CN116567804A - Uwb中的测距方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

Uwb中的测距方法、装置及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及无线通信感知领域的测距定位场景，应用于支持802.15.4z标准的无线局域网中，尤其涉及一种UWB中的测距方法、装置及可读存储介质，该方法包括：通信双方(如第一设备和第二设备)利用各自的窄带通信模块(如Wi‑Fi、蓝牙、或Zigbee等)之间的无线信道信息(如信道状态信息)提取密钥序列，然后将密钥序列提供给各自的UWB模块，并基于该密钥序列进行测距。采用本申请实施例，可以在保障测距安全性的同时降低成本和开销。

Description

UWB中的测距方法、装置及可读存储介质
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种超宽带(ultra wideband，UWB)中的测距方法、装置及可读存储介质。
背景技术
随着移动通信和互联网技术的快速发展，人们对于位置服务的需求与日俱增。测距和定位技术是通信感知领域的重要技术，并受到国际标准化组织(如电气与电子工程师协会(institute of electrical and electronics engineers，IEEE))的高度关注。例如，IEEE 802.15.4z(也称为脉冲无线电(impulse radio，IR)超宽带，即IR-UWB)标准旨在将测距通信过程标准化，通过安全测距和测距结果的交换确定设备的位置。具体来说，通信双方通过发送测距序列获知两个设备之间的距离远近，从而执行高精度的位置估计。该技术在工厂人员定位、物流仓储中的货物定位、汽车门锁的智能感知等方面有着诸多的需求与应用。在定位和测距需求飞速增长的同时，其中的安全问题也随之产生。
IEEE 802.15.4z标准采用对测距序列进行加密的方式来解决测距和定位过程中的安全性问题，其主要通过128位的扰码时间戳序列(scrambled timestamp sequence，STS)对128位的数据进行高级加密标准(advanced encryption standard，AES)加密生成测距序列。因为AES是一种对称加密方式，所以收发双方需要事先进行密钥协商，即协商确定128位的STS。那么这一协商过程将会造成额外的资源消耗，且有可能被攻击者窃听，从而导致信息泄露。另外，为了保证高安全性，每过一段时间密钥(即128位的STS)就需要进行更新，而频繁的密钥更新也会导致开销和成本的激增。
发明内容
本申请实施例提供一种UWB中的测距方法、装置及可读存储介质，可以在保障测距安全性的同时降低成本和开销。
下面从不同的方面介绍本申请，应理解的是，下面的不同方面的实施方式和有益效果可以互相参考。
本申请的技术方案主要应用于无线通信感知领域的测距定位场景中。本申请中的第一设备至少包括UWB模块和窄带通信模块，第二设备至少包括UWB模块和窄带通信模块。UWB模块可以理解为实现UWB无线通信技术的装置或芯片等；相应地，窄带通信模块可以理解为实现窄带通信技术(如Wi-Fi、蓝牙、或Zigbee(紫蜂协议)等)的装置或芯片等。一个设备(device)中，UWB模块和窄带通信模块可以为不同的装置或芯片，当然UWB模块和窄带通信模块也可以集成在一个装置或芯片上，本申请不限制UWB模块和窄带通信模块在设备中的实现方式。
第一方面，本申请提供一种UWB中的测距方法，该方法包括：第一设备的UWB模块从第一设备的窄带通信模块获取第一密钥序列；第一设备的UWB模块发送第一测距信号，该第一测距信号基于该第一密钥序列生成。其中，该第一密钥序列基于第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成，换句话说，该第一密钥序列基于第二设备到第一设备的信道的信道状态信息生成。该第一测距信号可以用于测量第一设备与第二设备之间的距离。
可选的，第一设备的UWB模块从第一设备的窄带通信模块获取第一密钥序列之前，该方法还包括：第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块进行信道估计，获得信道状态信息；第一设备的窄带通信模块根据自己估计出的信道状态信息生成第一密钥序列。
本方案的第一设备利用窄带通信模块之间的无线信道信息(如信道状态信息)生成密钥序列，再基于该密钥序列生成测距信号并发送，以进行测距。因为第一设备和第二设备之间的无线信道信息(如信道状态信息)不会被其他设备(除第一设备和第二设备外的设备)获知，所以根据该无线信道信息(如信道状态信息)生成的密钥序列也不会被其他设备获知，从而可以提高测距安全性。另外，本方案无需第一设备和第二设备协商密钥，所以本方案还可以减少成本和开销。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一密钥序列包括第一密钥子序列和第二密钥子序列。该第一密钥子序列的长度与该第二密钥子序列的长度相等。上述第一测距信号基于该第一密钥序列生成，包括：该第一测距信号基于该第一密钥序列中的第一密钥子序列生成。也就是说，该第一密钥子序列可以用于加密第一设备中待发送的测距序列，该第二密钥子序列可以用于解密第一设备接收到的测距序列。
本方案通过将密钥序列分成等长的两部分，一部分用于加密，另一部分用于解密；这样即使其他设备(除第一设备和第二设备外的设备)接收到第一设备发送的测距信号，也无法根据测距序列(可能是公开的)和接收到的测距信号推断出另一部分密钥，从而提高安全性。
可选的，第一密钥子序列与第二密钥子序列在第一密钥序列中的位置可以不重叠。这样，其他设备(除第一设备和第二设备外的设备)不能根据第一密钥子序列推测出部分第二密钥子序列，从而提高安全性。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一设备的UWB模块发送第一测距信号之后，该方法还包括：第一设备的UWB模块接收用于测距的第二信号，该用于测距的第二信号为第二测距信号经过无线信道传输后获得，该第二测距信号基于第二设备获得的第二密钥序列中的第四密钥子序列生成；第一设备的UWB模块根据该第二密钥子序列生成第三测距信号，并将该第三测距信号和该用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳；该第一时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
本方案的第一设备在第二设备发送测距信号的情况下，利用上述第二密钥子序列生成的本地测距信号与接收到的信号进行相关运算，获得第一设备发送的测距信号到达第二设备的时间，从而支持测距。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一设备和第二设备的窄带通信模块都采用多载波技术(如正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM))通信。上述信道状态信息为复数序列，该信道状态信息的实部用于生成第一密钥序列中的第一密钥子序列，该信道状态信息的虚部用于生成第一密钥序列中的第二密钥子序列。其中，该第一密钥子序列和该第二密钥子序列的长度相等。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一设备和第二设备的窄带通信模块都采用跳频扩频技术通信。上述信道状态信息为接收信号强度指示(received signalstrength indication，RSSI)。RSSI为实数。
本方案提供两种密钥生成方式，以支持不同窄带通信系统的密钥生成。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，该第一测距序列为该第一密钥序列中的第一密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
本方案使用从无线信道中提取出的密钥序列(如第一密钥序列)对原始测距序列进行加密(如逐比特异或)，无需使用AES加密模块，可以降低系统的实现复杂度，减少功耗和成本。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，该第一测距序列为使用该第一密钥序列中的第一密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得。该第一测距序列的长度、该第一密钥子序列的长度、以及该原始测距序列的长度相等。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
本方案使用从无线信道中提取出的密钥序列(如上述第一密钥序列)对原始测距序列进行AES加密，可以兼容802.15.4z标准中的方案，并且无需进行密钥的协商，可以减少密钥泄露的风险，提高安全性，还可以减少额外的开销(因为没有密钥协商过程)。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一测距信号为该第一密钥序列中的第一密钥子序列经过调制后生成。
本方案直接使用从无线信道中提取出的密钥序列(如上述第一密钥子序列)作为测距序列，因为其他设备(除第一设备和第二设备外的设备)无法获得第一设备与第二设备之间的无线信道信息(如信道状态信息)，所以其他设备无法推测出密钥序列，从而提高安全性，并且无需加密操作，可以减少复杂度。
第二方面，本申请提供一种UWB中的测距方法，该方法包括：第二设备的UWB模块从第二设备的窄带通信模块获取第二密钥序列；第二设备的UWB模块接收用于测距的第一信号，该用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得，该第一测距信号基于第一设备获得的第一密钥序列生成；第二设备的UWB模块根据该第二密钥序列生成第四测距信号，并将该第四测距信号和该用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳。其中，该第二密钥序列基于该第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成，换句话说，该第二密钥序列基于第一设备到第二设备的信道的信道状态信息生成。该第二时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，第二设备的UWB模块从第二设备的窄带通信模块获取第二密钥序列之前，该方法还包括：第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块进行信道估计，获得信道状态信息；第二设备的窄带通信模块根据自己估计出的信道状态信息生成第二密钥序列。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，上述第二密钥序列包括第三密钥子序列和第四密钥子序列，该第三密钥子序列的长度与该第四密钥子序列的长度相等。第二设备的UWB模块根据该第二密钥序列生成第四测距信号，包括：第二设备的UWB模块根据该第二密钥序列中的第三密钥子序列生成第四测距信号。
可选的，第三密钥子序列与第四密钥子序列在第二密钥序列中的位置可以不重叠。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第二设备的UWB模块接收用于测距的第一信号之后，该方法还包括：第二设备的UWB模块发送第二测距信号，该第二测距信号基于该第二密钥序列中的第四密钥子序列生成，该第二测距信号用于测量第一设备与第二设备之间的距离。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一设备和第二设备的窄带通信模块都采用多载波技术(如正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM))通信。上述信道状态信息为复数序列，该信道状态信息的实部用于生成第二密钥序列中的第三密钥子序列，该信道状态信息的虚部用于生成第二密钥序列中的第四密钥子序列。其中，该第三密钥子序列和该第四密钥子序列的长度相等。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一设备和第二设备的窄带通信模块都采用跳频扩频技术通信。上述信道状态信息为接收信号强度指示(received signalstrength indication，RSSI)。RSSI为实数。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，上述第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，该第二测距序列为该第二密钥序列中的第四密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，上述第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，该第二测距序列为使用该第二密钥序列中的第四密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得。该第二测距序列的长度、该第四密钥子序列的长度、以及该原始测距序列的长度相等。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，上述第二测距信号为该第二密钥序列中的第四密钥子序列经过调制后生成。
第三方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置可以是第一设备或第一设备中的芯片。该通信装置包括：处理单元，用于获取第一密钥序列，该第一密钥序列基于第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；收发单元，用于发送第一测距信号，该第一测距信号基于该第一密钥序列生成，该第一测距信号用于测量该第一设备与该第二设备之间的距离。
结合第三方面，在一种可能的实现方式中，上述第一密钥序列包括第一密钥子序列和第二密钥子序列，该第一密钥子序列的长度与该第二密钥子序列的长度相等。该第一测距信号基于该第一密钥序列生成，包括：该第一测距信号基于该第一密钥序列中的第一密钥子序列生成。
结合第三方面，在一种可能的实现方式中，上述收发单元，还用于接收用于测距的第二信号，该用于测距的第二信号为第二测距信号经过无线信道传输后获得，该第二测距信号基于该第二设备获得的第二密钥序列中的第四密钥子序列生成；
上述处理单元，还用于根据该第二密钥子序列生成第三测距信号，并将该第三测距信号和该用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳；该第一时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
结合第三方面，在一种可能的实现方式中，上述信道状态信息为复数序列，该信道状态信息的实部用于生成该第一密钥序列中的第一密钥子序列，该信道状态信息的虚部用于生成该第一密钥序列中的第二密钥子序列。其中，该第一密钥子序列和该第二密钥子序列的长度相等。
结合第三方面，在一种可能的实现方式中，上述第一测距信号基于该第一密钥序列生成，包括：该第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，该第一测距序列为该第一密钥序列中的第一密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得；或者，该第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，该第一测距序列为使用该第一密钥序列中的第一密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，该第一测距序列的长度、该第一密钥子序列的长度、以及该原始测距序列的长度相等；或者，该第一测距信号为该第一密钥序列中的第一密钥子序列经过调制后生成。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
第四方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置可以是第二设备或第二设备中的芯片。该通信装置包括：获取单元，用于获取第二密钥序列，该第二密钥序列基于该第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；收发单元，用于接收用于测距的第一信号，该用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得，该第一测距信号基于该第一设备获得的第一密钥序列生成；生成单元，用于根据该第二密钥序列生成第四测距信号；相关运算单元，用于将该第四测距信号和该用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳；该第二时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
结合第四方面，在一种可能的实现方式中，上述第二密钥序列包括第三密钥子序列和第四密钥子序列，该第三密钥子序列的长度与该第四密钥子序列的长度相等。上述生成单元，具体用于：根据该第二密钥序列中的第三密钥子序列生成第四测距发送信号。
结合第四方面，在一种可能的实现方式中，上述收发单元，还用于：发送第二测距信号，该第二测距信号基于该第二密钥序列中的第四密钥子序列生成，该第二测距信号用于测量该第一设备与该第二设备之间的距离。
结合第四方面，在一种可能的实现方式中，上述信道状态信息为复数序列，该信道状态信息的实部用于生成该第二密钥序列中的第三密钥子序列，该信道状态信息的虚部用于生成该第二密钥序列中的第四密钥子序列。其中，该第三密钥子序列和该第四密钥子序列的长度相等。
结合第四方面，在一种可能的实现方式中，上述第二测距信号基于该第二密钥序列生成，包括：该第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，该第二测距序列为该第二密钥序列中的第四密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得；或者，该第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，该第二测距序列为使用该第二密钥序列中的第四密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，该第二测距序列的长度、该第四密钥子序列的长度、以及该原始测距序列的长度相等；或者，该第二测距信号为该第二密钥序列中的第四密钥子序列经过调制后生成。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
第五方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置可以是第一设备或第一设备中的芯片，该通信装置包括处理器和收发器。该处理器，用于获取第一密钥序列，该第一密钥序列基于第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；该收发器，用于发送第一测距信号，该第一测距信号基于该第一密钥序列生成，该第一测距信号用于测量该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，该通信装置还包括存储器，该存储器用于存储计算机程序，该计算机程序包括程序指令。
第六方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置可以是第二设备或第二设备中的芯片，该通信装置包括处理器和收发器。该处理器，用于获取第二密钥序列，该第二密钥序列基于该第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；该收发器，用于接收用于测距的第一信号，该用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得，该第一测距信号基于该第一设备获得的第一密钥序列生成；该处理器，用于根据该第二密钥序列生成第四测距信号，并将该第四测距信号和该用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳；该第二时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，该通信装置还包括存储器，该存储器用于存储计算机程序，该计算机程序包括程序指令。
第七方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置以芯片的产品形态实现，包括处理器和接口电路；该接口电路，用于接收代码指令并传输至该处理器；该处理器用于运行该代码指令以执行上述第一方面或上述第一方面的任一种可能的实现方式所述的UWB中的测距方法。可选的，该通信装置还包括存储器，该存储器与该处理器通过电路连接。
可选的，该处理器与存储器可以是物理上相互独立的单元，或者，存储器也可以和处理器集成在一起。
第八方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置以芯片的产品形态实现，包括处理器和接口电路；该接口电路，用于接收代码指令并传输至该处理器；该处理器用于运行该代码指令以执行上述第二方面或上述第二方面的任一种可能的实现方式所述的UWB中的测距方法。可选的，该通信装置还包括存储器，该存储器与该处理器通过电路连接。
可选的，该处理器与存储器可以是物理上相互独立的单元，或者，存储器也可以和处理器集成在一起。
第九方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面、或上述第二方面所述的UWB中的测距方法。
第十方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得该计算机执行上述第一方面、或上述第二方面所述的UWB中的测距方法。
第十一方面，本申请实施例提供一种通信系统，该通信系统包括上述第一方面或上述第三方面描述的第一设备，和上述第二方面或上述第四方面描述的第二设备。
实施本申请实施例，可以在保障测距安全性的同时降低成本和开销。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例提供的测距定位系统的架构示意图；
图2是本申请实施例提供的测距原理示意图；
图3是本申请实施例提供的对测距序列进行加密的示意图；
图4是本申请实施例提供的UWB中的测距方法的示意流程图；
图5是本申请实施例提供的窄带辅助的UWB安全测距示意图；
图6是本申请实施例提供的通信装置1的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的通信装置2的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的通信装置1000的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，A/B可以表示A或B。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。此外，“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c；a和b；a和c；b和c；或a和b和c。其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请的描述中，“第一”、“第二”等字样仅用于区别不同对象，并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备等，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元等，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备等固有的其它步骤或单元。
本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”、“举例来说”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“举例来说”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
应理解，在本申请中，“当…时”、“若”以及“如果”均指在某种客观情况下装置会做出相应的处理，并非是限定时间，且也不要求装置实现时一定要有判断的动作，也不意味着存在其它限定。
本申请中对于使用单数表示的元素旨在用于表示“一个或多个”，而并非表示“一个且仅一个”，除非有特别说明。
可以理解，在本申请各实施例中，“A对应的B”表示A与B存在对应关系，根据A可以确定B。但还应理解，根据(或基于)A确定(或生成)B并不意味着仅仅根据(或基于)A确定(或生成)B，还可以根据(或基于)A和/或其它信息确定(或生成)B。
下面简要介绍本申请的系统架构。应理解的，本申请描述的系统架构是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定。
本申请提供的技术方案可以应用于无线通信感知的测距定位场景中。在测距定位场景中，通信双方可以根据相关协议进行认证和协商建立无线通信连接，在建立无线通信连接后，发送端发送无线测距帧到达接收端，接收端收到该无线测距帧后计算到达时间，并向发送端回复另一测距无线帧。通过计算消息往返时间，来计算二者(即发送端和接收端)之间的距离，完成测距过程。
在本申请实施例中，术语“通信”还可以描述为“数据传输”、“信息传输”或“传输”。术语“传输”可以泛指发送和接收。
参见图1，图1是本申请实施例提供的测距定位系统的架构示意图。如图1所示，该测距定位系统包括多个设备(如图1中的设备1和设备2)，每个设备中至少包括UWB模块和窄带通信模块。其中，设备1和设备2的UWB模块之间可以进行定位和/或测距，设备1和设备2的窄带通信模块之间可以通过无线链路进行数据传输。
本申请中，UWB模块可以理解为实现UWB无线通信技术的装置、芯片或系统等；相应地，窄带通信模块可以理解为实现窄带通信技术(如Wi-Fi、蓝牙、或Zigbee(紫蜂协议)等)的装置、芯片或系统等。一个设备(device)中，UWB模块和窄带通信模块可以为不同的装置或芯片，当然UWB模块和窄带通信模块也可以集成在一个装置或芯片上，本申请实施例不限制UWB模块和窄带通信模块在设备中的实现方式。
本申请涉及的设备可以为无线通讯芯片、无线传感器或无线通信终端。例如支持UWB和窄带通讯功能(包括但不限于WiFi、蓝牙、Zigbee)的用户终端、用户装置，接入装置，订户站，订户单元，移动站，用户代理，用户装备，其中，用户终端可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、物联网(internet of things，IoT)设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备，以及各种形式的用户设备(userequipment，UE)，移动台(mobile station，MS)，终端(terminal)，终端设备(terminalequipment)，便携式通信设备，手持机，便携式计算设备，娱乐设备，游戏设备或系统，全球定位系统设备或被配置为经由无线介质进行网络通信的任何其他合适的设备等。此外，设备可以支持802.15.4ab制式或者802.15.4ab的下一代制式。设备也可以支持802.15.4a、802.15.4-2011、802.15.4-2015、802.15.4-2020及802.15.4z等多种制式。设备还可以支持802.11ax、802.11ac、802.11n、802.11g、802.11b、802.11a、802.11be下一代等802.11家族的多种无线局域网(wireless local area networks，WLAN)制式。
上述内容简要介绍了本申请实施例的系统架构，为更好地理解本申请的技术方案，下面对本申请涉及到的一些相关内容、术语或名词进行简要介绍。
一、超宽带(ultra wideband，UWB)
超宽带(UWB)技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行调制，使信号具有吉赫(GHz)量级的带宽。UWB使用的带宽通常在1GHz以上。因为UWB系统不需要产生正弦载波信号，可以直接发射冲激序列，所以UWB系统具有很宽的频谱和很低的平均功率，有利于与其他系统共存，从而提高频谱利用率和系统容量。另外，在短距离的通信应用中，超宽带(UWB)发射机的发射功率通常可做到低于1mW(毫瓦)，从理论上来说，超宽带(UWB)信号所产生的干扰仅相当于一宽带的白噪声。这样有助于超宽带与现有窄带通信之间的良好共存。因此，UWB系统可以实现与窄带(narrowband，NB)通信系统同时工作而互不干扰。
二、测距的基本原理
测距的基本原理是：通信双方通过测量消息的往返时间来计算二者之间的距离。其中，发送端发送的测距序列经过脉冲成型和调制后到达接收端，接收端将收到的测距序列与本地存储的序列进行相关运算，根据相关峰的位置获得到达时间(即t2和t4)。参见图2，图2是本申请实施例提供的测距原理示意图。如图2所示，第一设备在t1时刻发送测距信号1，该测距信号1经过无线信道传输后在t2时刻到达第二设备；第二设备对接收到的测距信号进行处理后，再在t3时刻向第一设备发送测距信号2，该测距信号2经过无线信道传输后在t4时刻到达第一设备。其中，测距信号是测距序列经过脉冲成型和调制后得到的，比如脉冲位置调制(pulse position modulation，PPM)、脉冲幅度调制(pulse amplitudemodulation，PAM)等。根据下述公式(1-1)和(1-2)可计算出第一设备和第二设备之间的距离d：
tRTT＝(t4-t1)-(t3-t2)..........................................(1-2)
其中，c表示光速，tRTT表示测距信号(或消息)的往返时间。
应理解，因为信号在无线信道中传输时，会被各种障碍物反射、衍射以及散射等，还会有各种噪声的影响；从而导致发送端发送的信号到达接收端时其波形会发生一些变化，但信号本身携带的信息或内容未发生变化。
三、提前检测/延迟提交(early detect/late commit，ED/LC)
ED/LC(提前检测/延迟提交)是针对上述测距过程(如上述图2所示的测距过程)的一种常见的攻击方式。这种攻击方式中，攻击者利用测距信号结构上的可预测性，根据接收到的测距信号片段，提前推断出完整的测距信号，并且将其发送给接收者，以使得接收者对信号到达时间的估计发生错误。以上述图2为例，假设攻击者位于第一设备附近，这样攻击者可以先于第二设备接收到第一设备发出的测距信号。由于测距信号的格式是公开的，所以攻击者仅通过观测接收到的测距信号的最开始部分(或头部)即可推断出整个测距信号，然后将推断出的整个测距信号发送给第二设备。第二设备对接收到的信号和本地存储的参考信号进行相关运算来推断信号到达时间，从而得到t2的估值。但因为攻击者发送的测距信号会比第一设备发送的测距信号提前到达第二设备的接收机(这是因为测距信号很长，而攻击者只需解析测距信号的最开始部分即可推断出整个测距信号，然后发送推断出的整个测距信号)，所以会导致相关峰提前。也就是说，第二设备对t2的估计值小于测距信号在第一设备和第二设备间的传输时间，这会导致测距结果变小。同理，通过攻击第二设备发送测距信号的过程，攻击者可以使第一设备对t4的估计值小于测距信号在第二设备和第一设备间的传输时间。因此，ED/LC攻击将会导致实际距离很远，但是测距双方误认为距离很近的情况出现，这在汽车门锁的智能感知、基于位置的无接触式支付等应用中会造成财产损失。也就是说，测距过程中存在安全性问题，或者说测距过程中的安全性问题得不到保障。
四、IEEE 802.15.4z标准中的安全测距方案
为了解决测距过程中的安全性问题(如ED/LC攻击)，IEEE 802.15.4z标准提出对测距序列进行加密的方案。参见图3，图3是本申请实施例提供的对测距序列进行加密的示意图。如图3所示，用于测距的随机比特序列包括两部分，第一部分为128比特的数据(如图3中的128-bit value V)，该数据包括高96位的phyHrpUwbStsVUpper96(物理高频超宽带扰码时间戳序列V)和低32位的phyHrpUwbStsVCounter(物理高频超宽带扰码时间戳序列V计数器)；第二部分为128比特的密钥(如图3中的128-bit STS key)。其中，phyHrpUwbStsVUpper96、STS key的数值以及phyHrpUwbStsVCounter的起始数值由通信双方共同协商确定。每次生成随机比特序列，生成器使用128位的STS key(STS密钥)对128位的value V(值V)进行高级加密标准(advanced encryption standard，AES)加密，得到128比特的随机序列。对该随机序列进行脉冲成型和调制后发送。因为测距过程是双向的，通信双方都需要发送测距信号，而测距信号是测距序列经过脉冲成型和调制(如PPM或PAM等)后得到；所以通信双方都需要生成用于测距的随机比特序列。因此，在生成随机比特序列之后，通信双方的计数器，即32位的phyHrpUwbStsVCounter都会递增，以确保下次生成的随机比特序列与上一次生成的随机比特序列不同。
分析上述图3对测距序列进行加密的方案可知，存在如下问题：(1)需要在系统中增加专门的AES加密模块，每次发送测距序列时需要执行AES加密算法，接收端则需要执行相应的AES解密算法，这会造成额外的开销，增加系统的实现复杂度和成本。(2)因为AES是一种对称加密方法，所以收发双方需要事先进行密钥协商，即：协商确定phyHrpUwbStsVUpper96、STS key的数值与phyHrpUwbStsVCounter的起始数值，因此这个协商的过程将会造成额外的资源消耗，且有可能被攻击者窃听，从而导致信息泄露，使该技术方案(即：IEEE 802.15.4z标准提出的对测距序列进行加密的方案)失效，也就是说测距过程中的安全性问题仍得不到保障。(3)为了保证系统的高安全性，每过一段时间密钥(即STSkey)就需要进行更新，而频繁的密钥更新也会导致开销和成本的激增。(4)AES算法只能针对固定长度的比特序列进行加密。例如，在IEEE 802.15.4z标准中规定的比特序列长度为128比特，这意味着，测距序列的长度也必须与此适配，即测距序列的长度也必须是128比特，而不能灵活选取，这限制了测距序列的灵活性。
因此，本申请实施例提供一种UWB中的测距方法，通信双方(即第一设备和第二设备)利用各自的窄带通信模块(如Wi-Fi、蓝牙、或Zigbee(紫蜂协议)等)之间的无线信道信息(如信道状态信息)提取密钥序列，然后将密钥序列提供给各自的UWB模块，并基于密钥序列进行测距(比如，直接利用密钥序列作为测距序列，或者利用密钥序列对本地产生的随机序列进行加密以生成测距序列)。不仅可以保障测距的安全性，还可以降低成本和开销。
下面将结合更多的附图对本申请提供的技术方案进行详细说明。
本申请中，除特殊说明外，各个实施例或实现方式之间相同或相似的部分可以互相参考。在本申请中各个实施例、以及各实施例中的各个实施方式/实施方法/实现方法中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间、以及各实施例中的各个实施方式/实施方法/实现方法之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例、以及各实施例中的各个实施方式/实施方法/实现方法中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例、实施方式、实施方法、或实现方法。以下所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
可选的，本申请中的第一设备和第二设备可以是不同的电子设备，如第一设备为前述图1中的设备1，第二设备为前述图1中的设备2。第一设备至少包括UWB模块和窄带通信模块，第二设备也至少包括UWB模块和窄带通信模块。在一些实施例中，第一设备和第二设备可以位于不同的地理位置，也就是说第一设备和第二设备之间的距离d可以不为0。
参见图4，图4是本申请实施例提供的UWB中的测距方法的示意流程图。其中，第一设备和第二设备均支持802.15.4z标准，还支持窄带通信标准，如Wi-Fi标准(即802.11系列标准)、蓝牙标准、或Zigbee等。如图4所示，该UWB中的测距方法包括但不限于以下步骤：
S101，第一设备的UWB模块从第一设备的窄带通信模块获取第一密钥序列，该第一密钥序列基于第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成。
可选的，第一设备的窄带通信模块可以与第二设备的窄带通信模块进行信道估计，获得信道状态信息(channel state information，CSI)。第一设备的窄带通信模块可以根据自身估计得到的信道状态信息，通过量化生成二进制的密钥比特序列(即第一密钥序列)。第一设备的窄带通信模块可以将生成的第一密钥序列传输至第一设备的UWB模块，或者第一设备的UWB模块直接从第一设备的窄带通信模块获取第一密钥序列。其中，该第一密钥序列可以包括两个密钥子序列，分别是第一密钥子序列(为便于描述，记为K1)和第二密钥子序列(为便于描述，记为K2)，该第一密钥子序列(K1)的长度与该第二密钥子序列(K2)的长度相等。该第一密钥子序列(K1)可以用于加密第一设备中待发送的测距序列，该第二密钥子序列(K2)可以用于解密第一设备接收到的测距序列。
可选的，上述第一密钥子序列(K1)与上述第二密钥子序列(K2)在第一密钥序列中的位置可以不重叠。这样，其他设备(除第一设备和第二设备外的设备，这里可以指干扰设备或攻击者)也不能根据第一密钥子序列推测出部分第二密钥子序列，从而提高安全性。
可选的，第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块进行信道估计，获得信道状态信息的方式包括但不限于以下两种。
一种实现方式中，针对第一设备和第二设备的窄带通信模块都采用多载波技术(如正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM))通信，或者说第一设备和第二设备组成的系统是多载波系统(如采用多载波技术OFDM的Wi-Fi系统)的情况，第一设备和第二设备可以采用如下方法获得信道状态信息：第一设备可以在各个子载波上插入导频信息，第二设备根据接收到的导频估计出对应子载波上的CSI。应理解，第二设备估计出的CSI是第一设备到第二设备的信道的CSI。第二设备也可以在各个子载波上插入导频信息，第一设备根据接收到的导频估计出对应子载波上的CSI。应理解，第一设备估计出的CSI是第二设备到第一设备的信道的CSI。其中，第一设备估计出的CSI与第二设备估计出的CSI可能存在一些差异，该差异可能是因为信道发生变化导致(因为第一设备的信道估计和第二设备的信道估计间隔时间较短，所以信道变化导致的差异很小)，也可能是第一设备和第二设备中不同信道估计算法导致，还可能是其他原因导致，本申请实施例对存在差异的原因不做限制。当然，第一设备估计出的CSI与第二设备估计出的CSI也可能相同。
因为CSI是复数序列，所以CSI的实部和虚部可以分别用于生成密钥序列。示例性的，第一设备和第二设备可以分别用自己估计出的CSI的实部生成一个密钥子序列，第一设备和第二设备可以分别用自己估计出的CSI的虚部生成另一密钥子序列。
另一种实现方式中，针对第一设备和第二设备的窄带通信模块都采用跳频扩频技术通信，或者说第一设备和第二设备组成的系统是跳频系统(如采用跳频扩频技术的蓝牙系统)的情况，第一设备和第二设备可以利用蓝牙协议的寻呼过程获得信道状态信息：第一设备(在蓝牙系统中称为主设备)发送寻呼信号，第二设备根据接收到的寻呼信号估计出对应频点上的接收信号强度指示(received signal strength indication，RSSI)。第二设备(在蓝牙系统中称为从设备)发送寻呼响应信号，第一设备根据接收到的寻呼响应信号估计出对应频点上的RSSI。其中，第一设备估计出的RSSI与第二设备估计出的RSSI可能存在一些差异，该差异可能是因为信道发生变化导致(因为第一设备的信道估计和第二设备的信道估计间隔时间较短，所以信道变化导致的差异很小)，也可能是第一设备和第二设备中不同信道估计算法导致，还可能是其他原因导致，本申请实施例对存在差异的原因不做限制。当然，第一设备估计出的RSSI与第二设备估计出的RSSI也可能相同。
RSSI为实数，第一设备和第二设备可以分别用自己估计出的RSSI生成密钥序列，并分别将各自生成的密钥序列分为等长的两部分，各自得到两个密钥子序列，这两个密钥子序列在密钥序列中的位置无重叠。
当然，第一设备获得信道状态信息的方式除上述两种方式外，还可以有其他方式，本申请实施例不做限制。
可选的，第一设备的窄带通信模块根据自身估计得到的信道状态信息，生成二进制的密钥比特序列(即第一密钥序列)的方式如下：第一设备的窄带通信模块可以根据获得的信道状态信息确定至少一个门限，再可以利用该至少一个门限对该信道状态信息进行量化，获得第一比特序列；第一设备的窄带通信模块可以根据第一比特序列和第二设备发送的第一有效位置(这里指第二设备生成的比特序列中不为“空”的元素位置)确定第一密钥序列，该第一密钥序列为第一比特序列中位于第一有效位置的非空值。下面举例说明生成密钥序列的方式。
为便于描述，将通过信道估计得到的信道状态信息表示为原始信道向量h0，假设该原始信道向量h0的元素个数为N+2。
(1)对原始信道向量h0进行去除趋势项的操作，得到长度为N的信道向量h。去除趋势项的操作为：对于每一个h0[i]，计算h[i-1]＝h0[i]-(h0[i-1]+h0[i]+h0[i+1])/3。其中，i的取值范围为大于或等于2且小于或等于N+1(即2≤i≤N+1)。
(2)获取密钥序列的长度L(单位为比特(bit))，也就是说，最终量化得到的密钥比特数为L。其中，密钥序列的长度L为预先设置的，其可以等于测距序列的长度。对信道向量h中的各元素按照从小到大进行排序，得到排序后的向量hs，选取hs[L/8]、hs[L/4]、hs[N-(L/4)+1]以及hs[N-(L/8)+1]分别作为一号门限T1、二号门限T2、三号门限T3以及四号门限T4。如果L/8、L/4、N-(L/4)+1、N-(L/8)+1中任一个或任多个不为整数，则对其中不为整数的值进行取整(如采用四舍五入的方法取整，例如，3.1取整后为3，5.8取整后为6)。
应理解，上述选取的门限仅是示例，一号门限T1和二号门限T2之间的间隔与三号门限T3和四号门限T4之间的间隔相等，均为L/8。在实际应用中，一号门限T1和二号门限T2(或者三号门限T3和四号门限T4)之间的间隔可以大于L/8，如L/4或2/L等；也可以小于L/8，如L/16等；本申请实施例不做限制。另外，实际应用中，选取的门限个数也可以灵活设置，本申请实施也不做限制。
(3)对信道向量h中的每个元素进行量化，得到长度为N的比特序列q(即上述第一比特序列)。示例性的，量化方式为：将信道向量h中的每个元素与上述选取的各个门限进行比较，若信道向量h中的某个元素小于或等于一号门限T1，则将该元素量化为比特00；若信道向量h中的某个元素大于一号门限T1且小于或等于二号门限T2，则将该元素量化为比特01；若信道向量h中的某个元素大于或等于三号门限T3且小于四号门限T4，则将该元素量化为比特10；若信道向量h中的某个元素大于或等于四号门限T4，则将该元素量化为比特11。若信道向量h中的某个元素大于二号门限T2且小于三号门限T3，则该元素不进行量化，设为空值(用符号φ表示)。为便于理解，上述量化方式可描述为：
其中，hi表示信道向量h的第i个元素，i的取值为大于或等于1且小于或等于N(即1≤i≤N)；qi表示量化得到的比特序列q中的第i个元素。
应理解，上述量化过程采用2个比特对信道向量h中的元素进行量化，仅是示例。实际应用中，可以采用多于2个比特如3个比特或4个比特或更多的比特，对信道向量h中的元素进行量化；也可以采用少于2个比特如1比特，对信道向量h中的元素进行量化，本申请实施例对此不做限定。在一些实施方式中，量化过程采用的比特数可以与门限个数适配，比如(2)中只有一个门限，量化过程可采用1比特进行量化；又如(2)中有两个门限，量化过程可采用1比特或2比特进行量化，等等。
(4)第一设备可以将生成的比特序列q中不为“空(或符号φ)”的位置索引发送给第二设备，第二设备检查自身产生的比特序列在该位置索引处所对应的比特组合，如果也不为“空(或符号φ)”，则标记相应位置为有效位，否则标记为无效位。待标记完成后，第二设备将所有有效位的位置索引发送给第一设备，在后续加密/解密过程中，第一设备和第二设备将使用各自生成的比特序列中位于该有效位置处的比特作为各自的密钥序列。
应理解，如果第一设备通过信道估计得到的信道状态信息是各个子载波上的CSI，因为CSI是复数序列，所以原始信道向量h0为CSI的实部或者虚部。当原始信道向量h0为CSI的实部时，通过本申请实施例的生成方法生成的序列可以为第一密钥子序列(K1)；当原始信道向量h0为CSI的虚部时，通过本申请实施例的生成方法生成的序列可以为第二密钥子序列(K2)。当然，也可以是：原始信道向量h0为CSI的实部时，通过本申请实施例的生成方法生成的序列为第二密钥子序列(K2)；原始信道向量h0为CSI的虚部时，通过本申请实施例的生成方法生成的序列可以为第一密钥子序列(K1)。也就是说，是CSI的实部生成第一密钥子序列还是CSI的虚部生成第一密钥子序列(或者，是CSI的虚部生成第二密钥子序列还是CSI的实部生成第二密钥子序列)，本申请实施例不做限制。
如果第一设备通过信道估计得到的信道状态信息是各个频点上的RSSI，则原始信道向量h0为RSSI(RSSI为实数)，那么通过本申请实施例的生成方法生成的序列为第一密钥序列。第一设备再将第一密钥序列分为等长的两个子序列，即第一密钥子序列和第二密钥子序列(第一密钥子序列与第二密钥子序列在第一密钥序列中的位置不重叠)。本申请实施例对第一设备如何将第一密钥序列划分为两个等长子序列的方式不做限制。示例性的，第一设备可以将第一密钥序列的前半段序列作为第一密钥子序列，第一密钥序列的后半段序列作为第二密钥子序列；或者反之，将第一密钥序列的后半段序列作为第一密钥子序列，第一密钥序列的前半段序列作为第二密钥子序列。示例性的，第一设备可以将第一密钥序列中位于偶数位置的元素作为第一密钥子序列，第一密钥序列中位于奇数位置的元素作为第二密钥子序列；或者反之，即将第一密钥序列中位于奇数位置的元素作为第一密钥子序列，第一密钥序列中位于偶数位置的元素作为第二密钥子序列。
可选的，如果根据上述信道估计获得的CSI或RSSI不足以生成足够长的密钥序列来对测距序列进行加密，则可以进行多次信道估计，从而获得足够多的CSI或RSSI，以根据足够多的CSI或RSSI生成足够长的密钥序列来对测距序列进行加密。换句话说，上述信道估计的过程可以执行多次，以获得足够多的CSI或RSSI，利用这些CSI或RSSI生成足够长的密钥序列来对测距序列进行加密。
可以理解的，因为窄带通信系统(如Wi-Fi系统、蓝牙系统、Zigbee等)为支持数据传输需要周期性地进行信道估计，所以本申请实施例利用窄带通信系统的周期性信道估计，可以实现密钥序列的生成和动态更新，而UWB系统就无须执行密钥生成与更新操作，从而减少UWB系统的开销。
S102，第一设备的UWB模块发送第一测距信号，该第一测距信号基于该第一密钥序列生成。
可选的，第一设备的UWB模块获得上述第一密钥序列后，可以基于该第一密钥序列生成第一测距信号，并可以发送该第一测距信号。该第一测距信号可以用于测量第一设备和第二设备之间的距离。可选的，因为上述第一密钥序列包括第一密钥子序列(K1)和第二密钥子序列(K2)，所以第一设备的UWB模块可以基于该第一密钥序列中第一密钥子序列(K1)生成第一测距信号。
一种实现方式中，第一设备可以获取原始测距序列，该原始测距序列可以为预设的随机序列，或第一设备和第二设备协商确定的序列，或者标准定义的序列，或者公开的序列等等，本申请实施例不做限制。第一设备可以使用上述第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)与该原始测距序列进行逐比特异或，获得第一测距序列；再将该第一测距序列经过脉冲成型和调制后生成第一测距信号。其中，该第一密钥子序列的长度和该原始测距序列的长度相等。因为根据第一设备和第二设备之间的无线信道信息(如信道状态信息)生成的密钥序列的长度灵活可调，所以可以对不同长度的原始测距序列进行加密，也就是说原始测距序列的选取可以更灵活，即提高了测距序列的灵活性。
本申请实施例使用从无线信道中提取出的密钥序列(如上述第一密钥序列)对原始测距序列进行加密(如逐比特异或)，无需使用AES加密模块，可以降低系统的实现复杂度，减少功耗和成本。
另一种实现方式中，第一设备可以获取原始测距序列，该原始测距序列可以为预设的随机序列，或第一设备和第二设备协商确定的序列，或者标准定义的序列，或者公开的序列等等，本申请实施例不做限制。第一设备可以使用上述第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)对该原始测距序列进行AES加密，获得第一测距序列；再可以将该第一测距序列进行脉冲成型和调制后生成第一测距信号。其中，第一测距序列的长度、第一密钥子序列的长度、以及原始测距序列的长度相等。示例性的，第一测距序列、第一密钥子序列、以及原始测距序列的长度均为128位。如果通过一次信道估计生成的密钥比特数不足128比特，则可以执行多次信道估计，以生成128比特密钥。如果通过一次信道估计生成的密钥比特数超过128比特，则可以从生成的密钥比特中选取128比特作为第一密钥子序列(也就是STS密钥)。
本申请实施例使用从无线信道中提取出的密钥序列(如上述第一密钥序列)对原始测距序列进行AES加密，可以兼容802.15.4z标准中的方案，并且无需进行密钥的协商，可以减少密钥泄露的风险，提高安全性，还可以减少额外的开销(因为没有密钥协商过程)。
又一种实现方式中，第一设备可以直接对上述第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)进行脉冲成型和调制后生成第一测距信号。
本申请实施例直接使用从无线信道中提取出的密钥序列(如上述第一密钥子序列)作为测距序列，因为其他设备(除第一设备和第二设备外的设备)无法获得第一设备与第二设备之间的无线信道信息(如信道状态信息)，所以其他设备无法推测出密钥序列，从而提高安全性，并且无需加密操作，可以减少复杂度。
可选的，第一设备生成第一测距信号之前，第一设备可以与第二设备协商确定测距信号的生成方式。比如，第一设备可以与第二设备协商确定采用上述三种实现方式中的哪一种方式生成测距信号，第一设备再按照协商确定的方式生成第一测距信号。
S103，第二设备的UWB模块从第二设备的窄带通信模块获取第二密钥序列，该第二密钥序列基于第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成。
可选的，第二设备的窄带通信模块可以与第一设备的窄带通信模块进行信道估计，获得信道状态信息(CSI)。第二设备获得信道状态信息的方式可参见前文相应描述，此处不赘述。第二设备的窄带通信模块可以根据自身估计得到的信道状态信息，通过量化生成二进制的密钥比特序列(即第二密钥序列)。第二密钥序列的生成方式可参考前文第一密钥序列的生成方式，此处不赘述。第二设备的窄带通信模块可以将生成的第二密钥序列传输至第二设备的UWB模块，或者第二设备的UWB模块直接从第二设备的窄带通信模块获取第二密钥序列。
其中，该第二密钥序列可以包括两个密钥子序列，分别是第三密钥子序列(为便于描述，记为K1′)和第四密钥子序列(为便于描述，记为K2′)，该第三密钥子序列(K1′)的长度与该第四密钥子序列(K2′)的长度相等。该第三密钥子序列(K1′)可以用于加密第二设备中待发送的测距序列，该第四密钥子序列(K2′)可以用于解密第二设备接收到的测距序列。
可选的，上述第三密钥子序列(K1′)与上述第四密钥子序列(K2′)在第二密钥序列中的位置可以不重叠。这样，其他设备(除第一设备和第二设备外的设备，这里可以指干扰设备或攻击者)不能根据第四密钥子序列推测出部分第三密钥子序列，从而提高安全性。
应理解，上述第二密钥序列中第三密钥子序列(K1′)和第四密钥子序列(K2′)的生成方式，与前述第一密钥序列中第一密钥子序列(K1)和第二密钥子序列(K2)的生成方式相同。比如，第一密钥子序列(K1)是第一密钥序列的前半段序列，第二密钥子序列(K2)是第一密钥序列的后半段序列；则第三密钥子序列(K1′)是第二密钥序列的前半段序列，第四密钥子序列(K2′)是第二密钥序列的后半段序列。又比如，第一密钥子序列(K1)是第一密钥序列中处于偶数位置的比特，第二密钥子序列(K2)是第一密钥序列中处于奇数位置的比特；则第三密钥子序列(K1′)是第二密钥序列处于偶数位置的比特，第四密钥子序列(K2′)是第二密钥序列中处于奇数位置的比特。再比如，第一密钥子序列(K1)是CSI的实部生成，第二密钥子序列(K2)是CSI的虚部生成；则第三密钥子序列(K1′)是CSI的实部生成，第四密钥子序列(K2′)是CSI的虚部生成。
可选的，步骤S103与步骤S101-步骤S102之间的执行顺序不做限制，例如，步骤S103可以在步骤S101-步骤S102之后执行，或者步骤S103可以在步骤S101-步骤S102之前执行，或者步骤S103可以与步骤S101-步骤S102同时执行等等。
S104，第二设备的UWB模块接收用于测距的第一信号，该用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得。
可选的，因为信号在无线信道中传输时会被各种障碍物反射、衍射以及散射等，还会有各种噪声的影响；从而导致发送端发送的信号到达接收端时其波形会发生一些变化。本申请实施例将第一设备发送的第一测距信号经过无线信道传输后到达第二设备时的信号，称为用于测距的第一信号。第二设备的UWB模块接收到用于测距的第一信号。
S105，第二设备的UWB模块根据该第二密钥序列生成第四测距信号，并将该第四测距信号和该用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳。
可选的，上述第二密钥序列包括第三密钥子序列(K1′)和第四密钥子序列(K2′)。第二设备的UWB模块可以根据该第二密钥序列中的第三密钥子序列(K1′)生成第四测距信号。其中，该第四测距信号的生成方式与上述第一测距信号的生成方式相同。
例如，第一测距信号为使用上述第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)与原始测距序列进行逐比特异或后，再经过脉冲成型和调制后得到；则第四测距信号就为使用第二密钥序列中的第三密钥子序列(K1′)与原始测距序列进行逐比特异或后，再经过脉冲成型和调制后得到。又如，第一测距信号为使用上述第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)对原始测距序列进行AES加密后，再经过脉冲成型和调制后得到；则第四测距信号就为使用第二密钥序列中的第三密钥子序列(K1′)对原始测距序列进行AES加密后，再经过脉冲成型和调制后得到。再如，第一测距信号为上述第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)进行脉冲成型和调制后得到，则第四测距信号就为第二密钥序列中的第三密钥子序列(K1′)进行脉冲成型和调制后得到。
可选的，第二设备的UWB模块生成第四测距信号后，可以将该第四测距信号和上述用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳(即上述第一测距信号到达第二设备的时间，记为t2)。换句话说，第二设备利用本地的测距信号与接收到的信号进行相关运算，获得时间戳。其中，相关运算的具体实现可参考现有技术，本申请实施例不详细说明。
应理解，相关运算的对象除了信号外，还可以是测距序列等。第二设备可以对上述用于测距的第一信号进行解调和/或解码等操作，获得测距序列。第二设备可以根据第二密钥序列中的第三密钥子序列(K1′)生成测距序列，再可以将本地生成的测距序列与接收到的测距序列(也就是：对用于测距的第一信号进行解调和/或解码等操作后得到的测距序列)进行相关运算，获得第二时间戳。
因为第一设备的窄带通信模块和第二设备的窄带通信模块进行信道估计时，第一设备估计出的信道状态信息与第二设备估计出的信道状态信息差异较小(可能差异为0，即没有差异)，所以第一设备根据自己估计出的信道状态信息生成的第一密钥序列，与第二设备根据自己估计出的信道状态信息生成的第二密钥序列之间的差异微小(可能差异为0，即没有差异)，可以忽略不计。那么，第二设备利用第二密钥序列中的第三密钥子序列(K1′)生成的第四测距信号，与第一设备发送的第一测距信号之间的差异也非常小(可能差异为0，即没有差异)，可以忽略不计，也就是说第四测距信号与第一测距信号近似相同。故，将第四测距信号与用于测距的第一信号进行相关运算，可以获得第一测距信号到达第二设备的到达时间t2。
可选的，第二设备的UWB模块获得第二时间戳后，可以将该第二时间戳传输给第二设备的窄带通信模块，第二设备的窄带通信模块可以将该第二时间戳(t2)发送给第一设备。或者，第二设备的窄带通信模块可以将上述第二测距信号的发送时间(记为t3)与该第二时间戳(t2)之间的差值(即t3-t2)发送给第二设备。第一设备可以利用该第二时间戳(t2)或者该差值(t3-t2)计算第一设备和第二设备之间的距离，具体计算方式如上述公式(1-1)和上述公式(1-2)所示，此处不赘述。
可选的，步骤S105之后，上述UWB中的测距方法还包括以下步骤：
S106，第二设备的UWB模块发送第二测距信号，该第二测距信号基于该第二密钥序列中的第四密钥子序列生成。
可选的，上述第二密钥序列包括第三密钥子序列(K1′)和第四密钥子序列(K2′)。第二设备的UWB模块可以基于上述第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)生成第二测距信号，并可以发送该第二测距信号。该第二测距信号可以用于测量第一设备和第二设备之间的距离。其中，该第二测距信号的生成方式可以参考上述第一测距信号的生成方式，此处不再赘述。示例性的，第二测距信号可以是第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)与原始测距序列进行逐比特异或后，再经过脉冲成型和调制后得到。或者，第二测距信号可以是第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)对原始测距序列进行AES加密后，再经过脉冲成型和调制后得到。或者，第二测距信号可以是第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)直接经过脉冲成型和调制后得到。该原始测距序列可以是该原始测距序列可以为预设的随机序列，或第一设备和第二设备协商确定的序列，或者标准定义的序列，或者公开的序列等等，本申请实施例不做限制。
可选的，第二设备生成第二测距信号之前，第二设备可以与第一设备协商确定第二测距信号的生成方式，第二设备在按照协商确定的生成方式生成第二测距信号。示例性的，第二测距信号的生成方式可以与上述第一测距信号的生成方式相同。也就是说，如果第一测距信号是第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)与原始测距序列进行逐比特异或后再经过脉冲成型和调制后得到，则第二测距信号就是第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)与原始测距序列进行逐比特异或后，再经过脉冲成型和调制后得到。如果第一测距信号是第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)对原始测距序列进行AES加密后再经过脉冲成型和调制后得到，则第二测距信号就是第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)对原始测距序列进行AES加密后，再经过脉冲成型和调制后得到。如果第一测距信号是第一密钥序列中的第一密钥子序列(K1)经过脉冲成型和调制后得到，则第二测距信号就是第二密钥序列中的第四密钥子序列(K2′)经过脉冲成型和调制后得到。
当然，第二测距信号的生成方式也可以与上述第一测距信号的生成方式不相同。
S107，第一设备的UWB模块接收用于测距的第二信号，该用于测距的第二信号为第二测距信号经过无线信道传输后获得。
S108，第一设备的UWB模块根据该第二密钥子序列生成第三测距信号，并将该第三测距信号和该用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳。
可选的，上述第一密钥序列包括第一密钥子序列(K1)和第二密钥子序列(K2)。第一设备的UWB模块可以根据该第一密钥序列中的第二密钥子序列(K2)生成第三测距信号。其中，该第三测距信号的生成方式与上述第二测距信号的生成方式相同。第一设备的UWB模块生成第三测距信号后，可以将该第三测距信号和上述用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳(即上述第二测距信号到达第一设备的时间，记为t4)。换句话说，第一设备利用本地的测距信号与接收到的信号进行相关运算，获得时间戳。其中，相关运算的具体实现可参考现有技术，本申请实施例不详细说明。
应理解，相关运算的对象除了信号外，还可以是测距序列等。第一设备可以对上述用于测距的第二信号进行解调和/或解码等操作，获得测距序列。第一设备可以根据第一密钥序列中的第二密钥子序列(K2)生成测距序列，再可以将本地生成的测距序列与接收到的测距序列(也就是：对用于测距的第二信号进行解调和/或解码等操作后得到的测距序列)进行相关运算，获得第一时间戳。
可选的，第一设备的UWB模块获得第一时间戳后，可以将该第一时间戳传输给第一设备的窄带通信模块，第一设备的窄带通信模块可以将该第一时间戳发送给第二设备。或者，第一设备的窄带通信模块可以将该第一时间戳(t4)与上述第一测距信号的发送时间(记为t1)之间的差值(即t4-t1)发送给第二设备。第二设备可以利用该第一时间戳(t4)或该差值(t4-t1)计算第一设备和第二设备之间的距离，具体计算方式如上述公式(1-1)和上述公式(1-2)所示，此处不赘述。
本申请实施例中，通信双方(即第一设备和第二设备)利用各自的窄带通信模块(如Wi-Fi、蓝牙、或Zigbee等)之间的无线信道信息(如信道状态信息)提取密钥序列(即物理层密钥生成)，然后将密钥序列提供给各自的UWB模块，并基于密钥序列进行测距。不仅可以保障测距的安全性，还可以降低成本和开销。
为更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面通过一个示例来说明。
参见图5，图5是本申请实施例提供的窄带辅助的UWB安全测距示意图。其中，第一设备中包括UWB模块和窄带(NB)通信模块，第二设备中也包括UWB模块和窄带(NB)通信模块。如图5所示，该窄带辅助的UWB安全测距包括但不限于以下步骤：
步骤1：信道估计。第一设备和第二设备的窄带通信模块分别向对方发送导频信号，第一设备和第二设备接收到对方发来的导频信号后，执行信道估计，获得信道状态信息。获取信道状态信息的具体方法参见前述步骤S101中的相应描述，此处不再赘述。
步骤2：物理层密钥生成。第一设备和第二设备的窄带通信模块根据自身估计得到的信道状态信息，通过量化生成二进制的密钥比特序列。物理层密钥生成的具体实现方式参见前述步骤S101中的相应描述，此处不再赘述。物理层密钥生成完成后，第一设备将本地生成的密钥比特序列分为等长的两段K1和K2，第二设备将本地生成的密钥比特序列分为等长的两段K1′和K2′。其中，K1用于第一设备加密其测距序列，K1′用于第二设备收到该测距序列后解密；K2′用于第二设备加密其测距序列，K2用于第一设备收到该测距序列后解密。
步骤3：安全测距。第一设备和第二设备的窄带通信模块分别将自身生成的密钥比特序列发送给自身的UWB模块，UWB模块根据密钥比特序列生成测距序列(具体方式见前述步骤S102中的相应描述，此处不再赘述)，测距序列经调制后生成测距信号。第一设备将测距信号发送给第二设备，第二设备用本地的测距信号与接收到的信号进行相关运算，获得时间戳；第二设备将测距信号发送给第一设备，第一设备用本地的测距信号与接收到的信号进行相关运算，获得时间戳。
步骤4：时间戳交互。第一设备和第二设备的窄带通信模块交互时间戳，完成测距过程。
本申请实施例中，通信双方分别根据各自对于无线信道的观测结果独立生成密钥序列，从而避免密钥协商，减少密钥泄露的风险，减少额外开销；并且由无线信道生成的密钥长度灵活可调，可以增加测距序列的灵活性。另外，本申请实施例还直接使用从无线信道中提取出的密钥序列进行测距，从而避免使用AES加密模块，降低系统的实现复杂度，减少功耗和成本。因为窄带系统为支持数据传输需要周期性地进行信道估计，利用这一过程可以实现密钥序列的生成和动态更新，所以本申请实施例的UWB模块无须执行密钥生成与更新操作，从而减少开销。
上述内容详细阐述了本申请提供的方法，为了便于实施本申请实施例的上述方案，本申请实施例还提供了相应的装置或设备。
本申请实施例可以根据上述方法示例对第一设备和第二设备进行功能模块(或功能单元)的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块(或功能单元)，也可以将两个或两个以上的功能(或单元)集成在一个处理模块中。上述集成的模块(或单元)既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块(或单元)的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。下面将结合图6至图8详细描述本申请实施例的通信装置。其中，该通信装置是第一设备或第二设备，进一步的，该通信装置可以为第一设备中的装置；或者，该通信装置为第二设备中的装置。
在采用集成的单元的情况下，参见图6，图6是本申请实施例提供的通信装置1的结构示意图。该通信装置1可以为第一设备或第一设备中的芯片，具体可以为第一设备的UWB模块或其中的芯片。如图6所示，该通信装置1包括处理单元11和收发单元12。
其中，处理单元11，用于获取第一密钥序列，该第一密钥序列基于第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；收发单元12，用于发送第一测距信号，该第一测距信号基于该第一密钥序列生成，该第一测距信号用于测量该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，上述第一密钥序列包括第一密钥子序列和第二密钥子序列，该第一密钥子序列的长度与该第二密钥子序列的长度相等。上述第一测距信号基于该第一密钥序列生成，包括：该第一测距信号基于该第一密钥序列中的第一密钥子序列生成。
可选的，上述收发单元12，还用于接收用于测距的第二信号，该用于测距的第二信号为第二测距信号经过无线信道传输后获得，该第二测距信号基于该第二设备获得的第二密钥序列中的第四密钥子序列生成；上述处理单元11，还用于根据该第二密钥子序列生成第三测距信号，并将该第三测距信号和该用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳；该第一时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，上述信道状态信息为复数序列，该信道状态信息的实部用于生成该第一密钥序列中的第一密钥子序列，该信道状态信息的虚部用于生成该第一密钥序列中的第二密钥子序列。其中，该第一密钥子序列和该第二密钥子序列的长度相等。
可选的，上述第一测距信号基于该第一密钥序列生成，包括：该第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，该第一测距序列为该第一密钥序列中的第一密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得。或者，该第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，该第一测距序列为使用该第一密钥序列中的第一密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，该第一测距序列的长度、该第一密钥子序列的长度、以及该原始测距序列的长度相等。或者，该第一测距信号为该第一密钥序列中的第一密钥子序列经过调制后生成。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
应理解，该通信装置1可对应执行前述实施例，并且该通信装置1中的各个单元的上述操作或功能分别为了实现前述实施例中第一设备的相应操作，为了简洁，在此不再赘述。
参见图7，图7是本申请实施例提供的通信装置2的结构示意图。该通信装置2可以为第二设备或第二设备中的芯片，具体可以为第二设备的UWB模块或其中的芯片。如图7所示，该通信装置2包括获取单元21，收发单元22，生成单元23，以及相关运算单元24。
其中，获取单元21，用于获取第二密钥序列，该第二密钥序列基于该第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；收发单元22，用于接收用于测距的第一信号，该用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得，该第一测距信号基于该第一设备获得的第一密钥序列生成；生成单元23，用于根据该第二密钥序列生成第四测距信号；相关运算单元24，用于将该第四测距信号和该用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳；该第二时间戳用于计算该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，上述第二密钥序列包括第三密钥子序列和第四密钥子序列，该第三密钥子序列的长度与该第四密钥子序列的长度相等。上述生成单元23，具体用于：根据该第二密钥序列中的第三密钥子序列生成第四测距发送信号。
可选的，上述收发单元22，还用于：发送第二测距信号，该第二测距信号基于该第二密钥序列中的第四密钥子序列生成，该第二测距信号用于测量该第一设备与该第二设备之间的距离。
可选的，上述信道状态信息为复数序列，该信道状态信息的实部用于生成该第二密钥序列中的第三密钥子序列，该信道状态信息的虚部用于生成该第二密钥序列中的第四密钥子序列。其中，该第三密钥子序列和该第四密钥子序列的长度相等。
可选的，上述第二测距信号基于该第二密钥序列生成，包括：该第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，该第二测距序列为该第二密钥序列中的第四密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得。或者，该第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，该第二测距序列为使用该第二密钥序列中的第四密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，该第二测距序列的长度、该第四密钥子序列的长度、以及该原始测距序列的长度相等。或者，该第二测距信号为该第二密钥序列中的第四密钥子序列经过调制后生成。其中，该原始测距序列为该第一设备与该第二设备协商确定的序列，或者该原始测距序列为预设的随机序列。
其中，上述获取单元21，上述生成单元23，以及上述相关运算单元24可以集成为一个单元，如处理单元。
应理解，该通信装置2可对应执行前述实施例，并且该通信装置2中的各个单元的上述操作或功能分别为了实现前述实施例中第二设备的相应操作，为了简洁，在此不再赘述。
以上介绍了本申请实施例的第一设备和第二设备，以下介绍所述第一设备和第二设备可能的产品形态。应理解，但凡具备上述图6所述的第一设备，和上述图7所述的第二设备的功能的任何形态的产品，都落入本申请实施例的保护范围。还应理解，以下介绍仅为举例，不限制本申请实施例的第一设备和第二设备的产品形态仅限于此。
作为一种可能的产品形态，本申请实施例所述的第一设备和第二设备，可以由一般性的总线体系结构来实现。
为了便于说明，参见图8，图8是本申请实施例提供的通信装置1000的结构示意图。该通信装置1000可以为第一设备或第二设备，或其中的芯片。图8仅示出了通信装置1000的主要部件。除处理器1001和收发器1002之外，所述通信装置还可以进一步包括存储器1003、以及输入输出装置(图未示意)。
处理器1001主要用于对通信协议以及通信数据进行处理，以及对整个通信装置进行控制，执行软件程序，处理软件程序的数据。存储器1003主要用于存储软件程序和数据。收发器1002可以包括控制电路和天线，控制电路主要用于基带信号与射频信号的转换以及对射频信号的处理。天线主要用于收发电磁波形式的射频信号。输入输出装置，例如触摸屏、显示屏，键盘等主要用于接收用户输入的数据以及对用户输出数据。
当通信装置开机后，处理器1001可以读取存储器1003中的软件程序，解释并执行软件程序的指令，处理软件程序的数据。当需要通过无线发送数据时，处理器1001对待发送的数据进行基带处理后，输出基带信号至射频电路，射频电路将基带信号进行射频处理后将射频信号通过天线以电磁波的形式向外发送。当有数据发送到通信装置时，射频电路通过天线接收到射频信号，将射频信号转换为基带信号，并将基带信号输出至处理器1001，处理器1001将基带信号转换为数据并对该数据进行处理。
在另一种实现中，所述的射频电路和天线可以独立于进行基带处理的处理器而设置，例如在分布式场景中，射频电路和天线可以与独立于通信装置，呈拉远式的布置。
其中，处理器1001、收发器1002、以及存储器1003可以通过通信总线连接。
一种设计中，通信装置1000可以用于执行前述实施例中第一设备的功能：处理器1001可以用于执行图4中的步骤S101和步骤S108，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；收发器1002可以用于执行图4中的步骤S102和步骤S107，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
另一种设计中，通信装置1000可以用于执行前述实施例中第二设备的功能：处理器1001可以用于执行图4中的步骤S103和步骤S105，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；收发器1002可以用于执行图4中的步骤S104和步骤S106，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
在上述任一种设计中，处理器1001中可以包括用于实现接收和发送功能的收发器。例如该收发器可以是收发电路，或者是接口，或者是接口电路。用于实现接收和发送功能的收发电路、接口或接口电路可以是分开的，也可以集成在一起。上述收发电路、接口或接口电路可以用于代码/数据的读写，或者，上述收发电路、接口或接口电路可以用于信号的传输或传递。
在上述任一种设计中，处理器1001可以存有指令，该指令可为计算机程序，计算机程序在处理器1001上运行，可使得通信装置1000执行上述方法实施例中描述的方法。计算机程序可能固化在处理器1001中，该种情况下，处理器1001可能由硬件实现。
在一种实现方式中，通信装置1000可以包括电路，所述电路可以实现前述方法实施例中发送或接收或者通信的功能。本申请中描述的处理器和收发器可实现在集成电路(integrated circuit，IC)、模拟IC、无线射频集成电路(radio frequency integratedcircuit，RFIC)、混合信号IC、专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)、印刷电路板(printed circuit board，PCB)、电子设备等上。该处理器和收发器也可以用各种IC工艺技术来制造，例如互补金属氧化物半导体(complementary metaloxide semiconductor，CMOS)、N型金属氧化物半导体(nMetal-oxide-semiconductor，NMOS)、P型金属氧化物半导体(positive channel metal oxide semiconductor，PMOS)、双极结型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等。
本申请中描述的通信装置的范围并不限于此，而且通信装置的结构可以不受图8的限制。通信装置可以是独立的设备或者可以是较大设备的一部分。例如所述通信装置可以是：
(1)独立的集成电路IC，或芯片，或，芯片系统或子系统；
(2)具有一个或多个IC的集合，可选的，该IC集合也可以包括用于存储数据，计算机程序的存储部件；
(3)ASIC，例如调制解调器(Modem)；
(4)可嵌入在其他设备内的模块；
(5)接收机、终端、智能终端、蜂窝电话、无线设备、手持机、移动单元、车载设备、网络设备、云设备、人工智能设备等等；
(6)其他等等。
作为一种可能的产品形态，本申请实施例所述的第一设备和第二设备，可以由通用处理器来实现。
实现第一设备的通用处理器包括处理电路和与所述处理电路内部连接通信的输入输出接口。通用处理器可以用于执行前述实施例中第一设备的功能。具体地，处理电路可以用于执行图4中的步骤S101和步骤S108，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；输入输出接口可以用于执行图4中的步骤S102和步骤S107，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
实现第二设备的通用处理器包括处理电路和与所述处理电路内部连接通信的输入输出接口。通用处理器可以用于执行前述实施例中第二设备的功能。具体地，处理电路可以用于执行图4中的步骤S103和步骤S105，和/或用于执行本文所描述的技术的其它过程；输入输出接口可以用于执行图4中的步骤S104和步骤S106，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。
应理解，上述各种产品形态的通信装置，具有上述实施例中第一设备或第二设备的任意功能，此处不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序代码，当上述处理器执行该计算机程序代码时，电子设备执行前述实施例中的方法。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行前述实施例中的方法。
本申请实施例还提供一种通信装置，该装置可以以芯片的产品形态存在，该装置的结构中包括处理器和接口电路，该处理器用于通过接收电路与其它装置通信，使得该装置执行前述实施例中的方法。
本申请实施例还提供一种无线通信系统，包括第一设备和第二设备，该第一设备和第二设备可以执行前述实施例中的方法。
结合本申请公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、闪存、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、电可擦可编程只读存储器(ElectricallyEPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘(CD-ROM)或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于核心网接口设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于核心网接口设备中。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机可读存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种超宽带中的测距方法，其特征在于，包括：
第一设备的超宽带UWB模块从所述第一设备的窄带通信模块获取第一密钥序列，所述第一密钥序列基于所述第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；
所述第一设备的UWB模块发送第一测距信号，所述第一测距信号基于所述第一密钥序列生成，所述第一测距信号用于测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一密钥序列包括第一密钥子序列和第二密钥子序列，所述第一密钥子序列的长度与所述第二密钥子序列的长度相等；
所述第一测距信号基于所述第一密钥序列生成，包括：所述第一测距信号基于所述第一密钥序列中的第一密钥子序列生成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一设备的UWB模块发送第一测距信号之后，所述方法还包括：
所述第一设备的UWB模块接收用于测距的第二信号，所述用于测距的第二信号为第二测距信号经过无线信道传输后获得，所述第二测距信号基于所述第二设备获得的第二密钥序列中的第四密钥子序列生成；
所述第一设备的UWB模块根据所述第二密钥子序列生成第三测距信号，并将所述第三测距信号和所述用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳；所述第一时间戳用于计算所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息为复数序列，所述信道状态信息的实部用于生成所述第一密钥序列中的第一密钥子序列，所述信道状态信息的虚部用于生成所述第一密钥序列中的第二密钥子序列；
其中，所述第一密钥子序列和所述第二密钥子序列的长度相等。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一测距信号基于所述第一密钥序列生成，包括：
所述第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，所述第一测距序列为所述第一密钥序列中的第一密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得；
或者，所述第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，所述第一测距序列为使用所述第一密钥序列中的第一密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，所述第一测距序列的长度、所述第一密钥子序列的长度、以及所述原始测距序列的长度相等；
或者，所述第一测距信号为所述第一密钥序列中的第一密钥子序列经过调制后生成；
其中，所述原始测距序列为所述第一设备与所述第二设备协商确定的序列，或者所述原始测距序列为预设的随机序列。
6.一种超宽带中的测距方法，其特征在于，包括：
第二设备的超宽带UWB模块从所述第二设备的窄带通信模块获取第二密钥序列，所述第二密钥序列基于所述第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；
所述第二设备的UWB模块接收用于测距的第一信号，所述用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得，所述第一测距信号基于所述第一设备获得的第一密钥序列生成；
所述第二设备的UWB模块根据所述第二密钥序列生成第四测距信号，并将所述第四测距信号和所述用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳；所述第二时间戳用于计算所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二密钥序列包括第三密钥子序列和第四密钥子序列，所述第三密钥子序列的长度与所述第四密钥子序列的长度相等；
所述第二设备的UWB模块根据所述第二密钥序列生成第四测距信号，包括：
所述第二设备的UWB模块根据所述第二密钥序列中的第三密钥子序列生成第四测距信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二设备的UWB模块接收用于测距的第一信号之后，所述方法还包括：
所述第二设备的UWB模块发送第二测距信号，所述第二测距信号基于所述第二密钥序列中的第四密钥子序列生成，所述第二测距信号用于测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息为复数序列，所述信道状态信息的实部用于生成所述第二密钥序列中的第三密钥子序列，所述信道状态信息的虚部用于生成所述第二密钥序列中的第四密钥子序列；
其中，所述第三密钥子序列和所述第四密钥子序列的长度相等。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二测距信号基于所述第二密钥序列生成，包括：
所述第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，所述第二测距序列为所述第二密钥序列中的第四密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得；
或者，所述第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，所述第二测距序列为使用所述第二密钥序列中的第四密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，所述第二测距序列的长度、所述第四密钥子序列的长度、以及所述原始测距序列的长度相等；
或者，所述第二测距信号为所述第二密钥序列中的第四密钥子序列经过调制后生成；
其中，所述原始测距序列为所述第一设备与所述第二设备协商确定的序列，或者所述原始测距序列为预设的随机序列。
11.一种通信装置，其特征在于，包括：
处理单元，用于获取第一密钥序列，所述第一密钥序列基于第一设备的窄带通信模块与第二设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；
收发单元，用于发送第一测距信号，所述第一测距信号基于所述第一密钥序列生成，所述第一测距信号用于测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
12.根据权利要求11所述的通信装置，其特征在于，所述第一密钥序列包括第一密钥子序列和第二密钥子序列，所述第一密钥子序列的长度与所述第二密钥子序列的长度相等；
所述第一测距信号基于所述第一密钥序列生成，包括：所述第一测距信号基于所述第一密钥序列中的第一密钥子序列生成。
13.根据权利要求12所述的通信装置，其特征在于，所述收发单元，还用于接收用于测距的第二信号，所述用于测距的第二信号为第二测距信号经过无线信道传输后获得，所述第二测距信号基于所述第二设备获得的第二密钥序列中的第四密钥子序列生成；
所述处理单元，还用于根据所述第二密钥子序列生成第三测距信号，并将所述第三测距信号和所述用于测距的第二信号进行相关运算，获得第一时间戳；所述第一时间戳用于计算所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述信道状态信息为复数序列，所述信道状态信息的实部用于生成所述第一密钥序列中的第一密钥子序列，所述信道状态信息的虚部用于生成所述第一密钥序列中的第二密钥子序列；
其中，所述第一密钥子序列和所述第二密钥子序列的长度相等。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述第一测距信号基于所述第一密钥序列生成，包括：
所述第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，所述第一测距序列为所述第一密钥序列中的第一密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得；
或者，所述第一测距信号为第一测距序列经过调制后生成，所述第一测距序列为使用所述第一密钥序列中的第一密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，所述第一测距序列的长度、所述第一密钥子序列的长度、以及所述原始测距序列的长度相等；
或者，所述第一测距信号为所述第一密钥序列中的第一密钥子序列经过调制后生成；
其中，所述原始测距序列为所述第一设备与所述第二设备协商确定的序列，或者所述原始测距序列为预设的随机序列。
16.一种通信装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取第二密钥序列，所述第二密钥序列基于所述第二设备的窄带通信模块与第一设备的窄带通信模块之间的信道状态信息生成；
收发单元，用于接收用于测距的第一信号，所述用于测距的第一信号为第一测距信号经过无线信道传输后获得，所述第一测距信号基于所述第一设备获得的第一密钥序列生成；
生成单元，用于根据所述第二密钥序列生成第四测距信号；
相关运算单元，用于将所述第四测距信号和所述用于测距的第一信号进行相关运算，获得第二时间戳；所述第二时间戳用于计算所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
17.根据权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述第二密钥序列包括第三密钥子序列和第四密钥子序列，所述第三密钥子序列的长度与所述第四密钥子序列的长度相等；
所述生成单元，具体用于：根据所述第二密钥序列中的第三密钥子序列生成第四测距发送信号。
18.根据权利要求17所述的通信装置，其特征在于，所述收发单元，还用于：
发送第二测距信号，所述第二测距信号基于所述第二密钥序列中的第四密钥子序列生成，所述第二测距信号用于测量所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述信道状态信息为复数序列，所述信道状态信息的实部用于生成所述第二密钥序列中的第三密钥子序列，所述信道状态信息的虚部用于生成所述第二密钥序列中的第四密钥子序列；
其中，所述第三密钥子序列和所述第四密钥子序列的长度相等。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述第二测距信号基于所述第二密钥序列生成，包括：
所述第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，所述第二测距序列为所述第二密钥序列中的第四密钥子序列与原始测距序列进行逐比特异或后获得；
或者，所述第二测距信号为第二测距序列经过调制后生成，所述第二测距序列为使用所述第二密钥序列中的第四密钥子序列对原始测距序列进行高级加密标准AES加密后获得，所述第二测距序列的长度、所述第四密钥子序列的长度、以及所述原始测距序列的长度相等；
或者，所述第二测距信号为所述第二密钥序列中的第四密钥子序列经过调制后生成；
其中，所述原始测距序列为所述第一设备与所述第二设备协商确定的序列，或者所述原始测距序列为预设的随机序列。
21.一种通信装置，其特征在于，包括处理器和收发器，所述收发器用于收发信号，所述处理器运行程序指令时，以使得所述通信装置执行权利要求1-10中任一项所述的方法。
22.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，当所述程序指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-10中任一项所述的方法。
23.一种包含程序指令的计算机程序产品，其特征在于，当所述程序指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-10中任一项所述的方法。
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AU2017250352B2 (en) * 2016-04-14 2020-04-16 Apple Inc. Methods and architectures for secure ranging
WO2018090181A1 (zh) * 2016-11-15 2018-05-24 深圳市大疆创新科技有限公司 超宽带测距方法和设备、避障方法以及避障设备
US11405185B2 (en) * 2017-09-28 2022-08-02 Apple Inc. Methods and architectures for secure ranging
WO2021091615A1 (en) * 2019-11-08 2021-05-14 Massachusetts Institute Of Technology Physical layer key generation
KR20220008616A (ko) * 2020-07-14 2022-01-21 삼성전자주식회사 전자 디바이스가 보안 레인징을 수행하는 방법 및 장치

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