使用模仿近场通讯的无线通讯系统及其认证方法与流程

本发明关于一种无线通讯技术，尤指一种使用模仿近场通讯以执行装置认证的无线通讯系统及其认证方法。

背景技术：

随着移动装置的普及，越来越多的周边应用(peripheralapplication)围绕着移动装置来开发，并且利用低功耗无线通讯机制的高相容性，例如蓝芽(bluetooth)，使得移动装置不需要额外的设备来与周边应用沟通，举例来说，穿戴式装置与智慧家电大都是内建蓝芽低功耗(bluetoothlowenergy，ble)模块以供使用者直接控制，如此不仅提升使用便利性，也可减低硬体设备的成本。

当移动装置利用蓝芽低功耗模块控制这些周边应用时，大多是先建立连线后进行控制，而在连线建立成功之前会先发送一组配对码，待移动装置接收到正确的配对码后才算配对成功，这时移动装置便可开始进行控制，惟透过配对码进行配对可提高安全性，但在配对时电磁波的讯号是向四面八方传播，若有心人士利用终端窃听装置来进行封包的解析，是可将此类配对封包进行破解，因此，为了提升配对安全性的方式，近场通讯(nearfieldcommunication，nfc)为目前最为广泛应用的技术。

由于近场通讯在认证时，两个装置彼此需要靠近到一定距离才能完成认证，因而安全性比一般无线通讯机制的配对更为安全，然而近场通讯的传输频率低，所需的感应线圈较大，若与其他系统整合，将会占用掉部分空间，此不符合现代电子产品轻薄短小的需求：另外，近场通讯读取器的芯片需要搭载对应有支援的作业系统方可运作，如此也缩小了应用范围。

因此，如何找出一种可提高无线通讯机制的配对安全性，特别是， 在两个装置认证时可避免配对码被窃取，同时还可维持原无线通讯的传输方式，藉此使一般无线通讯设备也可拥有安全的配对机制，此已成目前本领域技术人员所追求的目标。

技术实现要素：

鉴于上述悉知技术的缺点，本发明的目的为提供一种在既有无线通讯模式下可模仿近场通讯来执行装置认证机制的系统，藉此于认证阶段时采用近场通讯，且于认证后回复到一般通讯模式以保持两装置间的连线。

为达成前述目的及其他目的，本发明提出一种使用模仿近场通讯的无线通讯系统，其设置于周边应用设备中，用于与移动装置进行连线，该无线通讯系统包括：无线通讯模块以及射频开关电路。该无线通讯模块用于发送控制指令，该射频开关电路连接至该无线通讯模块，使该射频开关电路依据该控制指令切换为低功率模式或正常功率模式，其中，该射频开关电路包括讯号衰减单元，用以于该低功率模式下，衰减该无线通讯模块所发出的传输讯号的频率以产生输出讯号，以及于该正常功率模式下，维持该传输讯号的频率。

于一实施例中，该讯号衰减单元包括多个讯号衰减器，以由该多个讯号衰减器分别提供不同衰减频率以衰减该传输讯号。

于另一实施例中，该射频开关电路还包括设于该讯号衰减单元之前的第一切换器，用于接收来自该无线通讯模块的该传输讯号。另外，该射频开关电路还包括设于该讯号衰减单元之后的第二切换器，用于输出经过该讯号衰减单元后的该传输讯号。

于再一实施例中，该输出讯号通过该周边应用设备的天线传送至该移动装置。

本发明还提出一种使用模仿近场通讯的无线通讯系统的认证方法，该无线通讯系统设置于周边应用设备中，用于与移动装置进行连线，该方法包括下列步骤：令该无线通讯系统切换至低功率模式；令该无线通讯系统于该低功率模式下发送询问讯号；令该移动装置于接收到该询问讯号后回传确认讯号；令该无线通讯接统收到该确认讯号后，切换成正常功率模式；以及令该无线通讯系统与该移动装置执行 资料传输或控制。

于一实施例中，于该无线通讯系统与该移动装置连线前，该无线通讯系统为周期性转换该低功率模式和该正常功率模式，且直到该无线通讯系统与该移动装置结束连线后，令该无线通讯系统回复至该低功率模式和该正常功率模式的周期性转换。

于另一实施例中，该无线通讯系统是透过设于其中的讯号衰减单元，于该低功率模式下，衰减该无线通讯系统所发出的传输讯号的频率。

于再一实施例中，该无线通讯系统与该移动装置执行资料传输或控制还包括：该无线通讯系统由认证阶段转为控制阶段，以供该移动装置操控该周边应用设备。

相较于先前技术，本发明所提出的使用模仿近场通讯的无线通讯系统及其认证方法，利用控制机制与射频开关电路的软、硬体整合，使得无线通讯系统所发送的传输讯号可藉由射频开关电路来选择是否经由讯号衰减单元以降低讯号大小，进一步达到近距离通讯的传输，如此可降低讯号大小来传输具有隐私性内容，如配对码或密码等，避免遭有心人士监听或窃取，也就是说，在认证阶段可透过低功率模式来进行认证，认证后可回复至一般功率模式执行资料传输或控制。另外，本发明所提出的无线通讯系统可应用在任意无线通讯平台，也就是，可使无线通讯具有低功耗通讯功能以及近距离传输效果。

附图说明

图1为显示本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统的系统架构图；

图2为显示本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统中射频控制电路一实施例的示意图；

图3为显示本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统的认证方法的步骤图；

图4为显示本发明所述的周边应用设备的发送封包周期的示意图；

图5为显示本发明所述的周边应用设备的认证机制的时序图；以及

图6为显示本发明所述的射频开关电路切换于认证阶段和控制阶段的流程图。

符号说明

1使用模仿近场通讯的无线通讯系统

11无线通讯模块

111微控制器

12射频开关电路

121讯号衰减单元

1211～1214讯号衰减器

122第一切换器

123第二切换器

2天线

3移动装置

41低功率模式

42正常功率模式

s31～s35步骤

s61～s65流程。

具体实施方式

以下通过特定的实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他特点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用。

为了达到近距离通讯传输的目的，但在不希望过度改变现有无线通讯模式的情况下，本发明提出透过切换机制，在需要近距离通讯时，例如两个装置认证时，采用如近场通讯(nfc)传输频率来进行讯号传输，而在一般情况下，则保持该无线通讯模式的传输频率来进行讯号传输，如此可在不改变既有无线通讯机制下，又能满足近距离通讯的需求。

请参阅图1，其为说明本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统的系统架构图。如图所示，使用模仿近场通讯的无线通讯系统1可设 置于周边应用设备中，例如智慧家电、数位相机、穿戴式装置等，该使用模仿近场通讯的无线通讯系统1可与移动装置3进行连线，以由移动装置3对该周边应用设备执行控制，该移动装置3可为手机、平板或笔记型电脑，但不以此为限，其中，该使用模仿近场通讯的无线通讯系统1包括：具有微控制器111的无线通讯模块11以及射频开关电路12。

无线通讯模块11透过微控制器111以发送控制指令。具体来说，无线通讯模块11为各种无线通讯的芯片，例如蓝芽、zigbee或wifi等，如前所述，本发明并未更改既有无线通讯的机制，因而无线通讯模块11即是既有无线通讯芯片所组成，其内部微控制器111可发送控制指令至射频开关电路12，如图中所示的切换控制。

射频开关电路12连接至无线通讯模块11，该射频开关电路12依据来自该无线通讯模块11的控制指令切换为低功率模式或正常功率模式。前面已说明透过切换频率高低，在认证时以低功率进行传输，而在连线后以高功率进行传输，进而使无线通讯系统1与移动装置3连线。

具体实施时，射频开关电路12的控制方式，是由无线通讯模块11的微控制器111传送一个控制指令至射频开关电路12以控制射频开关电路12。因为是硬体控制，所以比使用软体转换速度更快，可以不到100ms就可切换一次。

具体实施时，射频开关电路12内可包括讯号衰减单元121，该讯号衰减单元121用以于低功率模式下，衰减无线通讯模块11所发出的传输讯号的频率以产生输出讯号，以及于正常功率模式下，维持传输讯号的频率并输出。简单来说，射频开关电路12在收到无线通讯模块11的控制指令，会控制讯号衰减单元121以对传输讯号的频率进行衰减，衰减量高低可视需求调整。

接着请参阅图2，其为说明本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统中射频控制电路一实施例的示意图。如图所示，进一步说明使用模仿近场通讯的无线通讯系统1的射频控制电路12如何对传输讯号进行衰减，其中，该射频控制电路12于讯号衰减单元121前后设置有第一切换器122和第二切换器123，且讯号衰减单元121包括多个讯号衰 减器，举例来说，于本实施例中包括讯号衰减器1211～1214，且分别提供不同程度的频率衰减。

设置于讯号衰减单元121之前的第一切换器122，用于接收来自无线通讯模块11(如图1所示)的传输讯号，第一切换器122可为单输入多输出切换器，于本实施例中，第一切换器122为1对4切换器，当收到传输讯号后，有四个讯号衰减器1211～1214的路径可供选择，选择哪一个讯号衰减器则是视需求而定，也就是可预先设定如何切换。

讯号衰减器1211～1214可分别提供不同程度的频率衰减，例如讯号衰减器1211是让频率衰减10db，讯号衰减器1212是让频率衰减15db，讯号衰减器1213是让频率衰减20db，另外，若选择讯号衰减器1214则表示未衰减。

设置于讯号衰减单元121之后的第二切换器123，输出经过讯号衰减单元121后的传输讯号，第二切换器123可为多输入单输出切换器，于本实施例中，第二切换器123为4对1切换器，也就是由四个讯号衰减器1211～1214的路径其中一者接收到传输讯号后，再通过周边应用设备的天线2传送至移动装置3(如图1所示)。

需说明者，第一切换器122和第二切换器123可为1对2切换器和2对1切换器，但不以此为限。另外，两个切换器也非一定要相对应，也就是，第一切换器122为1对4切换器，第二切换器123为2对1切换器，此时，由传输讯号经第一切换器122后，一样有四条路径可选择，要通过讯号衰减单元121后，该些路径可两两一组再由第二切换器123输出。

由上可知，尽管本实施例采用了四个讯号衰减器，但此仅是一示范实施例，换言之，讯号衰减器的数量或是各讯号衰减器的衰减值是可依据设计需求调配，也就是只要讯号衰减器是多个即可，且各讯号衰减器的衰减值也不限制于上述的10db、15db或20db等。

由上可知，本发明在既有的无线通讯模块下(例如ble模块)串接射频开关电路，利用无线通讯模块内微处理器控制射频开关电路以选择适合路径进行与移动装置的传输，实际应用时，当移动装置与具有此使用模仿近场通讯的无线通讯系统的周边应用设备进行传输时，系统会先切换射频开关进入认证阶段，此时，移动装置需靠近周边应 用设备方能进行认证，待认证成功后，系统会切换至控制阶段，以供移动装置对周边应用设备执行控制。

若要以一般无线网路来模仿nfc传输，遭到最大的困难还是没靠近就收到讯号，也就是即便透过调低一般无线网路功率来模仿，但两装置之间的距离仍有30cm，本发明所提出者，可透过软硬体配合，将功率调整到连芯片都没办法调到的情况，也就是只能几公分内才能收到，因而此改变并非取代既有无线网路传输，而仅是模仿nfc传输。

本发明所述的无线通讯模块可为蓝芽、zigbee、wifi等，对于需要近距离进行隐私性资料交换的情况下更突显其安全性，因为即便有心人士想要监听，也会因为讯号强度太小而无法取得，此让例如配对码或密码等隐私性资料不会被窃取。

另外，本发明所提出系统无需额外通讯芯片(例如nfc、rfid)即可进行近距离通讯，此大大降低周边应用设备的成本，且无需设计额外空间摆放通讯芯片，将可减少电路布局复杂度，同时在减少这些主动电路下，系统也更为省电。

请参阅图3，其为说明本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统的认证方法的步骤图。于此所述的认证方法为具有本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统的周边应用设备如何与移动装置产生连线，包括两者互连前的认证阶段以及两者连线后的控制阶段。

于步骤s31中，无线通讯系统切换至低功率模式。具体来说，周边应用设备透过无线通讯系统可于低功率模式和正常功率模式之间转换，其中，低功率模式用于认证阶段，正常功率模式则用于控制阶段。

具体实施时，周边应用设备要感测周边是否有其他移动装置要与其连线，故会主要发出询问机制，此时，为了确保在连线之前的配对码或密码交换时不被窃取，于本步骤中，是采用低功率模式发送询问讯号。

于步骤s32中，该无线通讯系统于该低功率模式下，发送询问讯号。简言之，当无线通讯系统处于低功率模式下所发送的询问讯号(例如polling)，因频率已被衰减，故仅有近距离的移动装置才能收到。

于步骤s33中，移动装置接收到该询问讯号后，回传确认讯号。于本步骤中，当有邻近周边应用设备收到询问讯号后，若移动装置欲 与该周边应用设备连线，则会回送确认讯号(例如ack)，因为两者很近，所以周边应用设备的无线通讯系统会觉得移动装置是合法的连线者。

于步骤s34中，该无线通讯系统接收到该确认讯号后，切换成正常功率模式。于本步骤中，在无线通讯系统收到移动装置回传的确认讯号后，即表示周边应用设备与移动装置完成认证，无线通讯系统将切换成正常功率模式以与移动装置进行连线。

于步骤s35中，该无线通讯系统与该移动装置执行资料传输或控制。如前一个步骤所述，周边应用设备与移动装置完成认证后，两者即可采用正常功率模式来执行资料传输或者是移动装置对周边应用设备的控制，更具体来说，无线通讯系统由认证阶段转为控制阶段，即周边应用设备可供移动装置连线操控。

由上可知，周边应用设备的无线通讯系统会不断地询问周遭是否有移动装置要执行连线，且询问时机，是在其低功率模式下，此时频率大小较小，故移动装置需够近才能接收到，此也提升资料交换的安全性，特别是连线前的配对码或密码，待认证后，后续则转换回正常功能模式，也就是原本无线通讯系统内的无线通讯模块原先的传输机制，两者可连线并执行资料传输或控制。

但为了维持周边应用设备原先传输机制，又要执行模仿近场通讯的传输机制，故无线通讯系统为周期性转换低功率模式和正常功率模式。另外，无线通讯系统透过设于其中的讯号衰减单元，以于低功率模式下，衰减无线通讯系统所发出的传输讯号的频率。

请参阅图4，其为说明本发明所述的周边应用设备的发送封包周期的示意图。如图所示，在周期性转换时，可设定低功率模式41一段时间，正常功率模式42一段时间，两者比例可依设计需求设定，也就是说，无线通讯系统先转换至低功率模式41进行询问，若无收到任何回应，则转回正常功率模式42以执行该周边应用设备原本执行的工作，如此即可保有周边应用设备原先传输机制，又可执行模仿近场通讯的传输。

具体实施时，使用模仿近场通讯的无线通讯系统在发出询问封包时，此时若合法移动装置靠近，即可收到询问封包并完成认证，此时 无线通讯系统内的射频开关电路切换为高衰减路径(enableswitchtoselecthighattenuatorpath)，也就是低功率模式。反之，使用模仿近场通讯的无线通讯系统在没有在认证状态时的封包，即一般无线通讯的广播封包，则射频开关电路切换为无衰减路径(enableswitchtoselectlowattenuatorpath)，也就是高功率模式。

另外，若无线通讯系统与移动装置认证连线后，需等待两者结束连线后，该无线通讯系统回复至低功率模式和正常功率模式的周期性转换。

请参阅图5，其为说明本发明所述的周边应用设备的认证机制的时序图。如图所示，其显示周边应用设备内使用模仿近场通讯的无线通讯系统与移动装置之间如何认证。

于时序1中，无线通讯系统以低功率发送询问封包，进入认证模式。

于时序2中，周边应用设备周遭的移动装置若收到询问封包，则可回传确认封包(ack)。

于时序3中，无线通讯系统收到该移动装置回传确认封包后，两者认证成功，切换成讯号传输模式。

于时序4中，无线通讯系统通知移动装置可进入控制模式，也就是无线通讯系统告知移动装置可控制周边应用设备。

于时序5中，移动装置执行周边应用设备的控制。

请参阅图6，其为说明本发明所述的射频开关电路切换于认证阶段和控制阶段的流程图。

于流程s61中，使射频开关电路切换至高衰减路径。具体来说，为了仅让近距离的装置连线，故透过衰减频率来降低频率大小，进而达到近距离通讯的目的。

于流程s62中，判断是否有来自移动装置的确认讯号。简言之，若有移动装置接收到周边应用设备所发送的较低频率的询问讯号(询问封包)，则可回复确认讯号，告知周边应用设备可连线，其中，移动装置的距离要够近才能收到询问讯号。

于流程s63中，允许周边应用设备受控制。于本步骤中，当流程s62时，周边应用设备有接收到移动装置回复的确认讯号，其表示移动 装置与周边应用设备可连线，两者完成认证后，周边应用设备可通知移动装置可执行控制，直到两者结束连线为止，在此期间中，周边应用设备则保持一般无线通讯的传输机制。

于流程s64中，使射频开关电路切换至低衰减路径。于本步骤中，当流程s62时，周边应用设备有未接收到移动装置回复的确认讯号，其表示周边并无移动装置要与其连线，为了保持周边应用设备原先无线通讯传输机制的正常运作，则射频开关电路切换至低衰减路径，也就是原先无线通讯的传输机制。

于流程s65中，广播周边应用设备的识别资料。如前一个步骤所述，射频开关电路切换至低衰减路径，此时周边应用设备则回复到原先功能，此时周边应用设备会将其识别资料进行广播，也就是透过原先无线通讯的传输机制，以寻找周边有无欲连线的移动装置，换言之，此时不管远距离或近距离的装置都可收到询问封包。

综上所述，本发明的使用模仿近场通讯的无线通讯系统以及其认证方法，利用无线通讯系统内控制机制与射频开关电路的软、硬体整合，使得无线通讯系统所发送的传输讯号可选择是否经由讯号衰减单元以降低讯号大小，进一步达到近距离通讯传输的目的，降低讯号大小可使传输安全性提升，避免遭有心人士监听或窃取；另外，仅有认证时才执行讯号衰减，也就是说，认证阶段透过低功率模式进行认证，认证后即回复至一般功率模式执行原先无线传输机制的传输。因此，本发明提出的无线通讯系统可应用在任意无线通讯平台，以使无线通讯具有低功耗通讯功能以及近距离传输效果，不仅提升认证安全性，同时具有回应快速的效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。