CN105518478A - 用于验证在无线接收的通信信号中的数据内容的方法和通信装置，以及该通信装置的使用 - Google Patents

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CN105518478A CN201480048533.5A CN201480048533A CN105518478A CN 105518478 A CN105518478 A CN 105518478A CN 201480048533 A CN201480048533 A CN 201480048533A CN 105518478 A CN105518478 A CN 105518478A
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Abstract

本发明涉及用于验证无线接收的通信信号中的数据内容的方法，其中所述数据内容包括：针对发送所述通信信号的传送模块(14)的至少一个方位指示，其中由具有至少两个天线(12、13)的接收模块(11)来接收所述通信信号，其中所述通信信号用于确定从接收模块(11)到所述传送模块(14)的方向，以及其中所确定的方向用于验证所述方位指示。所述方法区别在于：从在所述至少两个天线(12、13)上的所述通信信号中的相位差来确定所述方向。本发明还涉及对应的通信装置以及涉及针对该通信装置的使用。

Description

用于验证在无线接收的通信信号中的数据内容的方法和通信装置，以及该通信装置的使用
根据权利要求1的导言，本发明涉及用于验证在无线接收的通信信号中的数据内容的方法，根据权利要求12的导言，本发明涉及用于验证在无线接收的通信信号中的数据内容的通信装置，以及该通信装置的使用。
在现有技术中，不同类型的驾驶员辅助系统是已知的，它们基本上共享相同的特征，即它们用于在交通事件中减轻驾驶员的负担。这种类型的驾驶员辅助系统通常还能够实现一些措施，该措施被加以扩展以超越纯舒适效果以及特别是避免危险。它们的示例包括诸如输出给驾驶员的状况有关的警告或者甚至在车辆控制中的介入之类的事物。必要信息的获取越来越基于车辆-至-X通信，然而车辆-至-X通信依赖于处理集中的编码和解码方法以便确保必要数据的安全以及从而对抗恶意操作车辆-至-X消息。在现有技术中还已知的是借助于环境传感器来验证所接收的车辆-至-X消息的内容，以便能够免除对应的车辆-至-X消息的相当地处理集中的解码。
在这个上下文中，DE102007058192A1描述了针对在机动车辆中提供的多个辅助系统的中心控制设备，该多个辅助系统至少部分地装备有环境传感器，其中根据DE102007058192A1，车载智能通信系统(telematicssystem)也被理解为环境传感器。中心控制设备在数据级被连接到个体辅助系统，并且借助于来自其它环境传感器的信息来检查来自个体环境传感器的信息的合理性。例如，来自相机的图像信息可以确认雷达传感器的距离测量。因此，个体传感器信息可以被确认并且以冗余形式来呈现。
DE102012221260A1公开了一种用于确定在道路交通中的对象的方位的方法。收发器开始传送无线通信信号。这些信号在位于那里的对象上的它们的传播区域中至少部分地被反射，并且作为反射信号，最后被该收发器再次接收。该收发器然后从反射信号的不同相位信息来确定关于该收发器的该对象的距离和方向。从在不同频率上被传送和再次被接收的两个反射信号中的相位差来确定距离。在另一方面，从借助于两个空间上稍微偏移的天线单元接收的反射信号中的相位差来确定方向。在后一种情况中，相位差是由两个天线单元的间距所产生的相位差。根据DE102012221260A1，针对由相同收发器传送和接收通信信号和反射信号而言是不必要的。实际上，对于第一收发器传送通信信号以及第二收发器接收反射信号而言也是可能的。
从DE102011079052A1知道用于验证车辆-至-X消息的方法和系统。无线传送的车辆-至-X消息被具有至少两个天线单元的天线布置接收，其中由于天线单元的不同的、方向依赖性的接收特点，因此由具有不同功率密度的天线单元来获取车辆-至-X消息的电磁场强度。接收器从天线单元中的不同功率密度的比率来确定关于接收器的传送器的相对方位。此外，车辆-至-X消息含有基于GPS数据的传送器的绝对方位，从该绝对方位，车辆-至-X消息的接收器通过它自己的绝对方位来计算关于该接收器的传送器的进一步的相对方位。然后，借助于两个相对方位的比较，如果两个方位彼此匹配，则能够验证所接收的车辆-至-X消息，或者如果方位彼此不同，则能够拒绝所接收的车辆-至-X消息。
然而，在现有技术中已知的方法、装置和系统是有缺点的，因为它们总是要求附加的传感器设备或测量设备，诸如多单元方向型天线，以便验证所接收的通信信号，或者必须执行处理集中的解码，其进而要求相应地强大的以及因此昂贵的处理模块。
因此，本发明的目的是提出一种克服普遍的缺点的方法。
根据本发明，通过如在权利要求1中所要求保护的用于验证无线接收的通信信号中的数据内容的方法，来实现这个目的。
本发明涉及用于验证无线接收的通信信号中的数据内容的方法，其中数据内容包括传送通信信号的传送模块的至少一个方位指示，其中由具有至少两个天线的接收模块来接收通信信号，其中借助于该通信信号来确定从接收模块到传送模块的方向，以及其中所确定的方向用于验证该方位指示。根据本发明的方法的特征在于：从在至少两个天线上的通信信号中的相位差来确定方向。
通过从在至少两个天线上的通信信号中的相位差的形成，与通信信号的数据内容独立的信息用于确定从接收模块到传送模块的方向，即通信信号到达接收模块的方向。此处的优点在于：所描述的相位差的特征唯一地在于：从传送模块到接收模块的天线的对准的方向。与由通信信号的数据内容包括的方位指示相对比，从相位差来确定方向因此不能被传送器操作，或在有关的情况下，被中间的站点操作。因此，可靠的参数能够用于验证由通信信号的数据内容所包括的方位指示。
在根据本发明的方法中，优选地，根据干涉仪法从相位差来确定从接收模块到传送模块的方向。这里应当注意的是，至少两个天线的间距必须不大于通信信号的半个波长，因为在方向信息中的模糊可以以其他方式出现。因为通信信号从传送模块逃离达到接收模块以及接收模块使用至少两个天线来接收该通信信号，因此通常在稍微不同的角度，由至少两个天线来获取该通信信号。这种不同的角度是从传送模块到接收模块的至少两个天线的通信信号所穿越的距离不是精确地相同的原因。这进而导致在至少两个天线上的通信信号中的相位差。因为此外，天线单元的间距是已知的，因此如果通信信号的波长是已知的，则能够从相位差来确定指示从接收模块到传送模块的方向的角度。如果使用两个天线，则能够明确地确定贯穿180°的从接收模块到传送模块的方向。
特别地，优选地，通过接收模块的四个天线来接收通信信号，其中特别地，确定在四个天线上的相位差。这允许来明确地实现贯穿360°的方向的确定。例如，在第一对天线上，相位差可以被认为是正弦成分，以及在第二对天线上，相位差可以被认为是完整信号的余弦成分。然后，通过将arctan2函数应用于正弦成分和余弦成分，来获得角度，该角度明确地描述贯穿360°的至对象的方向。
方位指示优选地包括以下两者：从接收模块到传送模块的方向以及从接收模块到传送模块的距离。出于这个目的，方位指示可以被设计成例如GPS坐标的形式，其中接收模块或被指配到接收模块的方位确定模块从它自己的方位和该方位指示来确定方向和距离。能够借助于GPS而且也可以借助于任何其它全球导航卫星系统类似地确定它自己的方位。也可以借助于地图匹配来确定它自己的方位。
针对验证的相位差的使用的另一个优点是：与从现有技术已知的使用与通信信号的接收功率有关的信息的方法相比，根据本发明的方法因此相当更加鲁棒并且不易于受干扰的影响，这是因为与功率信息不同，相位差不会容易地受到影响。例如，传送模块或接收模块的仅轻微遮蔽已经足以致使仅以显著弱的形式的可获得的通信信号。然而，相位差保持不受这种类型的遮蔽的影响。
因此，本发明描述了一种方法，该方法使用相对简单的手段，使得能够在围绕接收模块360°的角度，确定从接收模块到传送模块的方向。从通信信号的接收角(其通常是360°)来导出这个最大的方位确定角。因此，根据本发明的方法提供了比例如用于类似目的的雷达传感器或相机传感器显著更大的方位确定角。
另一个优点在于：能够大幅度地降低根据现有技术所保留的处理功率该现有技术针对用于加密和编码通信信号的数据内容的常规加密方法和编码方法，因为根据本发明的方法使得能够借助于所确定的方向与方位指示的相当简单的比较来验证至少该方位指示。
传送模块和接收模块有利地被指配给车辆-至-X通信设备。传送模块和接收模块借助于以下通信类型中的至少一个通信类型来适当地传送和接收通信信号：
-WLAN通信，特别是根据IEEE802.11p，
-Wi-Fi直接通信，
-ISM通信(工业、科学、医用频带)，特别是经由启用无线电链路的锁紧设备，
-蓝牙通信，
-ZigBee通信，
-UWB通信(超宽带)，
-WiMax通信(全球微波接入互操作性)，
-远程无钥匙进入通信，
-移动通信，特别是GSM、GPRS、EDGE，
-UMTS通信，
-LTE通信，以及
-红外线通信。
取决于使用的类型、波长和数据协议，所列出的通信类型在它们的通信特点上提供了不同的优点和缺点。WLAN连接使得能够例如高数据传输速率和快速连接建立。在另一方面，ISM连接仅提供低数据传输速率，但是格外适用于在可见障碍物周围的数据传输。红外线连接转而类似地提供了低数据传输速率。最后，移动连接不会受到可见障碍物的不利影响并且提供良好的数据传输速率。然而，在另一方面，移动连接的连接建立比较慢。基于移动的通信手段优选地被指配给自动紧急呼叫模块。
因为出于可靠性和安全性的原因，车辆-至-X通信设备在任何情况下通常装备有至少两个天线，因此能够有利地节省在提供第二天线中所带来的另外的成本。
有利地提供：借助于混合(mixing)来确定相位差，其中在至少两个天线中的第一天线上接收的通信信号与在至少两个天线中的第二天线上接收的通信信号混合。优选地，借助于复共轭相乘和/或借助于交叉相乘来实现该混合。两个信号的混合产生具有邻近于通信信号(多个)的频率的相位差的间距的边带。通过复共轭相乘和/或借助于交叉相乘，也可以在复数级别上算术地实现这个步骤。因此使得能够以简单方式的相位差的可靠的确定。
此外，对于借助于至少两个天线由接收模块时间上并行地获取通信信号而言是优选的。由于在至少两个天线上的通信信号的时间上并行(即，同时)的获取，以及各自出现在该至少两个天线上的相位的特别准确的比较，因此相位差的特别准确的确定是可能的。与实际上并行获取相对的将是在至少两个天线上的通信信号的交替(即，时间上延迟)获取。
此外，提供了借助于在至少两个天线中的至少一个天线上的通信信号的获取的接收功率来确定从接收模块到传送模块的第一距离，以及该第一距离用于验证方位指示。因为每个面积单位的接收的功率随着通信信号所穿越的距离的平方而减弱，因此接收模块能够借助于上述关系经由接收功率来推断至传送模块的距离。这表示了另外的信息，其可以用于验证方位指示。因为，必须假设：由于障碍物或遮蔽物，在到达接收模块时通信信号在它的接收功率中已经被附加地减弱，因此优选地，将所获取的接收功率与最大可能的接收功率进行比较，以便验证方位指示。特别地，从包含在方位指示中的距离以及在这个距离上平方地减少的接收功率来导出最大可能的接收功率，其中假设通信信号没有经历由于遮蔽物导致的接收功率的减弱。
有利地提供：确定通信信号的多普勒频率。多普勒频率含有：与至传送模块的距离和方向有关的类似地不能被操作的另外的信息。因此，连同至传送模块的距离和方向，也可以确定传送模块的速度。
特别地，有利地是，借助于多普勒频率，传送单元被细分成移动传送单元和固定传送单元。因为由于传送模块和接收模块的振荡器的随机频率漂移而导致相对困难并且仅高成本才能精确地实现精确的多普勒频率的确定以及从而传送模块的精确速度的确定，因此有利的是提供：从一开始免除多普勒频率的精确确定以及因此多普勒频率的精确确定是完全不必要的。在另一方面，可以相当容易地执行至移动传送单元和固定传送单元的粗细分。
特别有利的是，数据内容还包括传送通信信号的传送模块的速度指示，其中传送单元的细分用于验证速度指示。这提供了优点：经由由数据内容包括的速度指示和经由从多普勒频率产生的传送单元的细分，另外的参数可以用于验证通信信号的数据内容。
此外，提供了：借助于至少两个天线中的至少一个天线在至少两个频率上时间上并行地传送和/或接收通信信号。优选地，还评估所接收的通信信号的数据内容。这首先提供了在接收模块和传送模块之间的最快速和最高效的可能的通信的优点，因为能够在多个频率上同时传送，因此更多的传输带宽从而是可以获得的。此外，如果例如由于由其它传送单元的过多使用而导致当前使用的频率或当前使用的信道不能提供必需的带宽，则因此能够使用不同的频率或不同的信道以用于通信信号的传输。通过接收模块和传送模块的对应设计(例如借助于循环器(circulator))，能够以简单的方式来实现通信信号的时间上并行传输和接收。因此还使得能够所接收的通信信号的数据内容的时间上并行评估。
特别地，提供了：从在至少两个天线中的至少一个天线上的至少两个频率上的通信信号中的相位差，来确定从接收模块到传送模块的第二距离。两个不同频率的使用使得能够经由游标(Vernier)方法的第二距离的确定，即从接收模块到传送模块的距离的另外的确定。从在至少两个频率上的通信信号中的相位差来推断该距离，其由于所传送的通信信号的不同的波长或频率随着穿越的距离而差异性地改变。因为相位差从离传送模块的特定的距离开始重复，因此从特定距离的限制值开始，距离的确定不再模糊，这是因为特定的相位差可以不仅对应于特定的距离而且可以对应于任何给定的这个距离的倍数。应当强调的是，与在干涉仪法中使用的相位差不同，用于游标方法的相位差是在相同天线上的两个不同波长中的相位差。在干涉仪法中，使用在两个不同天线上的相同波长中的相位差。
特别有利地是提供：至少两个频率是常见通信手段的两个不同通信信道。从而正常地确保：两个频率的频率间隔不是太大，以及此外保证由相同接收模块的统一评估和处理。
特别优选地，根据IEEE802.11p的WLAN适合于这种连接，因为在这里经由两个信道发生通信，每个具有10MHz带宽，它们由类似地具有10MHz带宽的第三、未使用的信道分离。
有利的是，如果数据内容与至少所确定的方向和/或至少所确定的第一距离和/或至少所确定的第二距离和/或至少该细分不冲突，则验证整个数据内容。所有这些参数允许对应于它们并且被数据内容包括的参数的可靠的检查。因为可以假设：如果由数据内容包括的上述参数中的一个或多个参数与所确定的对应于它们的变量不冲突或甚至与它们匹配，则通信信号的完整数据内容可以是可信的，因此能够验证该数据内容。特别地，只要整个数据内容不但与上述参数中的一个参数不冲突，而且只要它与用于验证的所有参数不冲突，则验证整个数据内容。否则，因为不可靠，它被拒绝，以及它不被进一步评估或不被电处理。
优选地，传送模块和接收模块被指配给不同的道路使用者。因此该方法可以在不同道路使用者的通信中有利地用于道路交通。因为特别是在道路交通中，所接收的通信信号的可靠性具有特别的重要性，因此这提供了很大的优点。特别地，在本发明的含义内的道路使用者是所有类型的机动车辆，诸如卡车、汽车、以及摩托车，而且还有骑自行车的人和行人。
此外，有利的是，数据内容触发在被指配了接收模块的车辆的车辆控制中的车辆关键性安全的介入。这提供的优点是，通信信号或它的数据内容能够用于被指配了接收模块的车辆以用于事故回避或事故降低。
此外，本发明涉及用于验证无线接收的通信信号中的数据内容的通信装置，其包括至少传送模块、接收模块、两个天线、数据读取构件、方向确定构件以及验证构件，其中两个天线被类似地指配给传送模块和接收模块两者，其中通信装置被设计以借助于传送模块来传送通信信号，以及借助于接收模块来接收通信信号，其中通信装置被设计以借助于数据读取构件来读取由数据内容包括的方位指示，其中通信装置被设计为借助于方向确定构件来确定接收通信信号的方向，以及其中通信装置被设计为借助于验证构件，使用所述方向来验证方位指示。根据本发明的通信装置的特征在于：方向确定构件被设计为从在两个天线上的通信信号中的相位差来确定方向。
在不同情况下，接收模块和传送模块两者例如借助于循环器能够同时访问两个天线。数据读取构件、方向确定构件以及验证构件能够被设计为分立的或组合的电子运算单元，其运行软件算法以读取数据、以确定方向以及以验证方位指示以及在适当的情况下验证另外的数据内容。
因为根据本发明的通信装置包括用于实现根据本发明的方法的所有必要的构件，因此这提供了以上已经描述的优点。
优选地提供：通过小于通信信号的半个波长来间隔至少两个天线。这提供了优点：避免了在从接收模块到传送模块的方向中的确定的模糊。
此外，提供了：通信装置实现根据本发明的方法。除了已经提及的构件之外，可以出于这个目的提供距离确定构件、细分构件和多普勒频率确定构件，例如，它们能够被类似地设计为电子运算单元。
最后，本发明涉及根据本发明的针对在车辆中的车辆-至-X通信的通信装置的使用。
在从属权利要求中以及在参照附图的一个示例实施例的以下描述中能够找到另外的优选实施例，其中：
图1示出了通信装置的接收模块，其确定至传送模块的方向，以及
图2以流程图的形式示出了根据本发明的方法的可能的顺序。
图1示意性地示出了在机动车(类似地未示出)中的通信装置(未示出)的接收模块11。接收模块11包括：两个天线12和13，借助于它们，接收模块11从传送模块14接收通信信号。通信信号被示出为箭头15和16并且说明了不同的角度，以该不同的角度，由传送模块14传送的通信信号到达天线12或13或被所述天线获取。传送模块14还被指配给机动车(未示出)中的通信装置(未示出)。天线12和13的间距小于由传送模块14传送的通信信号的半个波长。如能够看出，在不同的情况中，由传送模块14传送的通信信号在它们被天线12或13获取之前在不同的距离上行进。因为具有不同的相位的通信信号被天线12和13获取，因此能够从相位差来确定指示从接收模块到传送模块的方向的角度ρ。然而，在图1中示出的干涉仪法仅在贯穿180°是不模糊的，因为传送模块14也能够以角度ρ位于接收模块11的左面(而不是如此处示出的在右面)。然而，这足以验证由通信信号包括的方位指示。
图2以流程图的形式示出了根据本发明的方法的可能的顺序。在方法步骤201，借助于两个天线由接收模块来接收通信信号，该通信信号的数据内容包括传送该通信信号的传送模块的方位指示。在步骤202，确定在两个天线上的通信信号中的相位差。同时，在步骤203中，读取在通信信号的数据内容中的方位指示，以及在步骤207，确定在两个天线中的一个天线上的通信信号的接收功率。在方法步骤204，从所确定的相位差，根据干涉仪法来确定从接收模块到传送模块的方向。在步骤205中，从通信信号的数据内容中的方位指示类似地确定从接收模块到传送模块的方向，以及在步骤206中，从通信信号的数据内容中的方位指示确定从接收模块到传送模块的距离。在步骤208中，然后，从在两个天线中的一个天线上所确定的通信信号的接收功率来确定从接收模块到传送模块的距离。这里假设的是，通信信号没被在从传送模块到接收模块的路径上的可见障碍物或其它遮蔽物减弱。然而，如果是这种情况，则以这种方式确定的距离大于实际的距离。因此，所确定的距离描述了最大距离，其恰好仍然是似乎合理的。在步骤209中，将从接收功率确定的距离与从方位指示确定的距离进行比较。因为从方位指示确定的距离仅为从接收功率确定的距离的一半大，因此在这种情况下没有冲突出现。在步骤210中，将从相位差确定的方向与从方位指示确定的方向进行比较。因为在这种情况下也不会出现冲突，因此在步骤211中验证了通信信号的整个数据内容，并且整个数据内容从而被认为是可信的。在步骤212中，因此，通信信号的整个数据内容被不同的车辆系统读取和处理。

Claims (15)

1.一种用于验证无线接收的通信信号中的数据内容的方法，其中所述数据内容包括传送所述通信信号的传送模块(14)的至少一个方位指示，其中由具有至少两个天线(12、13)的接收模块(11)来接收所述通信信号，其中借助于所述通信信号来确定从所述接收模块(11)到所述传送模块(14)的方向，以及其中所确定的方向用于验证所述方位指示，
其特征在于：从在所述至少两个天线(12、13)上的所述通信信号中的相位差来确定所述方向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
其特征在于：借助于所述至少两个天线(12、13)由所述接收模块(11)时间上并行地获取所述通信信号。
3.根据权利要求1和2中的任何一项所述的方法，
其特征在于：借助于在所述至少两个天线(12、13)中的至少一个天线上的所述通信信号的获取的接收功率来确定从所述接收模块(11)到所述传送模块(14)的第一距离，以及所述第一距离用于验证所述方位指示。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，
其特征在于：确定所述通信信号的多普勒频率。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于：借助于所述多普勒频率，传送单元被细分成移动传送单元(14)和固定传送单元(14)。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于：所述数据内容还包括传送所述通信信号的传送模块(14)的速度指示，其中所述传送单元的细分用于验证所述速度指示。
7.根据权利要求1至6中的任何一项所述的方法，
其特征在于：借助于所述至少两个天线(12、13)中的至少一个天线，在至少两个频率上时间上并行地传送和/或接收所述通信信号。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于：从在所述至少两个天线(12、13)中的至少一个天线上的所述至少两个频率上的所述通信信号中的相位差，来确定从所述接收模块(11)到所述传送模块(14)的第二距离。
9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的方法，
其特征在于：如果所述数据内容与至少所确定的方向和/或至少所确定的第一距离和/或至少所确定的第二距离和/或至少所述细分不冲突，则验证整个数据内容。
10.根据权利要求1至9中的任何一项所述的方法，
其特征在于：所述传送模块(14)和所述接收模块(11)被指配给不同的道路使用者。
11.根据权利要求1至10中的任何一项所述的方法，
其特征在于：所述数据内容触发在被指配了所述接收模块(11)的车辆的车辆控制中的车辆关键性安全的介入。
12.一种用于验证无线接收的通信信号中的数据内容的通信装置，其包括传送模块(14)、接收模块(11)、至少两个天线(12、13)、数据读取构件、方向确定构件以及验证构件，其中所述两个天线(12、13)被类似地指配给所述传送模块(14)和所述接收模块(11)两者，其中所述通信装置被设计以借助于所述传送模块(14)来传送通信信号，以及借助于所述接收模块(11)来接收通信信号，其中所述通信装置被设计以借助于所述数据读取构件来读取由所述数据内容包括的方位指示，其中所述通信装置被设计以借助于所述方向确定构件来确定接收所述通信信号的方向，以及其中所述通信装置被设计以借助于所述验证构件，使用所述方向来验证所述方位指示，
其特征在于：所述方向确定构件被设计为从在所述两个天线上的所述通信信号中的相位差来确定所述方向。
13.根据权利要求12所述的通信装置，
其特征在于：通过小于所述通信信号的半个波长来间隔所述至少两个天线(12、13)。
14.根据权利要求12和13中的任何一项所述的通信装置，
其特征在于：所述通信装置实现根据权利要求1至11中的任何一项所述的方法。
15.针对在车辆中的车辆-至-X通信的如在权利要求12至14的至少一项的所述通信装置的使用。
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