CN111757264B - 减少通信范围的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及减少通信范围的系统和方法。系统包括第一收发器和控制器电路。第一收发器构造成传输第一射频信号。第一收发器还构造成以对应于第一传输范围的第一传输电平输出第一射频信号。控制器电路与第一收发器通信耦合。控制器电路构造成衰减第一射频信号以在低于第一传输电平的第二传输电平下传输第一射频信号。第二传输电平对应于比第一传输范围短的传输范围。控制器电路使用以第二传输电平传输的第一射频信号来检测较短传输范围内至少一个第二收发器的存在。

Description

减少通信范围的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年3月29日提交的美国专利申请第16/370,064号的权益，在此以参见的方式引入该专利申请的全文内容。
技术领域
本公开总体上涉及一种减小无线通信装置之间的通信范围的系统。
背景技术
蓝牙低功耗(蓝牙Low Energy：BLE)用于无钥匙车辆进入应用时，会存在对区分“密钥卡”到车辆的距离提出的挑战。新的到达角(AoA)和飞行时间(ToF)特性的现有蓝牙低功耗行业方向可能会导致成本和复杂性的增加。
发明内容
本发明提出通过提供一种包括构造成传输第一射频(RF)信号的第一收发器的系统来解决如上所述的问题。第一收发器还构造成以对应于第一传输范围的第一传输电平输出第一射频信号。控制器电路与第一收发器通信地耦合。控制器电路构造成衰减第一射频信号以在低于第一传输电平的第二传输电平下传输第一射频信号。第二传输电平对应于比第一传输范围短的传输范围。控制器电路使用以第二传输电平传输的第一射频信号来检测较短的传输范围内至少一个第二收发器的存在。
根据本发明的其他有利特征：
-第一收发器接收从至少一个第二收发器传输的第二射频信号；第二射频信号具有对应于第一接收范围的第一接收电平；其中，控制器电路衰减第二射频信号，以第二接收电平传输第二射频信号；第二接收电平对应于第二接收范围，第二接收范围对应于比第一接收范围短的接收范围；从而限制至少一个第二收发器相对于第一收发器的通信范围；
-至少一个第二收发器是智能电话、平板电脑、密钥卡和智能手表中的一种；
-第一收发器根据
Figure BDA0002428960410000021
核心规范4.2版本和更高版本来传输和接收第一射频信号；
-第一射频信号包括广播包；
-控制器电路还确定第一收发器与至少一个第二收发器之间的连接状态；连接的状态包括连接状态和未连接状态；
-当第一收发器和至少一个第二收发器处于未连接状态时，控制器电路衰减第一射频信号；
-当第一收发器和至少一个第二收发器处于未连接状态时，控制器电路衰减第二射频信号；
-至少一个第二收发器根据
Figure BDA0002428960410000022
核心规范4.2版本及更高版本来传输和接收第二射频信号；
-第二射频信号包括扫描请求包；
-控制器电路将第一个射频信号衰减至50dBm；
-控制器电路将通信范围减小到约0.4m至约2m的范围；
-控制器电路将第二射频信号衰减至50dBm；
-控制器电路将通信范围减小到约0.4m至约2m的范围；
本发明还提出一种方法，包括以下步骤：
-通过第一收发器传输第一射频(RF)信号，第一收发器构造成以对应于第一传输范围的第一传输电平输出第一射频信号。
-通过与第一收发器通信耦合的控制器电路来衰减第一射频信号，以低于第一传输电平的第二传输电平传输第一射频信号。第二传输电平对应于比第一传输范围短的传输范围。
-使用以第二传输电平传输的第一射频信号来检测较短的传输范围内至少一个第二收发器的存在。
优选地，该方法还包括以下步骤：
-第一收发器接收从至少一个第二收发器传输的第二射频信号；第二射频信号具有对应于第一接收范围的第一接收电平；并通过控制器电路衰减第二射频信号，以第二接收电平传输第二射频信号；第二接收电平对应于第二接收范围，第二接收范围对应于比第一接收范围短的接收范围；从而限制至少一个第二收发器相对于第一收发器的通信范围。
优选地，该方法还包括：
-至少一个第二收发器是智能电话、平板电脑、密钥卡和智能手表中的一种；
-第一收发器根据
Figure BDA0002428960410000031
核心规范4.2版本和更高版本来传输和接收第一射频信号；
-第一射频信号包括广播包；
优选地，该方法还包括以下步骤：通过控制器电路来确定第一收发器与至少一个第二收发器之间的连接状态；以及连接的状态包括连接状态和未连接状态。
优选地，该方法还包括：
-当第一收发器和至少一个第二收发器处于未连接状态时，控制器电路衰减第一射频信号；
-当第一收发器和至少一个第二收发器处于未连接状态时，控制器电路衰减第二射频信号；
-至少一个第二收发器根据
Figure BDA0002428960410000041
核心规范4.2版本及更高版本来传输和接收第二射频信号；
-第二射频信号包括扫描请求包；
-控制器电路将第一个射频信号衰减至50dBm；
-控制器电路将通信范围减小到约0.4m至约2m的范围；
-控制器电路将第二射频信号衰减至50dBm；
-控制器电路将通信范围减小到约0.4m至约2m的范围；
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：
图1是根据一个实施例的减小通信范围的系统的图示；
图2是示出根据一个实施例的估计的通信范围的表；
图3是根据一个实施例的减小通信范围的另一系统的图示；以及
图4是示出根据另一实施例的减小通信范围的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，这些实施例的示例在附图中示出。在以下详细说明中，阐述了许多具体细节以便提供对各种描述的实施例的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种描述的实施例。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件、电路以及网络，以免不必要地模糊实施例的各方面。
图1示出了减小无线通信装置之间的通信范围的系统10的示例。如将在下面更详细描述的，系统10可以提供相对于其他系统的各种改进。
系统10包括构造成传输第一射频(RF)信号14的第一收发器12。在图1所示的示例中，第一射频信号14是符合
Figure BDA0002428960410000051
核心规范4.2版本以及更新版本，包括低功耗
Figure BDA0002428960410000052
(以下称为BLE)的高频射频信号。在一个示例中，第一收发器12是作为远程控制单元(TCU)的一部分安装在车辆中的
Figure BDA0002428960410000053
装置。在一个示例中，远程控制单元控制对车辆位置的跟踪，并且包括:全球定位系统单元(GPS)、用于将该位置传递给数据库服务器的外部移动通信接口、电子处理单元、微控制器和/或微处理器、内存或电子存储介质、以及与其他车辆系统的接口通信总线。
第一收发器12构造成既传输又接收BLE射频信号。第一收发器12包括构造成发射和收集蓝牙射频信号的天线(未示出)。在一个示例中，天线是微带天线。在另一个示例中，天线是金属板天线。在又一个示例中，天线是芯片天线。BLE射频信号在2.4GHz频带(即2.400–2.4835GHz)中传输，并且最大理论无障碍范围超过600米(600m)。蓝牙通常用于移动电话、游戏系统、头戴式耳机、汽车信息娱乐系统和个人计算机中。蓝牙设备通过基于从主机设备(例如，车辆)广播广播包并且从远程设备(例如，智能电话)接收扫描请求分组的过程来检测。为了减少干扰，使用频带内的三个独立频率来完成此操作。BLE广播设备在三个频率中的至少一个上传输信息包，其重复周期称为广播间隔。当接收到扫描请求数据包时，主机设备中的BLE扫描器会在一个称为扫描窗口的持续时间内监听该频率，该频率在隔一个扫描间隔周期性地重复。可以通过共享每个蓝牙设备唯一的代码(称为链接密钥)来配对BLE设备。链接密钥在配对设备之间交换并存储在配对设备中，以建立安全连接，也称为绑定。未连接和/或未配对的设备可以共享数量有限的信息而无需配对、诸如设备名称、设备类别、设备提供的服务列表以及其他特定的设备技术信息(例如，设备服务、制造商、BLE规范和时钟偏移)。第一收发器12还构造成以对应于第一传输范围的第一传输电平输出第一射频信号14。在示例中，第一传输电平是第一收发器12的全功率电平(例如，0.5mW至10mW)，其对应于最大传输范围(例如，大于600m)。
系统10还包括与第一收发器12通信耦合的控制器电路16。控制器电路16可以包括诸如微处理器的处理器(未示出)或诸如模拟和/或数字控制电路的其他控制电路。该控制电路可以包括被持久地编程以执行该技术的一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)，或者可以包括被编程为依照固件、存储器、其他存储装置或其组合中的程序指令来执行该技术的一个或多个通用硬件处理器。控制器电路16还可以将定制的硬连线逻辑、ASIC或FPGA与定制的编程相结合以实现该技术。控制器电路16可以包括存储器或存储介质(未示出)，包括非易失性存储器、诸如用于存储一个或多个例程、阈值和捕获的数据的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。EEPROM存储数据，并允许通过施加特殊的编程信号来擦除和重新编程各个字节。控制器电路16可以包括非易失性存储器的其他示例、诸如闪存、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)和可擦除可编程只读存储器(EPROM)。控制器电路16可以包括易失性存储器、诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)。如本文上述，一个或多个例程可以由处理器执行以基于控制器电路16从第一收发器12接收的信号，执行用于检测至少一个第二收发器18的存在的步骤。在一个示例中，第一收发器12包括控制器电路16(即，控制器电路16集成第一收发器12电气封装)。在另一示例中，第一收发器12和控制器电路16是分开的设备。
控制器电路16构造成衰减(即，减弱、减少、减小等)第一射频信号14，从而以低于第一传输电平的第二传输电平来传输第一射频信号14。信号衰减会降低射频信号的强度或功率，但不会使射频信号的波形明显失真。即，在不显著影响射频信号的波长和/或调制特性的情况下降低了功率。波形失真将负面地影响第一收发器12的效率。信号衰减通常以分贝(dB)为单位表示，其中10dB的降低表示信号功率的10倍降低。分贝是基于对数的值，用于在对数标度上表示一个功率值与另一个功率值的比率(即功率比)。在一个示例中，信号功率降低1dB对应于功率降低约21％，而信号功率降低3dB对应于功率降低约50％。由于减小的信号功率，第二传输电平对应于比第一传输范围更短的传输范围。通常，射频信号的功率以dBm为单位表示，这表示功率比以1毫瓦(1mW)为基准。这样，0.0dBm的功率电平对应于1mW的功率。在一个示例中，控制器电路16在90dBm至105dBm的总BLE射频链路预算中将第一射频信号14衰减高达约50dBm。链路预算是最大射频信号功率(大约+5dBm至+10dBm)与最佳接收灵敏度(大约-90dBm至-95dBm)之间的差。在该示例中，将第一射频信号14衰减50dBm消除了几乎原始dBm链路预算的一半。其结果是，降低50dBm的功率大约等于将覆盖范围的半径减小到原始覆盖范围的0.316％。在该示例中，控制器电路16将系统10与第二收发器18之间的通信范围从初始范围600m减小到大约0.4m至大约2m的范围。图2是表示对于理想(即，无信号干扰)和包括射频信号干扰和射频信号噪声的常见电平的典型环境条件，在各种衰减水平下通信距离减少的估计的表。
在图3所示的示例中，控制器电路16通过通信耦合到交换端口接口24的单独的信号衰减器22设备来衰减第一射频信号14。交换端口接口24具有通信地耦合到至少两个交换端口的至少一个射频天线(未示出)。控制器电路16将第一射频信号14从第一收发器12路由到第一交换端口，由此第一射频信号14穿过插设在第一交换端口与第一收发器12之间的信号衰减器22，从而减小了第一射频信号14的通信范围。信号衰减器22可以是与BLE规范兼容的任何信号衰减器22。在一个示例中，信号衰减器22以固定速率(例如50dBm)衰减第一射频信号14。在另一个示例中，信号衰减器22以可变速率(例如10dBm-50dBm)衰减第一射频信号14。
在另一示例中，控制器电路16通过减小第一收发器12的传输功率来衰减第一射频信号14，而不使用单独的信号衰减器22设备。在该示例中，控制器电路16向第一收发器12发送诸如传输分组功率命令和/或功率表命令之类的深层配置命令，以将第一射频信号14的传输功率减小为对应于所需的通信范围的期望功率。
控制器电路16使用以第二传输电平传输的第一射频信号14来检测较短的传输范围(例如，约0.4m至约2m)内至少一个第二收发器18的存在。即，第一收发器12在较短的传输范围内与至少一个第二收发器18进行通信，使得能够由控制器电路16进行检测。这种减小的通信范围具有使得能够实现诸如"智能电话作为车辆钥匙"的应用的技术优点，其中智能电话与车辆之间的较大通信距离可能会给车辆安全带来问题。例如，在诸如远程锁定和解锁和/或远程启动之类的关键车辆安全模式期间，系统10可以“忽略”来自远距离BLE设备的潜在干扰或恶意蓝牙信号。在一个示例中，第二收发器18是密钥卡/便携式信息终端。在另一个示例中，第二收发器18是平板电脑。在另一个示例中，第二收发器18是智能手表。在图1所示的示例中，第二收发器18是构造成传输根据BLE规范的第二射频信号20的智能电话，并且如上所述与根据BLE规范的系统10配对。
再参考图1，第一收发器12还接收从至少一个第二收发器18传输的第二射频信号20。根据如上所述的最大理论值(即600m)，第二射频信号20具有与第一接收范围相对应的第一接收电平。在该示例中，控制器电路16衰减所接收的第二射频信号20从而以第二接收电平传输第二射频信号20。第二接收电平对应于第二接收范围，上述第二接收范围对应于比第一接收范围短的接收范围。该较短的接收范围限制了至少一个第二收发器18相对于第一收发器12的通信范围。在该示例中，控制器电路16将第二射频信号20衰减至大约50dBm，从而将系统10与第二收发器18之间的通信范围从初始范围600m减小到大约0.4m至大约2m的范围。将理解的是，控制器电路16可以以相同或不同的衰减水平来衰减第一射频信号14和第二射频信号20。
再次参考图3，控制器电路16通过通信耦合到交换端口接口24的单独的信号衰减器22设备来衰减第二射频信号20。控制器电路16将第二射频信号20从第二收发器18路由到第一交换端口，由此第二射频信号20穿过介于在第一交换端口与第一收发器12之间的信号衰减器22，从而减小了射频信号的通信范围。在图3所示的示例中，信号衰减器22是双向的，并且衰减沿两个方向(即，传输和接收)的射频信号。
在另一示例中，控制器电路16通过减小第一收发器12的接收功率来衰减第二射频信号20，而不使用单独的信号衰减器22设备。在该示例中，控制器电路16向第一收发器12发送诸如接收自动增益控制(AGC)衰减器的选择之类的深层配置命令，以衰减第二射频信号20。
在一个示例中，控制器电路16还确定第一收发器12与至少一个第二收发器18之间的连接的状态。连接的状态包括连接状态和未连接状态。如上所述，在未连接状态下，第一收发器12和至少一个第二收发器18能够在不配对的情况下传输有限量的信息。例如，在未连接状态下，第一射频信号14包括广播包，而第二射频信号20包括扫描请求包。当第一收发器12和至少一个第二收发器18处于未连接状态时，控制器电路16衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20。在一个示例中，一旦第一收发器12和至少一个第二收发器18处于连接状态，则控制器电路16就停止衰减第一射频信号14和第二射频信号20，以便能够以高达系统10的最大功率电平来传输信息。
控制器电路16可以使用除了连接的状态之外的其他标准来确定是否衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20。在一个示例中，当车门被锁上时，控制器电路16衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20，而当车被解锁时，第二射频信号20停止衰减射频信号。在另一个示例中，当车辆关闭(例如，钥匙关闭)时，控制器电路16衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20，而当车辆打开时，控制器电路16停止衰减射频信号。在另一个示例中，当已经经由诸如受控蜂窝网络信号的另一个TCU接口将TCU命令为“缩小范围”模式时，控制器电路16衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20，而当TCU被命令进入“正常范围”模式时，则停止衰减射频信号。在另一个示例中，当TCU已经完成了倒计时预设时间隔时，控制器电路16衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20，但是当TCU仍倒计时预设时间隔时，控制器电路16不衰减射频信号。将理解的是，可以针对最佳的安全性和用户便利性特征实现以上列出的方法的任何组合。
图4是示出减小通信距离的方法100的示例的流程图。
步骤102：传输第一信号；该步骤包括使用如上所述的第一收发器12传输第一射频信号14。第一射频信号14具有对应于第一收发器12的最大传输范围的第一传输范围(例如，大于600m)。
步骤104：衰减第一信号；该步骤包括通过如上所述的通信地耦合到第一收发器12的控制器电路16来衰减第一射频信号14。控制器电路16将第一射频信号14的强度从第一传输电平降低到第二传输电平，以对应于较短的传输范围。在一个示例中，控制器电路16将第一射频信号路由通过单独的信号衰减器22。在另一个示例中，控制器电路16通过向第一收发器12发送诸如传输包功率命令或功率表命令的深层配置命令，来衰减第一RF信号14，而不使用单独的信号衰减器22设备。
步骤106：检测收发器；该步骤包括通过控制器电路16使用以第二传输电平传输的第一射频信号14来检测至少一个第二收发器18。如上所述，控制器电路16在较短的传输范围内检测至少一个第二收发器18的存在。
在一个示例中，如上所述,第一收发器12接收从至少一个第二收发器18传输的第二射频信号20。控制器电路16将第二射频信号20从第一接收电平衰减至第二接收电平，对应于比第一接收范围短的接收范围。相对于第一收发器12，该较短的接收范围限制了至少一个第二收发器18的通信范围。
在一个示例中，如上所述，第一收发器12和至少一个第二收发器18根据
Figure BDA0002428960410000111
核心规范4.2版本和更高版本，来传输和接收第一射频信号14和第二射频信号20。在该示例中，第一射频信号14包括广播包，而第二射频信号20包括扫描请求包。在另一个示例中，如上所述，当第一收发器12和第二收发器18处于未连接状态时，控制器电路16衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20。在另一个示例中，如上所述，当第一收发器12和第二收发器18处于连接状态时，控制器电路16停止衰减第一射频信号14和/或第二射频信号20。
因此，提供了一种用于减小通信范围的系统10和用于减小通信范围的方法100。系统10是对其他系统的改进，因为系统10忽略了来自可能造成安全威胁的远距离设备的射频信号。
虽然已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，但是本发明并不旨在受限于此，而是仅受以下的权利要求书中所阐述的范围限制。如本文使用的，“一个或多个”包括由一个元件执行的功能、如以分布的形式由多个元件执行的功能，由一个元件执行若干功能，由若干元件执行若干功能，或以上这些的组合。还应理解，尽管在一些情况下术语第一、第二等在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分。例如，在不脱离各种上述实施方式的范围的情况下，第一接触件可以被称为第二接触件，并且类似地，第二接触件可以被称为第一接触件。第一接触件和第二触件都是接触件，但是它们不是相同的接触件。在本文的各种实施方式的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不是旨在限制。如已描述的各个实施例中使用到的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“这个(the)”意在同样包括复数形式，除非上下文明确指出了其它情形。还应当理解术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。还应理解的是，在本文中所使用的术语“包括”特指存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。在本文中所使用，术语“如果”可选地被解释为表示“当……时”或“在......时”或“响应于决定”或“响应于检测”，取决于上下文。类似地，短语“如果决定”或“如果检测到[已述的条件或事件]”可选地被解释为表示“在决定......时”或“响应于决定”或“在检测到[上述条件或事件]时”或“响应于检测到[上述的条件或事件]，”取决于上下文。

Claims (12)

1.一种用于基于无钥匙进入的车辆的限制收发器之间通信范围的方法，所述方法包括：
通过控制器并且以第一收发器以对应于第一传输范围的第一传输电平输出所述第一射频信号传输第一射频信号；
通过所述控制器以低于所述第一传输电平的第二传输电平衰减所述第一射频信号，并且所述第二传输电平对应于比所述第一传输范围短的传输范围；
通过所述控制器使用以所述第二传输电平传输的所述第一射频信号来检测所述较短传输范围内至少一个第二收发器的存在；以及
响应第一收发器接收来自至少一个所述第二收发器的对应第一接收范围的第一接收电平的第二射频信号，借助于所述控制器，通过使第二射频信号衰减到对应第二接收范围的第二接收电平，相对于所述第一收发器，将所述至少一个第二收发器的通信范围限制在比所述第一接收范围短的第二接收范围。
2.一种系统，所述系统包括：
构造成执行如权利要求1所述方法的控制器电路
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个第二收发器是智能电话、平板电脑、密钥卡和智能手表中的一种。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一收发器构造成根据
Figure FDA0003573032630000011
核心规范4.2版本及更新版本来传输和接收所述第一射频信号。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一射频信号包括广播包。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器电路还构造成确定所述第一收发器与所述至少一个第二收发器之间的连接的状态；
所述连接的状态包括连接状态和未连接状态。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器电路还构造成当所述第一收发器和所述至少一个第二收发器处于未连接状态时衰减所述第一射频信号。
8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述控制器电路还构造成当所述第一收发器和所述至少一个第二收发器处于未连接状态时衰减所述第二射频信号。
9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个第二收发器根据
Figure FDA0003573032630000021
核心规范4.2版本及更高版本来传输和接收所述第二射频信号。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二射频信号包括扫描请求包。
11.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器电路构造成将所述第一射频信号和所述第二射频信号之一衰减达50dBm。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制器电路还构造成当所述第一射频信号和所述第二射频信号之一减达50dBm时将所述通信范围减小到大约0.4m至大约2m的范围。
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