基于PXIe模块化仪器的NFC综测系统的研究与实现

摘要

射频识别技术RFID(Radiao Frequency Identification)是一种通过无线电波进行识别的技术。RFID技术有着广泛的应用领域。本文针对RFID中的JIS X6319-4协议的关键技术进行了研究，并基于美国国家仪器NI的PXIe模块化仪器平台，设计和实现了RFID的模拟器，并进行了相关测试。本文的主要工作如下:
　　对工作频率为13.56MHz的RFID系统原理进行了研究，为更好的设计和实现RFID系统的模拟器及其测试技术的研究打下良好的基础。首先介绍了在RFID系统中，阅读器和应答器最常用的ASK调制方式，根据详细的数学推导给出了典型2-ASK信号的时域表达式和功率谱表达式。接着介绍了工作频率为13.56MHz的应答器工作原理，包括电感耦合原理和反向散射耦合原理。
　　详细研究了JIS X6319-4协议，包括物理层和数据链路层。针对物理层，首先研究了阅读器到应答器的前向链路通信的关键技术参数，包括调制方式，数据速率和编码。接着研究了应答器到阅读器的反向链路通信的关键技术参数，包括调制方式，数据速率和编码以及帧结构。对数据链路层的关键技术研究包括发送命令的帧格式、CRC校验、应答器命令集及应答器模式跳转。
　　基于NI的PXIe模块化仪器的平台，实现了JIS X6319-4协议的RFID模拟器。首先给出了RFID系统的软硬件架构，并说明了仪器驱动配置。接着介绍基于LabVIEW FPGA的协议栈实现，首先阐述了物理层发射机的设计与实现，包括编码模块、IQ数据交织发射模块。然后介绍了物理层接收机的设计与实现，包括IQ数据接收模块、解码模块。最后给出了数据链路层的设计与实现。
　　基于已搭建的RFID模拟器，在主机中添加测试模块，完成NFC系统测试，包括物理层的时域波形测试、波形参数分析测试、频谱测试和联合时频分析测试;以及数据链路层的协议一致性测试。同时对每个测试模块都做出了详细的理论分析、程序说明和最终的测试结果。
　　最后，总结本文所做的工作，并对下一步的研究工作进行展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 RFID标准化

1．2．2 JIS X 6319-4协议

1．2．3 RFID综测技术研究现状

1．2．4 虚拟仪器技术

1．3 论文开展的主要工作

1．4 论文结构安排

第二章 RFID系统原理

2．1 RFID系统组成

2．2 ASK调制

2．2．1 ASK调制理论

2．2．2 ASK调制系统仿真

2．3 电感耦合方式

2．3．1 应答器的能量供给

2．3．2 应答器向阅读器的数据传输

2．4 反向散射耦合方式

2．4．1 反向散射理论

2．4．2 应答器的能量供给

2．4．3 应答器向阅读器的数据传输

2．5 本章小结

第三章 JIS X 6319-4协议与关键技术研究

3．1 物理层参数和关键技术

3．1．1 阅读器到应答器的通信链路

3．1．2 应答器到阅读器的通信链路

3．2 数据链路层参数和关键技术

3．2．1 组帧

3．2．2 应答器响应时间

3．2．3 CRC校验

3．2．4 应答器初始化与防碰撞

3．2．5 应答器命令集与模式跳转

3．3 本章小结

第四章 基于PXIe的RFID模拟器设计与实现

4．1 RFID模拟器总体设计

4．1．1 RFID模拟器硬件设计

4．1．2 RFID模拟器软件设计

4．2 仪器驱动

4．2．1 仪器初始化模块

4．2．2 参数配置模块

4．2．3 数据交互模块

4．2．4 仪器关闭模块

4．3 物理层发射机的设计与实现

4．3．1 发射机编码模块

4．3．2 IQ数据交织发射模块

4．4 物理层接收机的设计与实现

4．4．1 IQ数据接收模块

4．4．2 接收机信号解码模块

4．5 数据链路层的设计与实现

4．5．1 上位机监测

4．5．2 命令数据传送

4．5．3 接收机监测

4．5．4 响应解析

4．4 本章小结

第五章 NFC测试系统的研究与实现

5．1 NFC系统测试介绍

5．1．1 系统总体介绍

5．1．2 系统相关器件介绍

5．2 物理层射频测试

5．2．1 时域波形测试

5．2．2 频谱测试

5．2．4 联合时频分析测试

5．3 数据链路层协议一致性测试

5．3．1 应答器响应与阅读器命令一致性

5．3．2 应答器模式跳转

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和科研成果