CN113411096A - 场叠加方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种在车辆基站与应答器之间进行无线通信的方法，方法包括：i)通过车辆基站使用第一驱动电流驱动车辆上的第一和第二天线，第一天线通过车辆基站所在的车辆部分与应答器分离；ii)检测由第一和第二天线发射并在应答器处接收的相应场的彼此正交的三个单独的向量分量；iii)计算第一和第二天线的叠加因子；iv)同时驱动第一和第二天线；v)检测在应答器处接收到的包括来自两个天线的信号的叠加信号的彼此正交的三个向量分量；vi)确定三个检测到的向量分量中是否有两个向量分量高于阈值噪声电平；vii)如果三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于阈值噪声电平，则重复步骤iv)；以及viii)认证应答器。

Description

场叠加方法及系统

技术领域

本公开涉及无线通信，且具体地说，涉及用于确保源安全的无线通信中的场叠加。

背景技术

某些种类的无线通信系统采用彼此通信的应答器和基站。在一个例子中，无线应答器可用于启用用于解锁车门的被动无钥匙进入(PKE)，或用于启用点火电路的被动无钥匙启动(PKG)。在各情况下，无线应答器以一系列操作与车辆中的基站通信，所述一系列操作旨在认证应答器并确保应答器在车辆的限定距离内。

PKE和PKG系统可能容易遭受所谓的中继攻击，在所述中继攻击中，由车辆中的收发器传输的信号被攻击者中继到应答器以及从所述应答器转发，所述应答器可能处于远程位置，例如，在车辆拥有者的屋内或在拥有者的身上。攻击者能够通过在应答器与车辆之间中继信号来访问车辆，以获得进入权以及启用车辆点火电路。

减少遭受此类中继攻击的倾向的一个方法是在车辆中采用多个天线，所述天线一起向应答器提供质询信号。在接收到质询信号之后，应答器使用被布置成在彼此正交的方向上接收信号的三个天线来在三个正交方向上确定接收到的信号的强度。然后，应答器通过传输包含测量值的编码信号来作出响应，并且车辆中的控制器根据接收到的信号确定向量信息是否符合预定准则，并仅在符合所述准则时才允许访问车辆，例如解锁或启用点火电路。此系统在EP1189306A1中公开。

用于减少遭受中继攻击的倾向的另外的方法可涉及从车辆中的两个或更多个天线生成叠加信号，以及确定应答器是否在车辆的物理范围内，例如EP2635059A1中所公开。在此系统中，可从第一和第二天线依次传输第一和第二信号，接着从这两个天线传输第三信号。需要第三信号递送高于接收器(即，应答器)处的噪声电平的至少两个有效的向量分量来防御中继攻击。如果不符合此准则，则车辆控制器确定应答器响应无效且不允许访问车辆。此方法的问题在于，在一些情况下，在有效位置(即，在车辆附近)的有效应答器可能接收到不会产生高于噪声电平的两个或更多个向量分量的信号的叠加，且车辆控制器会不当地拒绝访问。

发明内容

根据第一方面，提供了一种在车辆基站与应答器之间进行无线通信的方法，所述方法包括：

i)通过所述车辆基站使用第一驱动电流驱动所述车辆上的第一和第二天线，所述第一天线通过所述车辆基站所在的车辆部分与所述应答器分离；

ji)检测由所述第一和第二天线发射并在所述应答器处接收的相应场的彼此正交的三个单独的向量分量；

iii)基于所述单独的向量分量计算所述第一和第二天线的叠加因子；

iv)分别使用乘以计算出的叠加因子的所述第一驱动电流、使用相同相位来同时驱动所述第一和第二天线；

v)检测在所述应答器处接收到的包括来自两个天线的信号的叠加信号的彼此正交的三个向量分量；

vi)确定所述三个检测到的向量分量中是否有两个向量分量高于阈值噪声电平；

vii)如果所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则重复步骤iv)，其中所述第一和第二天线中的一个由乘以所述计算出的叠加因子并乘以调整因子的所述第一驱动电流驱动；以及

viii)如果所述三个检测到的向量分量中有两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则响应于检测到的叠加向量分量处于所述第一和第二天线中的每一个的单独向量分量分别乘以所述第一和第二天线的所述叠加因子后的总和的基于误差的范围内，认证所述应答器。

上文所限定的方法的优点在于可顾及‘黑洞(black hole)’的存在，所述黑洞是其中应答器可确定叠加信号实际上抵消而留下仅在一个方向上具有向量的信号的原本会阻止认证发生的区域。

所述调整因子可使从所述第一和第二天线中的一个发射的信号强度量值增大或减小例如10％或更多。所述调整因子可例如使从所述第一和第二天线中的一个发射的信号强度量值增大或减小多达约30％、50％或多达75％。

所述方法可另外包括在认证所述应答器后解锁所述车辆和/或激活所述车辆的点火电路。

在一些例子中，可重复步骤iv)不超过一次。如果在重复所述步骤之后，仍不存在超过一个检测到的向量分量高于所述阈值噪声电平，则所述应答器实际上处于有效位置的可能性极低。

在其它例子中，如果在重复步骤iv)之后，所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则可改变所述调整因子并再次重复步骤iv)。在此类情况下，考虑到在仍未识别出所需数量的向量分量之后应答器处于有效位置的可能性将极低，可重复步骤iv)不超过两次。

根据第二方面，提供了一种用于应答器的无线认证的系统，所述系统包括：

基站，所述基站安装在车辆上；以及

第一和第二天线，所述第一和第二天线连接到所述基站且安装在所述车辆上的单独位置处，

其中所述基站被配置成：

i)使用第一驱动电流驱动所述第一和第二天线；

ii)检测来自所述应答器的信号，所述信号对由所述第一和第二天线发射并在所述应答器处接收的相应场的彼此正交的三个向量分量进行编码；

iii)基于单独的向量分量计算所述第一和第二天线的叠加因子；

iv)分别使用乘以计算出的叠加因子的所述第一驱动电流、使用相同相位来同时驱动所述第一和第二天线；

v)检测来自所述应答器的信号，所述信号对包括在所述应答器处接收到的来自两个天线的信号的叠加信号的彼此正交的三个向量分量进行编码；

vi)确定三个检测到的向量分量中是否有两个向量分量高于阈值噪声电平；

vii)如果所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则重复步骤iv)，其中所述第一和第二天线中的一个由乘以所述计算出的叠加因子并乘以调整因子的所述第一驱动电流驱动；并且

viii)如果所述三个检测到的向量分量中有两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则响应于检测到的叠加向量分量处于所述第一和第二天线中的每一个的单独向量分量分别乘以内部和外部天线的叠加因子后的总和的基于误差的范围内，认证所述应答器。

所述调整因子可使从所述第一和第二天线中的一个发射的信号强度量值增大或减小例如10％或更多。所述调整因子可例如使从所述第一和第二天线中的一个发射的信号强度量值增大或减小多达30％、50％或多达75％。

所述基站可被配置成在认证所述应答器后使所述车辆解锁和/或使所述车辆的点火电路被激活。

在一些例子中，所述基站可被配置成重复步骤iv)不超过一次。

在其它例子中，如果在重复步骤iv)之后，所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则所述基站可被配置成改变所述调整因子并再次重复步骤iv)。在此类情况下，所述基站可被配置成重复步骤iv)不超过两次。

根据第三方面，提供了一种包括指令的计算机程序，所述指令在被执行时使车辆基站的处理器执行根据第一方面所述的方法。

可提供一种计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时使计算机配置包括本文所公开的电路、控制器、传感器、滤波器或装置的任何设备或执行本文所公开的任何方法。计算机程序可以是软件实施方案，并且计算机可以被认为是任何适当的硬件，包括数字信号处理器、微控制器以及在只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中的实施方案，这些皆为非限制性例子。软件实施方案可以是汇编程序。

计算机程序可以在计算机可读介质上提供，或可以实施为瞬态信号，所述计算机可读介质可以是物理计算机可读介质，例如光盘或存储器装置。此瞬态信号可以是网络下载，包括互联网下载。

本发明的这些以及其它方面将通过下文所描述的实施例变得显而易见，并且将参考下文所描述的实施例进行阐明。

附图说明

将参考图式仅通过举例描述实施例，在图中：

图1示出具有场叠加的示例无线系统；

图2示出具有场叠加的无线汽车系统；

图3为示出接收到的信号的向量分量的示意图；

图4的a-c为示出来自第一和第二天线的信号的向量分量的叠加的示意图；

图5的a-c为示出来自第一和第二天线的信号的向量分量的叠加的示意图，其中一个信号被调整以避免叠加信号中出现零向量分量；并且

图6为示出使用场叠加来认证无线应答器的示例方法的示意性流程图。

应注意，图式是图解说明且未按比例绘制。为在图示中清楚和方便起见，这些图式的各部分的相对尺寸和比例已通过在大小上放大或缩小而示出。相同的附图标记一般用于指代被修改的和不同的实施例中的对应或类似特征。

具体实施方式

图1示出具有场叠加的示例无线系统100。系统100包括第一和第二天线110、120，所述第一和第二天线可分别为主天线110和内部天线120。天线110、120将信号从基站/控制器130传递到远程应答器140。内部天线120被例如车辆外壳或其它组件屏蔽，防止应答器140直接访问。

基站130驱动主天线110和内部天线120，且应答器140检测来自天线的信号，包括每个信号的向量分量。应答器140将表征这些检测到的信号的加密信息传送回基站130，所述基站使用所述信息来生成用于驱动每个天线的场叠加因子。基站130另外将叠加因子加密并将所述叠加因子发送到应答器140。

然后，基站130应用相应叠加因子以同相同时驱动每个天线。应答器140检测叠加信号，所述叠加信号与叠加因子一起使用以确定包括来自每个天线的组合信号的叠加信号是否在误差因子内。在一些实施方案中，通过确定三个向量分量中的每一个(例如，x、y和z)是否在所述向量的误差因子内而认证叠加信号。如果组合信号在误差因子内，则认证应答器。此认证可例如用于操作或启用系统，如进入/锁定机构或点火机构。另外，可在应答器和基站中的一个或两个处进行用于认证信号的计算，其中应答器将表征接收到的信号的信息传送到基站以用于后一例子中的此类计算。

图2示出具有场叠加的示例无线汽车系统200。系统200包括车辆210内的基站250、外部第一天线220和内部第二天线222。任选的外部第三天线224相对于车辆210位于第一天线220的对面。可改变相应天线的定位以适应不同实施例和对不同类型的车辆210的应用，其中车辆和天线两者定位都为众多车辆和天线配置的示例(其中第一天线222被屏蔽)。

第一和第二天线220、222各自被配置成传输可由在指示的驱动器检测区域230内的应答器240检测到的信号，所述驱动器检测区域230可例如在车辆210的门把手的范围内。当被使用时，外部第四天线226也可被配置成将信号传输到驱动器检测区域230内的应答器240。

车辆210使内部第二天线222屏蔽而不受外部应答器的影响，使得来自内部第二天线222的信号不可由驱动器检测区域230中的应答器直接检测到。例如，车辆210的玻璃、金属或其它组件可使由内部天线222发送的信号失真，使得应答器240无法直接检测到在天线222处生成的信号。

举例来说，应答器240示出为放置在驱动器检测区域230中，表示与系统200的示例性交互。任选地，应答器240为系统的一部分，且用于经由一个或两个天线220和222(或在实施时的224)与车辆210中的基站250传送信号。如在图1中的系统100中，基站250连接到天线220、222(和在实施时的224、226)中的每一个以经由天线发送和接收信号。

基站250(例如，车辆210内的电路)针对每个天线以初始传输电流来驱动天线220和222(例如，在天线随后被驱动的情况下，电流可不同)。在应答器(例如240)处检测到具有对应于每个天线220和222的相应向量分量的信号并将所述信号(例如加密后)发送回车辆210中的基站。基站使用每个天线220和222的检测到的向量分量连同随机场强度值(足够高以考虑噪声/误差)来生成场强度因子以应用于随后驱动天线中的每一个的相应信号。

然后，基站250使用每个天线的电流同时且以相同相位驱动天线220和222，所述电流分别对应于乘以所述天线的场强度因子的先前应用于所述天线的初始电流。在应答器处检测到的叠加信号用对应于相应天线的误差数据和每个天线的已知场强度因子来进行处理，以确定应答器240的真实性情况。可例如通过确定接收和处理信号的应答器240是处于驱动器检测区域230中还是接收到所述检测区域中由中继应答器检测到的信号来确定此真实性。举例来说，在应答器240是中继应答器而应答器250实际上是针对车辆210被认证但在驱动器检测区域230以外的情况下，中继应答器240无法从具有相应向量值的每个天线生成场。

使用叠加的应答器认证的方法的另外细节在EP2498226A2中公开，图1和2以及以上段落从所述EP2498226A2得出。

图3示意性地示出表示信号的强度和方向的向量301可如何沿着相应的彼此正交的轴分成三个分量x、y、z，向量301表示三个分量的几何总和。

图4的a、b和c示意性地示出由第一和第二天线传输的信号的叠加的效果，所述天线可例如为图2中示出的示例系统200的第一和第二天线220、222或图1中示出的系统100的第一和第二天线110、120。在各情况下，所示的信号为由相对于天线位于未知位置处的应答器240、110接收到的信号。来自第一天线的信号401与来自第二天线的信号402叠加，产生叠加信号403。因为第一和第二信号401、402的y分量在量值上足够接近，所以所述分量实际上彼此抵消，从而使得叠加信号403的y分量为零。实际上，如果叠加信号使得分量低于阈值噪声电平，则将产生零结果。因此，所得叠加信号403实际上仅包含两个分量，在此情况下，在x和z方向上。

在一些情况下，可能抵消第一和第二信号401、402的多于一个分量，从而在两个轴上产生零分量且仅产生单个所得分量。根据上文所提到的认证过程，这将被解释为由中继站攻击造成，且应答器将无法被认证。取决于由天线位置、车辆配置和周围环境产生的特定场图，可能存在其中由于信号的叠加仅沿着一个轴产生分量而使应答器无法被认证的多个相对位置和定向。

为了顾及其中如果来自转换器的响应使得少于两个分量高于检测到的阈值噪声电平则应答器将无法被认证的此类“黑洞”存在的可能性，额外操作序列可包括在认证应答器的方法中。

图5示意性地示出将调整因子应用于由天线传输的信号中的一个的效果。在此情况下，来自第二天线的信号502在量值上减小，例如，减小约50％，而来自第一天线的信号501维持在与先前相同的电平。所得叠加信号503现在在所有三个正交轴上具有高于噪声电平的分量。因此，从应答器传输到基站的所得信号可使得应答器被认证并被允许访问车辆。

可通过减少由基站供应到天线的电流来减少来自第二天线的信号。可替换的是，可增加信号以提供相同效果。供应到第二天线的电流之间的量值差可至少为10％，并且可多达约30％、50％或多达75％。

图6为示出在认证应答器的示例方法中涉及的一系列步骤的示意图，其中左手侧指示在基站和天线处执行的操作，且右手侧指示由应答器执行的操作。在第一步骤601，从第一天线发起第一传输621。在602由应答器接收此传输621，所述应答器随后通过传输对接收到的信号的向量分量进行编码的信号622来作出响应。在603由第一天线接收此信号622。在步骤604，从第二天线发起第二传输623。在605在应答器处接收此第二传输623，所述应答器随后通过传输对接收到的信号的向量分量进行编码的信号624来作出响应。在步骤606由第二天线接收此信号624。然后，基站在步骤607，基于从应答器接收到的单独向量分量信息计算第一和第二天线的叠加因子，且在步骤608，分别使用乘以计算出的叠加因子的用于第一和第二传输的驱动电流，使用相同相位同时驱动第一和第二天线，从而将叠加信号625发送到应答器。在609由应答器检测叠加信号，所述应答器随后通过传输对接收到的信号的向量分量进行编码的信号626来作出响应，在610在基站处接收信号626。在步骤611，基站确定三个检测到的向量分量中是否有两个向量分量高于阈值噪声电平。如果三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于阈值噪声电平，则重复步骤608，其中第一和第二天线中的一个由乘以计算出的叠加因子并乘以调整因子的第一驱动电流驱动。如果三个检测到的向量分量中有两个向量分量高于阈值噪声电平，则在步骤612，响应于检测到的叠加向量分量处于第一和第二天线中的每一个的单独向量分量分别乘以第一和第二天线的叠加因子后的总和的基于误差的范围内，基站认证应答器。然后，基站可解锁车辆和/或启用车辆的点火电路。

在用调整因子重复步骤608仍不会使得两个检测到的向量分量高于阈值噪声电平的不大可能的情况下，基站可更改调整因子并重复所述步骤。否则，基站可拒绝认证应答器，且过程再次开始。

通过阅读本公开，本领域的技术人员将明白其它变化和修改。此类变化和修改可涉及等效和其它特征，这些等效和其它特征在无线通信领域中已经是已知的，且可用作本文已经描述的特征的替代或补充。

尽管所附权利要求书是针对特定特征组合，但是应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或所述新颖特征的任何概括，而不管所述新颖特征是否涉及与当前在任何权利要求中要求保护的本发明相同的发明或所述新颖特征是否缓和与本发明所缓和的技术问题相同的任一或全部技术问题。

在单独的实施例的上下文中描述的特征也可以在单个实施例中以组合形式提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式提供。申请人特此提醒，在审查本申请或由此衍生的任何另外的申请期间，可针对此类特征和/或此类特征的组合而制定新的权利要求。

为了完整起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个、单个处理器或其它单元可以实现在权利要求中所述的若干构件的功能，并且权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种在车辆基站(130)与应答器(140)之间进行无线通信的方法，其特征在于，所述方法包括：

i)通过所述车辆基站(130)使用第一驱动电流驱动所述车辆上的第一和第二天线(110、120)，所述第一天线(110)通过所述车辆基站(130)所在的车辆部分与所述应答器(140)分离；

ii)检测由所述第一和第二天线(110、120)发射并在所述应答器(140)处接收的相应场的彼此正交的三个单独的向量分量；

iii)基于所述单独的向量分量计算所述第一和第二天线(110、120)的叠加因子；

iv)分别使用乘以计算出的叠加因子得到的所述第一驱动电流、使用相同相位来同时驱动所述第一和第二天线(110、120)；

v)检测在所述应答器(140)处接收到的包括来自两个天线(110、120)的信号的叠加信号的彼此正交的三个向量分量；

vi)确定所述三个检测到的向量分量中是否有两个向量分量高于阈值噪声电平；

vii)如果所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则重复步骤iv)，其中所述第一和第二天线中的一个由乘以所述计算出的叠加因子并乘以调整因子得到的所述第一驱动电流驱动；以及

viii)如果所述三个检测到的向量分量中有两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则响应于检测到的叠加向量分量处于所述第一和第二天线中的每一个的单独向量分量分别乘以所述第一和第二天线的所述叠加因子后的总和的基于误差的范围内，认证所述应答器(140)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整因子使从所述第一和第二天线中的所述一个发射的信号强度量值增大或减小10％或更多。

3.一种用于应答器(240)的无线认证的系统(200)，其特征在于，所述系统(200)包括：

基站(250)，所述基站(250)安装在车辆(210)上；以及

第一和第二天线(220、222)，所述第一和第二天线(220、222)连接到所述基站(250)且安装在所述车辆(210)上的单独位置处，

其中所述基站(250)被配置成：

i)使用第一驱动电流驱动所述第一和第二天线(220、222)；

ii)检测来自所述应答器(240)的信号，所述信号对由所述第一和第二天线(220、222)发射并在所述应答器(140)处接收的相应场的彼此正交的三个向量分量进行编码；

iii)基于所述单独的向量分量计算所述第一和第二天线(210、220)的叠加因子；

iv)分别使用乘以计算出的叠加因子的所述第一驱动电流、使用相同相位来同时驱动所述第一和第二天线(220、222)；

v)检测来自所述应答器(240)的信号，所述信号对包括在所述应答器(240)处接收到的来自两个天线(220、222)的信号的叠加信号的彼此正交的三个向量分量进行编码；

vi)确定所述三个检测到的向量分量中是否有两个向量分量高于阈值噪声电平；

vii)如果所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则重复步骤iv)，其中所述第一和第二天线(220、222)中的一个由乘以所述计算出的叠加因子并乘以调整因子得出的所述第一驱动电流驱动；并且

viii)如果所述三个检测到的向量分量中有两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则响应于检测到的叠加向量分量处于所述第一和第二天线中的每一个的单独向量分量分别乘以内部和外部天线的叠加因子后的总和的基于误差的范围内，认证所述应答器(140)。

4.根据权利要求3所述的系统(200)，其特征在于，所述调整因子使从所述第一和第二天线中的所述一个发射的信号强度量值增大或减小10％或更多。

5.根据权利要求4所述的系统(200)，其特征在于，所述调整因子使从所述第一和第二天线中的所述一个发射的信号强度量值增大或减小多达30％、50％或多达75％。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统(200)，其特征在于，所述基站(250)被配置成在认证所述应答器后使所述车辆解锁。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的系统(200)，其特征在于，所述基站被配置成重复步骤iv)不超过一次。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的系统(200)，其特征在于，如果在重复步骤iv)之后，所述三个检测到的向量分量中少于两个向量分量高于所述阈值噪声电平，则所述基站被配置成改变所述调整因子并再次重复步骤iv)。

9.根据权利要求8所述的系统(200)，其特征在于，所述基站被配置成重复步骤iv)不超过两次。

10.一种包括指令的计算机程序，其特征在于，所述指令在被执行时使车辆基站的处理器执行根据权利要求1或2所述的方法。

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