使用声学信号进行无线通信的方法和装置 |
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| 申请号 | CN200980153429.1 | 申请日 | 2009-10-22 | 公开(公告)号 | CN102273106A | 公开(公告)日 | 2011-12-07 |
| 申请人 | 三星电子株式会社; | 发明人 | 郑熙远; 朴胜建; 高俊豪; 李相默; 李起相; 瑟吉.治德科夫; | ||||
| 摘要 | 一种在包括第一设备和第二设备的系统中使用声学 信号 进行无线通信的装置和方法，第一设备包括扩音器，第二设备包括话筒。第一设备生成无线通信信息，将无线通信信息转换为声学信号，以及使用扩音器将声学信号发送到第二设备。第二设备使用话筒接收声学信号，从声学信号中提取无线通信信息，根据所提取的无线通信信息生成确认信号，以及在无线通信信道上将所述确认信号发送到第一设备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在包括扩音器的第一设备中使用声学信号进行无线通信的方法，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 使用声学信号进行无线通信的方法和装置技术领域[0001] 本发明一般涉及适用于在无线设备之间建立通信链接的无线通信技术，并且更加具体来说，涉及使用声学信号进行无线通信的方法和装置。 背景技术[0002] 无线辅助设备，诸如电话头戴式耳机(headset)装备、耳机(earphone)等等，在设计用于传输声音和音乐程序的数字传输方案中，经由射频信道(radio channel)与它们各自的基础设备(例如，电话、通信终端、可移动式PC、播放器等等)进行通信。 [0003] 用于以数字格式进行传输的射频信道的使用导致更大的有效范围(10ms或者更大)，并且确保当使用特定加密技术时的传输机密性。对于无线耳机和电话头戴式耳机装备来说，通常通过无线链接使用标准化的数字射频通信系统，如蓝牙或者Wi-Fi(Wireless-Fidelity)。尽管它们存在优点，但是使用这种传输技术的设备仍然有一些实质上的缺陷。 [0004] 例如，对于在两个设备之间的安全链接的初始建立来说，即，对于对其进行保护以防止未授权访问和窃听的链接来说，两个设备需要彼此进行识别(identify)并交换密钥。不幸的是，由于射频信道从所配对的设备向周围扩展一段相当的距离，并且能够被恶意方轻易地监控到，所以它并不适用于这种类型的数据传输。 [0005] 在蓝牙无线电话头戴式耳机的现有模型中，使用基于个人标识号(Personal Identification Number，PIN)的方法来连接设备。更具体地说，PIN码(即，数字和符号的组合)被存储在辅助设备的存储器中，并且同时，对于给定设备，它被打印在纸上或者写在电子格式的文档中。 [0006] 在图1中示意性地示出了在辅助设备与基础设备之间建立无线通信链接的方法，并且以如下过程来执行。 [0007] (1)两个设备的无线收发器都被开启，并且基础设备搜索可用的辅助设备，例如，蓝牙类型的设备，如非手持式头戴式耳机。 [0008] (2)基础设备通过在由基础设备检测的辅助设备的列表中的名称来标识它“自己的”辅助设备。 [0009] (3)然后通过键盘将辅助设备的PIN码输入到基础设备。 [0011] (5)如果两个设备都使用相同的PIN码，那么认证和加密过程成功并且建立通信信道(即，设备之间的数据交换被许可)。否则，不建立通信信道设置。 [0012] 在上面描述的过程中，由用户执行操作(1)～(3)。然而，不能通过无线信道发送共享的私人PIN码，因为来自该设备的无线信号(例如，蓝牙信号)可能被恶意方截取，甚至是在相当远的距离。例如，即使类型2(class-2)装置具有仅10米的标称有效范围，测试也显示使用高质量的接收机和类型2的波束天线，也可以在远达1.8公里的距离处无误差地接收该信号。 [0013] 因此，用户应当亲自输入PIN码并且应当确保这个信息的机密性。 [0014] 不幸的是，前述方法在安全性和使用性上还有许多缺点。 [0015] 首先，PIN码信息在配对(pairing)设备时必须一直对用户可用，这并不总是可能的，因为PIN码文件可能丢失或者在此刻不可用。 [0016] 其次，为了可靠保护设备不被未授权地访问，PIN码应当足够长。然而，键盘通常是模拟在设备中的显示器上，它可能不方便输入较长的PIN码。因此，在手动输入较长PIN码时，出错的可能性就提高了，并且更可能的是较长PIN码会被用户忘记。 [0017] 为了克服这些缺点，电话头戴式耳机以及其它类似辅助设备的制造商已经使用较短和/或较容易记住的PIN码，例如“0000”，简化了配对过程。然而，这些较短的PIN码更加容易遭到恶意方的潜在攻击(例如，并行连接其它设备至基础设备及其监控)。 [0018] 而且，即使制造商使用较长PIN码，如果PIN码是固定的，则系统仍然有受到未授权访问的危险。例如，如果入侵者设法找到了PIN码(例如，监视到文件、窥视到在显示器上的输入等等)，那么未来该入侵者将能够在任意时间使用这个信息建立与设备的未授权连接(例如，该入侵者能够使用自动非手持工具包作为窃听设备)。 [0019] 用于建立无线通信链接的更加安全且简单的方法已为大家所知(即，新的2.1版本的蓝牙规范)。通过使用这种新的利用公共密钥的加密方法，标准开发者已经利用相对短的PIN码设法实现了增强的通信保护(即，6个数字PIN码提供与在先前标准中定义的15个单元字母数字PIN码相同的保护等级)。然而，用户仍然必须使用键盘自己输入PIN码，并且当辅助设备没有显示区域和/或数据输入设备时，而这在电话头戴式耳机装备和耳机中是非常常见的，则PIN码是固定的。 [0020] 上述方法的另一缺点是：在开始连接前，辅助设备必须在“可见的”或者“可检测的”模式下，以便执行操作(1)和(2)，也就是说，辅助设备必须响应另一设备尝试建立链接的请求，这同时也可能是危险的(例如，恶意方能够以这种方式检测到留在车中的设备然后破车而入盗走设备)。 [0021] 另一种无线通信链接建立的方法和无线通信系统使用通过额外射频信道发送的密钥。在这种情况下，必须将另外的近场通信(Near Field Communication，NFC)收发器和控制器引入到辅助设备中，从而使得结构显著地复杂化，增大了设备的质量/体积以及成本，并且削弱了其在市场上的竞争力。 [0022] 在2006年1月27日出版的No.RU2005 130483，H04L 12/56，SONY ERICKSON MOBILE COMMUNICATIONS AB(SE)中公开了用于建立无线通信链接和无线通信系统的另一技术。在这个参考文献中，在辅助设备中发起(initiate)在基础设备与辅助设备之间的通信链接建立过程。然后，通信信号在辅助设备中生成，并转换为基于移动蜂窝网络通过额外通信链接传输的信号，并且通过蜂窝式通信发送到开启的(turned-on)基础设备。根据辅助设备的基本通信链接设置操作模式。在基础设备中从接收到的数据中提取通信信号。如果接收到的通信信号与存储在基础设备中的通信信号相同，则依照基本通信链接在该辅助设备与基础设备之间建立通信链接。 [0023] 然而，在上面的参考文献中，需要全部两个设备都连接到蜂窝网络，尽管许多设备(例如，MP3播放器、无线头戴式耳机等等)没有提供蜂窝连接。而且，网络运营商服务是付费服务(例如，短消息服务(SMS))，这对用户来说经济上不划算。而且，蜂窝网络可能不是在所有时间和地点都一直是可用的。最后，在网络负担较重时，链接建立可能需要很长的时间。 发明内容[0024] 技术问题 [0025] 因此，已经将本发明设计成解决至少上面描述的问题和/或不足，并且提供至少下面所述的优点。因此，本发明的一方面将提供一种无线通信的简单且安全的方法，其增强了设备之间的无线通信链接的安全性，降低了配对时间，并且提高了便利性和功能性，而不需要对设备的质量/体积方面以及设计进行任何实质的改变。 [0026] 本发明的另一方面使用将声学通信信号从辅助设备发送到基础设备的声学通信线在设备之间建立无线通信链接。 [0027] 技术方案 [0028] 依照本发明的一方面，提供一种在至少具有扩音器的设备中使用声学信号进行无线通信的方法。所述方法包括：生成用于数据通信的连接信息；将所生成的连接信息转换为声学信号；以及通过扩音器将声学信号发送到第二设备。 [0029] 依照本发明的另一方面，提供另一种在至少具有话筒的设备中使用声学信号进行无线通信的方法。所述方法包括：通过话筒接收声学信号；从声学信号中提取用于数据通信的连接信息；根据所提取的连接信息生成确认信号；以及在无线通信信道上将确认信号发送到第二设备。 [0030] 依照本发明的另一方面，提供另一种在包括第一设备和第二设备的系统中使用声学信号进行无线通信的方法，其中第一设备至少包括扩音器，第二设备至少包括话筒。所述方法包括：生成无线通信信息；将无线通信信息转换为声学信号；由第一设备通过扩音器将声学信号发送到第二设备；通过话筒接收声学信号；从声学信号中提取无线通信信息；根据所提取的无线通信信息生成确认信号；以及由第二设备在无线通信信道上将确认信号发送到第一设备。 [0031] 依照本发明的另一方面，提供一种使用声学信号的无线通信设备。所述设备包括：处理器，用于生成用于数据通信的连接信息，以及将连接信息转换为声学信号；转换器，用于将从处理器接收到的声学信号转换为模拟信号；以及扩音器，用于根据从转换器接收到的模拟信号生成可听音调(audible tone)。 [0032] 依照本发明的另一方面，提供一种使用声学信号的无线通信设备。所述设备包括：话筒，用于接收声学信号；转换器，用于将从话筒接收到的声学信号转换为数字信号；处理器，用于将从转换器接收到的声学信号中提取用于数据通信的连接信息，以及根据所提取的连接信息生成确认信号；以及发射机，用于在无线通信信道上将确认信号发送第二设备。 [0033] 依照本发明的另一方面，提供一种使用声学信号的无线通信装置。所述装置包括：第一设备，用于生成无线通信信息，将无线通信信息转换为声学信号，以及通过扩音器发送声学信号；以及第二设备，用于通过话筒接收声学信号，从声学信号中提取无线通信信息，根据所提取的无线通信信息生成确认信号，以及在无线通信信道上将确认信号发送到第一设备。 [0034] 有益效果 [0035] 根据本发明的建立无线通信链接的方法和无线通信系统因为不需要设备检测过程和PIN码输入而缩短了受保护链接建立的时间；由于排除了人的因素而将不正确的PIN码输入(通信信号)的概率实际上降低至零，并且因为可听到的音调可以包含较长的密钥而提高了链接的安全级别。同时，因为本发明仍然使用现有硬件并且仅需要对内建软件进行修改而实际上并未提高产品成本。附图说明 [0036] 本发明的特定实施例的上述及其他方面、特征和益处将从以下结合附图的详细说明中更加清楚，在附图中： [0037] 图1示出在基础设备与辅助设备之间建立无线通信链接的传统方法； [0038] 图2是根据本发明的实施例使用声学信号建立无线通信链接的无线通信系统的框图； [0039] 图3示出根据本发明的实施例使用声学信号进行无线通信的方法； [0040] 图4是示出根据本发明的实施例使用声学信号建立无线通信链接的操作的流程图； [0041] 图5是示出根据本发明的实施例在辅助设备中使用声学信号建立无线通信链接的操作的流程图； [0042] 图6是示出在图5所示的操作中在传输声学信号期间增大声音音量的图；以及[0043] 图7是示出根据本发明的实施例在基础设备中使用声学信号建立无线通信链接的操作的流程图。 [0044] 贯穿附图，相同的附图参考标记将理解为指代相同的元素、特征与结构。 具体实施方式[0045] 定义在下面的说明书中的事物，诸如具体构造和元素，被提供为帮助全面理解所描述的本发明的实施例。因此，本领域普通技术人员将认识到，能够对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围与精神。而且，为了简明和清楚起见，略去了对公知功能与结构的描述。 [0046] 图2是根据本发明的实施例使用声学信号建立无线通信链接的无线通信系统的框图。 [0047] 参考图2，无线通信系统基本上包括第一设备1(例如，基础设备)和第二设备2(例如，辅助设备)。例如，第一设备1可以是移动电话，第二设备2可以是无线电话头戴式耳机。举例来说，将在作为第一设备1和第二设备2之间的主要(primary)通信链接的射频链接的上下文中进行以下描述。更具体地说，举例来说，将使用蓝牙数字射频信道描述图2。 [0048] 在第一设备1中，收发器12(T1)经由空气接口在射频信道上接收和发送信号。处理器13(P1)与存储器14(M1)和控制器15(C1)合作。话筒17通过模数转换器(ADC)16连接到处理器13的输入。 [0049] 在第二设备2中，收发器22(T2)经由空气接口在无线信道上接收和发送信号。处理器23(P2)与存储器24(M2)和控制器25(C2)合作。扩音器27(例如，接收机插入装置(receiver inset)或扬声器)通过数模转换器(DAC)26连接到处理器23的输出。至少一个操作装置(manipulator)28，诸如按钮或者小键盘，安装在第二设备2的外表面上，并且从用户接收操作信号，以及将操作信号提供给控制器25。 [0050] 第一设备1的收发器12和第二设备2的收发器22意图用于根据数据传输的基本类型建立无线通信链接，例如，蓝牙射频链接(主要通信链接)。 [0051] 第一设备1的处理器13和第二设备2的处理器23可以具有用于连接到附加设备的附加输入和输出，附加设备诸如操作装置(具体地说，键盘)、显示器、扩音器(在第一设备1中)或者话筒(在第二设备2中)等等。 [0052] 依照本发明的实施例，附加软件安装在第一设备1中的处理器13的存储器14中。软件程序包括用于检测特定可听音调、通过解码所检测到的可听音调来提取有用信息(通信信号)，并且将其与控制器15所知的或者存储在处理器13的存储器14中的信息相比较的程序。而且，软件程序包括用于通过收发器12发送响应信号以建立主要通信链接(例如，蓝牙链接)的数据程序。 [0053] 使用软件程序，第一设备1在与另一设备配对时，可以通过接收可听音调和解码所接收的音调，来通过话筒17接收包括在可听音调中的连接信息。 [0054] 除了第二设备2的常规功能之外，第二设备2的处理器23可以另外生成伪随机密钥，准备用于通过扩音器27传输的可听音调传输以及通过收发器22对确认信号的检测，以及生成用于设置第二设备2接收、传输和传输禁止模式的命令。 [0055] 为了这个目的，依照本发明的实施例，附加软件安装在第二设备2中的处理器23的存储器24中，或者依照本发明的另一实施例，附加软件安装在连接至处理器23的附加芯片上。同时，处理器23的存储器24(或者附加芯片)存储标识信息(identification information)，例如，预期的确认信号。 [0056] 因为伪随机密钥生成和可听音调传输的准备需要相对较小的处理器资源，所以可以在第二设备2中实现附加的功能(即使在使用低级微控制器或数字信号处理器时)。另外，本发明的这些功能能够在任意当前生产的设备中实现。 [0057] 因此，可以通过仅仅更新内建软件(例如，固件更新)而无需购买新的设备，在特定无线电话头戴式耳机以及耳机中实现本发明的各种实施例。在新设计的设备中，附加软件安装几乎总是可能的。 [0058] 因此，处理器13和23使用安装在它们每一个中的基本软件和附加软件，通过处理、形成(shaping)、以及在处理器13和23的组件之间、以及与外部进行命令和数据交换，来执行它们的功能。 [0059] 图3示出根据本发明的实施例使用声学信号的无线通信的方法。 [0060] 参考图3，根据本发明的实施例，在第一设备1和第二设备2之间的无线通信方法中，当从用户接收到请求发起无线通信的命令时，第二设备2在步骤30中使用声学信号将用于连接发起的通信信息发送到第一设备1。连接发起信息包括关于在设备1和设备2之间安全通信的密钥的信息(例如，诸如个人标识号(Personal Identification Number，PIN)码的伪随机号码)。 [0061] 当通过话筒17通过声学信号接收到连接发起信息时，第一设备1在步骤40中将基于接收到的信息生成的确认信号发送到第二设备2。在无线通信信道上发送确认信号，例如，经由数字射频链接，并且此后，可以经由数字射频链接在设备1和设备2两者之间进行无线通信。 [0062] 如果第一设备1还被提供以扩音器，并且第二设备2还被提供以话筒，那么还可以通过声学信号在声学通信信道上进行无线通信，以及从第一设备1到第二设备2传输确认信号。在这种情况下，以这种方式通过声学信号在第一设备1和第二设备2之间交换信息：总声学信号频带被适当地分段，并且不同的声学信号传输频带被分配给第一设备1和第二设备2，以防止将来自每个设备的声学信号混淆。 [0063] 图4是示出根据本发明的实施例使用声学信号建立无线通信链接的操作的详细流程图。 [0064] 参考图4，在步骤31中，第二设备2准备密钥、设备标识符(ID)、以及将转换为声学信号的其它附加信息。在步骤33中，第二设备2生成包括密钥、设备ID以及附加信息的声学信号，然后将该声学信号发送到第一设备1。然后，在步骤34中，第二设备2监控无线信道(例如，射频信道)以确定是否已经在该无线信道上接收到针对声学信号的有效响应信号。可以在步骤46中从第一设备1发送针对声学信号的响应信号，稍后将更详细地对其进行描述。 [0065] 当在无线信道上接收到响应信号时，第二设备2在步骤35中确认响应的有效性，并且如果该响应有效的话，则在步骤37中在无线信道上与第一设备1安全通信。然而，如果第二设备2没有接收到有效响应信号，则操作返回到步骤33。 [0066] 第一设备1在步骤43中通过话筒17捕获声学信号(例如，在步骤33中从第二设备2发送的声学信号)。在步骤44中，第一设备1通过分析声学信号来检测同步序列，并且尝试对声学信号进行解码。在步骤45中，第一设备1确定解码是否成功。如果解码成功，则第一设备1在步骤46中使用解码设备ID和密钥在无线信道上发送响应信号，并且在步骤47中在无线信道上与第二设备2安全地通信。如果解码失败，则第一设备1在步骤43中捕获新的信号。 [0067] 图5是示出根据本发明的实施例在第二设备中使用声学信号建立无线通信链接的操作的流程图，图6是示出在图5中示出的操作中在声学信号的传输期间增大音量的图。 [0068] 参考图5，当第一设备1(例如，移动电话)和第二设备2(例如，电话头戴式耳机)开启时，它们的电源向需要电源的组件供电以供组件的操作。同时，第二设备2的收发器22处于“不可见”模式，并且不对来自这些设备的请求做出响应。为此目的，第二设备2的控制器25向收发器22发送数据传输阻止(blocking)命令。同时，第一设备1的收发器12可以处于数据接收/发送模式，而第二设备2的收发器22可以处于接收模式。实际上，可以稍后在需要时设置收发器12和22的操作模式。 [0069] 如果第二设备2请求建立与第一设备1的通信链接，则开启的第二设备2根据通过至少一个操作装置28(例如，键、按钮等等)接收到的用户输入(根据本发明的实施例，这是在用户部分仅有的操作)通过从控制器25生成启动信号来发起无线通信链接建立过程。例如，用户可以通过按压第二设备2中的预定键来发起该过程。 [0070] 许多变型可用于配对过程启动，诸如用户按压按钮若干次或者持续按压按钮达特定时间(例如，5秒钟)。设备制造商还可以选择任意其它组合用于在第二设备2中的配对过程启动。例如，依照本发明的另一实施例，可以在开启第二设备2之后立即执行所述发起(无需用户的任何附加操作)。 [0071] 当启动信号提供给控制器25时，第二设备2的处理器23在步骤51中生成伪随机密钥(类似PIN码)，并且在步骤52中将诸如第二设备2的模型和名称的第二设备标识信息、和/或存储在存储器24中的附加信息(例如，当前时间、数据等等)添加到伪随机密钥(例如，叠加到伪随机密钥上或者添加在伪随机密钥的开头/结尾)。在步骤53中，结果信息被编码并且添加同步序列。在步骤54中，通信信号被转换为包含伪随机密钥和标识信息的声学通信信号(即，要通过次级(secondary)通信链接发送的信号)。同时，控制器23准备可听音调的传输以通过扩音器27再现该声学信号。 [0072] 在步骤55中，ADC 26将从处理器23接收的声学信号转换为模拟信号，并且将该模拟信号提供给扩音器27。通过扩音器27传送声学信号，其音量在扩音器27中直接控制，或者通过来自控制器25的“更大声(louder)”信号来控制。同时，如果之前没有设置接收模式的话，则根据从控制器25到处理器23的命令，收发器22被设置为接收模式。 [0073] 当接收到声学信号时，第一设备1可以回复确认信号。在步骤56中，第二设备2监控无线信道(例如，射频信道)以确定是否已经在无线信道上接收到有效响应。在步骤57中，第二设备2确定是否已经接收到有效响应。如果已经接收到有效响应信号(也就是说，包括在确认信号中的信息匹配最初从第二设备2生成的伪随机密钥和标识信息)，则第二设备2就在步骤59中结束通过扩音器27的声学信号传输并且将收发器22置于传输模式，其中通过主要通信信道在第一设备1和第二设备2之间建立安全链接。也就是说，当声学信号传输结束时，准许通过在射频信道上的无线通信链接、在第一设备1和第二设备2之间的数据交换。通过无线信道从第一设备1到第二设备2可以进行任意信息传输。从而，第二设备2可以在从第一设备1接收到关于声学信号的接收的响应之后立即变为“不可见”模式。 [0074] 然而，如果第二设备2在步骤57中未能从第一设备1接收有效响应信号，则第二设备2在步骤58中就将声学信号的音量提高预定级别并且操作返回到步骤54。依照本发明的实施例，声学信号的音量逐渐提高，如图6中所示。 [0075] 如果恶意方能够截取或解码由发送设备(即，第二设备2)发送的声学信号，则无线链接的安全性就可能被打破。因此，依照本发明的实施例，应当以尽可能低的音量发射声学信号以提高安全性。然而，第一设备1和第二设备2可以位于嘈杂的环境中。因此，为了确保链接建立，同时还最大化安全性，依照本发明的实施例，根据需要逐渐提高音量，如图6中所示。 [0076] 开始，第一设备1可以不能够从低音量的声学信号中提取信息。然而，如果声学信号的信号级别变得足够强以便被检测到，则第一设备1能够立即开始解码数据并建立链接。当第二设备2通过射频信道接收确认信号时，它中断(discontinue)声学信号传输。结果，声学信号音量不会超过“足够级别”。 [0077] 另外，恶意方通常位于远端并需要较高音量的声学信号以便截取。因此，上述的方法可以防止恶意方截取声学信号。 [0078] 为了防止恶意方截取声学信号，可以为声学信号设置容许的最大音量。此外，可以设置最大声学信号传输时间(transmission time)。例如，当超出最大音量或者最大时间二者之一时，可以终止链接建立过程。 [0079] 依照本发明的实施例，每次第二设备2尝试新链接建立，它就生成新的密钥，从而即使恶意方能够截取密钥，恶意方也无法使用截取的密钥用于重复的链接建立。 [0080] 为了实时的可听音调形成，优选在5至15 MIPS(每秒百万操作)范围中的处理器容量。大多数这种类型的设备具有内建的30 MIPS容量的微处理器，并且对于蓝牙协议的全标实施来说容量更高。 [0081] 此外，如果设备内建微处理器的容量低于所需容量，那么尽管不是基于实时，也仍然可以生成可听音调。在这种情况下，依照本发明的实施例，可听音调的读数(readout)由微控制器预先生成并且记录在设备短期存储器中。此后，用于传输的记录信号被再现，例如，通过循环重复。在该实施方式中，在用户已经启动配对过程的时刻与可听音调再现开始的时刻之间可能存在较小的停顿(1-2秒)。然而，这样的停顿对普通用户来说几乎无法察觉。 [0082] 需要注意的是，形成方法与声学通信信号的内容的细节可能有所不同，并且不特别地直接涉及本发明的主题。因此，不再对它们进行更具体的描述。 [0083] 实际上，数据传输距离取决于外部声学噪声的级别、可听音调再现的音量、以及话筒敏感度。在许多情况下，实际距离可以降低至几厘米，特别是在用于耳机和电话头戴式耳机装备中的低功率声学换能器中。然而，这种状况对于本发明实际上是有益的，因为它显著地使得恶意方捡取密钥信息变得复杂。 [0084] 此外，假定为了快速和安全建立通信链接，第一设备1和第二设备2被放置在听音调的操作范围内(即，在近距离内)——在大约2-50cm的距离。这样的位置对于类似设备来说很常见并且对用户来说比较方便。在所示距离处，第一设备1的话筒17能够毫无困难地检测到由第二设备2发出的可听音调。在设备之间最小距离的情况下，实际上恶意方不可能“截取”它们的配对(链接建立)。 [0085] 图7是示出根据本发明的实施例在第一设备中使用声学信号建立无线通信链接的操作的流程图。 [0086] 参考图7，在图5中示出的过程中，第二设备2将声学信号发送到第一设备1。在步骤71中，第一设备1通过话筒17获得声学信号。ADC 16将接收到的可听音调数字化，并且处理器13和控制器15读出数字声学信号并对数字声学信号进行数字处理。具体地说，在步骤72中尝试同步序列检测，并且在步骤73中确定是否已经检测到同步序列。如果在步骤73中尚未检测到同步序列，则第一设备1在步骤71捕获新的声学信号。当检测到同步序列时，在步骤74中，第一设备1通过信道均衡、噪声去除和解码来处理声学信号。 [0087] 为了确定声学信号是否匹配控制器15所知的预期通信信号，根据已知算法从声学通信信号中提取伪随机密钥和标识信息。如果解码失败，则在步骤71中，第一设备1捕获新的声学信号。然而，如果解码成功，则在步骤78中，第一设备1基于接收到的密钥和设备标识信息在无线信道上生成并发送响应信号(即，确认)。在步骤79中，建立安全射频链接，并且从而，在步骤79中，第一设备1在安全信道上与第二设备2进行通信。 [0088] 确认信号可以相应于用于在蓝牙设备之间的连接过程中请求无线通信连接的请求信号。同时，确认信号可以包括关于第一设备1的标识信息。 [0089] 第一设备1和第二设备2之间的安全链接建立过程通过主要通信链接按照基本数据类型开始。如果收发器12先前没有处于接收/发送模式，则处理器13根据从控制器15接收到的命令执行模式转换。 [0090] 在主要通信信道上的安全链接建立过程可以是任意种类的——全部对称类型(基于共享的私人密钥)和不对称类型(基于共享的私人密钥和公共密钥)。私人密钥对基础设备和第二设备2两者都是已知的。基于伪随机密钥形成私人密钥，该伪随机密钥由第二设备2生成并且在声学通信链接上发送到第一设备1。 [0091] 在步骤78中，第一设备1的处理器13和控制器15基于私人密钥生成确认信号(响应于从第二设备2接收到声学信号)，并且第一设备1的收发器12置于传输模式。确认信号通过已知的方法发送到第一设备1的收发器12以及天线输出。在接收模式下运行，第二设备2的收发器22通过第二设备2的天线输入接收信号、进行处理、并将其发送到处理器23。 [0092] 需要注意，通过主要通信链接的私人密钥传输不是强制性的。例如，控制器25根据已知算法基于私人密钥形成确认信号(即，预期的确认信号)，并且将其与通过主要通信信道接收的类似信号进行比较。像声学信号一样，信号形成的方法和确认信号的内容可以有所不同。 [0093] 在声学信号音量逐渐提高期间，链接建立时间可以在一定的范围内稍微提高，但是因为第一设备1能够以最小可能音量解码可听音调，这可以显著地使恶意方截取甚至检测可听音调变得复杂，所以它将改善链接建立的安全性。 [0094] 依照本发明的实施例，为了生成较长(并且可能不停止的)可听音调，可以使用两种基本方法： [0095] (a)循环重复一个相同的通信信号；以及 [0096] (b)通过与前述同步序列重复交织，在通信信号形成期间以无限数量的“奇偶”数据应用误差校正码。 [0097] 用这样的方式，可以达到较高级别的干扰免疫。然而，这些方法可能需要在全部第一设备1和第二设备2中的更多的计算资源。这些可听音调的数字处理通常需要基础设备中的处理器13的一些资源。这涉及到这样的事实：对于可听音调的检测或者解码来说，通常需要以下操作： [0098] -利用前述同步序列计算输入信号的卷积； [0099] -实行数字滤波以去除噪声和干扰； [0100] -在信道均衡器中实行均衡(以补偿多径声音传播影响)；以及 [0101] -为了误差检测和校正的目的，实行信号的前向误差校正解码。 [0102] 为了满足所有这些要求，在第一设备1中使用具有50至150 MIPS容量的处理器。然而，目前，这不是真正的限制，因为大多数现代智能电话和通信装置都是在200至1000 MIPS处理器的基础上设计而成的。而且，多数的廉价移动电话的现代模型具有容量大于100 MIPS的处理器，由此使得即使在这样的廉价电话模型中也能够使用给定的配对方法。 [0103] 受保护链接算法的具体实施例可以根据系统的加密抗耐性(crypto resistance)的要求而有所不同。然而，将基于以可听音调的形成发送的一个相同通信信号(第二设备2中形成的私人密钥)的应用来建立链接。在最简单的情况下，在有限时间段内(例如，5秒)，发送具有恒定功率的通信信号，这足以通过第一设备1的话筒17来检测。 [0104] 根据本发明的实施例建立无线通信链接的方法和无线通信系统缩短了受保护链接建立的时间，因为不需要设备检测过程和PIN码输入。而且，由于排除了人工因素，所以上述实施例实际上将不正确PIN码输入(通信信号)的可能性降低至零，并且因为可听音调可以包含较长密钥，所以提高了链接的安全级别。另外，本发明的实施例实际上不会增加产品成本，因为它们使用现有硬件，并且仅需要对已经内建的软件进行修改。 [0105] 尽管已经参考基础设备和第二设备在上面描述了本发明的实施例，但是只是为了方便而使用术语“第一”和“第二”。因此，本发明的实施例可应用于执行如上述基础设备和辅助设备的类似功能的任意设备。 [0106] 而且，尽管已经在蓝牙通信的上下文中描述了本发明的实施例，但是本发明的实施例可应用于其它射频或者无线通信方案。 |
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