CN112673270B - 用于确定无线电信号的到达时刻的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其目的在于用于接收无线电信号的接收装置（10），其被适配成估计所述无线电信号的到达时刻。接收装置包括：接收模块，其被适配成接收无线电信号；以及检测模块，其被配置成：•测量由电源提供给接收模块的电流，•检测由检测模块测得的电流尖峰，所述电流尖峰是由接收模块接收到无线电信号引起的，•根据检测到的电流尖峰的检测时刻来确定无线电信号的到达时刻。

Description

用于确定无线电信号的到达时刻的方法和装置
技术领域
本发明尤其涉及用于准确地确定无线电信号的到达时刻以便估计所述无线电信号的发射器与接收器相隔的距离的装置和方法。本发明特别适合于实现机动车辆的“免提式”进入（accès mains libres）系统。
背景技术
机动车辆的“免提式”进入系统使得使用者能够在不使用钥匙的情况下锁定和/或解锁其车辆的开启部件、或者起动车辆。为此，当在车辆附近或内部检测到使用者携带的移动发射器（如徽章（badge）或遥控器）时，车辆识别所述移动发射器。
这样的“免提式”进入系统是本领域技术人员已知的。它通常牵涉到车辆中车载的控制模块与如徽章或遥控器之类的移动发射器之间的无线电通信。
在移动发射器和车辆的控制模块之间的识别过程使得车辆能够认证移动发射器并触发开启部件的锁定/解锁或车辆的起动。
通常藉由通过频率在30kHz至300kHz之间的电磁波（LF或英语的“Low Frequency（低频）”型无线电波）传递的无线电信号来实现识别过程。
仅在预先在车辆附近（针对开启部件的锁定/解锁）或在车辆内部（针对起动）检测到移动发射器的情况下才实施识别过程。
例如，控制模块基于控制模块在接收由发射装置发射的信号期间的接收功率水平的测量来估计移动发射器与车辆相隔的距离。接收功率水平的这样的测量通常称为RSSI（英语为“Received Signal Strength Indication”，接收信号强度指示）测量。通常，控制模块针对移动发射器发射的信号的接收功率水平实际上以已知的方式根据控制模块与移动发射器相隔的距离而变化。
LF型无线电信号在接收器针对处于给定位置的发射器发射的信号的接收功率水平方面相对稳定。换言之，如果对于发射器的同一个位置在各种时刻且在各种条件下执行多个RSSI测量，则所有测量将仅变化几个分贝。由此，基于控制模块的接收功率水平的测量来估计移动发射器与车辆之间的距离的准确度对于在LF型无线电波上发射的信号而言通常是可接受的。
然而，移动发射器是由使用者携带的便携式电话或手表可能是有利的。
在移动发射器是便携式电话的情况下，由于大多数便携式电话不具有LF通信部件，因此通常不可能在LF频带上与车辆的控制模块进行通信。
相反，如今，便携式电话拥有蓝牙®通信标准，可能变化为其低能耗版本（英语文献中的“Bluetooth® Low Energy”或BLE，蓝牙®低能耗）。这是使用在2.402GHz至2.480GHz之间变化的频率的无线电通信标准。这些频率属于称为UHF（超高频，或英语的“Ultra High Frequency”）的频带，该频带通常包含300MHz至3GHz之间的频率。
因此，变得有必要对机动车辆的“免提式”进入和/或起动系统进行适配，使其也能够针对在UHF频带上交换的信号进行操作，而不再仅针对由LF型低频无线电波传递的信号来操作。
然而，例如由使用蓝牙®通信标准的发射器发射的UHF型无线电信号对环境参数（湿度、与使用附近频带（如例如Wi-Fi®）的其他通信系统的干扰、信号传播障碍物的存在等等）特别敏感。此外，RSSI值取决于所使用的频率，并且可能会根据所使用的通信信道而变化（例如，在蓝牙®的情况下，可以使用各种频率下的各种信令信道，并且对于发射器的给定位置观测到的RSSI值将取决于所使用的信道，于是可能根据所使用的信道在不同测量之间有很大变化）。换言之，如果对于发射器的同一个位置在各种时刻且在各种条件下执行多个RSSI测量，则所有测量将变化几十分贝。于是，通常不再可能基于控制模块的接收功率水平的测量来充分准确地估计移动发射器与车辆之间的距离。
用于估计移动发射器与车辆之间的距离的另一解决方案例如在于测量由移动发射器发射并由车辆的控制模块接收的无线电信号的传播时间。无线电信号以光速传播，并且可以基于信号在移动发射器与控制模块之间的传播时间来计算移动发射器与车辆之间的距离。
然而，基于信号的飞行时间（英语文献中为“time of flight”）的该解决方案假设能够以足够的准确度确定信号的出发时刻和到达时刻。
然而，基于蓝牙®技术的组件的内部时钟的频率通常为24MHz，给出了大约42ns的时间粒度。对于以光速（约3.108m/s）行进的信号，这在距离计算上呈现出约12.5m的准确度误差。于是，这样的解决方案对于管理到机动车辆的进入无法令人满意（对于这样的应用，期望小于两米的分辨率）。
用于准确地确定接收装置接收到的无线电信号的到达时刻的一种已知解决方案在于在所述接收装置中集成由高频时钟（其频率例如至少等于150MHz）来控制节律（cadencer）的检测模块。检测模块被配置成测量在接收装置的天线处的接收功率水平并且检测与信号的到达相对应的功率尖峰（pic）。然而，这样的解决方案特别昂贵，并且通常对于低于-48dBm的接收功率水平不实用，这阻止了大量应用，因为在这种情况下检测区域非常小。
本发明的目标在于通过提出一种解决方案来全部或部分地弥补现有技术的缺点，尤其是上述缺点，所述解决方案易于实施并且使得能够以足够的准确度确定无线电信号的到达时刻，即使无线电信号的接收功率水平相对较低也是如此。
发明内容
为此，并且根据第一方面，本发明提出了用于估计由接收装置接收的无线电信号的到达时刻的方法。接收装置包括：接收模块，其被适配成接收所述无线电信号；以及检测模块，其被配置成测量由电源提供给接收模块的电流。用于估计无线电信号的到达时刻的方法包括以下步骤：
• 检测由检测模块测得的电流尖峰，所述电流尖峰是由接收模块接收到无线电信号引起的，
• 根据检测到的电流尖峰的检测时刻来确定无线电信号的到达时刻。
这样的设计于是使得能够估计无线电信号的发射器与接收装置之间的距离。例如，如果无线电信号的出发时刻是已知的，则可以计算无线电信号在发射器与接收装置之间的飞行时间，并由此推断出无线电信号在所述飞行时间期间行进的距离。根据另一示例，如果多个接收装置接收到由发射器发射的同一个无线电信号，则TDOA（“Time DifferenceOf Arrival”的英语缩写，到达时间差）型方法使得能够基于在每个接收装置看来的该无线电信号的相应到达时刻之间的差来估计发射器与接收装置之间的距离。
与现有技术的一些解决方案相反，无线电信号的到达时刻的检测不依赖于对所述无线电信号的解码，这使得能够隔绝与信号接收模块的时钟频率相关的约束。
而且，与现有技术的其他解决方案相反，无线电信号的到达时刻的检测不是基于对无线电信号的接收功率水平的测量，这使得能够获得特别准确的对无线电信号的到达时刻的估计，即使对于相对较低的无线电信号的功率水平、且尤其是约-95dBm的功率水平也是如此。
所提出的解决方案此外特别易于实施且成本低廉。
在特定实施方式中，当由检测模块测得的电流变得大于预定阈值时，检测到电流尖峰。
应当注意的是，可以设想用于检测电流尖峰的其他准则，例如，如果所测得的电流具有大于某个值的斜率。
根据第二方面，本发明涉及用于接收无线电信号的接收装置，其被适配成估计所述无线电信号的到达时刻。接收装置包括：接收模块，其被适配成接收所述无线电信号；以及检测模块，其被配置成：
• 测量由电源提供给接收模块的电流，
• 检测由检测模块测得的电流尖峰，所述电流尖峰是由接收模块接收到无线电信号引起的，
• 根据检测到的电流尖峰的检测时刻来确定无线电信号的到达时刻。
在特定实施例中，接收模块由称为“接收时钟”的时钟来控制节律，检测模块由称为“检测时钟”的时钟来控制节律，检测时钟的频率大于接收时钟，并且通过识别与检测到的电流尖峰的检测时刻相对应的检测时钟的沿来确定无线电信号的到达时刻。
检测时钟的频率越高，无线电信号的到达时刻的估计的准确度将越高，因此，发射器与接收装置之间的距离的估计的准确度将越好。无线电信号的到达时刻的估计不取决于接收时钟的频率。
根据第三方面，本发明涉及用于估计称为“主装置”的第一通信装置与称为“从装置”的第二通信装置相隔的距离的方法。主装置和从装置各自包括被适配成发射和接收无线电信号的通信模块。主装置还包括检测模块，其被配置成测量由电源提供给通信模块的电流。用于估计距离的方法包括以下步骤：
• 主装置向从装置发射传送请求的无线电信号，
• 确定传送请求的无线电信号的出发时刻，
• 从装置向主装置发射传送响应的无线电信号，所述响应是在接收到传送请求的无线电信号之后的预定响应延迟之后发射的，
• 主装置的检测模块检测由检测模块测得的电流尖峰，称为“接收时电流尖峰”，所述接收时电流尖峰是由主装置的通信模块接收到由从装置发射的传送响应的无线电信号引起的，
• 根据接收时电流尖峰的检测时刻来确定传送响应的无线电信号的到达时刻，
• 基于出发时刻、到达时刻和预定响应延迟来估计主装置与从装置之间的距离。
利用这样的设计，使得能够估计两个通信装置之间的距离的出发时刻和到达时刻是由同一装置、即主装置确定的。于是不需要主装置与从装置之间的任何时钟同步。
根据第四方面，本发明涉及称为“主装置”的通信装置，其被适配成估计所述主装置与称为“从装置”的另一通信装置之间的距离。主装置包括：通信模块，其被适配成发射和接收无线电信号；以及检测模块，其被配置成测量由电源提供给通信模块的电流。主装置被配置成：
• 向从装置发射传送请求的无线电信号，
• 确定传送请求的无线电信号的出发时刻，
• 检测由检测模块测得的电流尖峰，称为“接收时电流尖峰”，所述接收时电流尖峰是由通信模块接收到由从装置发射的传送响应的无线电信号引起的，所述传送响应的无线电信号是在接收到传送所述请求的无线电信号之后的预定响应延迟之后发射的，
• 根据接收时电流尖峰的检测时刻来确定传送响应的无线电信号的到达时刻，
• 基于出发时刻、到达时刻和预定响应延迟来估计主装置与从装置之间的距离。
在特定实施例中，本发明还可以包括单独考虑或根据技术上可能的任何组合来考虑的以下特征中的一个或多个。
在特定实施例中，主装置还被配置成：检测由检测模块测得的电流尖峰，称为“发射时电流尖峰”，所述发射时电流尖峰是由通信模块发射传送请求的无线电信号引起的；以及根据发射时电流尖峰的检测时刻来确定传送请求的无线电信号的出发时刻。
在特定实施例中，主装置的通信模块由称为“通信时钟”的时钟来控制节律，检测模块由称为“检测时钟”的时钟来控制节律，检测时钟的频率大于通信时钟，并且通过识别分别与发射时电流尖峰的检测时刻和接收时电流尖峰的检测时刻相对应的检测时钟的沿来确定出发时刻和到达时刻。
在特定实施例中，在主装置与从装置之间交换的无线电信号是频率大于300MHz的信号。
在特定实施例中，在主装置与从装置之间交换的无线电信号符合蓝牙低能耗通信标准。
根据第五方面，本发明涉及用于进入机动车辆的进入系统。进入系统包括根据前述实施例中的任一项的主装置、以及从装置。当主装置估计出的主装置与从装置之间的距离小于预定距离时，授权进入车辆。
在特定实施例中，主装置车载在机动车辆中，并且从装置旨在由使用者携带。
在特定实施例中，从装置车载在机动车辆中，并且主装置旨在由使用者携带。
在特定实施例中，从装置是便携式电话。
根据第六方面，本发明涉及机动车辆，其包括根据前述实施例中的任一项的用于估计主装置与旨在由使用者携带的从装置之间的距离的主装置。当主装置估计出的主装置与从装置之间的距离小于预定距离时，授权使用者进入车辆。
附图说明
通过阅读接下来的描述将更好地理解本发明，所述描述是以完全非限制性的示例的名义给出的并且是参考图1至图8进行的，其中：
- 图1示出了被适配成估计信号的到达时刻的无线电信号接收装置的示意性表示，
- 图2示出了当接收到无线电信号时馈送接收模块的电流强度随时间变化的示意性表示，
- 图3示出了用于估计无线电信号的到达时刻的方法的主要步骤的示意性表示，
- 图4示出了被适配成估计信号的出发时刻的无线电信号发射装置的示意性表示，
- 图5示出了用于估计无线电信号的出发时刻的方法的主要步骤的示意性表示，
- 图6示出了称为“主装置”的通信装置的示意性表示，其被适配成估计其与称为“从装置”的另一通信装置相隔的距离，
- 图7示出了序列图，其呈现了主装置与从装置之间交换的消息，
- 图8示出了用于估计两个通信装置相隔的距离的方法的主要步骤的示意性表示。
在这些附图中，各图之间相同的附图标记表示相同或相似的元素。为了清楚起见，除非有相反批注，否则所示元件不必为相同的比例。
具体实施方式
如上所述，本发明旨在使得能够准确地确定无线电信号的到达时刻，以便能够估计所述无线电信号的发射器与接收器相隔的距离。
在接下来的描述中，以非限制性的方式置于以下情况中：在机动车辆与旨在由使用者携带的终端（例如，徽章、遥控器、便携式电话、联网手表等）之间交换无线电信号。本发明的目标在于准确地确定在终端与车辆之间交换的无线电信号的到达时刻，以便基于信号的飞行时间来估计车辆与终端相隔的距离。
例如，为了能够进入机动车辆，车辆与使用者携带的终端之间的估计距离应小于预定值，例如几米。如果是这种情况，则解锁车辆的开启部件。在相反情况下，锁定车辆的开启部件。在所考虑的示例中，车辆与终端之间的距离估计中的准确度误差应小于两米。
在接下来的描述中，以非限制性的方式置于以下情况中：所考虑的无线电信号具有大于300MHz的频率。更特别地，作为示例置于以下情况：终端是便携式电话并且所考虑的无线电信号符合蓝牙®通信标准，可能变化为其低能耗版本（英语文献中的“Bluetooth®Low Energy”或BLE，蓝牙®低能耗）。这是使用在2.402GHz和2.480GHz之间变化的频率的无线电通信标准。
图1示意性地示出了无线电信号接收装置10，其被适配成估计所述信号的到达时刻T1。
这样的接收装置10可以例如集成在机动车辆中或终端中，这取决于期望是在车辆处还是在终端处确定由所述接收装置10接收的无线电信号的到达时刻。
接收装置10包括接收模块11，接收模块11被适配成接收所述无线电信号，并且接收模块11常规地包括天线114、低噪声放大器116（英语文献中的LNA，针对“Low NoiseAmplifier”）、解调器115和基带处理器111。
解调器115包括本领域技术人员已知的用于处理所考虑的信号的硬件和/或软件部件（模拟和/或数字滤波器、本地振荡器、混频器、模数转换器、信号处理处理器等），以便向基带处理器111提供基于在天线114处接收并由低噪声放大器116整形的模拟信号的二进制信号。
接收模块11例如由接收模块11内部的称为“接收时钟117”的时钟117来控制节律。在所考虑的示例中，其中接收模块11是蓝牙®通信模块，该接收时钟117的频率通常等于24MHz。于是，该接收时钟117的沿的时间周期大约为42ns。如上所述，大约42ns的时间粒度于是不足以准确地估计无线电信号的到达时刻T1，该估计的目的是计算信号的飞行时间以从中推断出信号在车辆和终端之间行进的距离。实际上，由于无线电信号以光速传播，因此就信号到达时间而言42ns的粒度对应于车辆与终端之间的距离估计中的大于十二米的准确度误差，而针对所考虑的应用，期望小于2米的准确度误差。
接收装置10还包括电源14，电源14经由馈电线13向接收模块11提供电流。接收模块11的电消耗以及因此的馈电线13上的电流强度根据接收模块11的活动而变化。
接收装置10还包括检测模块12，检测模块12包括用于测量在馈电线13上流动的电流的强度的测量仪器122。检测模块12例如由称为“检测时钟121”的时钟来控制节律。有利地，检测时钟121的频率大于接收时钟117的频率。例如，检测时钟121的频率至少等于150MHz，这对应于大约6.7ns的周期。于是，以光速移动的无线电信号在检测时钟121的一个周期期间行进的距离大约为两米。
检测模块12被配置成测量接收模块11的馈送电流的强度。检测模块12还被配置成检测电流尖峰，所述电流尖峰是由接收模块11接收到无线电信号引起的。例如，当由检测模块12的测量仪器122测得的电流的强度大于预定阈值时，检测到所述电流尖峰。为此，检测模块12包括被认为是本领域技术人员已知的硬件和/或软件部件（处理器、存储器、程序代码指令、FPGA、PLD等类型的可编程逻辑电路、ASIC类型的专用集成电路、等等），以便存储和分析在馈电线13中流动的电流的强度的测量。
实际上，当给接收模块11的无线电信号被天线114接收到然后被接收链上的各元件（尤其是低噪声放大器116、解调器115和基带处理器111）处理时，可以确定馈电线13上的电流强度变化的独特且可重复的记号。尤其是，低噪声放大器116具有高电耗，并且正是其高电耗主要有助于产生在接收无线电信号时在馈电线113上测得的电流的这种特殊记号。特别地，可以检测该记号中的第一电流尖峰，对于该第一电流尖峰，测得的电流强度的幅度大于预定阈值。该电流尖峰对应于接收模块11开始接收无线电信号。
图2示意性地示出了馈送接收模块11的电流强度的变化。电流的强度沿纵坐标轴示出，而时间沿横坐标轴示出。曲线的部分18对应于当接收模块11接收到给接收模块11的无线电信号时电流的特征记号。与接收模块11开始接收无线电信号相对应的电流尖峰由虚线圈出。该电流尖峰的检测时刻使得能够确定无线电信号的到达时刻T1。
应当注意的是，即使对于信号的特别低的功率水平，例如对于约-95dBm的功率水平（这对应于BLE接收器的典型灵敏度水平），也观测到对应于由接收模块11的无线电信号的到达时刻T1的该电流尖峰。
于是可以根据电流尖峰的检测时刻来确定无线电信号的到达时刻T1。例如，通过识别与检测到的电流尖峰的检测时刻相对应的检测时钟121的沿来确定接收到的无线电信号的到达时刻T1。检测模块12包括例如用于对检测时钟121的上升沿进行计数的计数器，并且识别最接近电流尖峰出现时刻的上升沿的编号N1。
如果假设还已知与发射信号的时刻相对应的检测时钟121的上升沿的编号N0，则可以将信号的飞行时间计算为在这两个上升沿之间经过的时间。于是，飞行时间等于N0（对应于信号的发射）与N1（对应于信号的接收）之间的上升沿的数量乘以检测时钟121的周期，即，若将检测时钟121的频率记为F的话，则为(N1 - N0) x 1/F。例如，如果无线电信号的发射器具有与接收装置10的检测时钟121同步的时钟，则其可以在所述信号所传送的消息中包括N0的值。
于是将理解的是，检测时钟121的频率越高，信号的飞行时间的计算越准确。特别地，在150MHz的频率下，就飞行时间的计算而言，可以获得约6.7ns的准确度。
基于信号的飞行时间，并在知晓无线电信号以光速传播的情况下，可以估计信号在发射器与接收器之间行进的距离。在检测时钟121的频率至少等于150MHz的情况下，则对于该距离估计可以获得小于或等于两米的准确度误差。这样的准确度对于所考虑的应用是可接受的，所考虑的应用即通过检测使用者在车辆附近的存在来管理到机动车辆的进入。
应当注意的是，如果使用与参考图1描述的接收装置相同的多个接收装置10、并且其接收由一个发射器发射的同一个无线电信号，则“到达时间差”（英语文献中的TDOA，针对“Time Difference Of Arrival”）的已知方法可以估计信号发射器与接收装置之间的距离，即使没有准确地知道无线电信号的出发时刻也是如此。
图3示意性地示出了用于估计由接收装置10接收的无线电信号的到达时刻T1的方法100的主要步骤。这样的方法例如由参考图1描述的接收装置10来实施。
方法100尤其包括检测由检测模块12测得的电流尖峰的检测步骤101，所述电流尖峰是由接收模块11接收到无线电信号引起的。例如，当由检测模块12的测量仪器122测得的电流的强度大于预定阈值时，检测到所述电流尖峰。
方法100还包括确定无线电信号的到达时刻T1的确定步骤102，这例如通过识别与检测到的电流尖峰的检测时刻相对应的检测时钟121的沿来进行。
如上所述，基于无线电信号的到达时刻T1，如果还知道信号发射时的出发时刻T0，则可以确定发射器与接收装置10之间的距离。
应当注意的是，在未示出的后续步骤中，还可以在基带处理器处确认接收到的无线电信号确实传送了特定消息，所述特定消息是为了计算信号的飞行时间而发射的，以便由此推断出发射器与接收装置10相隔的距离。例如，在检测模块12检测到信号的到达时刻T1与基带处理器111对所述信号所传送的消息进行解码之间的延迟应小于预定持续时间，例如几微秒。
图4示意性地示出了无线电信号发射装置20，其被适配成估计所述信号的出发时刻T0。
这样的发射装置20可以例如集成在机动车辆中或终端中，这取决于期望是在车辆处还是在终端处确定由所述发射装置20发射的无线电信号的出发时刻T0。
发射装置20包括发射模块21，其常规地包括基带处理器211、调制器212、功率放大器213（英语文献中的“Power Amplifier”）和天线214。
调制器212包括本领域技术人员已知的用于处理所考虑的信号的硬件和/或软件部件（模拟和/或数字滤波器、本地振荡器、混频器、模数转换器、信号处理处理器等），以便基于基带处理器211提供的二进制信号来生成模拟信号。该模拟信号于是由功率放大器213来放大并由天线214发射。
发射模块21例如由发射模块21内部的称为“发射时钟217”的时钟217来控制节律。在所考虑的示例中，其中发射模块21是蓝牙®通信模块，该发射时钟217的频率通常等于24MHz。如上所述，由该发射时钟217提供的大约42ns的时间粒度于是对于以足够准确的方式估计车辆与终端之间的距离而言是不可接受的。
发射装置20还包括电源24，电源24经由馈电线23向发射模块21提供电流。发射模块21的电消耗以及因此的馈电线23上的电流强度根据发射模块21的活动而变化。
发射装置20还包括检测模块22，检测模块22包括用于测量在馈电线23上流动的电流的强度的测量仪器222。检测模块22例如由称为“检测时钟221”的时钟来控制节律。有利地，检测时钟221的频率大于发射时钟217的频率。例如，检测时钟221的频率至少等于150MHz。
检测模块22被配置成测量发射模块21的馈送电流的强度。检测模块22还被配置成检测电流尖峰，所述电流尖峰是由发射模块21发射无线电信号引起的。例如，当由检测模块22的测量仪器222测得的电流的强度大于预定阈值时，检测到所述电流尖峰。为此，检测模块22包括被认为是本领域技术人员已知的硬件和/或软件部件（处理器、存储器、程序代码指令、FPGA、PLD等类型的可编程逻辑电路、ASIC类型的专用集成电路、等等），以便存储和分析在馈电线23中流动的电流的强度的测量。
当发射模块21通过发射链上的各元件（尤其是基带处理器211、调制器212和功率放大器213）发射无线电信号时，馈电线23上的电流强度以独特且可重复的记号变化。特别地，可以检测该记号中的第一电流尖峰，对于该第一电流尖峰，测得的电流强度大于预定阈值。该尖峰对应于发射模块21开始发射无线电信号。
于是可以确定所发射的无线电信号的出发时刻T0，这例如通过识别与检测到的电流尖峰的时刻相对应的检测时钟221的沿来进行。例如，检测模块22包括用于对检测时钟221的上升沿进行计数的计数器，并且识别最接近电流尖峰出现时刻的上升沿的编号N0。
如果假设还已知与信号的目标接收器接收到信号的时刻相对应的检测时钟221的上升沿的编号N1，则可以将信号的飞行时间计算为(N1 - N0) x 1/F，F为检测时钟221的频率。
检测时钟221的频率越高，信号的飞行时间的计算越准确，并且发射装置20与接收器之间的距离估计越准确。特别地，在150Mhz的频率下，对于该距离估计可以获得约两米的准确度。
图5示意性地示出了用于估计由发射装置20发射的无线电信号的出发时刻T0的方法200的主要步骤。这样的方法200例如由参考图4描述的发射装置20来实施。
方法200尤其包括例如当电流强度变为大于预定阈值时检测由检测模块22测得的电流尖峰的检测步骤201，所述电流尖峰是由发射模块21发射无线电信号引起的。
方法200还包括确定无线电信号的出发时刻T0的确定步骤202，这例如通过识别与检测到的电流尖峰的时刻相对应的检测时钟221的沿来进行。
如上所述，基于无线电信号的出发时刻T0，如果还知道信号接收时的到达时刻T1，则可以确定发射装置20与接收器之间的距离。
应当注意的是，在未示出的后续步骤中，还可以在基带处理器处确认检测到的电流尖峰确实对应于发射模块21为了计算信号的飞行时间而发射的消息，以便由此推断出发射装置20与接收器相隔的距离。例如，在基带处理器211编码这样的消息与检测模块22检测到信号的出发时刻T0之间的延迟应小于预定持续时间，例如几微秒。
图6示出了称为“主装置30”的通信装置，其被适配成估计其与称为“从装置40”的另一通信装置相隔的距离。
主装置30包括通信模块31，其被适配成与从模块40交换无线电信号（见图7）。因此，通信模块31被适配成发射和接收无线电信号。通信模块31常规地包括基带处理器311、调制器312、解调器315、功率放大器313、低噪声放大器316和天线314。
调制器312包括本领域技术人员已知的用于处理所考虑的信号的硬件和/或软件部件（模拟和/或数字滤波器、本地振荡器、混频器、模数转换器、信号处理处理器等），以便基于基带处理器311提供的二进制信号来生成模拟信号。该模拟信号于是由功率放大器313来放大并由天线314发射。
解调器315包括本领域技术人员已知的用于处理所考虑的信号的硬件和/或软件部件（模拟和/或数字滤波器、本地振荡器、混频器、模数转换器、信号处理处理器等），以便向基带处理器311提供基于在天线314处接收并由低噪声放大器316整形的模拟信号的二进制信号。
通信模块31例如由通信模块31内部的称为“通信时钟317”的时钟317来控制节律。在所考虑的示例中，其中通信模块31是蓝牙®通信模块，该通信时钟317的频率通常等于24MHz。
主装置30还包括电源34，电源34通过馈电线33向通信模块31提供电流。通信模块31的电耗以及因此馈电线33上的电流强度根据通信模块31的活动而变化。
主装置30还包括检测模块32，检测模块32包括用于测量在馈电线33上流动的电流强度的测量仪器322。检测模块32例如由称为“检测时钟321”的时钟来控制节律。有利地，检测时钟321的频率大于通信时钟317的频率。例如，检测时钟321的频率至少等于150MHz。
如图7所示，主装置30被配置成向从装置40发射（步骤302）传送请求的无线电信号，并且确定传送所述请求的无线电信号的出发时刻T0。在所考虑的示例中，这是在BLE规范所规定的信令信道（英语文献中的“advertising channel”，广告信道）、即信道37（2402MHz）、38（2426MHz）或39（2480MHz）上发射的消息。
从装置40被配置成接收由主装置30发射的传送请求的无线电信号，对该请求进行解码，并作为回应发射（步骤304）传送对该请求的响应的无线电信号。在接收到传送请求的无线电信号之后的预定响应延迟Δt之后发射该响应。该响应延迟Δt是固定的，并且是主装置30已知的。在所考虑的示例中，响应延迟Δt具有150μs的值。响应延迟Δt足够小，以虑及在该延迟期间主装置30与从装置40之间的距离不会改变（在所考虑的示例中，其中这些装置之一由车辆的使用者携带，而另一装置车载在不动的车辆中，一个装置相对于另一个装置的移动平均约为1m/s）。
主装置30被配置成确定由从装置40发射的传送响应的无线电信号的到达时刻T1。为此，主装置30的检测模块32被配置成测量馈送通信模块31的电流的强度。检测模块32还被配置成检测称为“接收时电流尖峰”的电流尖峰，所述接收时电流尖峰是由通信模块31接收到无线电信号引起的（接收时电流尖峰是由接收信号时接收链的各元件（尤其是低噪声放大器316）的更大的电耗引起的）。例如，当由检测模块32的测量仪器322测得的电流的强度变得大于预定阈值时，检测到接收时电流尖峰。为此，检测模块32包括被认为是本领域技术人员已知的硬件和/或软件部件（处理器、存储器、程序代码指令、FPGA、PLD等类型的可编程逻辑电路、ASIC类型的专用集成电路、等等），以便存储和分析在馈电线33中流动的电流的强度的测量。
在特定实施例中，传送请求的无线电信号的出发时刻T0是通过检测由检测模块32测得的称为“发射时电流尖峰”的电流尖峰来确定的，所述发射时电流尖峰是由传送请求的无线电信号的发射引起的（发射时电流尖峰是由发射信号时传输链的各元件（尤其是功率放大器313）的更大的电耗引起的）。例如，当由检测模块32的测量仪器322测得的电流的强度变得大于预定阈值时，检测到发射时电流尖峰。
传送请求的无线电信号的出发时刻T0和传送响应的无线电信号的到达时刻T1例如通过识别分别对应于发射时电流尖峰的检测时刻和接收时电流尖峰的检测时刻的检测时钟321的沿来确定。
主装置30于是可以被配置成根据传送请求的无线电信号的出发时刻T0、传送响应的无线电信号的到达时刻T1和响应延迟Δt来估计主装置30与从装置40之间的距离。实际上，主装置30与从装置40之间的距离D对应于：
其中c是光速（基本等于300 000km/s）。
由此，参考图6描述的主装置30能够估计主装置30与从装置40之间的距离，而无需在主装置30与从装置40之间同步时钟。实际上，主装置30知道或能够确定确定无线电信号在主装置30与从装置40之间的飞行时间所需的所有时间参数。主装置30实际上知道响应延迟Δt的值，并且能够确定出发时刻T0和到达时刻T1，以便确定无线电信号在主装置30与从装置40之间的飞行时间Tf：
。
图8示意性地示出了用于估计如前文参考图6和图7描述的主装置30与从装置40相隔的距离的方法300的主要步骤。
方法300包括以下步骤：
• 主装置30向从装置40发射301传送请求的无线电信号，
• 确定303传送请求的无线电信号的出发时刻T0，
• 从装置40向主装置30发射304传送响应的无线电信号，所述响应是在接收到传送请求的无线电信号之后的预定响应延迟Δt之后发射的，
• 主装置30的检测模块32检测305检测模块32测得的电流尖峰，称为“接收时电流尖峰”，所述接收时电流尖峰是由通信模块31接收到从装置40发射的传送响应的无线电信号引起的，
• 根据接收时电流尖峰的检测时刻来确定306传送响应的无线电信号的到达时刻T1，
• 基于传送请求的无线电信号的出发时刻T0、传送响应的无线电信号的到达时刻T1和响应延迟Δt来估计307主装置30与从装置40相隔的距离。
如上所述，在图8中未示出的步骤中，还可以确认接收时电流尖峰确实对应于接收到从装置40发射的传送响应的无线电信号。例如，在检测模块32检测到信号的到达时刻T1与基带处理器311对所述信号所传送的响应进行解码之间的延迟应小于预定持续时间，例如几微秒。
在特定实施方式中，可以通过检测302由检测模块32测得的电流尖峰来确定传送请求的无线电信号的出发时刻T0，该电流尖峰称为“发射时电流尖峰”，所述发射时电流尖峰是由传送请求的无线电信号的发射引起的。在这种情况下，在此还可以在图8中未示出的步骤中确认检测到的发射时电流尖峰确实对应于给从装置40的传送请求的无线电信号的发射。例如，在基带处理器311编码这样的请求与检测模块32检测到信号的出发时刻T0之间的延迟应小于预定持续时间，例如几微秒。
应当注意的是，响应延迟Δt可能可以经历准确度误差。在这种情况下，多次重复距离估计方法300并根据在各迭代中估计出的距离来确定距离可以是有利的。
例如，如果响应延迟Δt取平均值150μs，但是响应延迟Δt可以取149μs至151μs之间的值，则多次重复、例如重复数百次距离估计方法300并将主装置30与从装置40之间的距离确定为在各迭代中估计出的距离的平均值是有利的。然而，迭代估计方法300的持续时间应当保持足够小，例如小于几十毫秒，以使得主装置30与从装置40之间的距离在该持续时间期间的变化是可忽略的。
主装置30例如车载在机动车辆中，而从装置40集成在旨在由使用者携带并且使得能够进入所述车辆的终端中，例如徽章、遥控器、便携式电话、联网手表等。尤其是，从装置40可以例如对应于支持BLE（“蓝牙低能耗”）规范的便携式电话。
如果由车载在车辆中的主装置30估计出的车辆与终端之间的距离小于某个预定距离，则授权进入车辆（例如，解锁车辆的开启部件）。如上所述，如果主装置30借助于频率大于150MHz的检测时钟321来确定出发时刻T0和到达时刻T1，则可以以小于两米的准确度误差来获得车辆与终端之间的距离估计。
根据另一示例，主装置30可以装载在终端中，而从装置40可以车载在车辆中。
根据又一示例，同时充当主装置30和从装置40的角色的装置同时装载在车辆和终端中。在这种情况下，车辆与终端之间的距离可以由车辆和终端二者来估计。于是，可设想终端将终端估计出的距离发送给车辆，使得车辆根据终端估计出的距离来调整车辆估计出的距离。
上面的描述清楚地表明，通过本发明的各种特征及其优点，本发明实现了所设定的目标。
特别地，并且如例如参考图1至图3描述的，即使接收模块11具有频率过低而无法获得所寻求的准确度的接收时钟117，本发明也使得能够以良好的准确度确定无线电信号的到达时刻T1。实际上，本发明使得能够例如根据频率高于接收时钟117的频率的检测时钟121来确定无线电信号的到达时刻T1。在上面呈现的示例中，24MHz的接收时钟117的频率得到就无线电信号的到达时刻T1的测量而言的大约42ns的准确度误差（即，就无线电信号行进的距离估计而言的大于十二米的准确度误差），而大于150MHz的检测时钟的频率使得能够获得就到达时刻T1的测量而言的小于7ns的准确度误差（以及就距离估计而言的小于两米的准确度误差）。
另外，本发明提出的解决方案甚至对于无线电信号的相对低的接收功率水平（例如约-95dBm的功率水平）也起作用。对于基于现有技术的基于功率检测的解决方案则不是这种情况，这些解决方案对于低于-48dBm的功率水平不起作用。
此外，用于检测由接收模块11消耗的电流尖峰的检测模块12相对易于实现并且成本低廉。
如上所述，可设想各种方法来基于能够在接收器处确定无线电信号的到达时刻时的时刻来估计无线电信号的发射器与接收器之间的距离。
如参考图6至图8描述的，本发明尤其提出一种方法，其中，根据由同一个主装置30确定的请求的出发时刻T0和响应的到达时刻T1来估计距离。在这种情况下，有利地，不需要在主装置30与从装置40之间进行时钟同步。
然而，本发明也适用于可能基于时钟同步的其他方法。例如，如果发射器的时钟与接收器的时钟同步，则由发射器发射的无线电信号的出发时刻可以由发射器确定并发送给接收器。接收器于是可以确定无线电信号的到达时刻，并基于接收到的出发时刻和所确定的到达时刻来确定无线电信号的飞行时间，并因此确定无线电信号行进的距离。根据另一示例，TDOA类型的方法可以使得能够基于由发射器发射并由各接收器接收的同一个无线电信号的到达时间的差来估计发射器与接收器之间的距离。然而，在这种情况下，各个接收器的时钟应同步。
更一般性地，要注意的是，已作为非限制性示例描述了上面考虑的实施方式和实施例，并且因此可设想其他变型。
本发明特别适用于UHF型无线电信号，这尤其是因为，在这种情况下，根据接收功率水平（RSSI）的距离估计不太准确。
更特别地，本发明良好地适用于所交换的无线电信号符合BLE（“蓝牙®低能耗”）规范的情况，这尤其是因为该规范在便携式电话或联网手表之类的终端中较为普遍。
然而，根据其他示例，完全不排除考虑其频率不是UHF型频率、亦即频率低于300MHz或高于3GHz的无线电信号。
本发明特别适用于估计车载在车辆中的通信装置与集成在终端中的通信装置之间的距离，以便形成车辆的“免提式”进入系统。然而应当注意的是，可以设想其他应用。

Claims (15)

1.用于估计由接收装置(10)接收的无线电信号的到达时刻(T1)的方法(100)，所述接收装置(10)包括接收模块(11)，其被适配成接收所述无线电信号，所述方法的特征在于，接收装置(10)包括检测模块(12)，其被配置成测量由电源(14)提供给接收模块(11)的电流，并且该方法(100)包括：
·检测(101)由检测模块(12)测得的电流尖峰，所述电流尖峰是由接收模块(11)接收到无线电信号引起的，
·根据检测到的电流尖峰的检测时刻来确定(102)无线电信号的到达时刻(T1)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，当由检测模块(12)测得的电流变得大于预定阈值时，检测到所述电流尖峰。
3.用于接收无线电信号的接收装置(10)，其被适配成估计所述无线电信号的到达时刻(T1)，接收装置(10)包括接收模块(11)，其被适配成接收所述无线电信号，并且其特征在于，接收装置(10)包括检测模块(12)，其被配置成：
·测量由电源(14)提供给接收模块(11)的电流，
·检测由检测模块(12)测得的电流尖峰，所述电流尖峰是由接收模块(11)接收到无线电信号引起的，
·根据检测到的电流尖峰的检测时刻来确定无线电信号的到达时刻(T1)。
4.根据权利要求3所述的接收装置(10)，其特征在于，接收模块(11)由称为“接收时钟(117)”的时钟来控制节律，检测模块(12)由称为“检测时钟(121)”的时钟来控制节律，检测时钟(121)的频率大于接收时钟(117)，并且通过识别与检测到的电流尖峰的检测时刻相对应的检测时钟(121)的沿来确定无线电信号的到达时刻(T1)。
5.用于估计称为“主装置(30)”的第一通信装置与称为“从装置(40)”的第二通信装置相隔的距离的方法(300)，每个通信装置(30、40)包括被适配成发射和接收无线电信号的通信模块(31)，所述方法(300)的特征在于，主装置(30)还包括检测模块(32)，其被配置成测量由电源(34)提供给通信模块(31)的电流，该方法(300)包括：
·主装置(30)向从装置(40)发射(301)传送请求的无线电信号，
·确定(303)传送请求的无线电信号的出发时刻(T0)，
·从装置(40)向主装置(30)发射(304)传送响应的无线电信号，所述响应是在接收到传送请求的无线电信号之后的预定响应延迟(Δt)之后发射的，
·主装置(30)的检测模块(32)检测(305)由检测模块(32)测得的电流尖峰，称为“接收时电流尖峰”，所述接收时电流尖峰是由通信模块(31)接收到由从装置(40)发射的传送响应的无线电信号引起的，
·根据接收时电流尖峰的检测时刻来确定(306)传送响应的无线电信号的到达时刻(T1)，
·基于出发时刻(T0)、到达时刻(T1)和预定响应延迟(Δt)来估计(307)两个通信装置(30、40)相隔的距离。
6.称为“主装置(30)”的通信装置，其被适配成估计所述主装置(30)与称为“从装置(40)”的另一通信装置相隔的距离，所述主装置(30)包括通信模块(31)，其被适配成发射和接收无线电信号，其特征在于，所述主装置(30)包括检测模块(32)，其被配置成测量由电源(34)提供给通信模块(31)的电流，并且主装置(30)被配置成：
·向从装置(40)发射传送请求的无线电信号，
·确定传送请求的无线电信号的出发时刻(T0)，
·检测由检测模块(32)测得的电流尖峰，称为“接收时电流尖峰”，所述接收时电流尖峰是由通信模块(31)接收到由从装置(40)发射的传送响应的无线电信号引起的，所述传送响应的无线电信号是在接收到传送所述请求的无线电信号之后的预定响应延迟(Δt)之后发射的，
·根据接收时电流尖峰的检测时刻来确定传送响应的无线电信号的到达时刻(T1)，
·基于出发时刻(T0)、到达时刻(T1)和预定响应延迟(Δt)来估计主装置(30)与从装置(40)相隔的距离。
7.根据权利要求6所述的主装置(30)，其特征在于，主装置(30)还被配置成：检测由检测模块(32)测得的电流尖峰，称为“发射时电流尖峰”，所述发射时电流尖峰是由通信模块(31)发射传送请求的无线电信号引起的；以及根据发射时电流尖峰的检测时刻来确定传送请求的无线电信号的出发时刻(T0)。
8.根据权利要求7所述的主装置(30)，其特征在于，通信模块(31)由称为“通信时钟(317)”的时钟来控制节律，检测模块(32)由称为“检测时钟(321)”的时钟来控制节律，检测时钟(321)的频率大于通信时钟(317)，并且通过识别分别与发射时电流尖峰的检测时刻和接收时电流尖峰的检测时刻相对应的检测时钟(321)的沿来确定出发时刻(T0)和到达时刻(T1)。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的主装置(30)，其特征在于，与从装置(40)交换的无线电信号是频率大于300MHz的信号。
10.根据权利要求9所述的主装置(30)，其特征在于，与从装置(40)交换的无线电信号符合蓝牙低能耗通信标准。
11.机动车辆进入系统，包括根据权利要求6至10中的任一项所述的主装置(30)、以及从装置(40)，当主装置(30)估计出的主装置(30)与从装置(40)之间的距离小于预定距离时，授权进入所述车辆。
12.根据权利要求11所述的机动车辆进入系统，其特征在于，主装置(30)车载在机动车辆中，并且从装置(40)旨在由使用者携带。
13.根据权利要求11所述的机动车辆进入系统，其特征在于，从装置(40)车载在机动车辆中，并且主装置(30)旨在由使用者携带。
14.根据权利要求12所述的机动车辆进入系统，其特征在于，从装置(40)是便携式电话。
15.机动车辆，其包括根据权利要求6至10中的任一项所述的主装置(30)，主装置(30)用于估计主装置(30)与旨在由使用者携带的从装置(40)之间的距离，当主装置(30)估计出的主装置(30)与从装置(40)之间的距离小于预定距离时，授权使用者进入所述车辆。
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