基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法与流程

本发明属于射频识别技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法。

背景技术：

许多RFID标签采用2FSK来实现信息的传输，由于RFID应用环境的复杂性，通常要求阅读器具备较高的抗干扰能力。传统的2FSK解调方法包括鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。这些方法对传输过程中因为空中干扰导致脉冲幅度变化较大、存在基线漂移、甚至脉冲丢失的情况时，效果较差，而且对两个载频的频率差有较高要求，难以满足RFID应用要求。

综上所述，传统的2FSK解调方法因为空中干扰导致脉冲幅度变化较大、存在基线漂移、甚至脉冲丢失的情况时，效果较差；对两个载频的频率差有较高要求，难以满足RFID应用要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法，旨在解决传统的2FSK解调方法因为空中干扰导致脉冲幅度变化较大、存在基线漂移、甚至脉冲丢失的情况时，效果较差；对两个载频的频率差有较高要求，难以满足RFID应用要求的问题。

本发明是这样实现的，一种基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法，所述基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法采用FPGA对信号固定周期采样，设采样周期为t，将接收信号转换为数字信号；在FPGA中进行数字滤波，在滤波后的信号波形中查找局部极大值：对数字序列进行比较，当连续三个值P_i-1、P_i和P_i-1满足(如图4，两个相邻极值点之间的部分定义为一个脉冲，其周期T_j为包含的数据点数一个脉冲的幅度A_j定义为波峰数据与波谷数据的差，即A_j＝MAXj-MIN_j)：

P_i-1＜P_i≤P_i+1

则记录P_i为极大值点。两个相邻极大值点之间的部分即为一个脉冲，从而实现了脉冲识别。计算前N个脉冲的幅度的平均值作为接收信号强度。设第j个脉冲的幅度为A_j，则A_j为该脉冲的最大值MAX_j减去最小值MIN_j，即：

A_j＝MAX_j-MIN_j

则接收信号强度为：

依据2FSK的码元速率，统计M(一般为16)个脉冲的总时间T_bit，从而分辨出载频f₀和f₁，完成解码。设载频f₀高于载频f₁，Δt为用户设置的一个常数，用如下规则进行解码：

1)若则将该M个脉冲解码为“0”；

2)否则解码为“1”。

以此类推，完成整个信号流的解码。

进一步，所述基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法包括以下步骤：

步骤一，初始化阶段，脉冲计数器n和信号强度寄存器rss赋初值0；

步骤二，识别第j个脉冲，并计算该脉冲的幅度值A_j，幅度值A_j为该脉冲中所有数值的最大值减去最小值，即为该脉冲的幅度；

步骤三，已经鉴别出一个脉冲，脉冲计数器n加1；将幅度A_j累加到信号强度寄存器rss，即：rss＝rss+A_j；

步骤四，判断是否达到N个脉冲，若是则转步骤五，否则转步骤六；

步骤五：输出本次操作周期RFID标签返回的平均信号强度avgrss，即avgrss＝rss/N，转步骤六；

步骤六，判断是否计算满M个周期，即一个比特的数据，若是则记录这M个周期的数据数目为T_bit，并转步骤七；否则转步骤二，继续找下一个脉冲；

步骤七，根据2FSK编码规则，并输出一个比特“0”/“1”。设载频f₀高于载频f₁，Δt为用户设置的一个常数，用如下规则进行解码：

1)若则将该M个脉冲解码为“0”；

2)否则，将该M个脉冲解码为“1”。

步骤八，解码完成则结束，否则转步骤二继续找下一个脉冲，对下一个M个脉冲进行解码；

步骤九，操作周期结束。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法的RFID阅读器。

进一步，所述阅读器包括：

FPGA，用于从通信接口接收命令，将发送数据调制；并完成AD转换电路的数字信号的处理，结果通过通信接口返回给用户；

发射电路，与FPGA连接，用于将FPGA调制的数据通过天线发射出去；

接收电路，与天线有线连接，用于接收天线上的感应信号；

放大滤波电路，与接收电路有线连接，用于对接收电路接收的天线上的感应信号滤波放大；

AD转换电路，与放大滤波电路和FPGA有线连接，用于将放大滤波电路滤波放大的天线感应信号转换为数字信号。

进一步，所述FPGA包括下列模块：

嵌入式处理器，用于从通信接口接收命令并解析，若是数据发送，则将被发送数据通过信号调制模块调制，通过发射电路发射出去；

高精度AD控制器，与嵌入式处理器有线连接，用于控制外部的AD转换器对接收信号进行固定周期的采样；

数字滤波器，通过第一级先入先出队列与AD控制器通讯，用于从第一级先入先出队列中取数据并进行数字滤波，结果写入到第二级先入先出队列；

第二级先入先出队列，与数字滤波器通讯，用于存储数字滤波器的滤波结果；

波形识别及解码模块，与第二级先入先出队列通信，用于读取数据，完成信号强度计算和解码工作。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法的射频识别系统。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法的2FSK解调系统。

本发明提供的基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法，对存在基线漂移及脉冲幅度变化较大的信号具有同样的解码能力。且特别适合于两个载频频率f₀和f₁比较接近的应用场合。相比于传统的利用现有集成电路进行解码的方案，本发明对FSK的两个频率差的要求较小，具有更好的灵敏性和通用性，传统方案中，传统方案中，一个集成电路只针对一种频率信号，且两个载频频率f₀和f₁的频率差是基本固定的；而本发明只需要通过选择AD采样频率和调整解码用的常数Δt，即可实现任意频率信号的解码，即使f₀和f₁的频率差很大或很小。本发明无需复杂的硬件电路和专用的FSK解码芯片；工作频率可配置，特别适合于要求工作于多种频率的阅读器；提供了信号强度估计功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的手持式RFID阅读器结构示意图。

图2是本发明实施例提供的FPGA内部功能模块结构示意图。

图3是本发明实施例提供的基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法流程图。

图4是本发明实施例提供的脉冲识别原理示意图。

图中：1、FPGA；1-1、A/D控制器；1-2、第一级先入先出队列；1-3、数字滤波器；1-4、第二级先入先出队列；1-5、波形识别及解码模块；1-6、嵌入式处理器；1-7、信号调制模块；2、发射电路；3、接收电路；4、放大滤波电路；5、AD转换电路；6、通信接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明实施例提供的阅读器(如图1所示)和应答器，阅读器载波频率为83K，应答器返回信号上行频率f₀为83KHz、f₁为81KHz。本发明实施例中的阅读器由FPGA1、发射电路2、接收电路3、放大滤波电路4、AD转换电路5和通信接口6构成。

FPGA1从通信接口6接收命令，将发送数据调制，通过发射电路2、天线发射出去。接收电路3接收天线上的感应信号，通过放大滤波电路4进行滤波放大，在FPGA1的控制下，通过AD转换电路5转换为数字信号，并在FPGA1内部完成信号的处理，结果通过通信接口6返回给用户。

如图2所示，FPGA1的功能模块包括高精度A/D控制器1-1、第一级先入先出队列(FIFO1)1-2、数字滤波器1-3、第二级先入先出队列(FIFO2)1-4、波形识别及解码模块1-5、嵌入式处理器1-6、信号调制模块1-7。

FPGA的控制核心是嵌入式处理器，它从通信接口接收命令并解析，若是数据发送，则将被发送数据通过信号调制模块调制，通过发射电路发射出去；之后，通过高精度AD控制器对接收信号进行固定周期的采样，采样数据存入FIFO1；数字滤波器从FIFO1中取数据并进行数字滤波，结果写入到FIFO2；波形识别、RSS计算、2FSK解码模块从FIFO读取数据，完成信号强度计算和解码工作。

如图3所示，本发明实施例提供的基于FPGA的RFID接收信号强度检测及解码方法包括以下步骤：

S301：初始化阶段，脉冲计数器n和信号强度寄存器rss赋初值0；

S302：识别第j个脉冲，并计算该脉冲的幅度值A_j，幅度值A_j为该脉冲中所有数值的最大值减去最小值，即为该脉冲的幅度；

S303：已经鉴别出一个脉冲，脉冲计数器n加1；将幅度A_j累加到信号强度寄存器rss，即：rss＝rss+A_j；

S304：判断是否达到N个脉冲，若是则S305，否则转S306；

S305：输出本次操作周期RFID标签返回的平均信号强度avgrss，即avgrss＝rss/N，转S306；

S306：判断是否计算满M个周期，即一个比特的数据，若是则记录这M个周期的数据数目为T_bit，并转S307；否则转S302，继续找下一个脉冲；

S307：根据2FSK编码规则，并输出一个比特“0”/“1”。设载频f₀高于载频f₁，Δt为用户设置的一个常数，用如下规则进行解码：

1)若则将该M个脉冲解码为“0”；

2)否则，将该M个脉冲解码为“1”。

S308：解码完成则转S309，否则转S302继续找下一个脉冲，对下一个M个脉冲进行解码；

S309：操作周期结束，启动下一个操作周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。