal at least two near-field antennas (43,44) are provided, preferably in the form of a coil (41) or conductor loop of wound wire or as a printed circuit (42) are implemented with at least one conductive layer of a printed circuit board material.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (53) durch zumindest eine Antenne (43) mit dem Ausgang der Nutzsignalquelle (2) oder mit dem Ausgang der Addierschaltung (51) verbunden ist, und mindestens eine weitere Antenne (44) mit dem Ausgang der Störsignalquelle (3) oder mit dem Ausgang der Subtrahierschaltung (52) verbunden ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the device (53) by at least one antenna (43) to the output of the useful signal source (2) or to the output of the adder circuit (51) is connected, and at least one further antenna (44 ) is connected to the output of the interfering signal source (3) or to the output of the subtracting circuit (52).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass sie ein Mittel (7) zur lokalen Entkopplung mindestens einer Antenne (43) gegenüber allen anderen Antennen (43,44) der Vorrichtung (1) aufweist, vorzugsweise Mittel (71) zur rechtwinkligen Orientierung der Antennenachsen, einen magnetisch hochleitfähigen Feldkonzentrator (72), beispielsweise ein Eisenjoch oder einen Ferritkern und/oder ein magnetisches Schirmungs-Element (73) aus magnetisch leitfähigem Material beispielsweise aus Eisenblech.Device according to Claim 5, characterized in that it comprises means (7) for local decoupling of at least one antenna (43) from all other antennas (43, 44) of the device (1), preferably means (71) for orthogonal orientation the antenna axes, a magnetically highly conductive field concentrator (72), for example, an iron yoke or a ferrite core and / or a magnetic shielding element (73) of magnetically conductive material, for example made of sheet iron.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Addierschaltung (51) mit einem ersten Eingang einer Subtrahier- Schaltung (54) verbunden ist, und der Ausgang der Störsignalquelle (3) mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung (54) verbunden ist, und dessen Ausgang mit einer Signalauswerteschaltung (8) verbunden ist.7. The device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the output of the adder circuit (51) is connected to a first input of a subtraction circuit (54), and the output of the interference signal source (3) with a second Input of the subtractor (54) is connected, and whose output is connected to a signal evaluation circuit (8).
8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Subtrahierschaltung (52) mit einem ersten Eingang einer Addier- Schaltung (55) verbunden ist, und der Ausgang der Störsignalquelle (3) mit einem zweiten Eingang der Addierschaltung (55) verbunden ist, und dessen Ausgang mit einer Signalauswerteschaltung (8) verbunden ist.8. The device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the output of the subtractor (52) is connected to a first input of an adder circuit (55), and the output of the interference signal source (3) having a second input the adder circuit (55) is connected, and whose output is connected to a signal evaluation circuit (8).
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Störsignalquelle (3) ein durch einen Zufallswertgenerator (9) geschaltet wird, deren Wert vorzugsweise aus einem Pseudozufalls-Signalgenerator, aus einem stochastischen Signal eines Rauschsignalerzeugers gebildet wird.9. Device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the interference signal source (3) is switched by a random value generator (9) whose value is preferably formed from a pseudo-random signal generator, from a stochastic signal of a noise signal generator.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Störsignalquelle (3) durch das Modulationssignal (backscattering) mindestens eines Transponders (6) über einen Amplitudensignal-Änderungsdetektor (10) aktiviert, gesteuert wird, wobei vorzugsweise als Steuerschaltung (11) eine Wächterschaltung (watchdog) (111), ein Zeitverzögerungsglied (112), ein Schieberegister (113) zum Einsatz kommt.10. The device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the interference signal source (3) by the modulation signal (backscattering) at least one transponder (6) via an amplitude signal change detector (10) is activated, is preferably controlled as a control circuit (11) a watchdog circuit (111), a time delay element (112), a shift register (113) is used.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Störsignalquelle (3) mit Hilfe von mindestens einem Verstärker (12) aus dem durch die Transponderantennen-Impedanzmodulation verursachten Signal gebildet wird, wobei möglichst entkoppelte Antennen (43,44) für das Fernfeld destruktiv interferent gespeist werden.11. The device according to at least one of claims 5 to 10, characterized in that the interference signal source (3) by means of at least one amplifier (12) is formed from the signal caused by the transponder antenna impedance modulation, with as decoupled antennas (43,44 ) for the far field are destructively fed interferent.
Hierzu 4 Seiten Zeichnungen For this 4 pages drawings
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