CN105515753A - 一种基于fpga的rfid前导码检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的RFID前导码检测方法，通过标签返回信号与标准前导码进行匹配滤波，通过设定合理的动态阈值寻找其全局最大值，该值能标识出前导码，且受噪声干扰的影响小，若以此为基础进行后续的数据解码，阅读器抗干扰能力会得到显著的改善，提高了超高频阅读器与标签之间通信的稳定性、可靠性。本发明能在低信噪比中准确的检测出标签返回信号中的前导码数据并予以标识，为后续的标签数据解码奠定了良好的基础。

Description

一种基于FPGA的RFID前导码检测方法
技术领域
本发明属于射频识别技术领域，具体涉及一种基于FPGA的RFID前导码检测方法的设计。
背景技术
射频识别(RFID)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。
在射频识别技术中，前导码是作为标签到阅读器通信链路中的同步标志，前导码的检测是否准确影响后面的数据解码。在读写器和标签数据通信时，信号易遭到电磁干扰和噪声的破坏，故在低信噪比下如何能准确的检测前导码是影响超高频阅读器稳定性与可靠性的关键。在现有的技术方案中，通过过零比较方式恢复出的前导码波形，与标准的前导码进行特征匹配的检测方式，由于受噪声的影响码元波形中容易产生毛刺、畸变，随着信噪比的降低，毛刺对前导码的检测干扰越大，致使阅读器与标签的通信效率降低。
FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中前导码检测方法在低信噪比条件下通信效率较低的问题，提出了一种基于FPGA的RFID前导码检测方法。
本发明的技术方案为：一种基于FPGA的RFID前导码检测方法，包括以下步骤：
S1、获取标签信号数据；
S2、对标签信号数据进行前导码匹配滤波处理；
S3、求取前导码匹配滤波处理结果的局部极大值；
S4、判断S3中的局部极大值是否大于设定的动态阈值，若是则进入S5，否则返回S1；
S5、判断S3中的局部极大值是否大于设定的时隙T1，若是则进入S6，否则返回S1；
S6、判断S3中的局部极大值是否大于设定的时隙T2，若是则进入S7，否则返回S1；
S7、将S3中的局部极大值作为全局最大值反映标签信号中前导码的结束位置，从而成功检测出前导码。
进一步地，S1具体为：将超高频阅读器中接收到的AD量化后经CIC抽取滤波的采样数据作为标签信号数据。
进一步地，S2具体为：将前导码数据码元的基带波形中高电平的匹配滤波系数置1，低电平的匹配滤波系数置-1，滤波器对应阶数256，匹配滤波的计算是按照实时标签信号数据与对应的滤波器系数进行乘累加。
进一步地，S3具体为：对S2中前导码匹配滤波处理结果取绝对值，然后求该绝对值的局部极大值并予以标识。
进一步地，S4中动态阈值的设定方法包括以下步骤：
A1、前导码类型选择：TRext＝1，前导码数据含有12个数据0作为前导音；
A2、数据0匹配滤波：将数据0基带波形中高电平的匹配滤波系数置1，低电平的匹配滤波系数置0，滤波器对应阶数32，匹配滤波的计算是按照实时标签信号数据与对应的滤波器系数进行乘累加；
A3、极值探测：标签返回信号与标准的数据0进行实时匹配滤波后将其结果取绝对值，然后求该绝对值的局部极大值并予以标识；
A4、探测数据0的数目：以TC/2为基准上下各偏移20％的时间范围作为检测到半个数据0码元的依据，TC为标签返回数据周期；
A5、动态阈值及有效性标记：当连续的检测到4个如A4所述的码元时，求取其在A3中对应的4个局部极大值的平均值，该平均值乘以8作为动态阈值，置动态阈值的标记为有效。
进一步地，S5中时隙T1设定为4倍标签返回数据周期。
进一步地，S6中时隙T2设定为1倍标签返回数据周期。
本发明的有益效果是：本发明通过标签返回信号与标准前导码进行匹配滤波，通过设定合理的动态阈值寻找其全局最大值，该值能标识出前导码，且受噪声干扰的影响小，若以此为基础进行后续的数据解码，阅读器抗干扰能力会得到显著的改善，提高了超高频阅读器与标签之间通信的稳定性、可靠性。本发明能在低信噪比中准确的检测出标签返回信号中的前导码数据并予以标识，为后续的标签数据解码奠定了良好的基础。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于FPGA的RFID前导码检测方法流程图。
图2为本发明实施例的动态阈值设定方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
在ISO/IEC18000-6协议及国军标(GJB7377.1-2011)协议中前导码有两种数据格式：
(1)当TRext＝0时无12个数据0作为前导音；
(2)当TRext＝1时有12个数据0作为前导音。
本发明实施例中我们选择第二种前导码数据格式来说明前导码检测的方法，第一种数据格式与之类似不再详细阐述。
本发明的基本思路是：将超高频阅读器接收到的标签信号数据(AD采样后)进行前导码的匹配滤波处理，由于前导码的波形长度较长，对其相关匹配时具有同步精度高、抗噪性能佳的优点。匹配滤波后的结果将有极大值，该值能精确的标识前导码的结束位置。超高频阅读器与标签的通信需进行实时的应答，这为寻找标识前导码结束位置的极大值带来了困难。由于前导码中含有丰富的数据0、数据1信息，为此，将标签信号数据实时与数据0作匹配滤波，匹配滤波后的局部极大值能标识数据0的结束位置及相关程度，为了更合理准确的设定动态阈值，将连续检测到4个数据0的局部极大值求其平均值作为动态阈值设定的基本依据。前导码匹配滤波后的局部极大值若大于所设定的动态阈值，则初步满足检测到前导码信号的条件，仍需时隙T1及时隙T2两个条件来限定，最终当以上条件都满足时的前导码匹配滤波后的局部极大值将作为全局极大值标识出前导码的结束位置。
本发明提供了一种基于FPGA的RFID前导码检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、获取标签信号数据：将超高频阅读器中接收到的AD量化后经CIC(积分梳状滤波器)抽取滤波的2.5MHz采样数据作为标签信号数据。标签信号数据周期为12.5μs，这样标签返回信号的单个数据码元为32个采样点，前导码采用国军标(GJB7377.1-2011)协议中的数据格式0000000000001110V00V，TRext＝1。
S2、对标签信号数据进行前导码匹配滤波处理：将前导码8个数据码元的基带波形(不包含12个前导音)中高电平的匹配滤波系数置1，低电平的匹配滤波系数置-1，滤波器对应阶数256，匹配滤波的计算是按照实时标签信号数据与对应的滤波器系数进行乘累加。
S3、求取前导码匹配滤波处理结果的局部极大值：对S2中前导码匹配滤波处理结果取绝对值，然后求该绝对值的局部极大值并予以标识。
S4、判断S3中的局部极大值是否大于设定的动态阈值，若是则进入S5，否则返回S1。
该步骤中动态阈值为标记S3中局部极大值是否为全局极大值的依据，该全局极大值代表了标签返回信号中的前导码结束位置。
如图2所示，动态阈值的设定方法包括以下步骤：
A1、前导码类型选择：TRext＝1，前导码数据含有12个数据0作为前导音。
A2、数据0匹配滤波：将数据0基带波形中高电平的匹配滤波系数置1，低电平的匹配滤波系数置0，滤波器对应阶数32，匹配滤波的计算是按照实时标签信号数据与对应的滤波器系数进行乘累加。
A3、极值探测：标签返回信号与标准的数据0进行实时匹配滤波后将其结果取绝对值，然后求该绝对值的局部极大值并予以标识。
A4、探测数据0的数目：以TC/2为基准上下各偏移20％的时间范围作为检测到半个数据0码元的依据，TC为标签返回数据周期。
A5、动态阈值及有效性标记：当连续的检测到4个如A4所述的码元时，求取其在A3中对应的4个局部极大值的平均值，该平均值乘以8作为动态阈值，置动态阈值的标记为有效(匹配滤波的计算采用乘累加，故前导码8个数据码元的匹配结果与数据0的匹配结果为8倍关系)。
S5、判断S3中的局部极大值是否大于设定的时隙T1，若是则进入S6，否则返回S1。
在动态阈值有效时，前导码结束位置与A5中的标记必然至少间隔T1个时隙。本发明实施例中由于TRext＝1，因此连续检测到4个数据0时与前导码结束位置间隔一定的时间(时隙T1)，则时隙T1设定为4倍标签返回数据周期。
S6、判断S3中的局部极大值是否大于设定的时隙T2，若是则进入S7，否则返回S1。
前导码的特殊数据格式将导致匹配滤波后的全局极大值附近也会存在较大的局部极大值，易使前导码的检测发生错误，因此设定时隙T2为1倍标签返回数据周期。
S7、将S3中的局部极大值作为全局最大值反映标签信号中前导码的结束位置，从而成功检测出前导码。
综上所述，本发明能在低信噪比中准确的检测出标签返回信号中的前导码数据并予以标识，为后续的标签数据解码奠定了良好的基础。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取标签信号数据；
S2、对标签信号数据进行前导码匹配滤波处理；
S3、求取前导码匹配滤波处理结果的局部极大值；
S4、判断S3中的局部极大值是否大于设定的动态阈值，若是则进入S5，否则返回S1；
S5、判断S3中的局部极大值是否大于设定的时隙T1，若是则进入S6，否则返回S1；
S6、判断S3中的局部极大值是否大于设定的时隙T2，若是则进入S7，否则返回S1；
S7、将S3中的局部极大值作为全局最大值反映标签信号中前导码的结束位置，从而成功检测出前导码。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，所述S1具体为：将超高频阅读器中接收到的AD量化后经CIC抽取滤波的采样数据作为标签信号数据。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，所述S2具体为：将前导码数据码元的基带波形中高电平的匹配滤波系数置1，低电平的匹配滤波系数置-1，滤波器对应阶数256，匹配滤波的计算是按照实时标签信号数据与对应的滤波器系数进行乘累加。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，所述S3具体为：对S2中前导码匹配滤波处理结果取绝对值，然后求该绝对值的局部极大值并予以标识。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，所述S4中动态阈值的设定方法包括以下步骤：
A1、前导码类型选择：TRext＝1，前导码数据含有12个数据0作为前导音；
A2、数据0匹配滤波：将数据0基带波形中高电平的匹配滤波系数置1，低电平的匹配滤波系数置0，滤波器对应阶数32，匹配滤波的计算是按照实时标签信号数据与对应的滤波器系数进行乘累加；
A3、极值探测：标签返回信号与标准的数据0进行实时匹配滤波后将其结果取绝对值，然后求该绝对值的局部极大值并予以标识；
A4、探测数据0的数目：以TC/2为基准上下各偏移20％的时间范围作为检测到半个数据0码元的依据，所述TC为标签返回数据周期；
A5、动态阈值及有效性标记：当连续的检测到4个如A4所述的码元时，求取其在A3中对应的4个局部极大值的平均值，该平均值乘以8作为动态阈值，置动态阈值的标记为有效。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，所述S5中时隙T1设定为4倍标签返回数据周期。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的RFID前导码检测方法，其特征在于，所述S6中时隙T2设定为1倍标签返回数据周期。
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