专利名称：一种扩频遥控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及遥控器技术领域，特别是涉及一种扩频通信技术的遥控系统。
背景技术：
遥控技术最初的产品源于欧洲，遥控电视是其最为经典的应用范例。遥控功能极大地方便了人们对电器的操控，为电器的使用方式带来了革命性的变化，所以，提到遥控器没有人会感到陌生，每天使用的家用电视所用的红外线遥控器已经风行了数十年早已司空见惯，无线电方式的汽车遥控钥匙也为越来越多的人带来方便，甚至火箭的升空、飞船都运用到了遥控技术。
遥控二字顾名思义就是远距离控制之意，remote controls或简称remoter就特指拿在手上操纵自如的遥控器了。生活中，使用无线方式完成遥控控制的操作越来越多，常见的有无线遥控开关灯，无线遥控各种电动玩具，无线遥控开关门、开关锁，无线遥控汽车防盗报警器以及各种工业无线遥控等等。
无线遥控分为发射和接收两部分，发射部分也就是无线遥控器，其原理是将控制指令编码之后通过调制方式发送出去，接收电路接收到遥控信号后，通过解码得到控制指令。目前遥控编码和解码又分为固定编码和滚动编码两种，典型的固定编码芯片如PT2262、V1526、RT6588等等，典型的滚动编码芯片如HCS301、401等等。固定编码和滚动编码遥控装置各有特点，固定编码的芯片价格便宜，但是地址编码数量较少，例如市场上使用最多的PT2262仅有6561个，重码机率高。滚动编码芯片地址编码最多也只为30亿组，重码机率相对极少。随着科技的迅速发展，即使是最先进的30亿组密码的滚动码遥控器，破解其密码对目前的电脑系统来说也是几分钟而已。遥控器基本都采用FSK无线传输方式，由于采用的无线传输方式都是属于透明传输，遥控器在无线传输时极易被拦截、破译破解，有少部份遥控系统采用了操作繁琐的二次密码或复杂的认证码方法，但在无线传输时也照样极易被拦截、破译破解，因此遥控器的无线透明传输是造成密码不保密的主要原因。
下面以使用比较广泛并具有目前最先进技术汽车遥控器为例，简单说明一下破解遥控器的几种方法。
由于技术的进步，目前遥控器都不具备“抗拷贝功能”和电脑主机“防扫描”，作为具有防盗功能的汽车遥控系统已成为专业盗贼的“助盗器”。目前盗车团伙使用电子车门解码器主要分为以下四种类型1、复制遥控器型盗贼利用各种可能的手段和机会对原遥控器进行复制，在适当的时机再把车辆盗走，盗贼基本利用车主信任或大意可乘之机。
2、干扰器型当车主使用遥控器关闭车门锁时，盗车贼利用解码器发射电磁波，干扰遥控器发出的电子信号，使车主误以为车门已锁。待车主离开后，盗车贼即将车盗走。
3、放射器型盗车贼在10米左右范围内，利用编好密码程序的电脑+遥控发射电路向停放在路边或停车场内的汽车发射固定编码或滚动编码的所有密码，30万组固定编码的密码在20秒内能全部发送完，30亿组滚动编码的密码在10分钟内能全部发送完，这个方法对没有采用二次密码或认证码方法的车辆基本能有效打开车门并盗走车辆。
4、拦截解码器型盗车贼利用遥控系统无线透明传输的特点，盗车贼在欲盗目标车辆10米左右范围内，利用遥控接收电路+电脑的办法接收拦截车主开车门、遥控启动车辆或关车门的无线信号，然后再利用电脑对接收下来的信息进行解码并复制遥控器，这一手段较为复杂，但日前能解码并盗走所有安装有遥控系统类型的车辆，使用此类解码器的盗车贼只选择高档车下手。
伴随着汽车大量进入家庭，日益猖獗的汽车盗窃案件也呈上升趋势，据统计，全球每年被盗汽车数量多达近千万辆，随着汽车失窃率的上升和犯罪分子盗窃汽车手段日益科技化，汽车如何防盗的问题越来越引起人们的关注，如何有效防止汽车被盗已成为世界性的话题。
遥控系统作为各类附属系统进入了各行各业和千家万户，运用遥控器的初衷是带给人们方便和安全，技术的发展给遥控系统带来了更多的运用空间，但也逐步暴露了遥控系统技术上诸多弊端和不安全的因素，此诸多弊端和不安全的因素已制约遥控系统的运用和发展。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种不易被拦截、破译破解的遥控系统。本发明目的实现的方案是在由扩频遥控器和扩频遥控接收主机组成的遥控系统中，采用直序扩频通信电路或模块传输密码信息和控制指令，或采用直序列/跳频混合式扩频通信电路或模块传输密码信息和控制指令，或采用直序列/跳时混合式扩频通信电路或模块传输密码信息和控制指令；扩频遥控器和扩频遥控接收主机的密码部分采用ID码或滚动码，采用不同的密钥对ID码或滚动码、控制指令都进行加密，以保证数据的安全传输、认证。
众所周知，中国联通拥有安全性极高的CDMA移动通信网络。CDMA起源军事保密技术，广泛应用于军事领域，具有抗干扰、安全通信、保密性好等特性。其缘由一是CDMA系统采用扩频技术，经过扩频以后的有用信号频谱被大大拓宽了，用户信号隐蔽在互不相关的信号中，无法识别出哪些是通信信号、哪些是噪音；采用扩频技术采用伪随机码，用长达42位的伪随机码来标识区分用户，每次通话都有4.4万亿种可能的排列，根本破译不出CDMA的编码，更谈不到窃听有用信息了，即使使用目前世界上最快的计算机，破译出CDMA编码也需要上百年。下面对本发明所采用的扩频技术进行简述。
一、直接序列扩频系统本发明采用的扩频技术是将所要传输的信息带宽扩展很多倍，然后传输。这时发送信号所占据的信道带宽(Bs)远大于信息本身的带宽(Bi)，例如，传输一个64Kbps的数据流，其基带带宽只有64KHZ左右，但用扩频技术传输时，它所占据的信道带宽可以被扩展成5MHZ、10MHZ甚至更大，与此同时，发射到空间的无线功率谱密度也大大降低。
由于扩频后的信号发射功率谱密度很低，传输时大多淹没在空间的噪声中，故极难被其他接收机截获，载波频率、PN码不同的信号被接收后，除噪声有少量增加外，不会对信号接收带来多大影响。
为了对传输信息进行扩频，需选用一个伪随机噪声序列(PN码)对传输信息直接进行调制，PN序列的速率Rb远远大于所传输信息的速率Ri，因而调制后的信号速率Rb，即通过无线电设备发送出去的信号频带比原传送信息的频带扩大了Rb/Ri倍，这种用PN序列直接调制信息，使信号调制后的带宽扩大很多倍的方式，称为直接序列扩频，PN序列是具有多个码位的0、1序列(至少几十个比特)，它们是经过严格挑选的，具有良好的自相关性，但彼此之间却近似相互正交，线性无关，在众多的码型中，它们很容易识别出与自己相同的码型，而不容易与其它码型混淆。
(1)抗干扰能力强表示扩频通信特性的一个重要参数是扩频增益G(Spreading Gain)，G＝B2/B1。扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为B1的信号成分，而排除了扩展到宽带B2中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了G倍。考虑到输出端的信噪比和接收系统损耗，可以认为实际的扩频增益带来的信噪比的改善为M＝G-输出端信噪比-系统损耗，公式中的M叫做抗干扰容限。
实际上，输出端信噪比和系统损耗都比较小，所以M近似等于G。
(2)隐蔽性强、干扰小因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其他电讯设备构成干扰。
(3)易于实现码分多址扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这给频率复用和多址通信提供了基础。
(4)抗多径干扰在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，出可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。
直扩技术使用伪随机码(PN CODE)对信息比特进行模2加得到扩频序列，然后将扩频序列调制载波发射到空中，此时系统占用功率谱密度也大大降低。PN码由伪随机序列发生器产生，其码速比原始信息码速高的多，每一PN码的长度(即CHIP宽度)很小。
本发明直扩系统的接收是采用相关接收，分为两步，即解扩和解调。在接收端，接收信号经过放大混频后，用于发射端相同且同步的伪随机码对中频信号进行相关解扩，把扩频信号恢复成窄带信号，然后再解调，恢复原始信息序列。对于干扰和噪音，由于与伪随机码不相关，接收机的相关解扩相当于一次扩频，将干扰和噪音进行频谱扩展，降低了进入频带内的干扰功率，同时使得解调器的输入信噪比和载干比提高，提高了系统的抗干扰能力。另外，采用不同PN码即不相关的接收机很难发现和解出扩频序列中的信息，由于不同构造的PN码之间相关性很低，码分多址CDMA就是采用同样原理区别不同的用户。
本发明直扩系统是采用相干解调解扩，其调制方式多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等调制方式混合式扩展频谱系统可以提高系统的抗干扰能力、降低部件制作的技术难度、使设备简化、降低成本、满足使用要求。例如系统要求扩展频谱的射频带宽应达到1000MHz，试设计一扩展频谱系统。若采用直接序列扩展频谱系统来满足此项指标要求时，需要产生码片速率500Mchip/s的伪随机序列，这在技术上是难度极大的。如果用跳频系统来实现，假设跳频频率的间隔是25kHz时，要求跳频器输出的跳频频率数是4万个。制作跳频带宽为1000MHz这样的宽带和4万个输出频率的跳频器在技术上也是很困难的。但是，如果采用直接序列/跳频扩展频谱系统时，直接序列的码片速率用5Mchip/s，跳频器输出的跳频频率数为100个，最小跳频频率间隔为10MHz就可以满足要求。显然，这种混合式扩展频谱系统中的各部件的技术难度就大大降低了。
二、直接序列与跳频混合式扩频系统(DS/FH扩频系统)由于跳频扩频与直接序列扩频的优缺点具有一定的互补性，如果将这两种扩展频谱技术组合起来，取长补短，这就是直接序列/跳频(DS/FH)扩展频谱系统。
本发明采用的直扩/跳频扩展频谱系统是在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功能；它的基本工作方式是直接序列扩频，因此系统的同步也是以直接序列的同步为基础的。
编码器输出的信息码与来自伪码发生器的伪随机序列(直扩码)在模2加法器中进行模2运算，模2加法器的输出就是直接序列扩展频谱信号。因而可将模2加法器和伪码发生器叫作直接序列扩展频谱器(扩频器)。模2加法器输出的扩展频谱信号属于基带信号，此信号送至相乘器进行混频。
伪码发生器和频率合成器所构成的就是跳频器；在跳频码的控制下频率合成输出频率跳变的载波序列f1，f3，f2，f6，f8…。因此，跳频器加上混频器就构成了一个频率跳变扩展频谱系统。
当混频器的输入信号是一个直接序列扩展频谱时，混频器输出的信号就是一个直接序列加跳频的扩展频谱信号。
直扩系统用的伪随机序列和跳频系统用的伪随机跳频图案，都是由一个伪码发生器产生的，因此，它们在时间上是相互关联的，可由一个时钟来定时控制。
假若频率合成器输出的载波频率固定不变，并且接收的也是载波频率不变的一个直接序列扩展频谱信号。此信号经第一次混频后仍为频带信号，再和本地伪码发生器产生的随机序列相乘，进行解扩，恢复成窄带信号，再经过窄带通滤波器及解调器将信息码输出。其中，伪码发生器和乘法器构成了直接序列解扩展频谱器(解扩器)。
接收端跳频码控制的频率合成器和混频器叫作解跳器。所以，对直扩/跳频扩展频谱信号的接收而言，是先进行“解跳”再进行“解扩”，然后通过常规的解调来获得信息码的输出。这个接收过程恰好与发送的先直扩后跳频的过程相反。
三、直扩/跳时(DS/TH)系统本发明采用的直扩/跳时系统，是在直接序列扩展频谱系统的基础上增加了对射频信号突发时间跳变控制的功能。
当发送端射频开关接通时，就输出直接扩展频谱信号，当射频开关断开时，则停止输出信号。射频开关的通断受触发器控制，触发器的状态是由控制逻辑指令来控制的，控制逻辑指令又是由伪码发生器产生的。所以射频开关的接通与断开的起止时间是跳变的。图中的控制逻辑、触发器及射频开关可视作一个整体，起码控射频开关的作用。因此，可称作是跳时器。
接收过程可以看作是发送的逆过程。首先进行解跳时，再经混频变成中频直接扩展频谱信号，再与本地伪随机序列在乘法器中进行相关解扩，恢复成窄带信号、最后经解调器输出信息码。
与直扩/跳频扩频系统比较，直扩/跳时扩频系统的信号时有时无，在不知道地址码的情况下很难截获，具有抗截获能力；干扰脉冲与信号不是同时出现，不会对信号造成影响，必须与信号同时出现才能造成干扰，直扩/跳时扩频系统具有很强的抗脉冲干扰能力。但是其扩频增益不如直扩/跳频扩频系统。
四、密码部份遥控系统的密码采用ID码或滚动码，控制指令都进行加密，采用不同的密钥来保证数据的安全传输、认证。每个遥控系统的密码是全球唯一的ID码，而且在出厂之前已加锁，这就防止了被人窜改，加锁后不能在修改。保证任何机构及用户均无法改写特定业主发行的卡内数据。
ID码或滚动码、控制指令都加密算法进行加密，遥控系统的密码部份密钥长度为128位，同时采用AES或KEELOQ加密技术。可进一步强化防伪能力。
ID码全球惟一ID码，标签中不需记载与用户有关任何信息，保密性及信息安全性很高。其实，这种运用方式在美国已应用多年，在美国已经发行的超过2700万只电子标签全部都使用这种模式，由于不必理会电子标签中关于用户数据区的内容，也不必对标签中的数据进行加密以保证信息安全性。利用每个标签中已加锁ID号惟一性的特点(一旦加锁，就不能解锁)，就最有效而且最高效地保证了信息的安全性。因为，将一个不能修改的、惟一ID号的用户账户和个人信息全部储存在数据中心才是最安全的。
根据以上所述，本发明采用直扩、直扩/跳频、直扩/跳时扩频电路传输遥控系统信息、。根据扩频技术中的直扩、直扩/跳频、直扩/跳时扩频系统的特点可知，扩频技术是将所要传输的遥控密码和控制信息的带宽扩展很多倍，然后传输。这时发送信号所占据的信道带宽(Bs)远大于遥控密码和控制信息本身的带宽(Bi)，与此同时，发射到空间的无线功率谱密度也大大降低。
由于扩频后的密码和控制信息信号发射功率谱密度很低，传输时大多淹没在空间的噪声中，故极难被其他接收机截获，载波频率、PN码不同的信号被接收后，除噪声有少量增加外，不会对信号接收带来多大影响。
为了对传输遥控密码和控制信息进行扩频，每个遥控系统选用不同的噪声序列组(PN码)，每次使用遥控系统，遥控系统产生一个伪随机噪声序列(PN码)对传输信息直接进行调制，系统采用扩频技术，经过扩频以后的有用信号频谱被大大拓宽了，用户信号隐蔽在互不相关的信号中，无法识别出哪些是通信信号、哪些是噪音；采用扩频技术、采用伪随机码，用长达42位的伪随机码来标识区分用户，每次都有4.4万亿种可能的排列，根本破译不出遥控的编码，更谈不到窃听有用信息了，即使使用目前世界上最快的计算机，破译出遥控编码也需要上百年。
(1)抗干扰能力强扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为B1的信号成分，而排除了扩展到宽带B2中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了G倍。
(2)隐蔽性强、干扰小因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其他电讯设备构成干扰。
(3)易于实现码分多址扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这给频率复用和多址通信提供了基础。
(4)抗多径干扰在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，出可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。
直扩技术使用伪随机码(PN CODE)对信息比特进行模2加得到扩频序列，然后将扩频序列调制载波发射到空中，此时系统占用功率谱密度也大大降低。PN码由伪随机序列发生器产生，其码速比原始信息码速高的多，每一PN码的长度(即CHIP宽度)很小。
本发明直扩系统的接收是采用相关接收，分为两步，即解扩和解调。在接收端，接收信号经过放大混频后，用于发射端相同且同步的伪随机码对中频信号进行相关解扩，把扩频信号恢复成窄带信号，然后再解调，恢复原始信息序列。对于干扰和噪音，由于与伪随机码不相关，接收机的相关解扩相当于一次扩频，将干扰和噪音进行频谱扩展，降低了进入频带内的干扰功率，同时使得解调器的输入信噪比和载干比提高，提高了系统的抗干扰能力。另外，由于不同构造的PN码之间相关性很低，采用不同PN码即不相关的接收机很难发现和解出扩频序列中的信息。
本发明采用直扩、直扩/跳频、直扩/跳时扩频技术的遥控系统具有“抗拷贝功能”和抗电脑主机“扫描”。
1、抗复制采用扩频技术传送密码信息和控制信息，每台遥控器的PN码组都不同，每次使用遥控器PN码都是随机的。遥控系统的密码采用ID码或滚动码，控制指令都进行加密，采用不同的密钥来保证数据的安全传输、认证。每个遥控系统的密码是全球唯一的ID码，而且在出厂之前已加锁，加锁后不能再修改，这就防止了被人窜改，保证任何机构及用户均无法改写数据。采用AES或KEELOQ加密技术。可进一步强化防伪能力。
2、抗干扰采用扩频技术传送密码信息和控制信息，由于遥控器信息是通过扩频发送出去，对不相关的系统来说都是噪声信号，其实系统发出的信号对本遥控器来说也是噪声信号，不相关的信息和无法干扰采用扩频技术传送密码信息和控制信息的遥控器。
3、抗放射采用扩频技术传送密码信息和控制信息，每台遥控器的PN码组都不同，每次使用遥控器PN码都是随机的。遥控系统的密码采用ID码或滚动码，控制指令都进行加密，采用不同的密钥来保证数据的安全传输、认证。每个遥控系统的密码是全球唯一的ID码，而且在出厂之前已加锁，这就防止了被人窜改，加锁后不能再修改，保证任何机构及用户均无法改写数据。采用AES或KEELOQ加密技术。可进一步强化防伪能力，盗贼利用编好密码程序的电脑+遥控发射电路这个方法对采用扩频技术传送密码信息和控制信息的遥控器根本没任何作用。
4、抗拦截解码采用扩频技术传送密码信息和控制信息，每台遥控器的PN码组都不同，每次使用遥控器PN码都是随机的。遥控系统的密码采用ID码或滚动码，控制指令都进行加密，采用不同的密钥来保证数据的安全传输、认证。每个遥控系统的密码是全球唯一的ID码，而且在出厂之前已加锁，这就防止了被人窜改，加锁后不能在修改，保证任何机构及用户均无法改写数据。采用AES或KEELOQ加密技术。盗贼利用遥控接收电路+电脑无法接收拦截无线信号，更不用说对信息进行解码并复制遥控器。
本发明所述的遥控系统和GPS、移动车载系统、汽车中控系统、RFID无源无钥匙门控(PKE)系统兼容，支持系统间的相互嵌入和对接，实现更强大的系统功能，对其他系统的嵌入增加了更安全的措施。
图1为本发明扩频遥控系统的扩频遥控器的方框2为本发明扩频遥控接收主机方框图
具体实施例方式如图1所示，该实施例的扩频遥控器由天线1、扩频DSSS发射模块2、128位加密电路3、PICW微控制器4、按键开关5组成。
如图2所示，该实施例的扩频遥控接收主机由天线6、扩频DSSS接收模块7、128位解密电路8、ID解码认证芯片9、PICW微控制器10、电路控制端口11、附属系统连接端口12组成。
工作原理用户需要对设备进行遥控时，按下扩频遥控器上的按键开关5，按键开关5的开关信号触发PICW微控制器4后，开关触发信息和PICW微控制器4生成加锁ID信息一同由128位加密电路3进行加密，加密后的信息由扩频DSSS发射模块2进行扩频处理并由天线1向空中发射。扩频遥控接收主机天线6接收信息后送至扩频DSSS接收模块7进行解扩，解扩后的信息送至128位解密电路8进行解密，解密后信息送至ID解码认证芯片9进行对比认证，通过ID解码认证解码后，控制信息送至PICW微控制器10，由PICW微控制器10，通过电路控制端口11连接所控制的设备，PICW微控制器10通过附属系统连接端口12连接到GPS、移动车载系统、汽车中控系统、RFID无源无钥匙门控(PKE)系统，实现系统间相互嵌入和对接。
权利要求
1.一种扩频遥控系统，由扩频遥控器和扩频遥控接收主机组成，其特征在于扩频遥控器和扩频遥控接收主机的无线传输部份采用直序扩频通信电路或模块，或采用直序列/跳频混合式扩频通信电路或模块，或采用直序列/跳时混合式扩频通信电路或模块；扩频遥控器和扩频遥控接收主机的密码采用ID码或滚动码，采用不同的密钥对ID码或滚动码、控制指令进行加密传输。
2.按照权利要求1所述的扩频遥控系统，其特征在于所采用的加密密钥长度为128位，采用AES或KEELOQ加密技术。
3.按照权利要求1所述的扩频遥控系统，其特征在于所采用的ID码加锁处理。
4.按照权利要求1所述的扩频遥控系统，其特征在于遥控系统和GPS、移动车载系统、汽车中控系统、RFID无源无钥匙门控系统兼容，支持系统间的相互嵌入和对接。
全文摘要
一种扩频通信技术的遥控系统。在遥控系统中利用直序扩频通信技术及通信模块传输密码信息和控制指令，密码部分采用ID码或滚动码，采用不同的密钥对ID码、滚动码、控制指令进行加密传输，使遥控系统便为安全。
文档编号H04L12/28GK1937548SQ200610019928
公开日2007年3月28日 申请日期2006年8月4日 优先权日2006年8月4日
发明者李冰, 唐婷, 莫兰兰 申请人:李冰