CN113167880B

CN113167880B - 用于确定认证装置与车辆之间的距离的方法

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Publication number: CN113167880B
Application number: CN201980081769.1A
Authority: CN
Inventors: S·戈代; M·奥皮茨
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2024-07-09
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: FR3089736B1; WO2020120483A1; US20220050192A1; FR3089736A1; US11885867B2; CN113167880A

Abstract

用于确定用户携带的认证装置与机动车辆（100）之间的距离的方法，装置和车辆中的每一个都包括无线通信模块（50）以交换数据帧，所述数据帧通过改变基准信号（S）的相位而被调制。该方法包括以下步骤：车辆接收装置发送的经调制的基准信号（S）；解调接收到的信号（S）以从中提取同相分量（I）和正交分量（Q）；基于同相分量（I）的最大幅度值和正交分量（Q）的最大幅度值来计算信号（S）的功率的值；以及基于计算出的功率的值来确定装置与车辆之间的距离。

Description

用于确定认证装置与车辆之间的距离的方法

技术领域

本发明涉及对车辆附近的认证装置的检测，并且更特别地涉及使得能够确定认证装置与车辆之间的距离的方法和计算机，以便触发车辆的功能。

背景技术

如今，某些机动车辆装备有检测***，其使得能够远程认证用户携带的装置，例如徽章（badge）或电子点火开关钥匙，以便从车辆外部实施某些功能。例如，这样的检测***可用于实施解锁车辆的开启部件（ouvrant）的功能，所述开启部件例如车门或行李箱，或激活接待功能（灯光、内部设备调节等）。

出于安全原因，已知对***进行参数设置，使得仅在用户位于小于预定距离的距离时才激活这些功能，所述预定距离称为“检测距离”，其取决于要激活的功能。例如，仅在用户位于车辆的两米之内时，才可以激活解锁开启部件的功能。再例如，可以在用户位于车辆的五米之内时激活接待照明，或者可以仅在用户位于车辆的六米之内时才激活操纵车辆的请求（“远程停车”）。

在一种已知的解决方案中，车辆和该装置通过LF/RF（低频/射频）类型的无线通信链路进行通信。在该解决方案中，车辆通过LF通信链路周期性地发射检测信号。在该装置接收到该检测信号时，它会通过RF通信链路对车辆进行响应，以进行认证。这种类型的技术的优点在于，信号的传播不受诸如车辆车身之类的机械元件的影响。为了确定用户与车辆之间的距离，车辆测量在这些交换期间从认证装置接收到的信号的功率并从中推断距离。

出于实际原因，如今已知使用智能电话（例如驾驶员的智能电话）向车辆进行认证。然而，如今使用的大多数智能电话都没有LF/RF通信接口。为了弥补该缺陷，已知使用目前的大多数智能电话上都具有的蓝牙®通信接口，尤其是BLE（蓝牙®低能耗）型接口。通过这样的接口借助于编码在称为BLE信号的信号中的帧来实现交换。

为了确定装置与车辆之间的距离，车辆应检测BLE信号的接收并确定其功率，例如通过测量RSSI（接收信号强度指示），以从中推断出距离。然而已观察到，RSSI测量并不可靠，因为信号可能在周围对象上反弹，这导致距离确定不准确。

在一种已知的解决方案中，提出了在更长的、约10秒的期限期间测量RSSI，并确定这些测量的中值以便获得更可靠的RSSI值。然而，用户通常在接近车辆时连续移动，在这样的测量期限结束时确定的距离不是用户实际所处的距离，这带来了显著缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的在于通过提出用于确定装置与车辆之间的距离的简单、可靠且有效的解决方案来至少部分地弥补这些缺陷。

为此，本发明的目的在于用于确定旨在由用户携带的认证装置与机动车辆之间的距离的方法，所述装置和所述车辆中的每一个都包括无线通信模块，所述无线通信模块使得能够在称为发射器的该装置的通信模块与称为接收器的车辆的通信模块之间交换至少一个数据帧，所述数据帧包括具有值0或1的一系列比特，该系列比特由发射器通过改变基准信号的相位而调制，所述基准信号包括称为“同相分量”的分量和称为“正交分量”的第二分量，同相分量由最大幅度值来表征，正交分量相对于同相分量相移90°并且由最大幅度值来表征，所述方法包括：接收器接收经调制的基准信号的接收步骤，所述经调制的基准信号是发射器发送的、并且其相位改变表征了数据帧的比特的值；以及解调接收到的基准信号以从中提取同相分量和正交分量的解调步骤，该方法的值得注意之处在于它还包括：在解调步骤之后，基于同相分量的最大幅度值和正交分量的最大幅度值来计算基准信号的功率的值的计算步骤；以及基于计算出的功率的值来确定发射器与接收器之间的距离的确定步骤。

与测量所述信号的RSSI相比，使用同相分量和正交分量使得能够准确、快速且可靠地计算接收到的信号的功率。另外，通过使用在信号中发送的数据帧中的一系列连续的0或1，有利地使得信号功率的计算以及因此的距离的计算准确且快速，这是因为比特状态的交替（从0到1或从1到0）数量的减少减少了信号扰动，因此使功率估计更加准确。

优选地，使用下式来计算基准信号的功率的值：

【数学式1】

P _dBm = 10 * log (10 * (I _M ² + Q _M ²))

其中，P _dBm是基准信号的功率，单位为dBm，I _M是同相分量的最大幅度值，并且Q _M是正交分量的最大幅度值。于是准确地计算出信号的功率，提高了距离确定的可靠性。

有利地，在数据帧包括有效数据字段的情况下，接收到的数据帧是特定的，并且有效数据字段由一系列0组成或者由一系列1组成，以限制由于0和1的交替而引起的差异。

有利地，该方法还包括：在接收器接收经调制的基准信号的接收步骤之前，发射器基于与数据帧的有效数据字段的比特相对应的信号来调制基准信号的调制步骤；以及将经调制的基准信号发射给接收器的发射步骤。

优选地，该方法包括：

- 在调制基准信号的调制步骤之前，变换基准信号的变换步骤，其旨在避免在数据帧的有效数据字段中发送一系列0或一系列1，以及

- 在所述变换步骤之前，对有效数据字段的比特进行逆变换的逆变换步骤，以使得能够对数据帧的有效数据字段中的一系列0或一系列1进行调制。

于是，不管发射通信模块对比特的变换都发射包括0的序列或1的序列的有效数据字段。

优选地，数据帧编码在介于300至3000MHz之间的UHF（特高频）频带中交换的信号中，更优选地根据BLE（蓝牙®低能耗）标准来编码。

优选地，在通信模块被配置成在各信道上交换数据帧的情况下，所述数据帧包括在其上发射数据帧的信道的标识符，以便确定通过其接收了数据帧的信道。

本发明还目的在于一种计算机，其旨在安装在机动车辆中以确定旨在由用户携带的认证装置与所述车辆之间的距离，所述装置和所述车辆中的每一个都包括无线通信模块，所述无线通信模块使得能够在称为发射器的该装置的通信模块与称为接收器的车辆的通信模块之间交换至少一个数据帧，所述数据帧包括具有值0或1的一系列比特，该系列比特由发射器通过改变基准信号的相位而调制，所述基准信号包括称为“同相分量”的分量和称为“正交分量”的第二分量，同相分量由最大幅度值来表征，正交分量相对于同相分量相移90°并且由最大幅度值来表征，接收器被配置成：接收经调制的基准信号，所述经调制的基准信号是发射器发送的、并且其相位改变表征了数据帧的比特的值；以及解调接收到的基准信号以从中提取同相分量和正交分量，该计算机的值得注意之处在于其被配置成：基于同相分量的最大幅度值和正交分量的最大幅度值来计算基准信号的功率的值；以及基于计算出的功率的值来确定发射器与接收器之间的距离。

优选地，使用下式来计算基准信号的功率的值：

【数学式2】

P _dBm = 10 * log (10 * (I _M ² + Q _M ²))

其中，P _dBm是基准信号的功率，单位为dBm，I _M是同相分量的最大幅度值，并且Q _M是正交分量的最大幅度值。

有利地，在数据帧包括有效数据字段的情况下，接收到的数据帧是特定的，并且有效数据字段由一系列0组成或者由一系列1组成。

本发明还涉及一种机动车辆，其包括：

- 称为接收器的通信模块，其被配置成：接收经调制的基准信号，所述经调制的基准信号是发射器发送的、并且其相位改变表征了数据帧的比特的值；以及解调接收到的基准信号以从中提取同相分量和正交分量，以及

- 如前所述的计算机。

本发明还涉及一种旨在由用户携带的认证装置，其包括称为发射器的通信模块，所述认证装置被配置成：

- 变换基准信号，其旨在避免在数据帧的有效数据字段中发送一系列0或一系列1，以及

- 对有效数据字段的比特进行逆变换，以使得能够对数据帧的有效数据字段中的一系列0或一系列1进行调制，

- 基于与数据帧的有效数据字段的比特相对应的信号来调制基准信号，并发射经调制的基准信号。

本发明还目的在于用于机动车辆的检测***，所述***包括：

- 认证装置，其旨在由用户携带、包括称为发射器的通信模块，所述认证装置被配置成基于与数据帧的有效数据字段的比特相对应的信号来调制基准信号、并发射经调制的基准信号，以及

- 如上所述的机动车辆。

附图说明

在接下来的描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，该描述是参考以非限制性示例的名义给出的附图进行的，并且在附图中，对相似的对象给予相同的附图标记。

图1示意性地示出了机动车辆，在其周围限定了各种动作区域。

图2示意性地示出了根据本发明的机动车辆的实施例。

图3示意性地示出了图2的车辆接收到的信号的星座图。

图4示意性地示出了根据本发明的方法的实施方式。

具体实施方式

接下来将以在机动车辆中实施本发明为目的来介绍本发明。然而，本发明也目的在于在不同背景下的任何实施方式，尤其是对于任何载具（véhicule）。

如图1所示，在机动车辆100周围确定了各种区域Z1、Z2。车辆100被配置成确定用户与车辆100之间的距离，以便认证用户以从所述车辆100外部实施某些功能。

在图1所示的示例中，在用户位于车辆100的两米之内时，第一区域Z1使得能够激活解锁车辆100的功能。在用户位于车辆100的五米之内时，第二区域Z2使得能够激活接待照明。可以确定车辆100周围的其他区域以激活其他功能，尤其是在用户位于车辆100的六米之内时请求操纵车辆（“远程停车”）。

根据本发明，基于用户携带的认证装置200来确定距离，以基于认证装置200相对于车辆100的距离来确定用户相对于车辆100的距离。为此，认证装置200和车辆100以信号的形式交换至少一个数据帧，如下所述。

认证装置200可以采用诸如智能电话之类的移动终端的形式，英语也称为smartphone（智能手机），或者采用例如遥控器的形式。于是，这样的装置200对于用户而言可轻松移动，使得在确定与车辆100的距离时，用户随身携带装置200。

认证装置200包括无线通信模块（未示出），其被适配成与车辆100进行通信，以交换至少一个数据帧。特别地，装置200被配置成发送数据帧T。

通信模块是蓝牙®类型的，优选为蓝牙®低能耗类型的，英语称为BLE。这样的通信模块被配置成在各种信道上发射数据帧：尤其是在频率为2402MHz的第一信道、频率为2426MHz的第二信道、和频率为2480MHz的第三信道上。传统上，通信模块同时在这些各种信道上发射数据帧。本发明的目的之一是在接收到数据帧时确定传输该数据帧的信道。

数据帧包括标识符字段和至少一个有效数据字段，所述有效数据字段对应于认证装置200希望发送给车辆100的数据。标识符使得能够标识传输数据帧的信道。

基于一个优选实施模式，数据帧采用多个比特的形式，每个字段由组合成八位字节（octet）的一系列0或1组成。举例来说，BLE型数据帧如下构成：1至2个八位字节用于前导码，4个八位字节用于标识符（或访问地址），2至257个八位字节用于有效部分（称为协议数据单元或PDU），3个八位字节用于错误检测（CRC）。

根据本发明的一个方面，装置200包括调制单元（未示出），其被配置成通过改变基准信号的相位来调制该基准信号。该经调制的信号S的相位改变的特征在于数据帧的各比特的值。经调制的基准信号S包括称为“同相分量”I的分量和称为“正交分量”Q的分量，正交分量Q相对于同相分量I相移90°。分量I和Q中的每一个由最大幅度值IM、QM来表征。由于正交调幅类型的这种调制是已知的，因此将不对其进行更加详细的描述。

装置200还被配置成变换基准信号，以在有效数据字段中强制发送仅由0或仅由1构成的系列。实际上，在某些情况下，通信模块可以被配置成避免发送仅由0或仅由1组成的一系列比特，这是通过在发射信号之前使用比特加扰滤波器，所述信号在接收时被反向滤波，以恢复消息的原始比特。在这种情况下，装置可以被配置成在将有效数据比特传递给通信模块之前对有效数据比特应用反向加扰滤波器，使得通信模块经由加扰滤波器将它们变换为仅由0构成或仅由1构成的系列。使用其中有效数据字段仅填充有0或仅填充有1的帧使得能够限制由于0和1的交替而产生的信号S中的扰动，从而优化后续对信号S进行的测量。

在图2所示的示例中，机动车辆100包括天线10、滤波器20、放大器30、解调单元40、通信模块50和计算机60。

天线10被配置成接收经调制的信号S，以与被置于距车辆100一定距离处的认证装置200进行通信。

滤波器20被配置成对接收到的经调制的信号S进行滤波，并且放大器30被配置成对经调制的信号S进行放大。由于这样的元件是已知的，因此将不对其进行更加详细的描述。

解调单元40被配置成抽取（décimer）接收到的经调制的信号S，以将经调制的信号S分离为各自对应于分量I、Q的两个信号。换言之，解调单元40被配置成提取经调制的信号S的分量I、Q。

由于这样的解调是已知的，因此将不对其进行更加详细的描述。

对于接收到的数据帧的每个比特，于是确定了每个分量I、Q的最大幅度值IM、QM，并且可以将其转换为星座图，如图3所示。

计算机60被配置成基于车辆100接收到的经调制的信号S的功率P _dBm来确定车辆100与装置200之间的距离。

经调制的信号S的电压V _pk由下式给出：

【数学式3】

V _pk = sqrt(I ² + Q ²)。

为了执行准确的测量，换言之，无失真的测量，所使用的分量I、Q的值是最大幅度值I _M、Q _M，其对应于经调制的信号S的正交正弦分量的峰值。于是，电压的有效值值，记为V _rms，由下式给出：

【数学式4】

。

于是，对于50欧姆的***，经调制的信号S的功率由下式给出：

【数学式5】

或以dBm为单位：

【数学式6】

。

于是，计算机60被配置成基于由车辆100接收到的信号S的分量I、Q来计算信号S的功率P _dBm。计算机60还被配置成以本身已知的方式基于该测得功率来确定装置200与车辆100之间的距离。

根据本发明的一个方面，计算机60被配置成基于标识符确定接收数据帧的信道。这使得计算机60能够确定该信道的特性，尤其是其频率，以便优化对通过该信道接收到的信号S的功率的计算，从而使距离确定更加可靠。

现在将在认证装置200与车辆100之间描述根据本发明的确定方法的实施方式。

在用户移动认证装置200时，认证装置200在发射步骤E1中发射以信号S的形式的特定数据帧。

在发射该特定数据帧之前，装置200连续执行对该特定数据帧的逆变换和变换，所述逆变换与所述变换相反。逆变换的目的是将其有效数据字段包括一串0或一串1的特定数据帧变换为0和1的交替，所述交替在变换之后将再次变换为一串0或一串1。这使得能够发射包括一串0或一串1的特定数据帧，而不管该变换，所述变换的目的在于避免针对非特定数据帧的这样的发射。

仍在发射特定数据帧之前，装置200在步骤E0中基于与特定数据帧的有效数据字段的比特相对应的信号来调制基准信号S。

在发射E1之后，在接收步骤E2中，车辆100接收信号S。特别地，天线10接收信号S，然后信号S被滤波器20滤波并被放大器30放大。

然后，在解调步骤E3中，信号S被解调模块40解调，以分离同相信号I和移相信号Q。

车辆100的计算机60针对每个比特确定同相分量I的最大幅度值I _M和正交分量Q的最大幅度值I _M。

在步骤E4中，计算机60基于这些最大幅度值I _M、Q _M来计算基准信号（S）的功率P _dBm，如上所述。

然后，在步骤E5中，计算机60基于计算出的功率P _dBm来确定装置200与车辆100之间的距离。

有利地，可以针对数据帧的每个比特来计算信号S的功率P _dBm的值，这使得能够以单个数据帧计算多个功率P _dBm的值。于是，计算机60可以计算这些值的中值，以使距离确定更加可靠。另外，由于该中值是以单个数据帧获得的，因此计算这样的中值所需的时间是有限的。

在另一实施例中，车辆100可以包括两个天线10和置于所述两个天线与滤波器20之间的开关，从而使得能够将两个天线10中的一个或另一个交替地连接到滤波器20。有利地，开关可以基本上在接收与BLE数据帧相对应的信号的期限的一半处从一个天线10切换至另一个天线，使得计算机60可以针对该同一个帧计算在第一天线10上接收到的信号的第一功率值和例如在不同的传输信道上在第二天线10上接收到的信号的第二功率值，然后计算其中值或平均值，以进一步改善距离确定的准确性。

因此，本发明使得能够基于包括一系列0或一系列1的信号的同相和正交分量来计算功率，以准确地确定认证装置200与车辆100相隔的距离。

Claims

1.用于确定旨在由用户携带的认证装置(200)与机动车辆(100)之间的距离的方法，所述装置(200)和所述车辆(100)中的每一个都包括无线通信模块(50)，所述无线通信模块使得能够在称为发射器的装置(200)的通信模块与称为接收器的车辆(100)的通信模块(50)之间交换至少一个数据帧，所述数据帧包括具有值0或1的一系列比特，该系列比特由发射器通过改变基准信号S的相位而调制，所述基准信号S包括称为“同相分量”I的分量和称为“正交分量”Q的第二分量，同相分量I由最大幅度值I_M来表征，正交分量Q相对于同相分量I相移90°并且由最大幅度值Q_M来表征，所述方法包括：接收器接收经调制的基准信号S的接收步骤，所述经调制的基准信号S是发射器发送的、并且其相位改变表征了数据帧的比特的值；以及解调接收到的基准信号S以从中提取同相分量I和正交分量Q的解调步骤，该方法的特征在于它还包括：在解调步骤之后，基于同相分量I的最大幅度值I_M和正交分量Q的最大幅度值Q_M来计算基准信号S的功率P_dBm的值的计算步骤；以及基于计算出的功率P_dBm的值来确定发射器与接收器之间的距离的确定步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用下式来计算基准信号S的功率P_dBm的值：

P_dBm＝10*log(10*(I_M ²+Q_M ²))

其中，P_dBm是基准信号的功率，单位为dBm，I_M是同相分量I的最大幅度值，并且Q_M是正交分量Q的最大幅度值。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中，在数据帧包括有效数据字段的情况下，接收到的数据帧是特定的，并且有效数据字段由一系列0组成或者由一系列1组成。

4.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，还包括：在接收器接收经调制的基准信号S的接收步骤之前，发射器基于与数据帧的有效数据字段的比特相对应的信号来调制基准信号S的调制步骤；以及将经调制的基准信号发射给接收器的发射步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，包括：

-在调制基准信号S的调制步骤之前，变换基准信号S的变换步骤，其旨在避免在数据帧的有效数据字段中发送一系列0或一系列1，以及

-在所述变换步骤之前，对有效数据字段的比特进行逆变换的逆变换步骤，以使得能够对数据帧的有效数据字段中的一系列0或一系列1进行调制。

6.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中，装置(200)的通信模块和车辆(100)的通信模块(50)被配置成在BLE型接口上进行通信。

7.计算机(60)，其旨在安装在机动车辆(100)中以确定旨在由用户携带的认证装置(200)与所述车辆(100)之间的距离，所述装置(200)和所述车辆(100)中的每一个都包括无线通信模块(50)，所述无线通信模块使得能够在称为发射器的装置(200)的通信模块与称为接收器的车辆(100)的通信模块(50)之间交换至少一个数据帧，所述数据帧包括具有值0或1的一系列比特，该系列比特由发射器通过改变基准信号S的相位而调制，所述基准信号S包括称为“同相分量”I的分量和称为“正交分量”Q的第二分量，同相分量I由最大幅度值I_M来表征，正交分量Q相对于同相分量I相移90°并且由最大幅度值Q_M来表征，接收器被配置成：接收经调制的基准信号S，所述经调制的基准信号S是发射器发送的、并且其相位改变表征了数据帧的比特的值；以及解调接收到的基准信号S以从中提取同相分量I和正交分量Q，计算机(60)的特征在于其被配置成：基于同相分量I的最大幅度值I_M和正交分量Q的最大幅度值Q_M来计算基准信号S的功率P_dBm的值；以及基于计算出的功率P_dBm的值来确定发射器与接收器之间的距离。

8.根据权利要求7所述的计算机(60)，其中，使用下式来计算基准信号S的功率P_dBm的值：

P_dBm＝10*log(10*(I_M ²+Q_M ²))

9.机动车辆(100)，其包括：

-称为接收器的通信模块(50)，其被配置成：接收经调制的基准信号S，所述经调制的基准信号S是发射器发送的、并且其相位改变表征了数据帧的比特的值；以及解调接收到的基准信号S以从中提取同相分量I和正交分量Q，以及

-根据权利要求7或8中的任一项所述的计算机(60)。

10.用于机动车辆(100)的检测***，所述***包括：

-认证装置(200)，其旨在由用户携带、包括称为发射器的通信模块，所述认证装置(200)被配置成基于与数据帧的有效数据字段的比特相对应的信号来调制基准信号S、并发射经调制的基准信号S，以及

-根据前一权利要求所述的机动车辆(100)。