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一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng)及其工作方法與流程

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一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng)及其工作方法與流程
本發(fā)明涉及一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng)及其工作方法,屬于射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片的驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù):
射頻識(shí)別技術(shù)即RFID(RadioFrequencyIdentification),是一種非接觸的,能自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)物體的通信技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(VICC,VicinityIntegratedCircuit(s)Cards)和閱讀器(VCD,VicinityCouplingDevice)構(gòu)成。對(duì)于符合15693協(xié)議的標(biāo)簽芯片,VCD發(fā)送給VICC的命令有15條之多,而且命令幀的格式都不相同。而VICC返回給VCD的響應(yīng)幀的格式也不盡相同。傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法是驗(yàn)證工程師首先編寫大量的定向激勵(lì),然后通過(guò)人工的方法來(lái)觀測(cè)和檢查仿真結(jié)果。這種驗(yàn)證方法效率低下,可重用性低,而且驗(yàn)證的充分性也得不到保障,往往因?yàn)橛行┕δ軟](méi)有得到完全驗(yàn)證,從而導(dǎo)致流片失敗。因此,有必要提供一種強(qiáng)而有效的驗(yàn)證平臺(tái)來(lái)驗(yàn)證閱讀器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是否正確,從而對(duì)15693讀卡器和標(biāo)簽芯片能否正常工作進(jìn)行驗(yàn)證和判斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,本發(fā)明提供一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng),該分析系統(tǒng)以自動(dòng)驗(yàn)證閱讀器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是否正確,從而保證ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)下的產(chǎn)品符合規(guī)范。本發(fā)明還公開(kāi)一種上述信號(hào)分析系統(tǒng)的工作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng),包括基于FPGA的硬件、基于C/C++的軟件框架;所述基于FPGA的硬件包括:接收單元、下變頻單元和AD轉(zhuǎn)換單元;所述接收單元,用于在接收讀卡器和標(biāo)簽發(fā)出的空中信號(hào),并將該信號(hào)送到解調(diào)單元;所述下變頻單元,用于將接收到的13.56M的空中高頻信號(hào)下變頻為基帶信號(hào);所述AD轉(zhuǎn)換單元,用于將下變頻器轉(zhuǎn)換得到的基帶信號(hào)抽樣,并將抽樣后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī);所述基于C/C++的軟件框架包括信號(hào)分割單元、解調(diào)器、解碼器、幀處理模塊、歷史記錄模塊、統(tǒng)計(jì)模塊和顯示控制單元;所述信號(hào)分割單元,用于對(duì)硬件發(fā)送來(lái)的基帶信號(hào)按照現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)短時(shí)傅里葉變化(STFT)和歸一化互相關(guān)(FFT-NCC)進(jìn)行分割,分割為標(biāo)簽基帶信號(hào)和讀卡器基帶信號(hào);所述解調(diào)器,用于對(duì)通過(guò)分割獲取的標(biāo)簽和讀卡器基帶信號(hào)進(jìn)行解調(diào),獲得0/1信號(hào);所述解碼器,用于對(duì)解調(diào)器傳來(lái)的0/1信號(hào)按照ISO/IEC15693協(xié)議規(guī)定的編碼方式解碼;所述幀處理模塊,用于對(duì)從解碼器獲取的0/1信號(hào)采用ISO/IEC15693協(xié)議的第2部分“空氣接口和初始化”中所述的編碼方式部分解析成對(duì)應(yīng)的命令幀或數(shù)據(jù)幀;所述歷史記錄模塊,用于對(duì)信號(hào)分割單元、解調(diào)器、解碼器、幀處理模塊得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為文本的形式,方便測(cè)試人員查看;所述統(tǒng)計(jì)模塊,從基于FPGA的硬件獲取的原始基帶信號(hào)和幀處理模塊輸出的解析結(jié)果保存為歷史記錄;供測(cè)試人員分析;所述顯示控制單元,用于顯示信號(hào)分割單元通過(guò)時(shí)頻分析法(STFT)、歸一化互相關(guān)(FFT-NCC)得到的信號(hào)分割點(diǎn),解調(diào)器通過(guò)最大功率法和小波變換法(CWT)得到的0/1信號(hào),解碼器按照協(xié)議規(guī)定解釋出的幀結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述信號(hào)分割單元包括時(shí)頻分析單元,用于對(duì)從基于FPGA的硬件獲取的信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換(STFT),根據(jù)標(biāo)簽信號(hào)中有423.75kHz的單載波或423.75kHz和484.28kHz的雙副載波,讀卡器信號(hào)是沒(méi)有副載波的基帶信號(hào),分割讀卡器信號(hào)和標(biāo)簽信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述解調(diào)器包括:最大功率法解調(diào)單元,用于對(duì)二進(jìn)制幅度鍵控(2ASK)調(diào)制的信號(hào)通過(guò)最大功率法解調(diào)為0/1信號(hào);小波變換法解調(diào)單元,用于對(duì)標(biāo)簽發(fā)出的雙副載波調(diào)制的信號(hào)通過(guò)小波變換法解調(diào)為0/1信號(hào)。一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng)的工作方法,包括步驟如下:I采用基于FPGA的硬件處理流程:1)信號(hào)進(jìn)入基于FPGA硬件的接收單元,接收單元將接收到的信號(hào)傳遞給下變頻單元,下變頻單元將空中信號(hào)中13.56MHz的載波信號(hào)去掉,得到基帶信號(hào),將基帶信號(hào)傳遞給AD轉(zhuǎn)換單元,AD轉(zhuǎn)換單元用6.25M的抽樣頻率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),通過(guò)PCI總線發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行分析處理;II采用的基于C/C++的軟件框架處理流程:1)用戶通過(guò)GUI控制單元,配置信號(hào)分割、信號(hào)解調(diào)時(shí)所用的分析算法。配置好的系統(tǒng)接收來(lái)自硬件的經(jīng)過(guò)抽樣的基帶信號(hào),將該基帶信號(hào)傳送給信號(hào)分割單元;信號(hào)分割單元使用GUI配置的算法(短時(shí)傅里葉變換STFT或是歸一化互相關(guān)FFT-NCC),識(shí)別為標(biāo)簽信號(hào)和讀卡器信號(hào);將標(biāo)簽信號(hào)送入解調(diào)器用小波變換法(CWT)和最大功率法解調(diào)為0/1信號(hào),將讀卡器信號(hào)送入解調(diào)器用最大功率法解調(diào)為0/1信號(hào),將該0/1信號(hào)送入解碼器得到幀信號(hào);將幀信號(hào)送入幀處理模塊將幀分析為幀頭和數(shù)據(jù)部分;2)其中STFT變換的步驟是:第一步:去掉原始信號(hào)直流分量。將原始信號(hào)和自己的平均值相減,方便后續(xù)信號(hào)處理;第二步:求原始信號(hào)的短時(shí)傅里葉變換,得到二維數(shù)組表示時(shí)間和頻率;第三步:對(duì)二維數(shù)組處理,求423.75kHz和484.28kHz維度的平均值,在這兩個(gè)頻率維度從前向后搜索,以較低幅度跳變到該平均值附近時(shí)作為記錄點(diǎn);第四步:根據(jù)協(xié)議分析,在雙載波調(diào)制時(shí),SOF以484.28kHz開(kāi)始,此時(shí)可以準(zhǔn)確判斷;在單載波調(diào)制時(shí),幀起始以56.64us的低電平開(kāi)始隨后有423.75kHz的信號(hào),因此需要在跳變點(diǎn)前推56.64us作為起始幀開(kāi)始;3)其中歸一化互相關(guān)FFT-NCC的步驟是:第一步:根據(jù)采樣速率Fs和輸入碼元速率rate獲得每個(gè)碼元內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)N1=Fs/rate;第二步:根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度Lenf和N1,計(jì)算該段信號(hào)中的碼元個(gè)數(shù)N2=Lenf/N1;第三步:以N1為間隔抽樣(在每個(gè)碼元中選一點(diǎn)代表該碼元),算得所有抽樣的總功率,當(dāng)總功率最大,記錄此時(shí)的抽樣值數(shù)組dr,此時(shí)的抽樣能代表碼元值;第四步:將數(shù)組dr所有值的平均值做為門限,判定碼元的值;此時(shí)得到的該段數(shù)據(jù)的碼元值將進(jìn)行下一步的4選1或256選1的解碼;4)最大功率法解調(diào)法的步驟是:第一步:根據(jù)采樣速率Fs和輸入碼元速率rate獲得每個(gè)碼元內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)N1=Fs/rate;第二步:根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度Lenf和N1,計(jì)算該段信號(hào)中的碼元個(gè)數(shù)N2=Lenf/N1;第三步:以N1為間隔抽樣(在每個(gè)碼元中選一點(diǎn)代表該碼元),算得所有抽樣的總功率。當(dāng)總功率最大,記錄此時(shí)的抽樣值數(shù)組dr,此時(shí)的抽樣能代表碼元值;第四步:將數(shù)組dr所有值的平均值做為門限,判定碼元的值;5)小波變換法解調(diào)的步驟是:第一步:原始信號(hào)和高斯窗的小波變換得到中間信號(hào),原始信號(hào)的雙副載波不同頻率由中間信號(hào)的信號(hào)幅度表示出來(lái)。高斯窗的寬度由雙載波頻率,抽樣速率決定;第二步:將中間信號(hào)和Haar小波進(jìn)行小波變換,檢測(cè)中間信號(hào)的幅度突變沿,上升沿由局部最大值表示,下降沿由局部最小值表示。Haar小波寬度由碼元速率決定;第三步:取出上述信號(hào)極值的坐標(biāo),既原始信號(hào)頻率變化的時(shí)間點(diǎn)。局部極值可由矩形窗內(nèi)的最值確定,矩形窗的周期由碼元速率決定;第四步:按照15983協(xié)議中信號(hào)的時(shí)間格式進(jìn)行下一步解碼。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所述一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng),包括基于FPGA的硬件、基于C/C++的軟件框架;能在空中監(jiān)聽(tīng)讀卡器和標(biāo)簽的交互信號(hào),通過(guò)上位機(jī)的算法解析顯示信號(hào),從而自動(dòng)驗(yàn)證閱讀器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是否正確,提高了芯片驗(yàn)證的效率和準(zhǔn)確度;進(jìn)一步,本發(fā)明包括歷史記錄,能將驗(yàn)證的各項(xiàng)結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái),以便驗(yàn)證人員查看分析,更加方便;進(jìn)一步,本發(fā)明的硬件價(jià)格低廉,算法功能集中在上位機(jī)軟件,降低了RFID測(cè)試的成本,提高了RFID測(cè)試系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)的效率。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明所述硬件系統(tǒng)的框圖;圖2是本發(fā)明所述軟件處理流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1、一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng),包括基于FPGA的硬件、基于C/C++的軟件框架;所述基于FPGA的硬件包括:接收單元、下變頻單元和AD轉(zhuǎn)換單元;所述接收單元,用于在接收讀卡器和標(biāo)簽發(fā)出的空中信號(hào),并將該信號(hào)送到解調(diào)單元;所述下變頻單元,用于將接收到的13.56M的空中高頻信號(hào)下變頻為基帶信號(hào);所述AD轉(zhuǎn)換單元,用于將下變頻器轉(zhuǎn)換得到的基帶信號(hào)抽樣,并將抽樣后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī);所述基于C/C++的軟件框架包括信號(hào)分割單元、解調(diào)器、解碼器、幀處理模塊、歷史記錄模塊、統(tǒng)計(jì)模塊和顯示控制單元;所述信號(hào)分割單元,用于對(duì)硬件發(fā)送來(lái)的基帶信號(hào)按照現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)短時(shí)傅里葉變化(STFT)和歸一化互相關(guān)(FFT-NCC)進(jìn)行分割,分割為標(biāo)簽基帶信號(hào)和讀卡器基帶信號(hào);所述解調(diào)器,用于對(duì)通過(guò)分割獲取的標(biāo)簽和讀卡器基帶信號(hào)進(jìn)行解調(diào),獲得0/1信號(hào);所述解碼器,用于對(duì)解調(diào)器傳來(lái)的0/1信號(hào)按照ISO/IEC15693協(xié)議規(guī)定的編碼方式解碼;所述幀處理模塊,用于對(duì)從解碼器獲取的0/1信號(hào)采用ISO/IEC15693協(xié)議的第2部分“空氣接口和初始化”中所述的編碼方式部分解析成對(duì)應(yīng)的命令幀或數(shù)據(jù)幀;所述歷史記錄模塊,用于對(duì)信號(hào)分割單元、解調(diào)器、解碼器、幀處理模塊得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為文本的形式,方便測(cè)試人員查看;所述統(tǒng)計(jì)模塊,從基于FPGA的硬件獲取的原始基帶信號(hào)和幀處理模塊輸出的解析結(jié)果保存為歷史記錄;供測(cè)試人員分析;所述顯示控制單元,用于顯示信號(hào)分割單元通過(guò)時(shí)頻分析法(STFT)、歸一化互相關(guān)(FFT-NCC)得到的信號(hào)分割點(diǎn),解調(diào)器通過(guò)最大功率法和小波變換法(CWT)得到的0/1信號(hào),解碼器按照協(xié)議規(guī)定解釋出的幀結(jié)構(gòu)。所述信號(hào)分割單元包括時(shí)頻分析單元,用于對(duì)從基于FPGA的硬件獲取的信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換(STFT),根據(jù)標(biāo)簽信號(hào)中有423.75kHz的單載波或423.75kHz和484.28kHz的雙副載波,讀卡器信號(hào)是沒(méi)有副載波的基帶信號(hào),分割讀卡器信號(hào)和標(biāo)簽信號(hào)。所述解調(diào)器包括:最大功率法解調(diào)單元,用于對(duì)二進(jìn)制幅度鍵控(2ASK)調(diào)制的信號(hào)通過(guò)最大功率法解調(diào)為0/1信號(hào);小波變換法解調(diào)單元,用于對(duì)標(biāo)簽發(fā)出的雙副載波調(diào)制的信號(hào)通過(guò)小波變換法解調(diào)為0/1信號(hào)。實(shí)施例2、一種符合ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)分析系統(tǒng)的工作方法,包括步驟如下:I參照?qǐng)D1:采用基于FPGA的硬件處理流程:1)信號(hào)進(jìn)入基于FPGA硬件的接收單元,接收單元將接收到的信號(hào)傳遞給下變頻單元,下變頻單元將空中信號(hào)中13.56MHz的載波信號(hào)去掉,得到基帶信號(hào),將基帶信號(hào)傳遞給AD轉(zhuǎn)換單元,AD轉(zhuǎn)換單元用6.25M的抽樣頻率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),通過(guò)PCI總線發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行分析處理;II參照?qǐng)D2:采用的基于C/C++的軟件框架處理流程:1)用戶通過(guò)GUI控制單元,配置信號(hào)分割、信號(hào)解調(diào)時(shí)所用的分析算法。配置好的系統(tǒng)接收來(lái)自硬件的經(jīng)過(guò)抽樣的基帶信號(hào),將該基帶信號(hào)傳送給信號(hào)分割單元;信號(hào)分割單元使用GUI配置的算法(短時(shí)傅里葉變換STFT或是歸一化互相關(guān)FFT-NCC),識(shí)別為標(biāo)簽信號(hào)和讀卡器信號(hào);將標(biāo)簽信號(hào)送入解調(diào)器用小波變換法(CWT)和最大功率法解調(diào)為0/1信號(hào),將讀卡器信號(hào)送入解調(diào)器用最大功率法解調(diào)為0/1信號(hào),將該0/1信號(hào)送入解碼器得到幀信號(hào);將幀信號(hào)送入幀處理模塊將幀分析為幀頭和數(shù)據(jù)部分;2)其中STFT變換的步驟是:第一步:去掉原始信號(hào)直流分量。將原始信號(hào)和自己的平均值相減,方便后續(xù)信號(hào)處理;第二步:求原始信號(hào)的短時(shí)傅里葉變換,得到二維數(shù)組表示時(shí)間和頻率;第三步:對(duì)二維數(shù)組處理,求423.75kHz和484.28kHz維度的平均值,在這兩個(gè)頻率維度從前向后搜索,以較低幅度跳變到該平均值附近時(shí)作為記錄點(diǎn);第四步:根據(jù)協(xié)議分析,在雙載波調(diào)制時(shí),SOF以484.28kHz開(kāi)始,此時(shí)可以準(zhǔn)確判斷;在單載波調(diào)制時(shí),幀起始以56.64us的低電平開(kāi)始隨后有423.75kHz的信號(hào),因此需要在跳變點(diǎn)前推56.64us作為起始幀開(kāi)始;3)其中歸一化互相關(guān)FFT-NCC的步驟是:第一步:根據(jù)采樣速率Fs和輸入碼元速率rate獲得每個(gè)碼元內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)N1=Fs/rate;第二步:根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度Lenf和N1,計(jì)算該段信號(hào)中的碼元個(gè)數(shù)N2=Lenf/N1;第三步:以N1為間隔抽樣(在每個(gè)碼元中選一點(diǎn)代表該碼元),算得所有抽樣的總功率,當(dāng)總功率最大,記錄此時(shí)的抽樣值數(shù)組dr,此時(shí)的抽樣能代表碼元值;第四步:將數(shù)組dr所有值的平均值做為門限,判定碼元的值;此時(shí)得到的該段數(shù)據(jù)的碼元值將進(jìn)行下一步的4選1或256選1的解碼;4)最大功率法解調(diào)法的步驟是:第一步:根據(jù)采樣速率Fs和輸入碼元速率rate獲得每個(gè)碼元內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)N1=Fs/rate;第二步:根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度Lenf和N1,計(jì)算該段信號(hào)中的碼元個(gè)數(shù)N2=Lenf/N1;第三步:以N1為間隔抽樣(在每個(gè)碼元中選一點(diǎn)代表該碼元),算得所有抽樣的總功率。當(dāng)總功率最大,記錄此時(shí)的抽樣值數(shù)組dr,此時(shí)的抽樣能代表碼元值;第四步:將數(shù)組dr所有值的平均值做為門限,判定碼元的值;5)小波變換法解調(diào)的步驟是:第一步:原始信號(hào)和高斯窗的小波變換得到中間信號(hào),原始信號(hào)的雙副載波不同頻率由中間信號(hào)的信號(hào)幅度表示出來(lái)。高斯窗的寬度由雙載波頻率,抽樣速率決定;第二步:將中間信號(hào)和Haar小波進(jìn)行小波變換,檢測(cè)中間信號(hào)的幅度突變沿,上升沿由局部最大值表示,下降沿由局部最小值表示。Haar小波寬度由碼元速率決定;第三步:取出上述信號(hào)極值的坐標(biāo),既原始信號(hào)頻率變化的時(shí)間點(diǎn)。局部極值可由矩形窗內(nèi)的最值確定,矩形窗的周期由碼元速率決定;第四步:按照15983協(xié)議中信號(hào)的時(shí)間格式進(jìn)行下一步解碼。
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