Brevet FR3094169A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : Système d'authentification au niveau de la couche physique pour système de communication radio [0001] L'invention concerne le domaine de l'authentification dans les réseaux de commu- nication radiofréquence. Plus précisément, elle concerne des systèmes de communication radio, des émetteurs radio et des unités de supervision. [0002] L'authentification des noeuds légitimes pose de nombreux problèmes dans les réseaux de communication radio. [0003] Certaines techniques d'authentification préconisent d'authentifier les noeuds d'émission du réseau de communication radio au niveau de la couche physique plutôt que dans les couches supérieures du modèle OSI, de l'anglais Open Systems Interconnection. [0004] Dans ces techniques, on considère que les composants électroniques des noeuds d'émission (par ex. un amplificateur) comportent des spécificités liées à leur architecture ainsi qu'un ensemble de variations liées aux processus de fabrication. L'ensemble de ces spécificités caractéristiques entrait-1c des variations dans le traitement des signaux électriques, formant ainsi une signature électrique unique pour chaque composant. Ainsi, en pratique, on détecte la signature électrique unique de chaque noeud d'émission au niveau des noeuds de réception du réseau de communication radio. [0005] Toutefois, de telles techniques coutcnt chères, car elles nécessitent des équipements très précis pour analyser les signaux reçus dont les variabilités de fabrication sont très ténues. En outre, elles ne permettent pas dc distinguer de manière certaine des noeuds d'émission qui utilisent les mêmes composants électroniques. En effet, dans la pratique, la signature électrique d'un noeud d'émission détermine une famille de composants électroniques, car il est très difficile de détecter les variabilités de fabrication parmi le bruit ambiant présent sur le canal de communication des réseaux de communication radio. [0006] La présente invention vise donc à pallier les inconvénients précités. [0007] Pour cela, un premier aspect de l'invention concerne un système de communication radio. [0008] Un deuxième aspect de l'invention concerne un émetteur radio prévu pour être utilisé dans le système de communication radio. [0009] Et un troisième aspect de l'invention concerne une unité de supervision radio prévue pour être utilisée dans le système de communication radio. [0010] Ainsi, l'invention concerne un système de communication radio, qui comprend : 2 - au moins un émetteur couplé à une antenne d'émission, - au moins un récepteur couplé à une première antenne de réception, et - au moins une unité de supervision couplée à une deuxième antenne de réception, dans lequel, - l'émetteur comprend un module de communication pour former un canal de communication principal et un canal de communication auxiliaire différent du canal de communication principal, le module de communication étant en outre prévu pour envoyer, sur le canal de communication principal, un signal de données et pour envoyer, sur le canal de communication auxiliaire, un signal composite qui comprend tout ou partie du signal de données et un signal d'identification de l'émetteur, - la première antenne de réception est prévue pour seulement recevoir les signaux envoyés sur le canal de communication principal, - la deuxième antenne de réception est prévue pour recevoir les signaux envoyés sur le canal de communication principal et le canal de communication auxiliaire, - l'unité de supervision est prévue pour décoder le signal d'identification de l'émetteur en corrélant les signaux envoyés sur le canal de communication principal et le canal de communication auxiliaire, - l'unité de supervision est en outre prévue pour générer un signal d'authentification à partir du signal d'identification décodé de l'émetteur et d'une hase de données des signaux d'identification d'émetteurs habilités à communiquer avec le récepteur, et - le système de communication radio, est configuré pour traiter les signaux reçus par le récepteur en fonction du signal d'authentification. [0011] Dans une première mise en oeuvre : - l'antenne d'émission est une antenne d'émission à double fréquence qui comprend une première fréquence de fonctionnement et une deuxième fréquence de fonctionnement, respectivement prévue pour émettre le signal de données et le signal composite, - la première antenne de réception est sensible seulement à la première fréquence de fonctionnement, - la deuxième antenne de réception est une antenne de réception à double fréquence qui comprend la première fréquence de fonctionnement et la deuxième fréquence de fonctionnement, respectivement prévue pour recevoir le signal de données et le signal composite, et dans lequel, - le canal de communication principal est formé sur la première fréquence de fonctionnement, et - le canal de communication auxiliaire est formé sur la deuxième fréquence de fonctionnement. 3 [0012] Dans une deuxième mise en oeuvre : - l'antenne d'émission est une antenne d'émission à double polarisation qui comprend une première polarisation et une deuxième polarisation, respectivement prévue pour émettre le signal de données et le signal composite, - la première antenne de réception est sensible seulement à la première polarisation, - la deuxième antenne de réception est une antenne de réception à double polarisation qui comprend la première polarisation et la deuxième polarisation, respectivement prévue pour recevoir le signal de données et le signal composite, et dans lequel, - le canal dc communication principal est formé sur la première polarisation, et - le canal dc communication auxiliaire est formé sur la deuxième polarisation. [0013] Dans une troisième mise en oeuvre : - le module de communication comprend un modulateur à déplacement de polarisation prévu pour séparer le signal de données en une première composante de polarisation et une deuxième composante de polarisation, en faisant varier le passage entre les première et deuxième composantes de polarisation en fonction du signal d'identification de l'émetteur, - l'antenne d'émission est une antenne d'émission à double polarisation qui comprend une première polarisation et une deuxième polarisation, respectivement prévue pour émettre la première composante de polarisation et la deuxième composante de polarisation, - la première antenne de réception est insensible à la polarisation, - la deuxième antenne de réception est une antenne de réception à double polarisation qui comprend une première entrée de polarisation et une deuxième entrée de polarisation, respectivement prévue pour recevoir la première composante de polarisation et la deuxième composante de polarisation, et dans lequel, - le canal de communication principal est formé sur une somme entre la première composante de polarisation et la deuxième composante de polarisation, et - le canal de communication auxiliaire est formé sur la variation du passage entre les première et deuxième composantes de polarisation. [0014] Selon un mode de réalisation des mises en oeuvre particulières, l'émetteur et l'antenne d'émission sont fixés sur un capteur électronique d'un véhicule routier, ou inclus dans celui-ci. [0015] L'invention couvre également un émetteur radio prévu pour être utilisé dans un système de communication radio selon l'invention, dans lequel, l'émetteur comprend un module de communication pour former un canal de communication principal et un canal de communication auxiliaire différent du canal de communication principal, et en outre, le module de communication est prévu pour envoyer, sur le canal de communication principal, un signal de données et pour envoyer, sur le canal de communication auxiliaire, un signal composite qui mélange tout ou partie du signal de données avec un signal d'identification de l'émetteur. [0016] L'invention concerne aussi une unité de supervision radio prévue pour être utilisée dans un système de communication radio selon l'invention, dans lequel, l'émetteur comprend : - une base de données des signaux d'identification d'émetteurs habilités à communiquer avec le récepteur du système de communication radio, et - un processeur pour générer le signal d'authentification à partir du signal d'identification décodé de l'émetteur et de la base de données des signaux d'identification d'émetteurs habilités à communiquer avec le récepteur. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatif. [0018] [fig.1] La figure 1 représente un système de communication radio selon l'invention. [0019] Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas nécessairement re- présentés à la même échelle, les uns par rapport aux autres, sauf mention contraire. [0020] Le principe général de l'invention est basé sur l'ajout d'une information d'identification aux signaux émis par les émetteurs d'un système de communication radio. Par ailleurs, les récepteurs du système de communication radio sont insensibles à l'information d'identification. En effet, on ajoute une unité de supervision au système de communication radio, qui est la seule à être sensible à l'information d'identification. C'est donc cette unité de supervision qui authentifie les signaux émis par les émetteurs. On peut donc identifier chaque émetteur de façon unique. En outre, la mise en oeuvre ne nécessite que peu de modifications au système de communication radio. [0021] La figure 1 illustre un système de communication 100 selon l'invention. [0022] Dans la figure 1, le système de communication 100 comprend : - au moins un émetteur 110 couplé à une antenne d'émission 120, - au moins un récepteur 130 couplé à une première antenne de réception 140, et - au moins une unité de supervision 150 couplée à une deuxième antenne de réception 160. En outre, les éléments du système de communication 100 sont prévus pour communiquer sur un réseau de communication 10 de type radiofréquence. [0023] Dans l'invention, les éléments du système de communication 100 sont de type connu de l'homme du métier. Ainsi, l'émetteur 110 en combinaison avec l'antenne d'émission 120 comprend des circuits électroniques pour émettre un rayonnement élec- tromagnétique. En outre, le récepteur 130 en combinaison avec l'antenne de réception 140 et l'unité de supervision 150 en combinaison avec la deuxième antenne de réception 160 comprennent des circuits électroniques pour recevoir un rayonnement électromagnétique. [0024] Dans l'exemple de la figure 1, l'émetteur 110 comprend un module de commu- nication (non représenté) pour former un canal de communication principal et un canal de communication auxiliaire différent du canal de communication principal. Dans un exemple, le module de communication est un processeur de traitement de signal de type connu. [0025] Dans une mise en oeuvre particulière, l'émetteur 110 est fixé sur un capteur élec- tronique d'un véhicule routier, ou inclus dans celui-ci. On entend par véhicule routier, tout véhicule doté d'un moteur (généralement à explosion ou électrique) destiné à le mouvoir sur la route et capable de transporter des personnes ou des charges (par exemple, une voiture ou une motocyclette). [0026] Le module de communication est en outre prévu pour traiter un signal de données de type connu, par exemple un signal GSM, CDMA ou OFDMA. [0027] En pratique, le module de communication envoie, sur le canal de communication principal, le signal de données. En outre, le module de communication envoie, sur le canal de communication auxiliaire, un signal composite qui comprend tout ou partie du signal de données et un signal d'identification de l'émetteur 110. En d'autres termes, le signal composite définit un lien de couplage entre le signal de données et un signal d'identification de l'émetteur 110. Dans un exemple, le signal d'identification comprend un identifiant unique de l'émetteur 110, par exemple une adresse MAC. [0028] Dans l'exemple de la figure 1, la première antenne de réception 140 est prévue pour seulement recevoir les signaux envoyés sur le canal de communication principal, à savoir le signal de données. Ainsi, dans l'invention, la première antenne de réception 140 ne peut pas recevoir les signaux envoyés sur le canal de communication auxiliaire, à savoir le signal composite. Dans une mise en oeuvre particulière, la première antenne de réception 140 en combinaison avec le récepteur 130 est fixée sur un capteur électronique d'un véhicule routier, ou inclus dans celui-ci. [0029] Dans une première mise en oeuvre particulière de l'exemple de la figure 1, on prévoit que le récepteur 130 traite les signaux reçus en fonction d'un signal d'authentification envoyé par l'unité de supervision 150. Dans l'invention, on entend par traitement, toute opération de manipulation du signal de données dans le but de récupérer son contenu informationnel, comme, par exemple, les opérations de décodage ou de démodulation. Par ailleurs, on décrira ci-dessous le signal d'authentification en relation avec la descliption de l'unité de supervision 150. En outre, le récepteur 130 comprend une horloge pour horodater la réception du signal de données. 6 [0030] Dans une deuxième mise en oeuvre particulière de l'exemple de la figure 1, on prévoit que le récepteur 130 traite les signaux reçus indépendamment de la réception du signal d'authentification envoyé par l'unité de supervision 150. Dans cocas, le signal d'authentification pourra être utilisé ailleurs dans r infrastructure du système de communication 100 à un moment prédéterminé. [0031] Dans l'exemple de la figure 1, la deuxième antenne de réception 160 est prévue pour recevoir les signaux envoyés sur le canal de communication principal, à savoir le signal de données et le canal de communication auxiliaire, à savoir le signal composite. [0032] Dans l'exemple de la figure 1, l'unité de supervision 150 est prévue pour décoder le signal d'identification de l'émetteur 110 en corrélant les signaux envoyés sur le canal de communication principal et le canal de communication auxiliaire. En effet, comme on obtient le signal composite à partir du signal de données, alors on peut récupérer le signal d'identification de l'émetteur 110 grâce à des techniques connues de corrélation de signaux. [0033] Dans l'exemple de la figure 1, l'unité de supervision 150 est en outre prévue pour générer le signal d'authentification à partir du signal d'identification décodé de l'émetteur 110 et d'une base de données des signaux d'identification d'émetteurs 110 habilités à communiquer avec le récepteur 130. Dans une mise en oeuvre particulière, l'unité de supervision 150 comprend ladite base de données. Dans une autre mise en oeuvre particulière, ladite base de données est accessible sur le réseau de communication 10. [0034] En pratique, l'unité de supervision 150 comprend un processeur qui compare le signal d'identification décodé de l'émetteur 110 à ladite base de données. Ainsi, si le signal d'identification décodé de l'émetteur 110 est présent dans ladite base de données, le processeur forme le signal d'authentification avec une information qui indique l'habilitation de l'émetteur 110 à communiquer avec le récepteur 130. Par contre, si le signal d'identification décodé de l'émetteur 110 est absent de ladite base de données, le processeur forme le signal d'authentification avec une information qui indique la non-habilitation de l'émetteur 110 à communiquer avec le récepteur 130. [0035] En outre, dans une mise en oeuvre particulière, l'unité de supervision 150 comprend une horloge pour horodater la réception du signal de données et du signal composite. Dans ce cas, le processeur de l'unité de supervision 150 est en outre prévu pour ajouter, au signal d'authentification, l'horodatage de réception du signal de données et du signal composite. De cette manière, en référence à la première mise en oeuvre particulière de l'exemple de la figure 1, le récepteur 130 pourra associer le signal d'authentification reçu avec le signal de données reçu. Par exemple, le récepteur 130 considèrera que le signal de données reçu est associé au signal d'authentification reçu si les horodatages respectifs sont compris dans une fenêtre temporelle prédéterminée. 7 [0036] On peut mettre en oeuvre l'invention de plusieurs manières. [0037] Dans une première mise en oeuvre particulière de l'invention, le canal de commu- nication principal est formé sur une première fréquence de fonctionnement et le canal de communication auxiliaire est formé sur une deuxième fréquence de fonctionnement différente de la première fréquence de fonctionnement. [0038] En pratique, dans la première mise en oeuvre particulière de l'invention, l'antenne d'émission 120 est une antenne d'émission à double fréquence qui comprend la première fréquence de fonctionnement et la deuxième fréquence de fonctionnement. La première fréquence de fonctionnement et la deuxième fréquence de fonctionnement sont respectivement prévues pour émettre le signal de données et le signal composite. [0039] En outre, la première antenne de réception 140 est sensible seulement à la première fréquence de fonctionnement. [0040] Par ailleurs, la deuxième antenne de réception 160 est une antenne de réception à double fréquence qui comprend la première fréquence de fonctionnement et la deuxième fréquence de fonctionnement. La première fréquence de fonctionnement et la deuxième fréquence de fonctionnement sont respectivement prévues pour recevoir le signal de données et le signal composite. [0041] Dans une deuxième mise en oeuvre particulière de l'invention, le canal de commu- nication principal est formé sur une première polarisation et le canal de communication auxiliaire est formé sur une deuxième polarisation différente et isolée de la première polarisation. Dans un exemple, la première polarisation et la deuxième polarisation sont des polarisations linéaires orthogonales. [0042] En pratique, clans la deuxième mise en oeuvre particulière de l'invention, l'antenne d'émission 120 est une antenne d'émission à double polarisation qui comprend une première polarisation et une deuxième polarisation. La première polarisation et une deuxième polarisation sont respectivement prévues pour émettre le signal de données et le signal composite. [0043] En outre, la première antenne de réception 140 est sensible seulement à la première polarisation. [0044] Par ailleurs, la deuxième antenne de réception 160 est une antenne de réception à double polarisation qui comprend la première polarisation et la deuxième polarisation. La première polarisation et la deuxième polarisation sont respectivement prévues pour recevoir le signal de données et le signal composite. [0045] Dans une troisième mise en oeuvre particulière de l'invention, le canal de commu- nication principal est formé sur une somme entre une première composante de polarisation et une deuxième composante de polarisation. On pourra utiliser des techniques connues de sommation de signaux provenant de polarisations différentes. En outre, le canal de communication auxiliaire est formé sur une variation du passage entre les 8 première et deuxième composantes de polarisation. [0046] En pratique, dans la troisième mise en oeuvre particulière de l'invention, le module de communication comprend un modulateur à déplacement de polarisation («Polarization Shift Keying », ou PolarSK en langue anglaise). On peut trouver une description de cette technique pour une utilisation différente, par exemple, dans le document suivant des auteurs J. Zhang, Y. Wang, J. Zhang and L. Ding : "Polarization Shift Keying (PolarSK): System Scheme and Performance Analysis" dans IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 11, pp. 10139-10155, Nov. 2017. [0047] Dans l'invention, le modulateur à déplacement de polarisation est prévu pour séparer le signal de données en une première composante de polarisation et une deuxième composante de polarisation. Pour cela, le modulateur à déplacement de polarisation fait varier le passage entre les première et deuxième composantes de polarisation en fonction du signal d'identification de l'émetteur 110. De cette manière, on définit un lien de couplage entre le signal de données et le signal d'identification de l'émetteur 110. [0048] En outre, l'antenne d'émission 120 est une antenne d'émission à double polarisation qui comprend une première polarisation et une deuxième polarisation. La première polarisation et une deuxième polarisation sont respectivement prévues pour émettre la première composante de polarisation et la deuxième composante de polarisation. [0049] Par ailleurs, la première antenne de réception 140 est insensible à la polarisation. Par exemple, si l'antenne d'émission 120 est une antenne d'émission à double polarisation linéaire, alors la première antenne de réception 140 peut être une antenne à polarisation circulaire. [0050] Enfin, la deuxième antenne de réception 160 est une antenne de réception à double polarisation qui comprend une première entrée de polarisation et une deuxième entrée de polarisation. La première entrée de polarisation et une deuxième entrée de polarisation sont respectivement prévues pour recevoir la première composante de polarisation et la deuxième composante de polarisation. [0051] On a décrit ci-dessus la présente invention dans la description détaillée et on l'a illustrée dans la figure. Toutefois, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation présentées. Ainsi, d'autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en oeuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et de la figure annexée. 9 [Revendication 1] [Revendication 2]