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Dans les terminaux mobiles du marché large, les choses automobiles et industrielles et autres, les développeurs ont été activement à la recherche d'une technologie de mesure de distance précise pour obtenir un positionnement intérieur et extérieur précis. Heureusement, UWB dans un proche avenir à travers la « transformation », une précision, la technologie de localisation en temps réel sécurisé, une connexion Wi-Fi supérieure, Bluetooth et GPS et d'autres technologies sans fil. La technologie ultra-large bande peut gérer l'environnement en temps réel, la distance entre la position et le mouvement des équipements tels que UWB, ces informations ont été exactes à quelques centimètres, ce qui ajoute un système de perception de l'espace, ce qui favorisera une série de nouvelles applications développement. Afin de comprendre le potentiel de UWB, assurez-vous d'envisager UWB la mesure du temps de vol, l'angle d'arrivée, en particulier, les caractéristiques uniques des aspects de sécurité de la propriété.

les applications automobiles basé UWB - Smart plus intelligente clé

Dans la seconde moitié de 2019, les constructeurs automobiles ont offert un plan, la mise en uvre de nouveaux cas d'utilisation en fonction de l'accès automobile UWB, et explorera des supports UWB, comme les passagers dans la détection de la voiture, un parking avec voiturier automatique, parking automatique, dans le stationnement et drive-paiement. Pour la prochaine vague de UWB, l'un des cas d'utilisation très attendu est atteint par le téléphone intelligent d'entrée sans clé (PKE).

Par PKE, vous pouvez déverrouiller et démarrer la voiture sans utiliser une clé mécanique. Mounted télécommande dans votre poche ou sac à main, déverrouiller la porte en entrant dans la plage appropriée, télédéverrouillage serait « réveillé ». Après être entré dans la voiture, le système détecte le porte-clés pour activer le bouton de démarrage d'allumage.

populaire constructeurs automobiles de PKE à distance sans clé, car ils offrent une grande commodité, et a les clients attendent. De plus, si vous utilisez le télédéverrouillage, la colonne de direction ne sera plus besoin de cylindre encombrant, ce qui réduit le poids du véhicule, réduire le risque de blessure au genou de collision. Les consommateurs ont également très populaire pour cette technologie, car aucune conclusion ou bascule clé mécanique pour déverrouiller, démarrer ou verrouiller votre voiture, la vie plus pratique. Malheureusement, la plupart des porte-clés d'aujourd'hui est devenu une cible pour les voleurs, ils utilisent facilement disponibles des dispositifs de détection d'intrusion pas cher pour réveiller signal de la voiture, puis le signal est redirigé vers une clé pour réveiller les clés, ce qui en fait une force inutile la question de déverrouillage le signal. Autrement dit, nous savons que l'attaque de relais.

attaque de relais a été rendu possible car il y a maintenant quelques porte-clés en utilisant la puissance du signal - pas un horodatage - pour détecter lorsque le propriétaire de la voiture dans les deux mètres. Les attaques sont généralement menées par deux personnes, une personne proche de la clé, un autre homme près de la voiture. Lorsque vous êtes hors de la voiture, comme l'accès à des centres commerciaux, des cafés ou des restaurants, ou si vous êtes à la maison et vos clés de voiture près de l'entrée ou de la fenêtre, le voleur va essayer de fermer la première clé, votre voiture émet le même type de requête envoyé pour détecter clé. Si vous entrez en réponse à une question, il est dit dans la gamme, le premier voleur capture le signal de réponse, et envoie le signal (ou relais) d'attendre dans la voiture à côté du second voleur. Puis, le second voleur pour attraper un signal de réponse en utilisant la tromperie pour déverrouiller et démarrer la voiture.

Figure 1: Copie du signal d'attaque de relais et utilise ce signal pour déverrouiller (Source: NXP)

Par télécommande PKE pour le contrôle d'accès et les téléphones intelligents ajouter UWB, ToF informatique peut prévenir efficacement les attaques de relais. Tout voleur de signal récupéré sont marqués avec un horodatage, un signal d'indication est généré dans un lieu en dehors de. Lorsque le signal atteint la voiture, le temps de Voyage calculé sera affiché pour signaler le point trop loin, ne peut pas ouvrir la porte. les amateurs de cinéma l'après-midi la tenue des billets ne peut pas entrer dans le spectacle de fin de soirée, parce que le temps affiché sur les billets de cinéma est faux et dépassé aussi, le signal piratage UWB ne laissera pas les voleurs entrer dans la voiture, en raison de l'affichage du signal de temps est mauvais, expirés essence.

L'origine et le statut de UWB

Dans les années 1960, il a été développé UWB, qui est utilisé dans les applications radar. Par la suite, cette technique a été adaptée en tant que techniques OFDM (multiplexage par répartition en fréquence) orthogonal, et normalisée par rapport à la vitesse de jusqu'à 480 Mbps dans la technologie de transmission à débit de données de IEEE.15.3. À ce titre, la concurrence directe avec la technologie WiFi, mais bientôt des naines de transmission de données WiFi, siège arrière dans ce cas de transmission UWB. Basé sur la technologie radio à impulsions, UWB le prochain rôle est beaucoup plus de succès. Comme spécifié dans IEEE 802.15.4a, qui utilise 2ns pouls et pour mesurer le temps de valeurs d'angle d'arrivée de vol. Peu de temps après, les fonctions de sécurité (dans le PHY / niveau RF) est spécifié par l'extension de l'IEEE, ce qui rend la précision allant et une technologie unique de capteurs de sécurité.

Utilisez un smartphone comme une clé intelligente pour entrer dans le donc, la voiture et commencer à penser attrayant, les voitures et les grandes entreprises de l'industrie du téléphone intelligent participent activement à 802.15.4z normes de sécurité définies. Pourquoi UWB peut gérer un tel cas d'utilisation importants à une telle grande précision? Explorons l'arrière-plan technique et de l'environnement.

Ce qui rend la technologie sans fil UWB est devenu distinctif

Contrairement à la plupart des technologies sans fil, le travail ultra-large bande (UWB) impulsion à travers la radio. Il utilise une série d'impulsions sur une large bande, et est parfois appelée radio impulsion IR-UWB ou UWB. Contraste: satellite, Wi-Fi et Bluetooth à l'information de transmission dans une bande étroite de fréquence en utilisant une onde sinusoïdale modulée.

impulsion UWB a un certain nombre de caractéristiques importantes. Tout d'abord, ils sont les regards de pic raide et étroit comme le même, même dans un environnement bruyant de canal, sont facilement reconnaissables. En outre, par rapport à d'autres techniques comme le WiFi ou BLE, pour ToF allant, des impulsions UWB plus adapté environnement multivoie dense. Étant donné que l'objet à côté du chemin de signal principal provoque une réflexion ou d'une interruption vers le récepteur à travers une pluralité de trajets de signaux radioélectriques pour être facilement distingué du signal principal dans le système IR-UWB. Mais cette chose est très longue et difficile dans un système à bande étroite en fait.

UWB autres parties du spectre radioélectrique dans, loin de l'occupation recueillie dans la bande ISM de 2,4 GHz environ. des impulsions UWB pour le positionnement et le travail allant dans la gamme de fréquences comprise entre 6,5 et 8 GHz, il ne sera pas interférer avec d'autres transmissions de fréquence radio à spectre se produisent. Cela signifie que UWB peut coexister avec la forme la plus populaire de la radio, y compris la navigation par satellite, Wi-Fi et Bluetooth.

Dans le travail de niveau de puissance typique, jusqu'à une distance maximale d'environ 10 mètres. Mais si vous utilisez une des impulsions à haute puissance, UWB distances même jusqu'à 200 mètres. communication UWB données peut également transmettre, dans lequel la partie de charge utile de paquet de données débit de données de transmission UWB d'environ 7 Mbps, et peut continuer à accélérer jusqu'à 32 Mbps.

Maintenant, la séquence d'impulsions UWB en utilisant une durée de modulation de 2ns, très court. l'espacement des impulsions peut être identiques ou différents. fréquence de répétition des impulsions (PRF) impulsions par seconde, allant de centaines de milliers de milliards d'impulsions par seconde. support généralement le PRF est 62,4 MHz et / ou 124,8 MHz, appelés respectivement PRF64 et PRF128. modulation UWB et des techniques de modulation de position d'impulsion comprennent une modulation par déplacement de phase binaire.

fréquence de répétition des impulsions est défini

Pulse émetteur entre ON et OFF, pour fournir une puissance de crête (Pmax est) à une vitesse donnée (PRT ou PRF)

La distance maximale est directement liée à la puissance de sortie de l'émetteur. Plus d'énergie transmise par le système, plus la distance de la cible de détection.

Temps de vol (TOF) est calculé

Dans les applications scientifiques et militaires, il est déterminé par deux points (ou deux dispositifs) la distance horizontale entre les processus est appelé allant. Le temps de vol (TOF) est une forme de mesure de distance en utilisant le temps Voyage de signal pour calculer la distance. La figure 2 fournit une description de base de la façon de travailler dans ToF calculé avec deux appareils en UWB.

Pour calculer le temps de vol (TOF), nous avons mesuré le temps du point B à la transmission point nécessaire pour atteindre le signal. Nous avons sélectionné un message aller et retour vers et depuis le temps de lecture, lequel appareil comprend un temps de traitement de deux. Puis soustraire le temps de traitement divisé par deux, vous pouvez venir TOF. Afin de déterminer à quel point la couverture du sol pendant la transmission, le ToF peut être multipliée par la vitesse de la lumière.

En raison de la grande largeur de bande UWB (500 MHz), la largeur d'impulsion de nanosecondes, ce qui améliore la précision. Et émetteur-récepteur WiFi et à bande étroite BLE différents, et ToF précision allant est limitée à environ +/- +/- 1 M à 5 m, et UWB peut être précis à +/- 10 cm.

Depuis UWB signaux distincts et facile à lire, il en est ainsi même dans un environnement multi-canal, donc quand un départ d'impulsion et d'arrivée, le signal est plus facilement identifié, et la hauteur est déterminée. des impulsions UWB peuvent suivre avec précision le débit de transmission à ultra-haute - un grand nombre d'impulsions de transmission en courtes rafales de temps - même si la distance est très courte, à grains fins ToF également être calculée.

modulation d'onde sinusoïdale peut se produire lors de l'utilisation d'une connexion Wi-Fi ou Bluetooth pour déterminer la position, qui ne peut séparées des composants multi-canal d'une manière compliquée. C'est pourquoi une connexion Wi-Fi et Bluetooth en partie à cause des efforts pour fournir une précision de mesure précise de moins de 1 mètre.

. La figure 3 UWB ToF calculée avec une connexion Wi-Fi et Bluetooth ToF calculé à titre de comparaison.

Figure 3: BLE via le Wi-Fi et le ToF ALLANT effectuées par UWB (Source: NXP)

En variante l'angle d'arrivée (un AsA) calculé

Assurez-vous de noter ToF est calculée pour déterminer la distance radiale, pas de direction. En d'autres termes, ToF dire dispositif informatique 1 avec la distance entre les deux appareils, mais ne dites pas le dispositif de direction 2 - avant, arrière, gauche, droite, à l'est, au sud, à l'ouest ou au nord. La figure ToF est donc un cercle: si la distance calculée entre l'appareil d'émission ToF 21 est de 15 cm et le dispositif, place le dispositif 1 en tant que centre, avec une bande de 15 cm dans chaque direction, un cercle formé de cette manière, l'appareil 2 il peut être utilisé partout dans le cercle. Par le deuxième mode de mesure, à partir de l'intersection de deux cercles utilisés pour déterminer l'emplacement, l'équipement supplémentaire est nécessaire.

Par conséquent, pour améliorer la discussion de la technologie UWB, nous devrions envisager un autre aspect, ce qui est un facteur important dans les applications non automobiles actuelles: l'angle d'arrivée (AoA). Angle d'arrivée qui peut aider à déterminer la position du dispositif 2 du cercle. Pour calculer AoA, le dispositif 1 est équipé d'un ensemble d'antenne spécifique nécessite un placement judicieux, cet ensemble d'antennes pour les mesures AoA seulement. Toutes les solutions UWB UWB comprennent antenne, mais peuvent comprendre l'antenne supplémentaire à quelques centimètres ou moins précis (fig. 4).

Figure 4: ToF ALLANT généré avec une grande précision AoA (Source: NXP)

AoA calcul est effectué seul, et calculer ToF différents, mais les deux ont des propriétés similaires: Ils commencent à impulsion de synchronisation. Chaque antenne réseau AoA, il existe une légère différence, mais discernable dans le temps d'arrivée de la phase de chaque signal reçu. Enregistrement de l'heure d'arrivée de la phase de chaque signal est ensuite utilisé pour calculer la triangulation géométrique similaire, le signal pour déterminer où.

5 vers la gauche de deux antennes Rx1 et Rx2 AsA sur le dispositif 1, par exemple. Par rapport à Rx2, le dispositif envoyé par le second signal est plus long pour arriver Rx1, ce qui représente un Rx1 triangulaire, Rx2 et le signal d'origine composé incliné vers la droite, ce qui indique un signal à partir du dispositif nord-1.

Par rapport à Rx2, un signal provenant d'un dispositif de transmission 2 du dispositif 1, il faut plus de temps pour atteindre Rx1. La figure 5 AsA droite montre calculées en utilisant l'heure d'arrivée et détermine l'angle d'inclinaison de chaque antenne du signal entrant, et tiré par le Rx1 triangulaire, Rx2 et le dispositif 2 de celui-ci. Dans le présent mode de réalisation, le côté plus long du triangle Rx1 et pointe vers la droite, ce qui signifie que le dispositif 2 dans le côté droit du dispositif 1.

La figure 5 (à gauche): le dispositif 1 sur les exemples Rx1 et Rx2 des deux AsA (Source: NXP)

Comment gérer la sécurité UWB

UWB a ajouté une caractéristique importante qui est une couche physique (PHY) pour émettre et recevoir une partie supplémentaire du paquet, qui est définie dans le cadre de la spécification à venir 802.15.4z. Les nouvelles fonctionnalités de NXP et des recommandations en développement basées sur une technologie appelée horodatage séquence de brouillage (STS). Les nouvelles fonctionnalités de chiffrement ajouté, génération de nombres aléatoires et d'autres technologies, ce qui rend plus difficile pour un attaquant externe d'accéder ou de manipuler des communications UWB.

ToF protection calculée

calcul de distance de temps de vol est vulnérable à la manipulation. Si vous pouvez interférer avec d'autres aspects de l'horodatage ou calculé, il peut vous faire paraître plus qu'il fait. Dans certaines applications, telles que l'accès sécurisé, qui autoriserait l'utilisateur de tromper le système à côté (mais pas vraiment) et déclencher le déverrouillage (déverrouillage fait ne devrait pas), cela est un problème sérieux.

norme originale pour UWB 802.15.4a allant publié plus d'une décennie, l'importance de la sécurité ont été à l'origine du développement actuel. 4a dans la norme de test, les chercheurs ont trouvé, l'attaquant externe peut probabilité sur la réduction de 99% des distances mesurées jusqu'à 140 mètres. Les préoccupations au sujet de cette vulnérabilité particulière ont encouragé les gens à revoir les normes 4z.

Plus précisément idée est que, en ajoutant la clé de chiffrement et paquet numérique aléatoire PHY, ce qui empêche ToF des données accessibles ou prévisibles. Cela aide à résister à l'utilisation des propriétés originales de la certitude et la prévisibilité des lectures UWB distance PHY pour contrôler diverses attaques externes, y compris les outils Cicada, la détection précoce et un connecteur d'injection Préambule / nuit (un EDLC) attaque. Les méthodes mises à jour pour fournir la meilleure protection possible contre les attaques violentes d'être manipulées afin de mesurer la valeur de la cible.