CN104732257B

CN104732257B - 冲突检测装置和方法

Info

Publication number: CN104732257B
Application number: CN201510112589.9A
Authority: CN
Inventors: 李振; 郭爱香; 李坤; 李旭芳; 杨培
Original assignee: Beijing KT Micro Ltd
Current assignee: Beijing KT Micro Ltd
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: CN104732257A

Abstract

本发明涉及一种冲突检测装置和方法。该方法用于非接触式TYPE A型智能卡读写器，该方法包括：获取数据帧的帧头的最大值和帧头的最大值发生的第一时间点；根据第一时间点，获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的第二时间点和第三时间点，其中，第二时间点和第三时间点分别为数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值发生的时间点；根据第二时间点和第三时间点，获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值；根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突，其中，冲突检测阈值与数据帧的帧头的最大值相关。本发明可以提高冲突检测的可靠性。

Description

冲突检测装置和方法

技术领域

本发明涉及读写器领域，尤其涉及一种冲突检测装置和方法。

背景技术

在ISO/IEC 14443协议中，规定了非接触式智能卡与读写器的数据传输方式。根据信号发送和接收方式的不同，ISO/IEC 14443协议定义了TYPE A、TYPE B两种卡型，这两种卡型的不同主要在于载波的调制深度及二进制数的编码方式。其中，TYPE A型智能卡在读写器上通过13.56MHz的载波向智能卡传送信号，采用同步、改进的Miller编码方式，通过100％ASK传送；当TYPE A型智能卡向读写器传送信号时，使用848KHz的副载波传送曼彻斯特(Manchester)编码。具体地，当TYPE A型智能卡向读写器传送数据帧时，帧头用序列D表示，数据“1”用序列D表示，数据“0”用序列E表示，帧尾用序列F表示，其中，序列D为只在前半个符号周期内，采用848kHz副载波对13.56MHz载波进行负载调制；序列E为只在后半个符号周期内，采用848kHz副载波对13.56MHz载波进行负载调制；序列F为在整个符号周期内，不对13.56MHz载波进行负载调制。

如图1所示，为现有技术中非接触式TYPE A型智能卡读卡器的接收电路的示意图，天线11接收到的信号经过缓冲放大器12进行缓冲放大后进入包络检波器13进行包络检波，得到模拟包络信号，然后经过ADC 14得到数字包络信号，ADC 14的采样转换速率为13.56MHz。数字解调器15对数字包络信号进行解调，然后在检测模块16进行帧头检测和冲突检测。数字解调器15具体包括数字本地正交混频器151、匹配滤波器152和合并模块153，数字本地正交混频器151对数字包络信号进行数字正交混频后得到I路信号MFI和Q路信号MFQ，匹配滤波器152对I路信号MFI和Q路信号MFQ进行匹配滤波。由于曼彻斯特编码的特性，一个符号中仅有前半部分或后半部分有848kHz的子载波，因此匹配滤波器152只对半个符号进行匹配滤波即可，此匹配滤波器可以认为是对输入信号在半个符号时间窗内进行滑动积分。例如：对于106kbps的符号速率，每个符号内采样128个点，匹配滤波器152的传递函数由64个1组成，即：H(z^-1)＝1+z^-1+z^-2+...+z^-63。合并模块153对匹配滤波器152输出的两路I/Q信号进行合并，输出合并后的信号MFIQ，合并后的信号MFIQ是一种数字包络信号，例如：合并方法为：MFIQ＝sqrt(MFI^2+MFQ^2)，其中，sqrt表示开平方根，^表示幂运算。如图2所示，为现有技术中图1所示接收电路中的信号波形示意图，(a)为包络检波器输出的信号，(b)为合并后的信号MFIQ。检测模块16根据合并后的信号MFIQ进行帧头检测和冲突检测，进而判断出智能卡发送的应答信息。具体地，通常依靠固定门限值进行冲突检测，参见图8所示示意图，当合并后的信号MFIQ的数据部分在每个符号周期的结束点的值大于预定阈值Vcoll时，判定为检测到冲突，例如：数据1在该符号周期的结束点A0的值小于预定阈值Vcoll，判定未发生冲突，数据0在该符号周期的结束点A1的值大于预定阈值Vcoll，判定发生冲突。

但是，在两张或多张智能卡与读写器天线耦合强弱差别较明显的情况下，如果固定门限值设定的过大，那么在天线耦合较弱时冲突检测漏警概率增加，如果固定门限值设定过小，那么在天线耦合较强时冲突检测虚警概率增加，从而导致冲突检测的可靠性较低。

发明内容

本发明提供一种冲突检测装置和方法，用以实现提高冲突检测的可靠性。

本发明提供一种冲突检测方法，所述方法用于非接触式TYPE A型智能卡读写器，所述方法包括：

获取数据帧的帧头的最大值和所述帧头的最大值发生的第一时间点；

根据所述第一时间点，获取所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的第二时间点和第三时间点，其中，所述第二时间点和所述第三时间点分别为为所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值发生的时间点；

根据所述第二时间点和所述第三时间点，获取所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值；

根据冲突检测阈值对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突，其中，所述冲突检测阈值与所述数据帧的帧头的最大值相关。

本发明还提供一种冲突检测装置，所述装置用于非接触式TYPE A型智能卡读写器，所述装置包括：

第一获取模块用于获取数据帧的帧头的最大值和所述帧头的最大值发生的第一时间点；

第二获取模块用于根据所述第一时间点，获取所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的第二时间点和第三时间点，其中，所述第二时间点和所述第三时间点分别为所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值发生的时间点；

第三获取模块用于根据所述第二时间点和所述第三时间点，获取所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值；

判决模块用于根据冲突检测阈值对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突，其中，所述冲突检测阈值与所述数据帧的帧头的最大值相关。

在本发明中，第一获取模块获取数据帧的帧头的最大值，第三获取模块获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值，判决模块根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突，并且冲突检测阈值与数据帧的帧头的最大值相关。由于冲突检测的检测阈值与帧头的最大值相关，实现了自适应地设定冲突检测阈值，避免了采用固定门限值进行冲突检测，所以提高了冲突检测的可靠性。此外，通过选择合理的抽样判决时刻，即分别对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，也提高了冲突检测的可靠性。这样，即使在两张或多张智能卡与读写器的耦合强弱差别较大时，或者是相同类型的智能卡与读写器的距离远近差别较大时，仍然能准确检测出冲突。

附图说明

图1为现有技术中非接触式TYPE A型智能卡读卡器的接收电路的示意图；

图2为现有技术中图1所示接收电路中的信号波形示意图；

图3为本发明冲突检测装置第一实施例的结构示意图；

图4为本发明冲突检测方法第一实施例的流程示意图；

图5为本发明冲突检测装置第二实施例的结构示意图；

图6为本发明冲突检测方法第二实施例的流程示意图；

图7为本发明帧头检测装置第二实施例的一个帧头检测实例的信号波形示意图；

图8为本发明帧头检测装置第二实施例中的一个冲突检测实例的信号波形示意图；

图9为本发明非接触式Type A型智能卡读卡器实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

TYPE A型智能卡向读写器回送数据时使用副载波调制的曼切斯特(Manchester)码，当发生冲突时，有的智能卡回送“0”，有的智能卡回送“1”，导致整个符号都有副载波调制，读写器收到这样的符号后，通过一定的方法判断出副载波持续一个符号周期，则表明发生了冲突。

如图3所示，为本发明冲突检测装置第一实施例的结构示意图，该装置可以用于非接触式TYPE A型智能卡读写器，TYPE A型智能卡读卡器的详细结构可以参见图1所示结构示意图，输入到该冲突检测装置的数据帧为合并后的信号MFIQ。该装置可以包括第一获取模块31、第二获取模块32、第三获取模块33和判决模块34。第二获取模块32与第一获取模块31连接，第三获取模块33与第二获取模块32连接，判决模块34与第三获取模块33连接。

其中，第一获取模块31用于获取数据帧的帧头的最大值和帧头的最大值发生的第一时间点；第二获取模块32用于根据第一时间点，获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的第二时间点和第三时间点，其中，第二时间点和第三时间点分别为数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值发生的时间点；第三获取模块33用于根据第二时间点和第三时间点，获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值；判决模块34用于根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突，其中，冲突检测阈值与数据帧的帧头的最大值相关。具体地，可以将冲突检测阈值设置为帧头的最大值的一个适当比例值。

本实施例的工作过程如下：如图4所示，为本发明冲突检测方法第一实施例的流程示意图，该方法可以包括如下步骤：

步骤41、第一获取模块31获取数据帧的帧头的最大值和帧头的最大值发生的第一时间点；

步骤42、第二获取模块32根据第一时间点，获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的第二时间点和第三时间点；

其中，第二时间点和第三时间点分别为数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值发生的时间点；

步骤43、第三获取模块33根据第二时间点和第三时间点，获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值；

步骤44、判决模块34根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突。

在本实施例中，第一获取模块31获取数据帧的帧头的最大值，第三获取模块33获取数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值，判决模块34根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，根据判决结果判定是否发生冲突，并且冲突检测阈值与数据帧的帧头的最大值相关。由于冲突检测的检测阈值与帧头的最大值相关，实现了自适应地设定冲突检测阈值，避免了采用固定门限值进行冲突检测，所以提高了冲突检测的可靠性。此外，通过选择合理的抽样判决时刻，即分别对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决，也提高了冲突检测的可靠性。这样，即使在两张或多张智能卡与读写器的耦合强弱差别较大时，或者是相同类型的智能卡与读写器的距离远近差别较大时，仍然能准确检测出冲突。

如图5所示，为本发明冲突检测装置第二实施例的结构示意图，在图3所示结构示意图的基础上，为了提高帧头检测的准确性，第一获取模块31可以包括第一获取单元311和帧头判断单元312。其中，第一获取单元311用于获取数据帧在一个符号周期内的最大值和最大值发生的第一时间点；帧头判断单元312用于获取数据帧在符号周期内的值从第一时间点开始相对于最大值的变化程度，根据变化程度判断是否检测到帧头。

如图6所示，为本发明冲突检测方法第二实施例的流程示意图，在图4所示流程示意图的基础上，步骤41可以包括如下步骤：

步骤411、第一获取单元311获取数据帧在一个符号周期内的最大值和最大值发生的第一时间点；

步骤412、帧头判断单元312获取数据帧在该符号周期内的值从第一时间点开始相对于最大值的变化程度，根据变化程度判断是否检测到帧头。

在本实施例中，第一获取单元311获取输入的数据帧在一个符号周期内的最大值和最大值发生的第一时间点，判断模块32根据获取的数据帧在该符号周期内的值从第一时间点开始相对于最大值的变化程度判断是否检测到帧头，避免了采用固定门限值进行判决的方式，这样即使输入的数据帧受到了噪声影响，也能降低帧头误判的可能性，从而提高了帧头检测的可能性，满足了高性能非接触式TYPE A型智能卡读写器对读卡器可靠性的要求。

可选地，参见图5所示结构示意图，为了提高第一获取单元311获取的最大值的准确性，第一获取单元311可以包括第一获取子单元3111和第二获取子单元3112。其中，第一获取子单元3111用于获取数据帧的值大于第一预定阈值的时间点；第二获取子单元3112用于从数据帧的值大于第一预定阈值的时间点开始，获取数据帧在该符号周期内的最大值和最大值发生的第一时间点，其中，最大值为从第一时间点开始的预定时间窗内的最大值。

相应地，步骤411可以包括如下步骤：

步骤4111、第一获取子单元3111获取数据帧的值大于第一预定阈值的时间点；

步骤4112、第二获取子单元3112从数据帧的值大于第一预定阈值的时间点开始，获取数据帧在该符号周期内的最大值和最大值发生的第一时间点，其中，最大值为从第一时间点开始的预定时间窗内的最大值。

可选地，参见图5所示结构示意图，为了提高帧头判断单元312判断的准确性，帧头判断单元312可以包括第三获取子单元3121、比较子单元3122和帧头判定子单元3123。其中，第三获取子单元3121用于获取数据帧在第四时间点的值，其中，第四时间点为从第一时间点开始的预定时长间隔的时间点；比较子单元3122用于将数据帧在第四时间点的值与第二预定阈值进行比较，其中，第二预定阈值与最大值成比例关系；帧头判定子单元3123用于根据比较结果判定是否检测到帧头。相应地，在图4所示流程示意图的基础上，步骤412可以包括如下步骤：

步骤4121、第三获取子单元3121获取数据帧在第四时间点的值；

步骤4122、比较子单元322将数据帧在第四时间点的值与第二预定阈值进行比较；

步骤4123、帧头判定子单元323根据比较子单元322的比较结果判定是否检测到帧头。

可选地，由于帧头符号周期内前半个符号有子载波、后半个符号没有子载波，所以输入的数据帧的值在一个符号周期内的值从最大值之后开始下降，利用这个特性，当数据帧在第四时间点的值小于或等于第二预定阈值时，帧头判定子单元323判定检测到帧头。可选地，第四时间点可以为从第一时间点开始的半个符号周期间隔的时间点，此时，第四时间点为一个符号周期内的最小值发生的时间点。

下面通过一个实例详细解释本实施例。如图7所示，为本发明帧头检测装置第二实施例的一个帧头检测实例的信号波形示意图，其中，(a)和(b)分别与图2所示波形示意图中的(a)和(b)相同，对序列(b)按照如下逻辑检测帧头：读写器每次开始接收一个数据帧时，对最大值Vpeak和第二预定时间窗计数器Tcnt清零，MFIQ样本点的值大于第一预定阈值Vth后，不立即判断为帧头，而是采用如下逻辑作进一步判断：k的初始值为1，k从MFIQ样本的值大于第一预定阈值Vth时开始计数，即从A点MFIQ(1)开始计数，依次将MFIQ样本点MFIQ(k)与Vpeak进行比较，直至搜索得到最大值Vpeak，即图中B点对应的值。需要注意的是，搜索到最大值Vpeak后，k从B点继续计数第二预定时间窗N/4个样本点到达C点，在k从B点到C点计数的过程中，将最大值Vpeak与各个样本点的值进行比较，确保最大值Vpeak不仅是从A点到B点的样本点序列的最大值，而且是从B点到C点的样本点序列的最大值，其中，N为一个符号内的样本点数，当采样频率为13.56MHz、符号速率为106kps时，N＝128。当k计数到C点后，若此时MFIQ(k+N/4)<＝Vpeak/2，则判决为帧头检测成功，Vpeak/2为第二预定阈值，换句话说，合并后的信号MFIQ在一个符号周期内的最小值应该小于或等于Vpeak/2。该过程用逻辑语言描述如下：

可选地，参见图5所示结构示意图，在图3所示结构示意图的基础上，判决模块34可以包括判决单元341、第一判定单元342和第二判定单元343。

判决单元341用于根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决；第一判定单元342用于当对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果相同时，判定发生冲突；第二判定单元343用于当对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果不同时，判定未发生冲突。相应地，参见图6所示流程示意图，在图4所示流程示意图的基础上，步骤44可以包括如下步骤：

步骤441、判决单元341根据冲突检测阈值对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决；

步骤442、当判决单元341对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果相同时，第一判定单元342判定发生冲突；

步骤443、当判决单元341对数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果不同时，第二判定单元343判定未发生冲突。

在判决单元341进行冲突检测时，如果冲突检测阈值设定的过大，则冲突检测漏警概率增加，如果冲突检测阈值设定的过小，则冲突检测虚警概率增加。在本实施例中，设定冲突检测阈值为数据帧的帧头的最大值的一个适当比例值，达到自适应设定冲突检测阈值的目的，进而提高了冲突检测的可靠性。下面以两张智能卡片时的冲突检测情况为例进行说明，如图8所示，为本发明帧头检测装置第二实施例中的一个冲突检测实例的信号波形示意图，(1)为第一张智能卡回送数据时的数据帧的包络，(2)为第二张智能卡回送数据时的数据帧的包络，(3)为当两张智能卡同时回送数据时，输出的合并后的信号MFIQ的波形，该波形为(1)和(2)两个包络进行叠加后由匹配滤波器进行匹配滤波并进行合并后输出的波形。在本实例中，设定冲突检测阈值Vcoll为帧头的最大值Vb的一个比例，具体地，Vcoll＝Vb*3/16。在帧头检测中，找到最大值B点后，从MFIQ第一次低于Vb/2时刻即图中C点开始，过N/4个采样点后到图中D0点，然后每N/2个采样点对合并后的信号MFIQ进行采样判决，判决逻辑为：

当MFIQ>Vcoll时，输出1；

当MFIQ<＝Vcoll时，输出0；

从而得到D0、D1、D2、D3...，然后对D(n)依次两两一组，如果在一组内的两个数据同时判决为1，则表明有冲突发生，记录冲突的位置序号，传给上层模块，其余情况则无冲突发生。在图8中，D4和D5这组数据的判决同时为1，则表明有冲突发生。

如图9所示，为本发明非接触式Type A型智能卡读卡器实施例的结构示意图，该读卡器可以包括：天线11、包络检波器13、ADC 14、数字解调器15和检测模块16，检测模块16包括帧头检测装置161和冲突检测检测装置162。其中，包络检波器13与天线11连接；ADC 14与包络检波器13连接；数字解调器15与ADC 14连接；帧头检测装置161与数字解调器15连接，冲突检测装置162与帧头检测装置161连接。

天线11接收到的信号进入包络检波器进行包络检波，得到模拟包络信号，然后经过ADC 14进行模数转换后得到数字包络信号，数字解调器15对数字包络信号进行解调，然后在帧头检测装置161进行帧头检测，在冲突检测装置162中进行冲突检测。

其中，冲突检测装置162可以包括前述任一冲突检测装置实施例中的模块和单元，在此不再赘述。

可选地，该读卡器还可以包括缓冲放大器12，连接在天线11和包络检波器13之间。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种冲突检测方法，其特征在于，所述方法用于非接触式TYPE A型智能卡读写器，所述方法包括：

根据所述第一时间点，获取所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的第二时间点和第三时间点，其中，所述第二时间点和所述第三时间点分别为所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值发生的时间点；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取数据帧的帧头的最大值和所述最大值发生的第一时间点包括：

获取所述数据帧在一个符号周期内的最大值和所述最大值发生的第一时间点；

获取所述数据帧在所述符号周期内的值从所述第一时间点开始相对于所述最大值的变化程度，根据所述变化程度判断是否检测到帧头。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据帧在一个符号周期内的最大值和所述最大值发生的时刻包括：

获取所述数据帧的值大于第一预定阈值的时间点；

从所述数据帧的值大于第一预定阈值的时间点开始，获取所述数据帧在所述符号周期内的最大值和所述最大值发生的第一时间点，其中，所述最大值为从所述第一时间点开始的预定时间窗内的最大值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述变化程度判断是否检测到帧头包括：

获取所述数据帧在第四时间点的值，其中，所述第四时间点为从所述第一时间点开始的预定时长间隔的时间点；

将所述数据帧在所述第四时间点的值与第二预定阈值进行比较，其中，所述第二预定阈值与所述最大值成比例关系；

根据比较结果判定是否检测到帧头。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判决结果判定是否发生冲突包括：

根据冲突检测阈值对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决；

当对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果相同时，判定发生冲突；

当对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果不同时，判定未发生冲突。

6.一种冲突检测装置，其特征在于，所述装置用于非接触式TYPE A型智能卡读写器，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取所述数据帧在一个符号周期内的最大值和所述最大值发生的第一时间点；

帧头判断单元，用于获取所述数据帧在所述符号周期内的值从所述第一时间点开始相对于所述最大值的变化程度，根据所述变化程度判断是否检测到帧头。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元包括：

第一获取子单元，用于获取所述数据帧的值大于第一预定阈值的时间点；

第二获取子单元，用于从所述数据帧的值大于第一预定阈值的时间点开始，获取所述数据帧在所述符号周期内的最大值和所述最大值发生的第一时间点，其中，所述最大值为从所述第一时间点开始的预定时间窗内的最大值。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述帧头判断单元包括：

第三获取子单元，用于获取所述数据帧在第四时间点的值，其中，所述第四时间点为从所述第一时间点开始的预定时长间隔的时间点；

比较子单元，用于将所述数据帧在所述第四时间点的值与第二预定阈值进行比较，其中，所述第二预定阈值与所述最大值成比例关系；

帧头判定子单元，用于根据比较结果判定是否检测到帧头。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判决模块包括：

判决单元，用于根据冲突检测阈值对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决；

第一判定单元，用于当对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果相同时，判定发生冲突；

第二判定单元，用于当对所述数据帧的数据部分在每个符号周期内的最大值和最小值进行判决的判决结果不同时，判定未发生冲突。