JP2008522181A - デバイス間距離測定 - Google Patents

Abstract

異なるクロックレートを有しうるクロックを有する第１及び第２デバイス。デバイス間を伝播する信号の伝播距離の指標を得ることは、第１デバイスから第２デバイスにダイ１信号１２を送信することを伴う。ターンアラウンドタイムＴＡＴ後、第２信号１４は、第２デバイスから第１デバイスに送信される。クロック内のあらゆるエラーは、ターンアラウンドタイムＴＡＴの測定値のエラーをもたらしうる。デバイスは、ＬＯ周波数整合が存在するまで周波数分割比を調整することにより、若しくは、混合された信号の包絡線のオフセット周波数を求めることにより、第１及び第２デバイスのクロックレートの比を算出する回路を含む。クロックレートの比は、ターンアラウンドタイムＴＡＴを補償してエラーを緩和するために用いられる。正確な距離の測定値は、リレーアタックが車両セキュリティシステムで発生したか否かを判断するために用いることができる。

Description

本発明は、異なるクロックレートを有しうるそれぞれのクロックを有する第１及び第２デバイス間を通過する信号の伝播距離の指標を取得する方法に関し、特にはこれに限定されないが、リレーアタックが発生したか否かを判断するために車と携帯キーとの間を通過する信号の電波距離を用いる方法に関する。本発明は、また、異なるクロックレートを有しうるそれぞれのクロックを有する第１及び第２デバイスを含むシステムに関する。

携帯キーにより操作される車若しくは他の車両のセキュリティシステムであって、携帯キーが、車のオーナーが車に距離をおいて近づく際に車をアンロックさせることを可能とする装置であるシステムが広く知られている。従来的には、車は、車近接した携帯キーのスイッチを操作するときにアンロックされる。オーナーにより始動が必要とされないＰＫＥ（パッシブ・キーレス・エントリ）システムにより動作する携帯キーは、いまや利用可能である。車は、オーナーがドアハンドルを引くときに開始する照合処理に続いてアンロックになることができる。ここで、セキュリティシステムは、ドアを単一の動作で開けることができるように、オーナーがドアハンドルを引き始めたから非常に短い時間でアンロックとならなければならない。或いは、照合処理は、オーナーがスイッチを操作することを必要とせずに車のある範囲内に携帯キーが入ったときに開始されてもよい。

これは、オーナーが自己の車をアンロックさせる便利な方法を提供するが、システムは、リレーアタックからのリスクにさらされる。リレーアタックは、一以上の送受信機が車と携帯キーの間の信号をインターセプト（中継）し、信号を元来意図された距離も長い距離で送信するときに生ずる。このようにして、セキュリティシステムは、オーナーが車に近くないときに車をアンロックさせるのに用いることができ、それ故に、車がアンロックされていることに気付かない。

図１は、リレーアタックの概略図であり、携帯キー４を持つオーナー２が車６のセキュリティシステムの通常範囲外にいるときを示す。第１のアタッカー８は、車の直近に位置する。第２のアタッカー１０は、第１のアタッカー８とオーナー２の間に位置する。第１のアタッカー８は、ドアハンドルを引くといったような、照合処理を開始させるための必要な機能をトリガすることができる。車６のセキュリティシステムは、第１のアタッカー８が所持する送受信機１６によりインターセプトされる第１信号１２ａを送信する。送受信機１６は、この信号を複写し、第１信号１２ａから導出される第２の信号１２ｂを第２のアタッカー１０が所持する送受信機１８に送信する。送受信機１８は、第２信号１２ｂを受信し、次いで、第２信号１２ｂから導出される第３信号をオーナー２が所持する携帯キー４に送信する。送受信機１６，１８は、第１信号１２ａ及び第３信号１２ｃが略同一になるように構成される。

携帯キー４は、第３信号１２ｃを受信し、適切な応答信号１４ａで応答する。第２のアタッカー１０は、応答信号１４ａを送受信機２０でインターセプトし、送受信機２０は、第１のアタッカー８が所持する送受信機２２に第２応答信号１４ｂを送信する。送受信機２２は、第２応答信号１４ｂを受信し、次いで、第３応答信号１４ｃを、車をアンロックさせるために、車６のセキュリティシステムに送信する。送受信機２０，２２は、第２信号１４ａ及び第３信号１４ｃが略同一になるように構成される。第３信号１２ｃが第１信号１２ａと略同一であり、且つ、第３応答信号１４ｃが応答信号１４ａと略同一であるので、このアタックはたいていの暗号化システムを打ち負かすことになるだろう。

リレーアタックを打ち負かす１つの方法は、車と携帯キーとの間で信号が伝播する距離を算出することである。この距離が大きすぎる場合、オーナーが近くにいないと推定され、セキュリティシステムは車をアンロックさせない。

車と携帯キーとの間の距離を見出す方法の１つは、図２に示すように、車から信号１２を携帯キーに送信する時刻ＴＴ_Ａから応答１４を受信する時刻ＴＡ_Ａまでの時間を計測することである。信号は、携帯キーでのターンアラウンドタイムＴＡＴを受けることになる。ターンアラウンドタイムＴＡＴは、車からの信号を受信時刻ＴＡ_Ｂと応答を送信する時刻ＴＴ_Ｂの間の時間である。ターンアラウンドタイムＴＡＴの指標は、携帯キーにより求められ、車に送信される。ＴＴ_ＡとＴＡ_Ａの間の差からターンアラウンドタイムＴＡＴを引くことにより、信号１２，１４の伝播時間を求めることができる。セキュリティシステム内のクロックの周波数及び携帯キー内の対応するクロックの周波数が異なる場合、ターンアラウンドタイムＴＡＴの携帯キーでの測定に誤りが導入されうる。ターンアラウンドタイムは、典型的には、伝播時間よりも十分長いので、異なるクロックに起因した誤りは、非常に不正確な距離の測定値を生む虞がある。本発明は、送受信機間のクロック周波数エラーから生まれる距離測定値の誤りを緩和することに関する。

特許文献１は、２つのクロックが異なるクロックレートを有することができる場合において、局部クロックをそれぞれ有する２つのデバイス間の距離を得ることを開示する。これは、２つのデバイス間で３つの信号を送信すること、及び、第１デバイスのクロックレートと第２デバイスのクロックレートの間の比を見出すために第１の２つの信号からのタイミング情報を用いることを伴う。第１及び第３信号は、このとき、２つのデバイス間の距離に直接関連する飛翔時間を見出すために用いられる。このシステムの欠点は、３つのメッセージを交換するのに要する時間が不当に長くなりえ、これは、例えば車のオーナーがドアハンドルを引くときのような、照合が速やかに生じなければならないときに問題となりうることである。

特許文献２は、携帯キーと車の間の、リレーアタックの存在を判断することを開示する。飛翔時間を直接的に測定することに代えて、送信周波数が偏向される。遅れは、チャレンジ信号の周波数の変化及び応答信号の周波数の変化から判断される。

特許文献３は、ネットワーク上の送信デバイス及び受信デバイス間の伝送時間を見出し、２つのデバイス上のクロックを同期させる。しかし、クロックの同期は、送信機及び受信機の搬送波周波数に依存しない。代わりに、受信クロックの周期は、最小伝送時間（連続的な時間間隔で算出される）が一定を保つまで変化される。伝送時間は、2つのデバイス間の距離に関連しない。

また、システム内のデバイス間の周波数オフセット（クロックオフセットに関連することができる）を補正する方法が知られているが、この方法は、リレーアタックが発生したか否かを判断することに関連しない。特許文献４は、基地局の搬送波周波数が携帯電話の周波数に整合するように基地局の搬送波周波数を変更するために周波数オフセットに関する情報を用いる。特許文献５は、衛星移動体通信システムにおける周波数オフセットを測定することを開示する。周波数オフセットは、移動可能な地球ステーションの局部発振器において存在し、若しくは、信号のドップラシフトを引き起こす衛星の移動に起因する。周波数オフセットは、陸地球ステーションで測定され、移動地球ステーションに送られ、移動地球ステーションは、その局部発振器の発信周波数を調整することにより周波数オフセットを補償する。
国際出願公開第２００４／０４８９９７号 国際出願公開第０１／２５０６０号 欧州特許公開第１，４５５，４７３号 米国特許公開第２００４／００６７７４１号 米国特許第５，６１３，１９３号

本発明による第１の局面によれば、異なるクロックレートを有しうるそれぞれのクロックを有する第１及び第２デバイス間の距離の指標を導出する方法であって、
前記第１デバイスから前記第２デバイスに、前記第１デバイスのクロックから導出される周波数を有する第１信号を送信するステップと、
前記第２デバイスでの前記第１信号の受信に応答して、前記第２デバイスから前記第１デバイスに、前記第２デバイスのクロックから導出される周波数を有する第２信号を送信するステップと、
前記第２デバイスにて、前記第２デバイスのクロックを基準として、前記第２デバイスでのターンアラウンドタイムであって、受信される前記第１信号と送信される前記第２信号の間の時間であるターンアラウンドタイムの指標を算出するステップと、
互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップと、
前記指標を用いて前記第１デバイスのクロックを基準としたターンアラウンドタイムを再計算するステップと、
前記第１デバイスにて、前記再計算されたターンアラウンドタイムを用いて前記第１及び第２デバイス間の距離の指標を導出するステップと、を含む方法が提供される。

本発明による第２局面によれば、異なるクロックレートを有しうるそれぞれのクロックを有する第１及び第２デバイスを含むシステムであって、
前記第１デバイスは、前記第２デバイスに、前記第１デバイスのクロックから導出される周波数を有する第１信号を送信するように構成され、
前記第２デバイスは、前記第２デバイスでの前記第１信号の受信に応答して、前記第１デバイスに、前記第２デバイスのクロックから導出される周波数を有する第２信号を送信するように構成され、
前記第２デバイスは、前記第２デバイスのクロックを基準として、前記第２デバイスでのターンアラウンドタイムであって、受信される前記第１信号と送信される前記第２信号の間の時間であるターンアラウンドタイムの指標を算出し、
前記第１若しくは第２デバイスのいずれかは、互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するように構成され、
前記第１若しくは第２デバイスのいずれかは、前記第１デバイスのクロックを基準としたターンアラウンドタイムを再計算するために前記指標を用いるように構成され、
前記第１デバイスは、前記第１及び第２デバイス間の距離の指標を導出するために前記再計算されたターンアラウンドタイムを用いるように構成される、システムが提供される。

これより、本発明の実施例は、添付図面を参照して例のみより説明される。

各図において、参照符号は全体として同様の要素に対して再利用される。

図３及び図４を参照するに、直接拡散方式（ＤＳＳＳ）システムは、第１及び第２デバイス２４，２６を含む。ここでは、第１デバイスは、送信デバイス２４であり、第２デバイスは、受信デバイス２６である。

送信デバイス２４は、周波数ｆ_Ｓ１で動作する水晶発振器のような、周波数源２８を含む回路を含む。周波数源２８は、周波数源２８から時間を導出する局部クロック３０に接続される。周波数源２８は、ＮＣＯ（数値制御発振器）３２の入力に接続される。ＮＣＯ３２の出力は、コード発生器３４の入力に接続される。コード発生器３４の出力は、ミクサー３６の第１入力に接続される。周波数源３８は、また、Ｎ_１の分割比を有する第１周波数分割器３８に接続される。第１周波数分割器３８の出力は、位相検出器の第１入力に接続される。位相検出器４０の出力は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）４２の入力に接続される。ＶＣＯ４２の出力は、Ｍ_１の分割比を有する第２周波数分割器４４の入力に接続される。第２周波数分割器４４の出力は、位相検出器４０の第２入力に接続され、位相同期回路（ＰＬＬ）４６を形成する。ＶＣＯ４２の第２出力は、ミクサー３６の第２入力に接続される。ミクサー３６の出力はアンテナ４８に接続される。

受信デバイス２６は、周波数ｆ_Ｓ２で動作する水晶発振器のような、周波数源５０を含む回路を含む。周波数源５０は、周波数源から時間を導出する装置の局部クロック５２に接続される。局部クロック５２の出力は、マイクロプロセッサ５３に接続される。周波数源５０は、ＮＣＯ（数値制御発振器）５４の入力に接続される。ＮＣＯ５４の出力は、コード発生器５６の第１入力に接続される。コード発生器５６の出力は、相関器５８の第１入力に接続される。相関器５８の出力は、マイクロプロセッサ５３の第２入力に接続される。マイクロプロセッサ５３の出力は、コード発生器５６の第２入力に接続され、フィードバックループを形成する。周波数源５２は、また、Ｎ_２の分割比を有する第１周波数分割器６０に接続される。第１周波数分割器６０の出力は、位相検出器６２の入力に接続される。位相検出器６２の出力は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）６４の入力に接続される。ＶＣＯ６４の第１出力は、Ｍ_２の分割比を有する第２周波数分割器６６の入力に接続される。周波数分割器６６の出力は、位相検出器６２の第２入力に接続され、位相同期回路（ＰＬＬ）６８を形成する。ＶＣＯ６４の出力は、ミクサー７０の入力に接続される。アンテナ７２は、ミクサー７０の第２入力に接続される。ミクサー７０の出力は、バンドパスフィルタ７４の入力に接続される。フィルタの出力は、相関器５８の第２入力に接続される。

送信デバイス２４では、局部クロック３０は、周波数ｆ_Ｓ１で動作する周波数源２８に対する時間をカウントする。ＮＣＯ３２は、周波数源３２により動作され、周波数をチッピングレートｆ_ｃまで分割する。コード発生器３４は、単位秒当たりｆ_ｃのチップのレートでＤＳＳＳチップを生成し、データ及びＰＲＮを含むベースバンド信号を生成する。ＰＲＮは受信機２６により既知である。ベースバンド信号は、ある形態の暗号化情報を含んでよく、車６が正当な携帯キー４のみによりアンロックされることができるようにする。周波数分割器３８及びＰＬＬ４６は、ＲＦ搬送波信号を生成するために用いられる。周波数分割器３８は、周波数源２８を用いて周波数ｆ_Ｓ１／Ｎ_１の信号を生成する。この信号は、ＰＬＬ４６に供給され、ＰＬＬ４６は、周波数（Ｍ_１／Ｎ_１）×ｆ_Ｓ１のＲＦ搬送波信号を生成する。ＲＦ搬送波信号及びベースバンド信号の双方は、ミクサー３８に入力され、そこで、２つの信号は、混合されて変調信号、好ましくはＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調信号が生成される。この信号は、次いで、アンテナ４８により受信デバイス２６に送信される。

アンテナ７２は、送信された信号を受信し、それをミクサー７０に供給する。周波数分割器６０及びＰＬＬ６８は、局部発振器信号を生成する。周波数分割器６０は、周波数源５０を用いて周波数ｆ_Ｓ２／Ｎ_２の信号を生成する。この信号は、ＰＬＬ６８に供給され、ＰＬＬ６８は、周波数（Ｍ_２／Ｎ_２）×ｆ_Ｓ２の局部発振器信号を生成する。局部発振器信号は、送信されたＲＦ搬送波信号と同一若しくは略同一の周波数を有するべきである。受信されたＢＰＳＫ信号が、ミクサー７０にて局部発振器信号と混合されるとき、ＲＦ搬送波信号と局部発振器信号が同一の周波数であると仮定すると、送信デバイスのベースバンド信号がベースバンドにて見出される。フィルタ７４は、ミクサー７０により生成される高周波信号及び任意のＤＣ要素をフィルタ除去し、ベースバンド信号のみが相関器に入力されるようにする。ＮＣＯ５４は、周波数源５０により動作され、周波数ｆ_ｓ２をチッピングレートｆ_ｃまで分割する。コード発生器５６は、単位秒当たりｆ_ｃのチップのレートでＤＳＳＳチップを生成し、送信デバイス２４で用いられたＰＲＮコードと同一であるレプリカ信号を生成する。相関器５８は、レプリカＰＲＮと受信信号との相関を取る。相関器５８の出力は、マイクロプロセッサ５３により検出され、相関器５８の出力の大きさは、信号間の相関量を表す。マイクロプロセッサ５３は、相関器５０から最大の信号を生成するために、コード発生器５６で生成されるレプリカＰＲＮコードの位相を調整する。一旦レプリカコードの正確な位相が見出されると、受信信号における任意のポイントの到着の時間を求めることができる。

車６のセキュリティシステム及び携帯キー４の双方は、送信デバイス２４及び受信デバイス２６を含む。車６側の送信デバイス２４及び受信デバイス２６は、周波数ｆ_ＳＡの同一の周波数源２８，５０を用いて同一のクロック３０，５２を動作させる。車６側の送信デバイス２４及び受信デバイス２６は、第１周波数分割器３８，６４に対して同一の分割比Ｎ_Ａを用い、第２周波数分割器４４，６０に対して分割比Ｍ_Ａを用いる。携帯キー４側の送信デバイス２４及び受信デバイス２６は、周波数ｆ_ＳＢの同一の周波数源２８，５０を用いて同一のクロック３０，５２を動作させる。携帯キー４側の送信デバイス２４及び受信デバイス２６は、第１周波数分割器３８，６４に対して同一の分割比Ｎ_Ｂを用い、第２周波数分割器４４，６０に対して分割比Ｍ_Ｂを用いる。

図２を再度参照して、装置の動作を説明する。車６のセキュリティシステムは、その送信デバイス２４を用いて時刻ＴＴ_Ａで参照ポイントを含む第１信号１２を送信する。車６のセキュリティシステムは、この時刻ＴＴ_Ａの記録を保存する。携帯キー４は、第１信号１２を受信し、その相関器５８を用いて、レプリカコードに対する受信信号の相関を取り、参照ポイントの到着時刻ＴＡ_Ｂを見出す。ターンアラウンドタイムＴＡＴ後、携帯キー４は、その送信デバイス２４を用いて、時刻ＴＴ_Ｂで参照ポイントを有する第２信号１４を車６のセキュリティシステムに送り返す。第２信号１４のベースバンド信号は、携帯キー４への第１信号の到着時刻ＴＡ_Ｂ、携帯キー４からの第２信号の送信時刻ＴＴ_Ｂ若しくはターンアラウンドタイムＴＡＴを特定するデータを含む。車は、第２信号１４を受信し、レプリカコードに対する受信信号の相関を取り、参照ポイントの到着時刻ＴＡ_Ａを見出す。飛翔時間（ＴｏＦ：time-of-flight）は、次のように、車６のセキュリティシステムで算出される。

ここで、いずれの装置の局部クロック３０，５２に誤りがなく、従って、時間は絶対時間に対して測定されることを想定する。

図５は、ユニットＡ（例えば車６のセキュリティシステム）若しくはユニットＢ（例えば携帯キー４）により記録される時間をｘ軸上の絶対時間に対してｙ軸上に示すグラフである。ライン７６は、絶対時間に対する車６のセキュリティシステムにより記録される時間を示す。ライン７６のｙ軸との交点７８はクロックオフセットＴ_Ａ（０）を与える。ライン７６の勾配は、車６のセキュリティシステムのクロックレートｆ_Ａ、即ち車６の局部クロック３０，５２が絶対時間の１秒内にどれだけ多くの秒を記録するかを与える。第２ライン８０は、絶対時間に対する携帯キー４により記録される時間を示す。ライン８０のｙ軸との交点８２はクロックオフセットＴ_Ｂ（０）を与える。ライン８０の勾配は、携帯キー４のクロックレートｆ_Ｂ、即ち携帯キー４の局部クロック３０，５２が絶対時間の１秒内にどれだけ多くの秒を記録するかを与える。携帯キー及び車６のセキュリティシステムの局部クロック３０，５２にクロックエラーがない場合には、ｆ_Ａ＝ｆ_Ｂ＝１及びＴ_Ａ（０）＝Ｔ_Ｂ（０）＝０であり、飛翔時間ＴｏＦに対する式（１）は、車６のセキュリティシステムにより測定されるものである。

双方の局部クロック３０，５２にクロックエラーが存在する場合、車６のセキュリティシステムにより算出される飛翔時間ＴｏＦはもはや正確でない。局部クロック３０，５２のエラーに対して補正がなされない場合、車により算出される飛翔時間ＴｏＦは、次の通りである。

局部クロック３０，５２のそれぞれのクロックオフセットは、この２つの方法で相殺する。

数学的にｆ_Ａ及びｆ_Ｂの値を独立的に見出すことは不可能である。それ故に、飛翔時間ＴｏＦの正確な指標(measure)は計算できない。しかし、本願発明者は、車６のクロックレートにより除された携帯キー４のクロックレートであるｆ_Ｂ／ｆ_Ａの指標を得ることは可能であることを突き止めた。

好ましくは、実行される計算の大部分は、車６のセキュリティシステムで実行される。これは、車６は大型のバッテリ及び温度変動に対する保護の利点を有することと、携帯キー４よりも利用可能な容積が大きいことが理由である。しかし、計算の一部は携帯キー４により実行されてもよい。携帯キー内の電子部品の量が最小に維持される場合、携帯キーは、スリムにでき、特に邪魔になることなくオーナーの財布内に維持することができる。

２つの代替的な方法は、ｆ_Ｂ／ｆ_Ａの指標を得るために使用できる。これらの方法のそれぞれは、車６のセキュリティシステム若しくは携帯キー４側の受信デバイス２６の回路を適合させることを伴う。

図６は、車６のセキュリティシステム側でｆ_Ｂ／ｆ_Ａを算出するための受信デバイス８４の回路を示す。これは、受信デバイス２６に基づく。マイクロプロセッサ８６の追加の出力は、第１周波数分割器６０及び第２周波数分割器６６の制御入力に接続され、これによりフィードバックループが形成される。

車６のセキュリティシステム及び携帯キー４は、２つのデバイスの搬送波周波数が略同一となるように製造される。しかし、時間の経過と共に、周波数源２８，５０の周波数、及びそれに伴いデバイスの局部クロック３０，５２は、ドリフトし、２つのデバイス６，４の搬送波周波数がもはや同一でなくなる。受信デバイス８４で生成される局部発振器信号が、入力信号側のＲＦ搬送波信号と同一の周波数を有さない場合、これらの２つの信号がミクサー７０で混合されるとき、ベースバンド信号はゼロヘルツで中心化されないだろう。この場合、相関器５８は、搬送波周波数が整合されたときのような大きな出力を生成しない。最大の相関は、ＲＦ信号が局部発振器信号と同一の周波数を有しＰＲＮコードが位相合わせされたときに発生する。マイクロプロセッサ５３は、レプリカＰＲＮコードの正確な位相が上述の如く確立されると、分割比Ｍ_Ｂ及びＮ_Ｂを変化させて相関器からの出力信号を最大化する。

クロックがドリフトする前のある前の時間では、局部発振器の周波数及びＲＦ搬送波の周波数は同一である。これは、次の表現を与える。

このステップは、通常、車及び携帯キーが製造されたときに発生するが、第１信号が送信される前の任意の時間に発生することができる。車は、この結果が真であるときの搬送波周波数及び分割比Ｍ_Ａ、Ｎ_Ａ、Ｍ_Ｂ及びＮ_Ｂの記録を維持する。

ある後の時間では、クロックが値ｆ_ＳＡ’、ｆ_ＳＢ’にドリフトしたとき、２つの周波数はもはや整合しなくなる。車６のセキュリティシステム側の受信デバイス８４は、第２信号が受信されたとき、携帯キー４により送信されるＲＦ搬送波の周波数に車６のセキュリティシステム内の局部発振器の周波数を整合させるために分割比Ｍ_Ａ、Ｎ_Ａを調整する。携帯キー４側の分割比Ｍ_Ｂ、Ｎ_Ｂは変更されない。新たな搬送波周波数は次の通り与えられる。

式４を式３で割ると、次のような結果となる。

クロックレートｆ_Ａ、ｆ_Ｂは、ｆ_Ａ＝ｆ_ＳＡ’／ｆ_ＳＡ、ｆ_Ｂ＝ｆ_ＳＢ’／ｆ_ＳＢで与えられる。これは、それ故に、次の通り、ｆ_Ｂ／ｆ_Ａに対する結果をもたらす。

即ち、２つの周波数が初期的に整合していたときに用いられた分割比は既知であるので、車６のセキュリティシステムのクロックレートで除された携帯キー４のクロックレートは、２つのデバイスの信号の周波数を整合させることによって算出される。

この場合、第１信号１２が携帯キー４に車６のセキュリティシステムから送信されるとき、分割比Ｍ_Ａ、Ｎ_Ａ、Ｍ_Ｂ及びＮ_Ｂのいずれにも変化が与えられない。ターンアラウンドタイムＴＡＴ後、携帯キー４は、第２信号１４を車６に送る。これは、ＴＡ_Ｂ及びＴＴ_Ｂ若しくは複合値（ＴＴ_Ｂ−ＴＡ_Ｂ）の個々の値を含む。第２信号１４が車６のセキュリティシステムで受信されるとき、受信デバイス８４は、分割比Ｍ_Ａ及びＮ_Ａを調整し、これらの調整した分割比を用いてｆ_Ｂ／ｆ_Ａを算出する。

ｆ_Ｂ／ｆ_Ａが見出され、車６のセキュリティシステムで既知となると、ｆ_Ｂ／ｆ_Ａは、携帯キー４で測定されるターンアラウンドタイムＴＡＴを補償するために用いられる。飛翔時間ＴｏＦの改善された推定は、次の通りである。

この計算は、常に、車のセキュリティシステムで実行される。車６のクロックレートｆ_Ａが１に等しくない場合には、この測定値にエラーが存在する。しかし、物理的条件が車６においてより安定である可能性が高いので、車６のセキュリティシステムの局部クロック３０，５２内のエラーは、携帯キーの局部クロック３０，５２内のエラーよりも小さい可能性が高い。車６と携帯キー４間の距離は、光速を飛翔時間ＴｏＦに掛けることにより見出される。

代替実施例では、より多くの計算が携帯キー４側で実行される。この実施例では、適合された受信デバイス８４が携帯キー４内に存在し、元（オリジナル）の受信デバイス２６が車６のセキュリティシステム内に存在する。第１信号１２が車６のセキュリティシステムから携帯キー４で受信されたとき、受信デバイス８４は、分割比Ｍ_Ｂ及びＮ_Ｂを調整し、これらの調整された分割比を用いてｆ_Ｂ／ｆ_Ａを算出する。ターンアラウンドタイムＴＡＴ後、携帯キー４は、第２信号１４を車に送信する。この信号は、ＴＡ_Ｂ、ＴＴ_Ｂ及びｆ_Ｂ／ｆ_Ａ若しくは補償されたターンアラウンドタイムＴＡＴの複合値（ＴＴ_Ｂ−ＴＡ_Ｂ）／（ｆ_Ｂ／ｆ_Ａ）の個々の値を含む。第２信号１４が車６のセキュリティシステムで受信されるとき、分割比Ｍ_Ａ、Ｎ_Ａ、Ｍ_Ｂ及びＮ_Ｂのいずれも変化が与えられない。飛翔時間ＴｏＦは、式７を用いて車６側で計算される。

図７は、車６のセキュリティシステムでｆ_Ｂ／ｆ_Ａを算出するための更なる受信デバイス８４の回路図を示す。これは、受信デバイス２６に基づく。受信信号は、２つのチャンネル、即ちＩチャンネル８８及びＱチャンネル９０に分割される。各チャンネル８８，９０は、ミクサー７０ａ，７０ｂのそれぞれの入力に接続される。ＶＣＯ６４の第２出力は、２つのチャンネルに分割され、一方のチャンネルは位相シフター９２によりπ／２だけ位相シフトされる。他のチャンネルは、Ｉチャンネル８８側のミクサー７０ａに接続する。π／２の位相シフトを備えるチャンネルは、Ｑチャンネル９０側のミクサー７０ｂに接続する。各ミクサー７０ａ，７０ｂの出力は、デュアルチャンネルフィルタ７４のそれぞれの入力に接続する。Ｉチャンネル８８側のフィルタ７４の出力は、相関器５８ａの入力に接続する。Ｑチャンネル９０側のフィルタ７４の出力は、相関器５８ｂの入力に接続する。コード発生器５６は、２つの出力を有し、一の出力はそれぞれの相関器５８ａ，５８ｂの入力に接続する。マイクロプロセッサ５３の追加の出力は、メモリモジュール９２の入力に接続する。メモリモジュール９２の出力は、マイクロプロセッサ５３の更なる入力に接続する。

ミクサー７０ａ，７０ｂでは、ＶＣＯ６４からの局部発振器信号は、入力信号と混合され、入力信号がベースバンドにダウンコンバート（逓減）される。局部発振器信号がＩチャンネル８８側のＲＦ搬送波信号と位相が正確に合っている場合には、全てのデータが、Ｉチャンネル上のミクサー７０ａで出力される。局部発振器信号がＱチャンネル９０側のＲＦ搬送波信号と位相が正確に合っている場合には、全てのデータが、Ｑチャンネル上のミクサー７０ｂで出力される。局部発振器信号がＩチャンネル８８若しくはＱチャンネル９０側のＲＦ搬送波信号と位相が正確に合っていない場合には、エネルギがＩチャンネル８８及びＱチャンネル９０間で分割される。しかし、局部発振器信号は、ＲＦ搬送波信号に対して異なる周波数を有する場合、局部発振器信号は、Ｉチャンネル８８若しくはＱチャンネル９０に対して一定の位相関係を有しないことなり、各チャンネル上のエネルギの量は時間と共に変化する。ＢＰＳＫ変調が用いられるので、双方のチャンネルは同一の情報を含む。

この作用は図８に示される。グラフ９４は、ミクサー７０ａから出力されフィルタ７４を通過するＩチャンネル８８上のデータを示す。グラフ９６は、ミクサー７０ｂから出力されフィルタ７４を通過するＱチャンネル９０上のデータを示す。作用は、各信号９４，９６内のデータが正弦波包絡線内に含まれることであり、Ｉチャンネル８８の包絡線はＱチャンネル９０の包絡線に対してπ／２だけ位相がずれる。図からわかるように、同一のＢＰＳＫデータが各チャンネル８８，９０に存在する。包絡線関数の周波数はオフセット周波数ｆ_{ｏｆｆｓｅｔ}であり、ｆ_{ｏｆｆｓｅｔ}は、送信されるＲＦ搬送波信号と局部で生成された局部発振器信号の間の周波数の差である。

オフセット周波数に対する値は、包絡線関数の周波数から求められる。この方法の１つは、一連のポイントでアークタンジェント（Ｉ／Ｑ）を単に取ることである。これは、時間の関数として位相のプロットを付与し、生成された直線の勾配がｆ_{ｏｆｆｓｅｔ}を与える。実際には、相関器５８ａを用いてコード発生器５６で生成されるレプリカコードに対してＩチャンネル９０内のデータの相関を先ず取り、相関器５８ｂを用いてコード発生器５６で生成されるレプリカコードに対してＱチャンネル９０内のデータの相関を取ることがより正確である。これは、変調されたデータが結果に悪影響を与えるのを防止し、出力に対するノイズの作用を低減する。相関器５８ａ，５８ｂは、正確なコード位相でレプリカコードを生成するためにフィードバックループでマイクロプロセッサ５３と共に先ず用いられ、これにより、上述の如く値ＴＡ_Ａが得られる。

Ｉチャンネルデータ９４、Ｑチャンネルデータ９６及び正確なコード位相でのレプリカコード９８は、小継続時間部１００ａ，１００ｂ等に分割される。相関器５８ａ，５８ｂは、Ｉ及びＱチャンネル９４，９６上のデータの変調を分割して、Ｉチャンネル９４及びＱチャンネル９６の包絡線信号上のポイントを抽出する。マイクロプロセッサ５３は、次いで、アークタンジェント（Ｉ／Ｑ）関数を実行して、位相を算出する。位相値は、メモリモジュール９２内に記憶され、相関が繰り返される。メモリモジュール９２は、次いで、マイクロプロセッサ５３に全てのデータ値を送り返す。これらのデータ値は、マイクロプロセッサ５３により用いられて、時間に対する位相のプロットが生成され、この場合、勾配がｆ_{ｏｆｆｓｅｔ}に等しい。相関間隔は、相関が結果に歪を与えるのを防止するために、周波数オフセットの逆数よりも短くあるべきである。

周波数オフセットは、携帯キー４のクロックレートｆ_Ｂと車６のセキュリティシステムのクロックレートｆ_Ａの比に関連する。周波数オフセットは、次のように与えられる。

ここで、ｆ’_carrier及びｆ’_{localoscillator}は、局部クロック３０，５２がそれぞれ周波数ｆ_ＳＡ’、ｆ_ＳＢ’にドリフトしたときのＲＦ搬送波周波数及び局部発振器周波数である。車６側の分割比Ｍ_Ａ、Ｎ_Ａ及び携帯キー４側の分割比Ｍ_Ｂ、Ｎ_Ｂは、それぞれの元の値のままである。式３を用いて、これは次のように書きなおせる。

車内のクロックがドリフトしていないと想定する場合、このとき
［外１］

であり、車のクロックレートｆ_Ａに対する携帯キーのクロックレートｆ_Ｂの比は、次のように見出せる。

マイクロプロセッサ５３は、双方の局部クロック３０，５２が、前もって（例えばシステムの構成要素が製造されるとき）既知となる同一のクロックレートを有するときのＲＦ搬送波周波数ｆ_carrierに対する結果を用いて、上記の計算を実行する。

この場合、第１信号１２が携帯キー４に車６のセキュリティシステムから送信されるとき、オフセット周波数の測定はなされない。ターンアラウンドタイムＴＡＴ後、携帯キー４は、第２信号１４を車に送信し、この場合、この信号は、ＴＡ_Ｂ及びＴＴ_Ｂ若しくは複合値（ＴＴ_Ｂ−ＴＡ_Ｂ）の個々の値を含む。第２信号１４が車６のセキュリティシステムで受信されるとき、受信デバイス８６は、オフセット周波数を測定し、そのオフセット周波数を用いてｆ_Ｂ／ｆ_Ａを算出する。飛翔時間ＴｏＦは、式７を用いて車６側で算出される。

或いは、より多くの計算が携帯キー４側で実行されてもよい。ここでは、受信デバイス８６が携帯キー４内に存在し、元（オリジナル）の受信デバイス２６が車６のセキュリティシステム内に存在する。第１信号１２が車６のセキュリティシステムから携帯キー４で受信されたとき、受信デバイス８６は、オフセット周波数を測定し、そのオフセット周波数を用いてｆ_Ｂ／ｆ_Ａを算出する。ターンアラウンドタイムＴＡＴ後、携帯キー４は、第２信号１４を車に送信する。この信号は、ＴＡ_Ｂ、ＴＴ_Ｂ及びｆ_Ｂ／ｆ_Ａ若しくは補償されたターンアラウンドタイムＴＡＴの複合値（ＴＴ_Ｂ−ＴＡ_Ｂ）／（ｆ_Ｂ／ｆ_Ａ）の個々の値を含む。第２信号１４が車６のセキュリティシステムで受信されるとき、オフセット周波数の測定はなされない。飛翔時間ＴｏＦは、式７を用いて車６側で計算される。

アークタンジェント関数は、位相内の間隔−π／２＜ｘ＜π／２内の結果を生成するだけであり、図９ａ及び図９ｂに示すように、不連続性をオフセット周波数の半波長毎に発生させる。不連続に亘った勾配を測定することは誤りを引き起こす。図９ａでは、グラフ１０４で示すように、多くの相関が位相内の−π／２＜ｘ＜π／２の各間隔で実行されている。受信デバイス８６がこの場合の不連続性を特定するのが比較的率直である。時間に対して累積する位相のプロットは、グラフ１０６に示すように、π毎の各連続した間隔内の位相を積み上げていくことにより生成される。時間に対して累積する位相のグラフ１０６は、真の勾配を見出すために用いることができる。しかし、任意の時間間隔内の位相の多くの測定値を生成することは、大規模な処理リソースを必要としうる。図９ｂは、より少ない位相の測定が各時間間隔で実行されるときのグラフを示す。受信デバイス８６は、この場合不連続性を特定することがより困難であり、時間に対する累積する位相のグラフ１１０は、システムが既に周波数オフセットの見当を有しない限り算出することができない。

この問題は、ｆ_Ｂ／ｆ_Ａを見出すために２つの方法の組み合わせが用いられる場合に解決される。先ず、Ｎ_Ａ及びＭ_Ａは、周波数オフセットを低減するために調整される。グラフ１０４，１０６，１０８及び１１０で示される不連続間の間隔のサイズは、周波数オフセットの逆数に関連するので、これは、不連続間の間隔のサイズを増加させる。それ故に、位相内の−π／２＜ｘ＜π／２の各間隔でより多くの相関が存在し、従って、時間に対する累積する位相のグラフは容易に生成される。

本発明は、車のセキュリティシステムに限定されることはなく、より広い適用範囲を有する。本発明のその他の実施例（図示せず）では、本システムは、位置検出システムを生成するために用いられる。これは、例えば、病院内の装置、患者及び医者を追跡するために用いられる。車６内の回路に類する回路を含む基地局（ベースステーション）のインフラが存在する。装置、患者及び医者はそれぞれ、携帯キー４内の回路に類する回路を含むタグを所持する。基地局は、それぞれのクロックから独自に動作し、前述のシステムのようなそれらの間にケーブルが必要とされない。タグが位置特定される必要がある時間毎に、タグと少なくとも３つの基地局との間の双方向通信が存在する。基地局は、各基地局からタグの距離の正確な指標に到達するためにタグでのターンアラウンドタイムを補償し、それ故に、タグの位置を算出することができる。

本発明は上述の実施例に関して説明されているが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく修正がなされうることは明らかである。

車のセキュリティシステムに対するリレーアタックを概略的に示す図である。 ２つのデバイス間の信号の伝播を示す図である。 本発明を図示するために用いられる送信機の回路図である。 本発明を図示するために図３の送信機と共に用いられる受信機の回路図である。 図３及び図４のデバイスのクロックエラーを表示するグラフである。 本発明の一実施例による受信信号の周波数に局部発振器周波数を整合させるために動作可能な受信機の回路図である。 本発明の一実施例による受信信号の周波数と局部発振器周波数との間の差異を計算するための受信機の回路図である。 本発明の一実施例によるＩ及びＱ上のデータを如何にして時間に対する位相のプロットを生成するために用いることができるかを示す図である。 πの各間隔において幾つかのデータポイントがある場合の図８から導出される時間に対する位相のプロットを示す図である。 πの各間隔においてデータポイントがほとんどないときの図８から導出される時間に対する位相のプロットを示す図である。

Claims (20)

1. 異なるクロックレートを有しうるそれぞれのクロックを有する第１及び第２デバイス間の距離の指標を導出する方法であって、
   前記第１デバイスから前記第２デバイスに、前記第１デバイスのクロックから導出される周波数を有する第１信号を送信するステップと、
   前記第２デバイスでの前記第１信号の受信に応答して、前記第２デバイスから前記第１デバイスに、前記第２デバイスのクロックから導出される周波数を有する第２信号を送信するステップと、
   前記第２デバイスにて、前記第２デバイスのクロックを基準として、前記第２デバイスでのターンアラウンドタイムであって、受信される前記第１信号と送信される前記第２信号の間の時間であるターンアラウンドタイムの指標を算出するステップと、
   互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップと、
   前記第１デバイスのクロックを基準としたターンアラウンドタイムを再計算するために前記指標を用いるステップと、
   前記第１デバイスにて、前記第１及び第２デバイス間の距離の指標を導出するために前記再計算されたターンアラウンドタイムを用いるステップと、を含む方法。
2. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップは、前記第２デバイスで実行され、
   当該方法は、更に、前記第１デバイスに前記指標を伝達することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップは、前記第１デバイスで実行される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１及び第２デバイスの一方若しくは双方は、当該デバイスのクロックから局部発振器信号を導出するために用いられる少なくとも１つの周波数分割器を有し、
   当該方法は、前記第１信号の送信前の時間にて前記第１及び第２デバイス内に略等しい周波数の局部発振器信号をもたらす各周波数分割器の分割比を決定し、各周波数分割器の分割比を前記第１若しくは第２デバイス内に記憶することを含む、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップは、
   少なくとも１つの周波数分割器の比を、前記第１若しくは第２信号のいずれが前記周波数分割器の比が変化されるデバイスで受信されたかに関らず、前記第１若しくは第２信号の搬送波に略等しい局部発振器信号が得られるまで変化させ、
   変化前の周波数分割器の比若しくは複数の比と変化後の周波数分割器の比若しくは複数の比とから、前記指標を算出することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標は、クロック周波数の比の指標である、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップは、いずれがデバイスで受信されるかに関らず、第１若しくは第２信号を、前記デバイスの局部発振器信号と混合し、その結果得られる混合した信号の包絡線の周波数を算出することを含む、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記混合し、その結果得られる混合した信号の包絡線の周波数を算出するステップの前に、いずれが前記信号を受信したかに関らず、前記第１若しく第２デバイスにおける少なくとも１つの分割器の分割比を調整することにより周波数オフセットを低減することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するステップは、間隔を置いた時間間隔で同相混合信号の直交混合信号に対する比のアークタンジェントを連続的に算出し、前記連続したアークタンジェントの算出値の結果により得られる直線の勾配を求めることを含む、請求項７又は８に記載の方法。
10. 異なるクロックレートを有しうるそれぞれのクロックを有する第１及び第２デバイスを含むシステムであって、
    前記第１デバイスは、前記第２デバイスに、前記第１デバイスのクロックから導出される周波数を有する第１信号を送信するように構成され、
    前記第２デバイスは、前記第２デバイスでの前記第１信号の受信に応答して、前記第１デバイスに、前記第２デバイスのクロックから導出される周波数を有する第２信号を送信するように構成され、
    前記第２デバイスは、前記第２デバイスのクロックを基準として、前記第２デバイスでのターンアラウンドタイムであって、受信される前記第１信号と送信される前記第２信号の間の時間であるターンアラウンドタイムの指標を算出し、
    前記第１若しくは第２デバイスのいずれかは、互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するように構成され、
    前記第１若しくは第２デバイスのいずれかは、前記第１デバイスのクロックを基準としたターンアラウンドタイムを再計算するために前記指標を用いるように構成され、
    前記第１デバイスは、前記第１及び第２デバイス間の距離の指標を導出するために前記再計算されたターンアラウンドタイムを用いるように構成される、システム。
11. 前記第２デバイスは、前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出し、前記指標を第１デバイスに伝達するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１デバイスは、前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記第１及び第２デバイスの一方若しくは双方は、当該デバイスのクロックから局部発振器信号を導出するために用いられる少なくとも１つの周波数分割器を有し、
    当該システムは、前記第１信号の送信前の時間にて前記第１及び第２デバイス内に略等しい周波数の局部発振器信号をもたらす各周波数分割器の分割比を決定するように構成され、前記第１及び第２デバイスの少なくとも一方は、前記周波数分割器の比若しくは複数の比を記憶するように構成される、請求項１０乃至１２のうちのいずれか１項に記載のシステム。
14. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するように構成される前記第１及び第２デバイスの一方は、
    少なくとも１つの周波数分割器の比を、前記第１若しくは第２信号のいずれが前記周波数分割器の比が変化されるデバイスで受信されたかに関らず、前記第１若しくは第２信号の搬送波に略等しい局部発振器信号が得られるまで変化させ、
    変化前の周波数分割器の比若しくは複数の比と変化後の周波数分割器の比若しくは複数の比とから、前記指標を算出するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標は、クロック周波数の比の指標である、請求項１０乃至１４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するように構成される前記第１及び第２デバイスの一方は、いずれがデバイスで受信されるかに関らず、第１若しくは第２信号を、前記デバイスの局部発振器信号と混合し、その結果得られる混合した信号の包絡線の周波数を算出するように構成される、請求項１０乃至１５のうちのいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記第１及び第２デバイスの一方は、前記混合した信号の包絡線の周波数を算出する前に、前記デバイスにおける少なくとも１つの分割器の分割比を調整することにより周波数オフセットを低減する、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記互いに対する前記第１及び第２デバイスでのクロックの周波数の指標を算出するように構成される前記第１及び第２デバイスの一方は、間隔を置いた時間間隔で同相混合信号の直交混合信号に対する比のアークタンジェントを連続的に算出し、前記連続したアークタンジェントの算出値の結果により得られる直線の勾配を求めるように構成される、請求項１６又は１７に記載のシステム。
19. 前記第１デバイスは、車両セキュリティシステムの一部を形成し、前記第２デバイスは、車両アクセス送受信機の一部を形成する、請求項１０乃至１８のうちのいずれか１項に記載のシステム。
20. 基地局をそれぞれ構成する複数の第１デバイスと、携帯デバイスである少なくとも１つの第２デバイスとを含む位置検出システムである請求項１０乃至１８のうちのいずれか１項に記載のシステム。

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