專利名稱：一種rfid射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具及其方法，尤其涉及一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具及方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，大到金融、鐵路、公共交通和社會(huì)保障設(shè)施，小到圖書(shū)館、校園和門(mén)禁等，非接觸式RFID產(chǎn)品的應(yīng)用范圍及領(lǐng)域日益多元化。雖然其中采用的射頻通信協(xié)議種類大多為符合IS0/IEC14443 TypeA或Type B國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但是涉及到行業(yè)的特殊性，目前在實(shí)際應(yīng)用中存在大量行業(yè)特定的產(chǎn)品規(guī)范和應(yīng)用流程。因此對(duì)于非接觸式RFID產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的每個(gè)環(huán)節(jié)，都提出了兼容性和適應(yīng)性的要求，。既要保證非接觸式RFID產(chǎn)品能夠兼容各 行業(yè)中存在差異的IS0/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)正確的調(diào)制和解調(diào)，又需要按照不同行業(yè)的產(chǎn)品規(guī)范和應(yīng)用流程的進(jìn)行產(chǎn)品操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用需求，使得產(chǎn)品在使用中穩(wěn)定、便捷，易于維護(hù)。除此之外由于目前國(guó)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)定規(guī)范，大量的非接觸式RFID產(chǎn)品存在著良莠不齊的情形。綜合上述原因，會(huì)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)非接觸式RFID產(chǎn)品在射頻通信協(xié)議和應(yīng)用互操作流程中的兼容性和適應(yīng)性等問(wèn)題日益突出。如何對(duì)非接觸式RFID系統(tǒng)在使用中存在的上述問(wèn)題進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定位，是國(guó)內(nèi)非接觸式RFID產(chǎn)業(yè)鏈以及專業(yè)的RFID檢測(cè)機(jī)構(gòu)共同面臨的難題。一方面這些問(wèn)題涉及到多種學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，涉及到ISO、ICAO、EMV等復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)體系，到目前為止主要的測(cè)試分析工具都掌握在歐洲少數(shù)國(guó)家和檢測(cè)機(jī)構(gòu)手中，高昂的設(shè)備成本和對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)要求，都形成了非接觸式RFID射頻領(lǐng)域的技術(shù)壁壘；另一方面目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)人員通常在對(duì)于簡(jiǎn)單的射頻信號(hào)還可以借助于示波器加校驗(yàn)線圈這樣的工具來(lái)進(jìn)行觀察和分析，一旦復(fù)雜的射頻信號(hào)以數(shù)據(jù)流的形式出現(xiàn)，受限于示波器的分辨率和存儲(chǔ)深度，在示波器上進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察將非常困難。作為一個(gè)非接觸式RFID系統(tǒng)，無(wú)論是從非接觸讀卡機(jī)發(fā)出信號(hào)(我們稱之為“上行信號(hào)”)還是非接觸智能卡發(fā)出的響應(yīng)信號(hào)(我們稱之為“下行信號(hào)”)，都會(huì)出現(xiàn)射頻協(xié)議不兼容和應(yīng)用互操作流程的沖突等問(wèn)題，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和熟悉程度不夠，對(duì)于問(wèn)題的定位往往需要投入經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員或者采用國(guó)外的專業(yè)測(cè)試設(shè)備，給整個(gè)非接觸式RFID產(chǎn)業(yè)鏈都增加了維護(hù)成本和系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。如何能開(kāi)發(fā)出一款使用簡(jiǎn)單，低成本的非接觸式RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，對(duì)當(dāng)前的非接觸式RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力的技術(shù)支持，使用簡(jiǎn)單且成本低，同時(shí)穩(wěn)定性高且易于維護(hù)成為本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的提供一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具及方法，通過(guò)采用FPGA編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻通信協(xié)議的解析，將射頻通信中的數(shù)據(jù)流利用耦合天線進(jìn)行捕獲，并將捕獲到的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別和易于分析的內(nèi)容，在軟件界面進(jìn)行顯示的實(shí)現(xiàn)方式，降低RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具的復(fù)雜度，提高其性能和穩(wěn)定性，同時(shí)降低設(shè)計(jì)成本。
一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，由計(jì)算機(jī)端界面單元、信息處理單元、可替換式耦合天線以及可替換式電源構(gòu)成。其中信息處理單元是RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具的主要部分，包含計(jì)算機(jī)通信接口電路、FPGA編解碼芯片、濾波電路、50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和電源選擇電路。計(jì)算機(jī)端界面單元，用于將解析后的射頻信號(hào)數(shù)據(jù)流在計(jì)算機(jī)端進(jìn)行顯示，方便測(cè)試人員對(duì)通信過(guò)程進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，如需要保存，可以有選擇性的對(duì)信息進(jìn)行保存；
信息處理單元，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的濾波、解析、與計(jì)算機(jī)的通信，以及對(duì)電源供電方式的切換；可替換式耦合天線，具有50歐姆阻抗匹配電路且可替換，其主要功能為對(duì)待測(cè)的非接觸RFID系統(tǒng)信號(hào)以耦合的方式進(jìn)行捕獲，并送入信息處理單元；可替換式電源，至少可支持3種供電方式，用于為信息處理單元提供穩(wěn)定的電流和電壓。供電方式可為直流電源供電、干電池供電以及USB 口供電電源等，多種供電方式之間通過(guò)電源選擇電路進(jìn)行切換，根據(jù)測(cè)試環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)碾娫础Ｓ?jì)算機(jī)端界面單元的結(jié)構(gòu)主要分為二大部分第一部分為控制面板，包括通信接口開(kāi)關(guān)、射頻協(xié)議選擇按鈕、射頻通信協(xié)議波特率選擇按鈕和數(shù)據(jù)保存選擇按鈕。主要功能為控制FPGA編解碼芯片采用合適的數(shù)據(jù)流解析方式；第二部分為分析結(jié)果顯示面板，其中包括上下行數(shù)據(jù)的通信時(shí)間、解碼數(shù)據(jù)流、以及單條指令的內(nèi)容顯示，主要功能為將解析后的信息進(jìn)行串行顯示。本發(fā)明還提供一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析方法，包含以下內(nèi)容(I)首先在計(jì)算機(jī)端界面單元的控制面板上打開(kāi)通信接口開(kāi)關(guān)，選擇待測(cè)的射頻信號(hào)協(xié)議類型和通信波特率，以及確定是否需要保存結(jié)果至計(jì)算機(jī)；(2)按照現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的條件，通過(guò)電源選擇電路進(jìn)行切換，選擇并接通合適的供電電源；(3)將可替換式耦合天線靠近待測(cè)的非接觸式RFID系統(tǒng)，調(diào)整好耦合天線與待測(cè)系統(tǒng)的位置，并使二者相對(duì)位置固定；(4)耦合天線將對(duì)非接觸式RFID通信中的射頻信號(hào)進(jìn)行耦合，并將耦合后的信息通過(guò)50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入濾波電路，通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、濾波，解調(diào)后的信號(hào)實(shí)時(shí)送A FPGA編解碼芯片；(5)FPGA編解碼芯片在收到輸入的信號(hào)后，按照計(jì)算機(jī)端界面單元中選定的射頻信號(hào)協(xié)議類型和通信波特率分別對(duì)非接觸式RFID系統(tǒng)雙方的通信內(nèi)容進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果送入與計(jì)算機(jī)的通信接口電路；(6)計(jì)算機(jī)的通信接口電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳遞，收到FPGA編解碼芯片送出的數(shù)據(jù)后，通信接口電路將數(shù)據(jù)串行上傳至計(jì)算機(jī)端界面單元；(7)計(jì)算機(jī)端界面單元分析結(jié)果顯示面板對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示，通過(guò)對(duì)界面顯示的上行或者下行數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)通信是否正?；蛘叻祷劐e(cuò)誤代碼進(jìn)行判斷和分析。通過(guò)本發(fā)明提供的解決方案，一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻通信中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)、不間斷的解析和傳輸，有效保證了測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)深度；另一方面如待測(cè)的射頻通信協(xié)議發(fā)生變化，只需在FPGA編解碼芯片上進(jìn)行編程即可以實(shí)現(xiàn)功能的升級(jí)，使得監(jiān)聽(tīng)和分析工具的功能擴(kuò)展和維護(hù)簡(jiǎn)單易行。


圖I本發(fā)明提供的RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具電路結(jié)構(gòu)2本發(fā)明提供的RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析方法基本流程圖
具體實(shí)施方案以下結(jié)合各附圖對(duì)本發(fā)明提出的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖I為RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析電路結(jié)構(gòu)圖，圖中計(jì)算機(jī)端界面單元主要分為二大部分第一部分為控制面板，其中包括通信接口開(kāi)關(guān)、射頻協(xié)議選擇按鈕、射頻通信協(xié)議波特率選擇按鈕和數(shù)據(jù)保存選擇按鈕，主要功能為控制FPGA編解碼芯片采用合適的數(shù)據(jù)流解析方式；第二部分為分析結(jié)果顯示面板，其中包括上下行數(shù)據(jù)的通信時(shí)間、解碼數(shù)據(jù)流，以及單條指令的內(nèi)容顯示，主要功能為將解析后的信息進(jìn)行串行顯示。信息處理單元為本發(fā)明的主要部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的濾波，解析，與計(jì)算機(jī)的通 信，以及對(duì)供電方式的切換?？商鎿Q式耦合天線對(duì)待測(cè)的非接觸RFID系統(tǒng)信號(hào)以耦合的方式進(jìn)行捕獲，并送入信息處理單元?？商鎿Q式電源至少包含三種形式，直流電源供電、干電池供電以及USB 口供電，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件確定。射頻通信中的數(shù)據(jù)流，利用耦合天線進(jìn)行捕獲，并將捕獲到的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別和易于分析的內(nèi)容，在計(jì)算機(jī)端界面進(jìn)行顯示。其具體的實(shí)現(xiàn)方案為(I)首先在計(jì)算機(jī)端界面單元的控制面板上打開(kāi)通信接口開(kāi)關(guān)，選擇待測(cè)的射頻信號(hào)協(xié)議類型和通信波特率，同時(shí)可確定是否需要保存，如果需保存，則可有選擇性地保存結(jié)果到計(jì)算機(jī)；(2)按照現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的條件，通過(guò)電源選擇電路進(jìn)行切換，選擇并接通合適的供電電源；工具所提供的可替換式電源至少包含三種形式，直流電源供電、干電池供電以及USB 口供電。(3)將可替換式耦合天線靠近待測(cè)的非接觸式RFID系統(tǒng)，調(diào)整好耦合天線與待測(cè)系統(tǒng)的位置，并使二者相對(duì)位置固定；(4)耦合天線將對(duì)非接觸式RFID通信中的射頻信號(hào)進(jìn)行耦合，并將耦合后的信息通過(guò)50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入濾波電路，通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、濾波，解調(diào)后的信號(hào)實(shí)時(shí)送A FPGA編解碼芯片；(5)FPGA編解碼芯片在收到輸入的信號(hào)后，按照計(jì)算機(jī)端界面單元中選定的射頻信號(hào)協(xié)議類型和通信波特率分別對(duì)非接觸式RFID系統(tǒng)雙方的通信內(nèi)容進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果送入與計(jì)算機(jī)的通信接口電路；按照IS0/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議規(guī)定射頻通信的載波頻率為13. 56MHz，實(shí)際的傳輸信息是以847KHZ的頻率去調(diào)制載波信號(hào)，然后將調(diào)制后的信號(hào)在空中進(jìn)行傳播。所以從耦合天線送入到濾波電路的信號(hào)包括了 13. 56MHz的載波信息，因此濾波電路對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，濾除其中的13. 56MHz的載波信號(hào)，僅保留847KHZ的調(diào)制信號(hào)，并將解調(diào)后的信號(hào)實(shí)時(shí)送入FPGA編解碼芯片。
(6)計(jì)算機(jī)的通信接口電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳遞，收到FPGA編解碼芯片送出的數(shù)據(jù)后，通信接口電路將數(shù)據(jù)串行上傳至計(jì)算機(jī)端界面單元；
(7)計(jì)算機(jī)端界面單元分析結(jié)果顯示面板對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示，通過(guò)對(duì)界面顯示的上行或者下行數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)通信是否正?；蛘叻祷劐e(cuò)誤代碼進(jìn)行判斷和分析。通過(guò)上述實(shí)施步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻通信中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)、不間斷的解析和傳輸，有效保證了測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)深度。當(dāng)待測(cè)的射頻通信協(xié)議發(fā)生變化時(shí)，只需在FPGA編解碼芯片上進(jìn)行編程即可以實(shí)現(xiàn)功能的升級(jí)，使得監(jiān)聽(tīng)和分析工具的功能擴(kuò)展和維護(hù)簡(jiǎn)單易行。
權(quán)利要求
1.一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，其特征在于該監(jiān)聽(tīng)和分析工具由計(jì)算機(jī)端界面單元、信息處理單元、可替換式耦合天線以及可替換式電源構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，其特征在于所述信息處理單元包含計(jì)算機(jī)通信接口電路、FPGA編解碼芯片、濾波電路、50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和電源選擇電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，其特征在于所述計(jì)算機(jī)端界面單元包含控制面板和分析結(jié)果顯示面板兩部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，其特征在于所述可替換式電源供電方式為直流電源供電、干電池供電或USB 口供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具，其特征在于所述可替換式耦合天線具有50歐姆阻抗匹配電路。
6.一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析方法，包含以下步驟 (1)首先在計(jì)算機(jī)端界面單元的控制面板上打開(kāi)通信接口開(kāi)關(guān)，選擇待測(cè)的射頻信號(hào)協(xié)議類型和通信波特率，以及確定是否需要保存結(jié)果至計(jì)算機(jī)； (2)按照現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的條件，通過(guò)電源選擇電路進(jìn)行切換，選擇并接通合適的供電電源； (3)將可替換式耦合天線靠近待測(cè)的非接觸式RFID系統(tǒng)，調(diào)整好耦合天線與待測(cè)系統(tǒng)的位置，并使二者相對(duì)位置固定； (4)耦合天線將對(duì)非接觸式RFID通信中的射頻信號(hào)進(jìn)行耦合，并將耦合后的信息通過(guò)50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入濾波電路，通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、濾波，解調(diào)后的信號(hào)實(shí)時(shí)送入FPGA編解碼芯片； (5)FPGA編解碼芯片在收到輸入的信號(hào)后，按照計(jì)算機(jī)端界面單元中選定的射頻信號(hào)協(xié)議類型和通信波特率分別對(duì)非接觸式RFID系統(tǒng)雙方的通信內(nèi)容進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果送入與計(jì)算機(jī)的通信接口電路； (6)計(jì)算機(jī)的通信接口電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳遞，收到FPGA編解碼芯片送出的數(shù)據(jù)后，通信接口電路將數(shù)據(jù)串行上傳至計(jì)算機(jī)端界面單元； (7)計(jì)算機(jī)端界面單元分析結(jié)果顯示面板對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示，通過(guò)對(duì)界面顯示的上行或者下行數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)通信是否正?；蛘叻祷劐e(cuò)誤代碼進(jìn)行判斷和分析。
全文摘要
一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具及方法，由計(jì)算機(jī)端界面單元、信息處理單元、可替換式耦合天線以及可替換式電源構(gòu)成。本發(fā)明通過(guò)采用FPGA編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻通信協(xié)議的解析，將射頻通信中的數(shù)據(jù)流利用耦合天線進(jìn)行捕獲，并將捕獲到的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別和易于分析的內(nèi)容，在軟件界面進(jìn)行顯示的實(shí)現(xiàn)方式，降低RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析工具的復(fù)雜度，提高其性能和穩(wěn)定性，同時(shí)降低設(shè)計(jì)成本，滿足應(yīng)用需求。同時(shí)本發(fā)明還提供一種RFID射頻信號(hào)監(jiān)聽(tīng)和分析的方法。
文檔編號(hào)G06K7/00GK102654899SQ201110053210
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉玉軍, 左捷, 申曄, 符銳, 賈峻 申請(qǐng)人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司