Vezetékmentes technika „kulcsszerepben”
Az ajtónyitó távirányító még az alacsonyabb kategóriájú személyautókban is régóta alapfelszereltségnek számít. Egyre több új fejlesztésű modellbe kerül olyan zár- és blokkoló rendszer, melynek feloldásához elegendő csupán megközelíteni a járművet, így a kulcsot nem is kell elővennünk a zsebünkből. Az RF-rendszerek technológiája is változik: előtérbe kerül az ultra szélessávú (UWB) átvitel. A Rohde & Schwarz e terület számára kifejlesztett, új mérőrendszere mindenféle jeltípust képes kezelni, a gyártó által alkalmazott technológiától függetlenül.
Az autók már nem csupán alvázból, beltéri elemekből, karosszériából, motorból és erőátviteli rendszerből felépülő, egyszerű közlekedési eszközök – ez már a múlté. Amellett, hogy a villanymotorok előretörése forradalmasítja a hajtástechnikát, a kényelmünket és biztonságunkat szolgáló erős- és gyengeáramú egységek a gépkocsik minden szegletében megtalálhatók. A gyártók által az önjáró autókról felvázolt jövőkép valóra váltásához a járműveknek át kell lépniük saját korlátaikon, azaz meg kell tanulniuk „látni”. Mindez igen fejlett, folyamatos rádiófrekvenciás kapcsolat segítségével érhető el az érzékelők és a környezet, jármű és jármű vagy az autó és a körülvevő infrastruktúra között. E mechanizmusok révén a gépkocsik mindig tudják, hogy mi várható egy kanyar után vagy a legközelebbi kereszteződésnél, így megelőző jelleggel képesek reagálni. Ezektől a változásoktól tehát a közúti közlekedés biztonságának jelentős javulása várható.
A fentiekhez kapcsolódó komoly kihívás azonban az adatok biztonsága. Egy rádiófrekvenciás módon a hálózathoz kapcsolódó autó ugyanis nem más, mint potenciális célpont a hekkerek szemében. E jelenség érzékeltetését célzó „kalózkodások” – mint például a híres, 2015-ben bemutatott „Jeep hack” – egyértelművé tették, hogy a vázolt veszély nem légből kapott: egy nem megfelelően védett mobilkapcsolattal kommunikáló Jeep Grand Cherokee alapvető funkcióit, többek között a kormányzását és a fékezését is sikerült kívülről befolyásolni. A rövid hatótávolságú rádiófrekvenciás szolgálatok, például a Wi-Fi és a Bluetooth® további támadási felületet képeznek. Míg ez utóbbiakhoz általában „aktív”, bekapcsolt infotainment (informatikai és szórakoztató) rendszerrel rendelkező járművek szükségesek, egy másik fajta RF-felület viszont folyamatosan várja, hogy „megszólítsák”, amikor a gyújtás le van kapcsolva: ez a kulcsnélküli ajtónyitó rendszer. Ez – jellegét tekintve – lehet távirányítós (Remote Keyless Entry – RKE), amikor a vezető gombnyomással küld ki a kulcsról egy parancsot, de egyre gyakoribb az ún. passzív nyitó/indító (Passive Entry/Passive Start – PEPS) rendszer, amelynél elegendő a zsebünkben tartani a kulcsot.
Érdekes módon az első tömeggyártott távirányítós rendszer nem a csúcskategóriás autókban jelent meg, hanem az 1982-es Renault Fuego-ban, és csupán egy évtizeddel később kezdték el alkalmazni más gyártók is. Kezdetben öt-tíz méteres hatótávolságú rádiófrekvenciás adó sugárzott le az autó vevőjének „nyitás” vagy „zárás” parancsot, titkosítatlanul. Észak-Amerikában általában 315 MHz, Európában és Ázsiában pedig 433.92 MHz volt a vivőfrekvencia. A vételt vagy az irányjelzők felvillantásával, vagy a duda megszólaltatásával nyugtázta a kocsi.
Az autótolvajok vagy egy zavaró jel kibocsátásával blokkolták a „zárás” parancsot, így a jármű nyitva maradt, vagy rögzítették a vezérlő jeleket és újra kisugározták azokat, amikor a tulajdonos elhagyta a helyszínt. Természetesen ez a támadási lehetőség nem maradt titokban hosszú ideig, ezért rejtjelező kódolással bővítették a rendszereket. Ennek ellenére a korszerű megoldások sem védettek a feltöréssel szemben. Passzív nyitó/indító (PEPS) rendszert is sikerült már feltörni oly módon, hogy két adóvevő felhasználásával rádiós hidat képeztek az autó és a távol elhelyezkedő kulcs között: a jármű úgy érzékelte, hogy a kulcs a közelben van (átjátszós feltörés). Más esetekben a titkosítás szintje bizonyult elégtelennek, vagy rosszul kivitelezettnek.
Nem csupán a bűnözés okozhat bonyodalmakat a távirányítós rendszerek működésében. Bizonyos esetekben a hibák okait nehéz megmagyarázni. Észak-Amerikában például egy bevásárlóközpont meghibásodott rádiófrekvenciás beléptető rendszere bocsátott ki olyan jelet, amely a környező parkoló autók távirányítóit blokkolta. Ezt a helyzetet nyilvánvalóan nem pillanatok alatt oldották meg.
Számos probléma megoldásának kulcsa: az ultra-szélessávú kommunikáció (UWB)
Egészen a közelmúltig többféle, eltérő rádiófrekvenciás alapokon működő távirányítós és PEPS-rendszer működött a gyakorlatban párhuzamosan. Voltak köztük kisfrekvenciás (például 125 kHz-es) jeladók, amelyek egy-egy részegységet hoztak működésbe; titkosított kommunikációra épülő, 433 MHz-es, UHF-sávú modulok; illetve a járművek belsejébe épített, (például 21 kHz-es) mágneses iránytűk, amelyek azt érzékelték, hogy a kulcs az autón belül vagy kívül található-e. Mivel ezek a megoldások sérülékenynek bizonyultak, a tendenciák egyetlen, a 3,1 és 10,6 GHz közötti UWB- (Ultra Wide Band – ultra szélessávú) kommunikációs tartományban működő rendszer kidolgozása felé mozdultak el, és az adott frekvenciatartományban számos részsávot különítettek el erre a célra.
Az „UWB” kifejezés impulzusüzemű, kisenergiájú, igen rövid ideig tartó, 500 MHz-nél nagyobb sávszélességű adások összefoglaló neve. Az idő- és frekvenciatartománybeli jellemzők közötti reciprok összefüggés miatt esett a választás erre a jeltípusra; a szélessávú spektrális szerkezet ugyanis rövid lefutású hullámalakkal párosul, ami több oknál fogva is kedvező. Először is, nanoszekundumos impulzusszélességek esetén nem ülnek rá visszavert összetevők az eredeti jelre, így az adás egyértelműen azonosítható. Másodszor, az impulzusok terjedési idejéből az adó távolsága pontosan meghatározható, feleslegessé téve a kulcs helyének időigényes bemérését mágneses elven. Mivel az UWB-egységek igen kicsi, éppen a zajküszöb feletti adóteljesítménnyel üzemelnek, hosszabb az elemeik élettartama és más rádiófrekvenciás berendezéseket sem zavarnak. Emellett a hatótávolságuk is rövidebb, így a „kalózok” nehezebben fogják be a jeleiket.
Amennyire nyilvánvalóak az UWB-eszközök előnyei, a tényleges megvalósításukkal kapcsolatos hatósági előírások éppoly szigorúak. A lehető legkisebb spektrális zavarás biztosítása érdekében például az FCC legfeljebb –43 dBm/MHz teljesítménysűrűséget enged meg (összehasonlításképpen: mobil készülékekre ez az érték +30 dBm/MHz). Mindezekből következően olyan mérőműszerekre van szükség, amelyek közel 1 GHz sávszélességű, –45 dBm-nél lényegesen kisebb teljesítményű adásokat is megbízhatóan képesek kiértékelni.
Mindenféle, széles körben használt rendszerhez – egyetlen összeállítás
Annak ellenére, hogy várhatóan az UWB-kommunikáció fogja uralni a jövőben a távirányítós és a PEPS-rendszerek piacát, még mindig számos, különféle rádiófrekvenciás tartományokban és elven működő autót forgalmaznak. Ebből következően egy tesztelő rendszernek elegendően rugalmasnak kell lennie az összes használatban lévő technológia támogatásához. A Rohde & Schwarz ki is fejlesztett egy ilyen elrendezést (1. ábra).
1. ábra A mérőrendszer jellemző felépítése; testre szabott, egyedi elrendezések is kialakíthatók
Az R&S®TS7124 jelű, árnyékolt mérődoboz (2. ábra) különféle alkalmazásokhoz illeszkedő mérőbefogókkal és antennarendszerekkel rendelkező mérőkörnyezetet alkot. Például alkalmassá tehető mágneses térerősség-érzékelők bevizsgálására is (Helmholtz-tekercs, 3. ábra). Nyitószerkezete lehet kézi működtetésű vagy pneumatikus is, kielégítve mind a fejlesztőlaborok, mind a gyártósorok igényeit.
2. ábra Az R&S®TS7124 jelű, árnyékolt mérődoboz, mágneses térerősség-mérő érzékelőkkel
3. ábra A vizsgálandó eszközöket rögzítő befogó. Különféle változatai akár nyolc egység rögzítésére is alkalmasak
A kisugárzott jel frekvencia- és időtartománybeli elemzését spektrumanalizátor végzi – ilyen például a gyártáshoz optimalizált, R&S®FPS típusú műszer. A legfontosabb vizsgált jellemző az elfoglalt sávszélesség, valamint a saját- és szomszédos csatornás teljesítmény. Két, UWB-sávú eszköz közötti távolságmérés programozott jelkésleltetéssel oldható meg.
A rendszer technológiai „szíve” az R&S®TSVP típusú, PXI-alapú mérőkörnyezet, amely a vezérlő számítógépet, a tápegységeket és az illesztő fokozatokat (LIN, CAN, I2C, SPI), továbbá a mérőmodulokat (jelgenerátorokat, analizátorokat, multimétereket, kapcsolómátrixokat, stb.) tartalmazza. Jellemző vizsgálat például a tesztelt egység áramfelvételének elemzése különféle üzemmódokban, a kisugárzott adáscsomagokkal szinkronizált időzítéssel.
Ez az elrendezés mind a hordozható egységek, mind az ellenpárjukat képező járműfedélzeti modulok bevizsgálására alkalmas. Igény esetén a tesztelt eszköz ellenpárja, mint referencia mérőpanel („etalon”) a mérőrendszerbe építhető, vagy – például protokoll-analizátor és vektor-jelgenerátor felhasználásával – szimulálható. A mérőprogram felépítése és munkafolyamatainak menete az R&S®Quickstep, egy igen hatékony és könnyen kezelhető lépéssorozat- (szekvencia-) vezérlő segítségével állítható be.
A mérési összeállítás rugalmasan illeszthető a különféle megrendelői igényekhez (4. ábra). Kiépítettségét tekintve mindössze egy megfelelően felszerelt mérődobozból és a hozzá kapcsolódó, R&S®TSVP típusú, PXI-rendszerből is állhat, de műszerszekrénybe épített, célorientált berendezéseket tartalmazó, nagy összeállítássá is bővíthető.
4. ábra Különféle kiegészítéseket (opciókat) tartalmazó rendszerelrendezés
Szerző: Rob Short, Volker Bach – Rohde & Schwarz
Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49.
Tel.: +36 1 412 4460
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.rohde-schwarz.hu
Még több Rohde Schwarz
