CN102654899A - 一种rfid射频信号监听和分析工具及方法 - Google Patents

Abstract

一种RFID射频信号监听和分析工具及方法，由计算机端界面单元、信息处理单元、可替换式耦合天线以及可替换式电源构成。本发明通过采用FPGA编解码技术实现对射频通信协议的解析，将射频通信中的数据流利用耦合天线进行捕获，并将捕获到的数据流实时转换为可识别和易于分析的内容，在软件界面进行显示的实现方式，降低RFID射频信号监听和分析工具的复杂度，提高其性能和稳定性，同时降低设计成本，满足应用需求。同时本发明还提供一种RFID射频信号监听和分析的方法。

Description

一种RFID射频信号监听和分析工具及方法

技术领域

本发明涉及一种信号监听和分析工具及其方法，尤其涉及一种RFID射频信号监听和分析工具及方法。

背景技术

近年来，大到金融、铁路、公共交通和社会保障设施，小到图书馆、校园和门禁等，非接触式RFID产品的应用范围及领域日益多元化。虽然其中采用的射频通信协议种类大多为符合ISO/IEC14443 TypeA或Type B国际标准，但是涉及到行业的特殊性，目前在实际应用中存在大量行业特定的产品规范和应用流程。因此对于非接触式RFID产品产业链中的每个环节，都提出了兼容性和适应性的要求，。既要保证非接触式RFID产品能够兼容各行业中存在差异的ISO/IEC 14443标准的通信协议，实现正确的调制和解调，又需要按照不同行业的产品规范和应用流程的进行产品操作系统的开发，实现行业应用需求，使得产品在使用中稳定、便捷，易于维护。除此之外由于目前国内缺乏统一的产品标准和评定规范，大量的非接触式RFID产品存在着良莠不齐的情形。综合上述原因，会导致国内非接触式RFID产品在射频通信协议和应用互操作流程中的兼容性和适应性等问题日益突出。

如何对非接触式RFID系统在使用中存在的上述问题进行快速、准确的定位，是国内非接触式RFID产业链以及专业的RFID检测机构共同面临的难题。一方面这些问题涉及到多种学科和技术领域，涉及到ISO、ICAO、EMV等复杂的标准体系，到目前为止主要的测试分析工具都掌握在欧洲少数国家和检测机构手中，高昂的设备成本和对技术人员的专业要求，都形成了非接触式RFID射频领域的技术壁垒；另一方面目前国内的技术人员通常在对于简单的射频信号还可以借助于示波器加校验线圈这样的工具来进行观察和分析，一旦复杂的射频信号以数据流的形式出现，受限于示波器的分辨率和存储深度，在示波器上进行实时观察将非常困难。

作为一个非接触式RFID系统，无论是从非接触读卡机发出信号(我们称之为“上行信号”)还是非接触智能卡发出的响应信号(我们称之为“下行信号”)，都会出现射频协议不兼容和应用互操作流程的冲突等问题，由于系统的复杂性和熟悉程度不够，对于问题的定位往往需要投入经验丰富的技术人员或者采用国外的专业测试设备，给整个非接触式RFID产业链都增加了维护成本和系统风险。如何能开发出一款使用简单，低成本的非接触式RFID射频信号监听和分析工具，对当前的非接触式RFID产业发展提供有力的技术支持，使用简单且成本低，同时稳定性高且易于维护成为本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明目的提供一种RFID射频信号监听和分析工具及方法，通过采用FPGA编解码技术实现对射频通信协议的解析，将射频通信中的数据流利用耦合天线进行捕获，并将捕获到的数据流实时转换为可识别和易于分析的内容，在软件界面进行显示的实现方式，降低RFID射频信号监听和分析工具的复杂度，提高其性能和稳定性，同时降低设计成本。

一种RFID射频信号监听和分析工具，由计算机端界面单元、信息处理单元、可替换式耦合天线以及可替换式电源构成。其中信息处理单元是RFID射频信号监听和分析工具的主要部分，包含计算机通信接口电路、FPGA编解码芯片、滤波电路、50欧姆阻抗匹配网络和电源选择电路。

计算机端界面单元，用于将解析后的射频信号数据流在计算机端进行显示，方便测试人员对通信过程进行监听，如需要保存，可以有选择性的对信息进行保存；

信息处理单元，主要用于实现对射频信号的滤波、解析、与计算机的通信，以及对电源供电方式的切换；

可替换式耦合天线，具有50欧姆阻抗匹配电路且可替换，其主要功能为对待测的非接触RFID系统信号以耦合的方式进行捕获，并送入信息处理单元；

可替换式电源，至少可支持3种供电方式，用于为信息处理单元提供稳定的电流和电压。供电方式可为直流电源供电、干电池供电以及USB口供电电源等，多种供电方式之间通过电源选择电路进行切换，根据测试环境选择适当的电源。

计算机端界面单元的结构主要分为二大部分：第一部分为控制面板，包括通信接口开关、射频协议选择按钮、射频通信协议波特率选择按钮和数据保存选择按钮。主要功能为控制FPGA编解码芯片采用合适的数据流解析方式；第二部分为分析结果显示面板，其中包括上下行数据的通信时间、解码数据流、以及单条指令的内容显示，主要功能为将解析后的信息进行串行显示。

本发明还提供一种RFID射频信号监听和分析方法，包含以下内容：

(1)首先在计算机端界面单元的控制面板上打开通信接口开关，选择待测的射频信号协议类型和通信波特率，以及确定是否需要保存结果至计算机；

(2)按照现场应用的条件，通过电源选择电路进行切换，选择并接通合适的供电电源；

(3)将可替换式耦合天线靠近待测的非接触式RFID系统，调整好耦合天线与待测系统的位置，并使二者相对位置固定；

(4)耦合天线将对非接触式RFID通信中的射频信号进行耦合，并将耦合后的信息通过50欧姆阻抗匹配网络送入滤波电路，通信信号进行调制、滤波，解调后的信号实时送入FPGA编解码芯片；

(5)FPGA编解码芯片在收到输入的信号后，按照计算机端界面单元中选定的射频信号协议类型和通信波特率分别对非接触式RFID系统双方的通信内容进行解析，并将解析结果送入与计算机的通信接口电路；

(6)计算机的通信接口电路对数据进行双向传递，收到FPGA编解码芯片送出的数据后，通信接口电路将数据串行上传至计算机端界面单元；

(7)计算机端界面单元分析结果显示面板对结果进行显示，通过对界面显示的上行或者下行数据内容，对通信是否正常或者返回错误代码进行判断和分析。

通过本发明提供的解决方案，一方面可以实现对射频通信中的数据流进行实时、不间断的解析和传输，有效保证了测试结果的真实性和数据的存储深度；另一方面如待测的射频通信协议发生变化，只需在FPGA编解码芯片上进行编程即可以实现功能的升级，使得监听和分析工具的功能扩展和维护简单易行。

附图说明

图1本发明提供的RFID射频信号监听和分析工具电路结构图

图2本发明提供的RFID射频信号监听和分析方法基本流程图

具体实施方案

以下结合各附图对本发明提出的内容进行详细的描述。图1为RFID射频信号监听和分析电路结构图，图中计算机端界面单元主要分为二大部分：第一部分为控制面板，其中包括通信接口开关、射频协议选择按钮、射频通信协议波特率选择按钮和数据保存选择按钮，主要功能为控制FPGA编解码芯片采用合适的数据流解析方式；第二部分为分析结果显示面板，其中包括上下行数据的通信时间、解码数据流，以及单条指令的内容显示，主要功能为将解析后的信息进行串行显示。

信息处理单元为本发明的主要部分，实现对射频信号的滤波，解析，与计算机的通信，以及对供电方式的切换。可替换式耦合天线对待测的非接触RFID系统信号以耦合的方式进行捕获，并送入信息处理单元。可替换式电源至少包含三种形式，直流电源供电、干电池供电以及USB口供电，操作人员可根据现场应用条件确定。

射频通信中的数据流，利用耦合天线进行捕获，并将捕获到的数据流实时转换为可识别和易于分析的内容，在计算机端界面进行显示。

其具体的实现方案为：

(1)首先在计算机端界面单元的控制面板上打开通信接口开关，选择待测的射频信号协议类型和通信波特率，同时可确定是否需要保存，如果需保存，则可有选择性地保存结果到计算机；

(2)按照现场应用的条件，通过电源选择电路进行切换，选择并接通合适的供电电源；

工具所提供的可替换式电源至少包含三种形式，直流电源供电、干电池供电以及USB口供电。

(3)将可替换式耦合天线靠近待测的非接触式RFID系统，调整好耦合天线与待测系统的位置，并使二者相对位置固定；

(4)耦合天线将对非接触式RFID通信中的射频信号进行耦合，并将耦合后的信息通过50欧姆阻抗匹配网络送入滤波电路，通信信号进行调制、滤波，解调后的信号实时送入FPGA编解码芯片；

(5)FPGA编解码芯片在收到输入的信号后，按照计算机端界面单元中选定的射频信号协议类型和通信波特率分别对非接触式RFID系统双方的通信内容进行解析，并将解析结果送入与计算机的通信接口电路；

按照ISO/IEC14443标准的协议规定射频通信的载波频率为13.56MHz，实际的传输信息是以847KHz的频率去调制载波信号，然后将调制后的信号在空中进行传播。所以从耦合天线送入到滤波电路的信号包括了13.56MHz的载波信息，因此滤波电路对收到的信号进行解调处理，滤除其中的13.56MHz的载波信号，仅保留847KHz的调制信号，并将解调后的信号实时送入FPGA编解码芯片。

(6)计算机的通信接口电路对数据进行双向传递，收到FPGA编解码芯片送出的数据后，通信接口电路将数据串行上传至计算机端界面单元；

(7)计算机端界面单元分析结果显示面板对结果进行显示，通过对界面显示的上行或者下行数据内容，对通信是否正常或者返回错误代码进行判断和分析。

通过上述实施步骤，可以实现对射频通信中的数据流进行实时、不间断的解析和传输，有效保证了测试结果的真实性和数据的存储深度。当待测的射频通信协议发生变化时，只需在FPGA编解码芯片上进行编程即可以实现功能的升级，使得监听和分析工具的功能扩展和维护简单易行。

Claims (6)

1.一种RFID射频信号监听和分析工具，其特征在于该监听和分析工具由计算机端界面单元、信息处理单元、可替换式耦合天线以及可替换式电源构成。

2.根据权利要求1所述的一种RFID射频信号监听和分析工具，其特征在于所述信息处理单元包含计算机通信接口电路、FPGA编解码芯片、滤波电路、50欧姆阻抗匹配网络和电源选择电路。

3.根据权利要求1所述的一种RFID射频信号监听和分析工具，其特征在于所述计算机端界面单元包含控制面板和分析结果显示面板两部分。

4.根据权利要求1所述的一种RFID射频信号监听和分析工具，其特征在于所述可替换式电源供电方式为直流电源供电、干电池供电或USB口供电。

5.根据权利要求1所述的一种RFID射频信号监听和分析工具，其特征在于所述可替换式耦合天线具有50欧姆阻抗匹配电路。

6.一种RFID射频信号监听和分析方法，包含以下步骤：

(1)首先在计算机端界面单元的控制面板上打开通信接口开关，选择待测的射频信号协议类型和通信波特率，以及确定是否需要保存结果至计算机；

(2)按照现场应用的条件，通过电源选择电路进行切换，选择并接通合适的供电电源；

(3)将可替换式耦合天线靠近待测的非接触式RFID系统，调整好耦合天线与待测系统的位置，并使二者相对位置固定；

(4)耦合天线将对非接触式RFID通信中的射频信号进行耦合，并将耦合后的信息通过50欧姆阻抗匹配网络送入滤波电路，通信信号进行调制、滤波，解调后的信号实时送入FPGA编解码芯片；

(5)FPGA编解码芯片在收到输入的信号后，按照计算机端界面单元中选定的射频信号协议类型和通信波特率分别对非接触式RFID系统双方的通信内容进行解析，并将解析结果送入与计算机的通信接口电路；

(6)计算机的通信接口电路对数据进行双向传递，收到FPGA编解码芯片送出的数据后，通信接口电路将数据串行上传至计算机端界面单元；

(7)计算机端界面单元分析结果显示面板对结果进行显示，通过对界面显示的上行或者下行数据内容，对通信是否正常或者返回错误代码进行判断和分析。

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