用于监测无线通信交换的通信装置和方法与流程

本发明的领域涉及无线电通信单元，以及用于监测无线通信交换的方法。本发明的领域适用于但不限于监测两个无线通信装置之间的无线通信交换并确定这些相应的无线通信装置之间的距离。

背景技术：

1、无线电通信系统在例如‘物联网(iottm)’等领域的使用正在迅速增加，所述领域包括家庭自动化、各种对等通信应用，如appletm的“airdroptm”，或带有各种生理监测装置的个人锻炼系统等等。这些应用中的许多应用使用bluetoothtm无线电标准，所述bluetoothtm无线电标准已经建立得非常完善，得到了广泛的支持和开发。

2、本地化测试是一种用于检查软件在通信系统中多个位置出现时的内容、用户界面、功能和可用性的已知方法。在这类通信系统中，无线电通信装置出现在多个位置中，有时重要的是确定相应无线电装置之间的距离，使得所述系统可确保某些装置之间的通信能够以可靠的方式实现。在窄带定位系统中，需要两个或更多个装置来确定这类距离估计。

3、图1示出在定位系统中提供距离估计的已知传信方法100。在距离估计中，首先是同步步骤110，接着是两个无线电装置之间的多个频音交换120、122(为简单起见仅示出了两个频音交换)。在同步步骤110中，第一无线电装置发送同步(‘synch’)模式130，第二无线电装置接收所述synch模式，随后处理接收到的synch模式130并将处理后的synch模式重传132给第一无线电装置。以此方式，第二无线电装置(有时被称为‘反射装置’)将其定时对准到第一无线电装置(有时被称为‘发起装置’)，且发起装置将其本地振荡器(lo)频率对准到反射装置的lo频率。执行此操作以将发起装置和反射装置的晶体(本地)振荡器(在时间上)对准，所述晶体振荡器在无线交换之前在时间上不会先验地对准(且应注意，这两个装置可具有不同晶体精度且可能沿相反方向漂移，进而引起定时和频率未对准)。因此，使用同步步骤估计任何这类定时未对准并且进行补偿。

4、在特定射频(rf)信道上，第一装置发送未调制的载波频率，而第二装置接收未调制的载波频率。此后，第二装置发送未调制的载波频率，而第一装置接收未调制的载波频率。在接收的同时，每一装置执行相位测量以便识别所发送的信号的相变。随后，发起装置和反射装置这两者同步跳转到下一通信信道上，随后执行相同过程。因此，以此方式，每一双向交换在不同rf信道上发生，使得所有可用频率在一个距离测量交换期间至少被映射一次。不同射频上的信号交换需要在时间上同步，即，rf跳频需要同步发生。随后在后续操作上，使用发起装置和反射装置之间的频音(或数据包)的双向交换134和136、138和140等等来交换信道探测信息。在跳转通过所有rf信道之后，发起装置和反射装置中的每一个执行其自身的相位测量集。然而，每一装置归因于其电路系统中的rf损伤(主要归因于当在发送(tx)和接收(rx)操作模式之间切换时的相位噪声和本地振荡器相位不一致)也会引入其自身的相位误差。

5、还知道通常有用的是能够出于对装置以及通信单元之间的通信的故障检修或性能监测的目的来分析无线电通信信道。出于此目的开发并使用了信号分析器。用于研究和开发环境中的信号分析器可连接到受测试装置(dut)，例如两个无线电通信单元，所述两个无线电通信单元通过有线连接耦合在一起，以出于测试目的提供稳定且表征良好的界面，或替代地，经由无线接口耦合在一起，或这两种耦合方式混合。

6、还开发了被称为‘嗅探器’的通信单元，实际上是用以收听无线电发送的信号分析器。这些嗅探器使用无线电接口并且提供用于无线收听射频(rf)通信的装置并分析正在使用的协议。开发了示例嗅探器通信单元，包括来自nordictm的低成本nrf52840，其可连接并收听多种bluetoothtm协议，例如bluetoothtm6.3、mesh、threadtm、zigbeetm、802.15.4、anttm和其它专有2.4ghz协议，或者高性能装置，例如ellisystmbluetoothtm跟踪器。然而，这类已知嗅探器通信装置不提供关于两个通信无线电装置和通信信道本身的特性的更详细信息。

7、因此，本发明的发明人已发现需要监测两个无线通信装置之间的通信交换并提取关于参与通信的通信装置以及用于实施此方法的(嗅探器)通信装置的信息的方法。具体来说，比如，窄带定位系统，本发明的发明人已发现需要确定每一个别通信装置在发起装置和反射装置之间的双向交换中正在引入多少相位误差。本发明人已发现此信息可用以调试/评估装置的实施方案和/或配置。另外，在一些应用中，此信息可用以更准确地确定这些相应无线通信装置之间的距离。

技术实现思路

1、本发明提供用于监测两个无线通信装置之间的通信交换的通信装置和方法，如在所附权利要求书中所描述。本发明的特定实施例在附属权利要求项中阐述。将通过下文中所描述的实施例明白并且参考这些实施例阐明本发明的这些以及其它方面。

2、根据一种实施方式，一种监测两个无线通信装置之间的通信交换的方法，其包括在被配置成用作嗅探器装置的通信装置处：

3、同步到在主无线通信信道上在所述两个无线通信装置之间采用的频率和定时；

4、监测在所述主无线通信信道上在所述两个无线通信装置之间的无线通信交换，其中所述无线通信交换是以下一者：基于包的通信交换，或基于频音的通信交换；

5、跨多个不同频率重复所述监测在所述主无线通信信道上在所述两个无线通信装置之间的无线通信交换；

6、组合来自所述相应两个无线通信装置的多个以下各项中的至少一者：相位测量值、量值测量值；以及

7、基于组合的多个以下各项中的至少一者：相位测量值、量值测量值，确定所述两个无线通信装置中的每一者引入的相位误差值。

8、在一个或多个实施方式中，所述监测方法另外包括：

9、经由与所述主通信信道分开的至少一个侧通信信道接收来自所述两个无线通信装置中的每一者的信息，其中接收到的所述信息包括以下各项中的至少一者：

10、所述两个无线通信装置之间的无线通信交换的相应相位测量值，所述两个无线通信装置之间的无线通信交换的相应量值测量值，所述两个无线通信装置之间的无线通信交换的相应时戳测量值，各测量值由所述两个无线通信装置在所述主无线通信信道上从所述无线通信交换测得；且

11、跨所述多个不同频率重复在所述主无线通信信道上的所述监测并且经由所述至少一个侧通信信道接收来自所述两个无线通信装置中的每一者的信息。

12、在一个或多个实施方式中，组合来自所述相应两个无线通信装置的多个以下各项中的所述至少一者：相位测量值、量值测量值包括以下各项中的一者：

13、使正交(iq)域中的iq值相乘；

14、在相位域中，当使用基于频音的通信交换时，使以下各项中的至少一者相加：相位测量值、量值测量值。

15、在一个或多个实施方式中，在相位域中使用基于频音的数据交换执行以下各项中的至少一者：正交测量、相位测量、量值测量，其中组合来自所述相应两个无线通信装置的所述多个以下各项中的至少一者：相位测量值、量值测量值包括使多个以下各项中的至少一者相加：正交测量值、相位测量值、量值测量值。

16、在一个或多个实施方式中，所述监测方法另外包括基于以下各项中的一者获得所述两个无线通信装置之间的距离测量值：

17、接收到的基于包的通信交换的时戳；

18、以下各项中的至少一者：频音的接收到的基于频音的通信交换的相位测量值、量值测量值。

19、在一个或多个实施方式中，所述两个无线通信装置之间的所述距离测量值包括以下各项中的一者：

20、bluetoothtmsig无线系统中的信道探测信息；

21、80mhz ism频带中的安全距离测量值。

22、在一个或多个实施方式中，所述方法另外包括使用以下各项中的所述至少一者：相位测量值、量值测量值，确定从所述相应两个无线通信装置中的每一者接收的发送信息和接收信息之间的不一致。

23、在一个或多个实施方式中，所述至少一个侧通信信道是以下各项中的一者：有线静态通信信道、当被配置成用作嗅探器装置的所述通信装置接入通信协议的安全密钥时采用所述通信协议的无线通信信道。

24、在一个或多个实施方式中，所述两个无线通信装置包括：具有正态分布信道k定时误差的发起无线电装置装置‘i’，以及具有正态分布信道k定时误差的反射无线电装置‘r’。

25、在一个或多个实施方式中，所述方法包括在被配置成用作嗅探器装置的所述通信装置处：

26、从所述发起无线电装置‘i’接收包括第一出发时戳的第一数据包的无线电发送，在所述反射无线电装置‘r’处也接收到所述无线电发送并且响应于此产生到达时戳

27、从所述反射无线电装置‘r’接收包括第二出发时戳的所述第一数据包的无线电重新发送，在所述发起无线电装置‘i’处也接收到所述无线电重新发送并且响应于此产生到达时戳

28、捕获从所述发起无线电装置‘i’和所述反射无线电装置‘r’的包括正交iq值的空中发送和到达时戳的产生；

29、计算第一变量时间值

30、计算第二变量时间值

31、计算第三变量时间值

32、计算第四变量时间值

33、计算第五变量时间值

34、跨多个信道重复所述接收、捕获和计算操作；以及

35、计算所述第一变量时间值和第三变量时间值之间的差与所述第二变量时间值和第三变量时间值之间的差的统计均值，其中跨多个信道计算的统计均值收敛于所述发起无线电装置‘i’的信道定时误差和所述反射无线电装置‘r’的信道定时误差

36、在一个或多个实施方式中，所述监测方法另外包括：

37、使用以下方程式组合经由所述至少一个侧通信信道接收到的第一正交iq值与在空中接收到的第二正交iq值

38、

39、

40、其中所述方程式的右手侧提供以下各项中的至少一者的可预测线性的组合：相位误差、量值误差和无线电特定误差。

41、在一个或多个实施方式中，所述监测方法另外包括被配置成用作嗅探器装置的所述通信装置先验知道在所述主通信信道上的所述通信交换中的以下参数中的至少一者：使用的调制、使用的跳频定时、使用的跳频模式、是否将接收到包或频音、频音信号的持续时间、数据包的数据速率和调制后的位数目，其中所述方法另外包括：

42、在所述主通信信道上首先接收到包或频音之后，通过所述通信装置使用所述参数中的至少一者与所述通信交换同步。

43、根据另一种实施方式，一种被配置成用作无线嗅探器装置并且监测两个无线通信装置之间的无线通信交换的通信装置包括：

44、频率产生和定时电路，所述频率产生和定时电路被配置成使所述通信装置同步到在主无线通信信道上在所述两个无线通信装置之间采用的频率和定时；

45、接收器电路，所述接收器电路耦合到所述频率产生和定时电路且被配置成接收在所述主无线通信信道上在所述两个无线通信装置之间的所述无线通信交换，其中所述无线通信交换包括以下各项中的一者：基于包的通信交换、基于频音的通信交换；

46、信号处理器，所述信号处理器耦合到所述接收器电路且被配置成：

47、处理接收到的无线通信交换；

48、在所监测的主无线通信信道跨多个不同频率的重复操作之后，组合来自所述相应两个无线通信装置的多个以下各项中的至少一者：相位测量值、量值测量值；以及

49、基于组合的多个以下各项中的至少一者：相位测量值、量值测量值，确定所述两个无线通信装置中的每一者引入的以下各项中的至少一者的值：相位误差、量值误差。

50、在一个或多个实施方式中，所述通信装置另外包括：

51、接口，所述接口可操作地耦合到所述信号处理器且被配置成经由与所述主通信信道分开的至少一个侧通信信道接收来自所述两个无线通信装置中的每一者的信息，其中所述信息包括以下各项中的至少一者：由所述两个无线通信装置在所述主无线通信信道上从所述无线通信交换测量的相应相位测量值、相应量值测量值、时戳测量值，其中所述信号处理器被配置成在跨所述多个不同频率的所述所监测的主无线通信信道的重复操作并且经由所述至少一个侧通信信道接收来自所述两个无线通信装置中的每一者的信息之后，组合来自所述相应两个无线通信装置的多个以下各项中的所述至少一者：相应相位测量值、相应量值测量值、时戳测量值。

52、在一个或多个实施方式中，组合来自所述相应两个无线通信装置的多个以下各项中的所述至少一者：相应相位测量值、相应量值测量值包括以下各项中的一者：

53、在包数据通信交换之后，使正交iq域中的正交iq值测量值相乘；在相位域中，在基于频音的通信交换之后，使以下各项中的至少一者相加：相应相位测量值、相应量值测量值。