專利名稱：一種rfid射頻信號監(jiān)聽和分析工具及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號監(jiān)聽和分析工具及其方法，尤其涉及一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具及方法。
背景技術(shù)：
近年來，大到金融、鐵路、公共交通和社會保障設(shè)施，小到圖書館、校園和門禁等，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國際標(biāo)準(zhǔn)，但是涉及到行業(yè)的特殊性，目前在實際應(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。因此對于非接觸式RFID產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的每個環(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)用流程的進行產(chǎn)品操作系統(tǒng)的開發(fā)，實現(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。除此之外由于目前國內(nèi)缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和評定規(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，會導(dǎo)致國內(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)性等問題日益突出。如何對非接觸式RFID系統(tǒng)在使用中存在的上述問題進行快速、準(zhǔn)確的定位，是國內(nèi)非接觸式RFID產(chǎn)業(yè)鏈以及專業(yè)的RFID檢測機構(gòu)共同面臨的難題。一方面這些問題涉及到多種學(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試分析工具都掌握在歐洲少數(shù)國家和檢測機構(gòu)手中，高昂的設(shè)備成本和對技術(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；另一方面目前國內(nèi)的技術(shù)人員通常在對于簡單的射頻信號還可以借助于示波器加校驗線圈這樣的工具來進行觀察和分析，一旦復(fù)雜的射頻信號以數(shù)據(jù)流的形式出現(xiàn)，受限于示波器的分辨率和存儲深度，在示波器上進行實時觀察將非常困難。作為一個非接觸式RFID系統(tǒng)，無論是從非接觸讀卡機發(fā)出信號(我們稱之為“上行信號”)還是非接觸智能卡發(fā)出的響應(yīng)信號(我們稱之為“下行信號”)，都會出現(xiàn)射頻協(xié)議不兼容和應(yīng)用互操作流程的沖突等問題，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和熟悉程度不夠，對于問題的定位往往需要投入經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員或者采用國外的專業(yè)測試設(shè)備，給整個非接觸式RFID產(chǎn)業(yè)鏈都增加了維護成本和系統(tǒng)風(fēng)險。如何能開發(fā)出一款使用簡單，低成本的非接觸式RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具，對當(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，使用簡單且成本低，同時穩(wěn)定性高且易于維護成為本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的提供一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具及方法，通過采用FPGA編解碼技術(shù)實現(xiàn)對射頻通信協(xié)議的解析，將射頻通信中的數(shù)據(jù)流利用耦合天線進行捕獲，并將捕獲到的數(shù)據(jù)流實時轉(zhuǎn)換為可識別和易于分析的內(nèi)容，在軟件界面進行顯示的實現(xiàn)方式，降低RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具的復(fù)雜度，提高其性能和穩(wěn)定性，同時降低設(shè)計成本。
一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具，由計算機端界面單元、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射頻信號監(jiān)聽和分析工具的主要部分，包含計算機通信接口電路、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。計算機端界面單元，用于將解析后的射頻信號數(shù)據(jù)流在計算機端進行顯示，方便測試人員對通信過程進行監(jiān)聽，如需要保存，可以有選擇性的對信息進行保存；
信息處理單元，主要用于實現(xiàn)對射頻信號的濾波、解析、與計算機的通信，以及對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，其主要功能為對待測的非接觸RFID系統(tǒng)信號以耦合的方式進行捕獲，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電源選擇電路進行切換，根據(jù)測試環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)碾娫?。計算機端界面單元的結(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行串行顯示。本發(fā)明還提供一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析方法，包含以下內(nèi)容(I)首先在計算機端界面單元的控制面板上打開通信接口開關(guān)，選擇待測的射頻信號協(xié)議類型和通信波特率，以及確定是否需要保存結(jié)果至計算機；(2)按照現(xiàn)場應(yīng)用的條件，通過電源選擇電路進行切換，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的非接觸式RFID系統(tǒng)，調(diào)整好耦合天線與待測系統(tǒng)的位置，并使二者相對位置固定；(4)耦合天線將對非接觸式RFID通信中的射頻信號進行耦合，并將耦合后的信息通過50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入濾波電路，通信信號進行調(diào)制、濾波，解調(diào)后的信號實時送A FPGA編解碼芯片；(5)FPGA編解碼芯片在收到輸入的信號后，按照計算機端界面單元中選定的射頻信號協(xié)議類型和通信波特率分別對非接觸式RFID系統(tǒng)雙方的通信內(nèi)容進行解析，并將解析結(jié)果送入與計算機的通信接口電路；(6)計算機的通信接口電路對數(shù)據(jù)進行雙向傳遞，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)串行上傳至計算機端界面單元；(7)計算機端界面單元分析結(jié)果顯示面板對結(jié)果進行顯示，通過對界面顯示的上行或者下行數(shù)據(jù)內(nèi)容，對通信是否正?；蛘叻祷劐e誤代碼進行判斷和分析。通過本發(fā)明提供的解決方案，一方面可以實現(xiàn)對射頻通信中的數(shù)據(jù)流進行實時、不間斷的解析和傳輸，有效保證了測試結(jié)果的真實性和數(shù)據(jù)的存儲深度；另一方面如待測的射頻通信協(xié)議發(fā)生變化，只需在FPGA編解碼芯片上進行編程即可以實現(xiàn)功能的升級，使得監(jiān)聽和分析工具的功能擴展和維護簡單易行。


圖I本發(fā)明提供的RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具電路結(jié)構(gòu)2本發(fā)明提供的RFID射頻信號監(jiān)聽和分析方法基本流程圖
具體實施方案以下結(jié)合各附圖對本發(fā)明提出的內(nèi)容進行詳細(xì)的描述。圖I為RFID射頻信號監(jiān)聽和分析電路結(jié)構(gòu)圖，圖中計算機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行串行顯示。信息處理單元為本發(fā)明的主要部分，實現(xiàn)對射頻信號的濾波，解析，與計算機的通 信，以及對供電方式的切換?？商鎿Q式耦合天線對待測的非接觸RFID系統(tǒng)信號以耦合的方式進行捕獲，并送入信息處理單元。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，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用條件確定。射頻通信中的數(shù)據(jù)流，利用耦合天線進行捕獲，并將捕獲到的數(shù)據(jù)流實時轉(zhuǎn)換為可識別和易于分析的內(nèi)容，在計算機端界面進行顯示。其具體的實現(xiàn)方案為(I)首先在計算機端界面單元的控制面板上打開通信接口開關(guān)，選擇待測的射頻信號協(xié)議類型和通信波特率，同時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)果到計算機；(2)按照現(xiàn)場應(yīng)用的條件，通過電源選擇電路進行切換，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的非接觸式RFID系統(tǒng)，調(diào)整好耦合天線與待測系統(tǒng)的位置，并使二者相對位置固定；(4)耦合天線將對非接觸式RFID通信中的射頻信號進行耦合，并將耦合后的信息通過50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入濾波電路，通信信號進行調(diào)制、濾波，解調(diào)后的信號實時送A FPGA編解碼芯片；(5)FPGA編解碼芯片在收到輸入的信號后，按照計算機端界面單元中選定的射頻信號協(xié)議類型和通信波特率分別對非接觸式RFID系統(tǒng)雙方的通信內(nèi)容進行解析，并將解析結(jié)果送入與計算機的通信接口電路；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，實際的傳輸信息是以847KHZ的頻率去調(diào)制載波信號，然后將調(diào)制后的信號在空中進行傳播。所以從耦合天線送入到濾波電路的信號包括了 13. 56MHz的載波信息，因此濾波電路對收到的信號進行解調(diào)處理，濾除其中的13. 56MHz的載波信號，僅保留847KHZ的調(diào)制信號，并將解調(diào)后的信號實時送入FPGA編解碼芯片。
(6)計算機的通信接口電路對數(shù)據(jù)進行雙向傳遞，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)串行上傳至計算機端界面單元；
(7)計算機端界面單元分析結(jié)果顯示面板對結(jié)果進行顯示，通過對界面顯示的上行或者下行數(shù)據(jù)內(nèi)容，對通信是否正?；蛘叻祷劐e誤代碼進行判斷和分析。通過上述實施步驟，可以實現(xiàn)對射頻通信中的數(shù)據(jù)流進行實時、不間斷的解析和傳輸，有效保證了測試結(jié)果的真實性和數(shù)據(jù)的存儲深度。當(dāng)待測的射頻通信協(xié)議發(fā)生變化時，只需在FPGA編解碼芯片上進行編程即可以實現(xiàn)功能的升級，使得監(jiān)聽和分析工具的功能擴展和維護簡單易行。
權(quán)利要求
1.一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具，其特征在于該監(jiān)聽和分析工具由計算機端界面單元、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射頻信號監(jiān)聽和分析工具，其特征在于所述信息處理單元包含計算機通信接口電路、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射頻信號監(jiān)聽和分析工具，其特征在于所述計算機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射頻信號監(jiān)聽和分析工具，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射頻信號監(jiān)聽和分析工具，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射頻信號監(jiān)聽和分析方法，包含以下步驟 (1)首先在計算機端界面單元的控制面板上打開通信接口開關(guān)，選擇待測的射頻信號協(xié)議類型和通信波特率，以及確定是否需要保存結(jié)果至計算機； (2)按照現(xiàn)場應(yīng)用的條件，通過電源選擇電路進行切換，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的非接觸式RFID系統(tǒng)，調(diào)整好耦合天線與待測系統(tǒng)的位置，并使二者相對位置固定； (4)耦合天線將對非接觸式RFID通信中的射頻信號進行耦合，并將耦合后的信息通過50歐姆阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)送入濾波電路，通信信號進行調(diào)制、濾波，解調(diào)后的信號實時送入FPGA編解碼芯片； (5)FPGA編解碼芯片在收到輸入的信號后，按照計算機端界面單元中選定的射頻信號協(xié)議類型和通信波特率分別對非接觸式RFID系統(tǒng)雙方的通信內(nèi)容進行解析，并將解析結(jié)果送入與計算機的通信接口電路； (6)計算機的通信接口電路對數(shù)據(jù)進行雙向傳遞，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)串行上傳至計算機端界面單元； (7)計算機端界面單元分析結(jié)果顯示面板對結(jié)果進行顯示，通過對界面顯示的上行或者下行數(shù)據(jù)內(nèi)容，對通信是否正常或者返回錯誤代碼進行判斷和分析。
全文摘要
一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具及方法，由計算機端界面單元、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)明通過采用FPGA編解碼技術(shù)實現(xiàn)對射頻通信協(xié)議的解析，將射頻通信中的數(shù)據(jù)流利用耦合天線進行捕獲，并將捕獲到的數(shù)據(jù)流實時轉(zhuǎn)換為可識別和易于分析的內(nèi)容，在軟件界面進行顯示的實現(xiàn)方式，降低RFID射頻信號監(jiān)聽和分析工具的復(fù)雜度，提高其性能和穩(wěn)定性，同時降低設(shè)計成本，滿足應(yīng)用需求。同時本發(fā)明還提供一種RFID射頻信號監(jiān)聽和分析的方法。
文檔編號G06K7/00GK102654899SQ201110053210
公開日2012年9月5日 申請日期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 申請人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司