[發(fā)明專利]一種符合ISO/IEC15693標準的信號分析系統(tǒng)及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410161608.2
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103902946B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 王洪君;王琰;王光雷;趙化森;郝計軍;唐瑞東
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06K7/00
• 分類號: G06K7/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權代理有限公司37219
• 代理人: 呂利敏

1.一種符合ISO/IEC15693標準的信號分析系統(tǒng)，其特征在于，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簽發(fā)出的空中信號，并將該信號送到解調(diào)單元；

所述下變頻單元，用于將接收到的13.56M的空中高頻信號下變頻為基帶信號；

所述AD轉(zhuǎn)換單元，用于將下變頻器轉(zhuǎn)換得到的基帶信號抽樣，并將抽樣后的數(shù)字信號發(fā)送給上位機；

所述基于C/C++的軟件框架包括信號分割單元、解調(diào)器、解碼器、幀處理模塊、歷史記錄模塊、統(tǒng)計模塊和顯示控制單元；

所述信號分割單元，用于對硬件發(fā)送來的基帶信號按照現(xiàn)有技術通過短時傅里葉變化和歸一化互相關進行分割，分割為標簽基帶信號和讀卡器基帶信號；

所述解調(diào)器，用于對通過分割獲取的標簽和讀卡器基帶信號進行解調(diào)，獲得0/1信號；

所述解碼器，用于對解調(diào)器傳來的0/1信號按照ISO/IEC15693協(xié)議規(guī)定的編碼方式解碼；

所述幀處理模塊，用于對從解碼器獲取的0/1信號采用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應的命令幀或數(shù)據(jù)幀；

所述歷史記錄模塊，用于對信號分割單元、解調(diào)器、解碼器、幀處理模塊得到的數(shù)據(jù)存儲為文本的形式，方便測試人員查看；

所述統(tǒng)計模塊，從基于FPGA的硬件獲取的原始基帶信號和幀處理模塊輸出的解析結(jié)果保存為歷史記錄；

所述顯示控制單元，用于顯示信號分割單元通過時頻分析法、歸一化互相關得到的信號分割點,解調(diào)器通過最大功率法和小波變換法得到的0/1信號,解碼器按照協(xié)議規(guī)定解釋出的幀結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種符合ISO/IEC15693標準的信號分析系統(tǒng)，其特征在于，所述信號分割單元包括時頻分析單元，用于對從基于FPGA的硬件獲取的信號進行短時傅里葉變換，根據(jù)標簽信號中有423.75kHz的單載波或423.75kHz和484.28kHz的雙副載波，讀卡器信號是沒有副載波的基帶信號，分割讀卡器信號和標簽信號。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種符合ISO/IEC15693標準的信號分析系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)器包括：最大功率法解調(diào)單元，用于對二進制幅度鍵控調(diào)制的信號通過最大功率法解調(diào)為0/1信號；小波變換法解調(diào)單元，用于對標簽發(fā)出的雙副載波調(diào)制的信號通過小波變換法解調(diào)為0/1信號。

4.一種如權利要求1所述符合ISO/IEC15693標準的信號分析系統(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)信號進入基于FPGA硬件的接收單元，接收單元將接收到的信號傳遞給下變頻單元，下變頻單元將空中信號中13.56MHz的載波信號去掉，得到基帶信號，將基帶信號傳遞給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轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過PCI總線發(fā)送給上位機進行分析處理；

II采用的基于C/C++的軟件框架處理流程:

1)用戶通過GUI控制單元，配置信號分割、信號解調(diào)時所用的分析算法；配置好的系統(tǒng)接收來自硬件的經(jīng)過抽樣的基帶信號，將該基帶信號傳送給信號分割單元；信號分割單元使用GUI配置的算法，識別為標簽信號和讀卡器信號；將標簽信號送入解調(diào)器用小波變換法和最大功率法解調(diào)為0/1信號，將讀卡器信號送入解調(diào)器用最大功率法解調(diào)為0/1信號，將該0/1信號送入解碼器得到幀信號；將幀信號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：去掉原始信號直流分量；將原始信號和自己的平均值相減，方便后續(xù)信號處理；

第二步：求原始信號的短時傅里葉變換，得到二維數(shù)組表示時間和頻率；

第三步：對二維數(shù)組處理，求423.75kHz和484.28kHz維度的平均值，在這兩個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作為記錄點；

第四步：根據(jù)協(xié)議分析，在雙載波調(diào)制時，SOF以484.28kHz開始，此時可以準確判斷；在單載波調(diào)制時，幀起始以56.64us的低電平開始隨后有423.75kHz的信號，因此需要在跳變點前推56.64us作為起始幀開始；

3)其中歸一化互相關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獲得每個碼元內(nèi)的采樣點數(shù)N1＝Fs/rate；

第二步：根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的長度Lenf和N1，計算該段信號中的碼元個數(shù)N2＝Lenf/N1；

第三步：以N1為間隔抽樣，在每個碼元中選一點代表該碼元，算得所有抽樣的總功率，當總功率最大，記錄此時的抽樣值數(shù)組dr，此時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；

此時得到的該段數(shù)據(jù)的碼元值將進行下一步的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獲得每個碼元內(nèi)的采樣點數(shù)N1＝Fs/rate；

第二步：根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的長度Lenf和N1，計算該段信號中的碼元個數(shù)N2＝Lenf/N1；

第三步：以N1為間隔抽樣，在每個碼元中選一點代表該碼元，算得所有抽樣的總功率；當總功率最大，記錄此時的抽樣值數(shù)組dr，此時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：原始信號和高斯窗的小波變換得到中間信號，原始信號的雙副載波不同頻率由中間信號的信號幅度表示出來；高斯窗的寬度由雙載波頻率，抽樣速率決定；

第二步：將中間信號和Haar小波進行小波變換，檢測中間信號的幅度突變沿，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：取出上述信號極值的坐標，既原始信號頻率變化的時間點；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)議中信號的時間格式進行下一步解碼。