CN102611657B

CN102611657B - 一种nfc基带符号检测方法与装置

Info

Publication number: CN102611657B
Application number: CN201210083765.7A
Authority: CN
Inventors: 孙雷
Original assignee: WUXI LIWAI SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FENGJIE DONGYANG BUILDING MATERIALS CO., LTD.
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN102611657A

Abstract

本发明涉及一种NFC基带符号检测方法与装置，其包括如下步骤：a、将I、Q通道数据分别输入第一一阶差分模块、第二一阶差分模块；b、第一一阶差分模块、第二一阶差分模块分别计算并存储最近三个时钟周期的一阶差分值；c、第一二阶差分模块得到二阶差分值DP1；第二二阶差分模块得到二阶差分值DP2；d、阈值计算与判决模块得到一阶差分基值D2及二阶差分基值P2；e、阈值计算与判决模块内预设差分偏移量Derr及判断阈值Dmax与Dmin，阈值计算与判决模块根据一阶差分基值D2的绝对值同时根据二阶差分基值P2的绝对值与判断阈值Dmax、Dmin之间的关系判断NFC基带符号的变化，并调整差分偏移量Derr及判断阈值Dmax与Dmin的值。本发明步骤简单，检测精度高，提高解码的可靠性。

Description

一种NFC基带符号检测方法与装置

技术领域

本发明涉及一种符号检测方法与装置，尤其是一种NFC基带符号检测方法与装置，属于NFC数据通信的技术领域。

背景技术

NFC是在RFID(Radio Frequency Identification)基础上发展起来的双向近程数据通信***，具有广泛应用前景。目前主要相关标准为IEEE18092，IEEE14443等等，其中IEEE 14443定义了基本的数据率和调制方式，其中补充标准又定义了扩展的数据率和调制方式，最高支持847kbps。概括起来，其调制方式为OOK(开关调制)和BPSK(二进制移相)调制2种。NFC(Near FieldCommunication)通常集成于其它移动设备上，如手机等等，这就对NFC的成本，功耗，灵敏度等等有很大限制。图1是一种NFC***的结构图。

对于IEEE14443中的基本数据和调制方式定义，***载波频率为13.56Mhz，既为本振频率，***的操作对象可以是另一个NFC设备(以″标签模拟“方式)，也可以是一个被动标签，对RF信号进行负载调制。调制信号通过I/Q两路混频，和低通滤波、A/D转换，进入数字信号处理器进行解码，所以此解码器为同步解调方式运行。

对于BPSK，OOK的解码，关键点在于如何探测信号状态的转换，包括信号幅度和信号的相位。***在低信噪比的情况下要保证较低的误码率，同时还要满足成本，功耗方面的限制。即实现不能过于复杂，又不能牺牲***整体性能。

图2显示了一种典型的BPSK/OOK解码器数字处理器的实现。I/Q两路输入信号经过模数转换后进入数字处理器，先经过DC分量移除，然后进行信号强度估算，利用反馈回来的定时恢复信息进行矫正，然后经过增益控制，进入符号相位排列，主要消除I/Q相位不平衡带来的影响，然后对2路信号相加，进行硬判决。

需要指出的是，如果***中引入补偿器(Equalizer)，采用软判决，会达到更好的性能，但***更为复杂，会需要更多的逻辑电路来实现。

图3显示了一种实现上更为简单的解码方式。I/Q信号首先经过一阶差分，然后进入峰值判定和限幅。差分同时也就删除了DC分量的影响，由于我们只要判定信号幅度(OOK)或者相位(BPSK)是否发生了突然的转换，所以差分突然达到一个峰值，可以用来做为判决的依据。

上述图2和图3所示的两种解决方法中，图2代表的方法性能比较好，但逻辑实现比较复杂，也就意味着成本较高，功耗较高。

图3所代表的方案逻辑简单，但***性能受到很多限制，如信噪比，调制深度，距离，通信速率等等。尤其在高数据率情况下，由于符号间干饶(ISI)比较高，所以性能下降，图4和图5解释了为什么简单利用差分器会造成性能上的影响。

图4显示了OOK的信号图，竖直方向的虚线代表采样时间点。在时间0处，发生从1到0的转换，图中可以看到，载波幅度是逐渐变化的，中间有一段过渡带，符号间干扰(ISI)越大，这个过渡带就越长。图上黑色方框为一阶差分值，图中可以看到，由于过渡带的存在，在8个采样点内，差分值1，和差分值1都达到或近似达到了一个峰值，但是在理想状态下，应该只有差分值1达到了峰值，意味着在差分值1的时间点，信号状态发生转换。差分值2的存在使得判决器认为信号又发生了一次跳转，从而造成误码。

此失效原理同样适用于BPSK，图5显示了BPSK的信号图。对于BPSK信号，符号间干扰表现为相位的转换不是理想状态下的180°。图中红色的虚线代表理想状态下的信号，在时间T0时刻调制的数据从0跳变到1，由于符号间干扰的存在，实际信号的相位偏移有一定的延迟，而且有一个过渡带的存在(图中的黑色虚线框)，在过渡带之间，相位是逐渐偏移的，ISI越大，过渡带就越宽，可能会出现在多个采样周期内。一阶差分值1，和2的绝对值都近似一个峰值，而在理想状态下，只有差分值1的绝对值达到峰值，标志着信号的相位跳转。多个采样点落在峰值区间造成判决器的误判，从而导致出现误码。

对于IEEE14443定义的扩展通信速率，随着速率的提高，ISI增大，每个符号的采样点减少，此种失效模式会表现很突出从而严重影响解码性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种NFC基带符号检测方法与装置，其步骤简单，在保持电路相对简单的条件下提高解码的可靠性。

按照本发明提供的技术方案，一种NFC基带符号检测方法，所述基带符号检测方法包括如下步骤：

a、接收NFC信号，并解调成I通道数据与Q通道数据，且将I通道数据输入第一一阶差分模块，Q通道数据输入第二一阶差分模块；

b、第一一阶差分模块计算I通道数据的差分值，并存储最近三个时钟周期的一阶差分值DI0、DI1及DI2，其中，DI2为最新差分值；同时，第二一阶差分模块计算Q通道数据的差分值，并存储最近三个时钟周期的一阶差分值DQ0、DQ1及DQ2，其中，DQ2为最新差分值；

c、第一一阶差分模块将一阶差分值DI2及DI1输入第一二阶差分模块，第一二阶差分模块根据一阶差分值DI2、DI1得到二阶差分值DP1；第二一阶差分模块将一阶差分值DQ2、DQ1输入第二二阶差分模块，第二二阶差分模块根据一阶差分值DQ2、DQ1得到二阶差分值DP2；

d、阈值计算与判决模块接收一阶差分值DI0、DI1、DI2、DQ0、DQ1及DQ2，并接收二阶差分值DP1及DP2；阈值计算与判决模块根据DI2及DQ2得到一阶差分基值D2，并根据二阶差分值DP1、DP2得到二阶差分基值P2；

e、阈值计算与判决模块内预设差分偏移量Derr及判断阈值Dmax与Dmin，阈值计算与判决模块根据一阶差分基值D2的绝对值同时根据二阶差分基值P2的绝对值与判断阈值Dmax、Dmin之间的关系判断NFC基带符号的变化，以完成NFC基带符号的检测，并调整差分偏移量Derr及判断阈值Dmax与Dmin的值。

所述步骤d中，一阶差分基值D2为D2＝|DI2|+|DQ2|，二阶差分基值P2为P2＝|DP1|+|DP2|。

所述步骤e中，当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmin时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态未发生变化；

当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmax，将判断阈值Dmin设定为Dmin＝(D0+D1+D2)/3，并将差分偏移量Derr设定为Derr＝Max((|D0|-Dmin)，(|D1|-Dmin)，(|D2|-Dmin))，判断阈值Dmax设定为Dmax＝Dmin+Derr+D max*w；其中，D0＝|DI0|+|DQ0|，D1＝|DI1|+|DQ1|，w为加权系数；

当一阶差分值D2大于判断阈值Dmax，且二阶差分基值P2也大于判断阈值Dmax时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态发生变化，并将判断阈值Dmax设定为Dmax＝D2。

所述阈值计算与判断模块在初始预设时令判断阈值Dmin为零，判断阈值Dmax选取初始I数据通道与Q数据通道对应的最大值之和。

所述加权系数w为0.75。

一种NFC基带符号检测装置，包括用于接收I通道数据的第一一阶差分模块及用于接收Q通道数据的第二一阶差分模块，所述第一一阶差分模块的输出端分别与第一二阶差分模块及阈值计算与判决模块相连，第二一阶差分模块的输出端分别与第二二阶差分模块及阈值计算与判决模块相连，第一二阶差分模块及第二二阶差分模块的输出端分别与阈值计算与判决模块相连；

第一一阶差分模块计算并存储最近三个时钟的I通道数据差分值DI2、DI1及DI0，第二一阶差分模块计算并存储最近三个时钟的Q通道数据差分至DQ2、DQ1及DQ0，其中，DQ2与DI2为最新的差分值；第一二阶差分模块根据一阶差分值DI2、DI1计算并存储二阶差分值DP1，第二二阶差分模块根据一阶差分值DQ2、DQ1计算并存储二阶差分值DP2；阈值计算与判决模块将I通道数据的一阶差分值、二阶差分值与Q通道数据的一阶差分值、二阶差分值与预设的判断阈值Dmax及判断阈值Dmin进行比较，以判断NFC基带符号状态的变化；并根据判断NFC基带符号状态调整判断阈值Dmax及判断阈值Dmin的值。

所述阈值计算与判决模块根据DI2及DQ2得到一阶差分基值D2，并根据二阶差分值DP1、DP2得到二阶差分基值P2；一阶差分基值D2为D2＝|DI2|+|DQ2|，二阶差分基值P2为P2＝|DP1|+|DP2|。

当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmin时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态未发生变化；

当一阶差分值D2大于判断阈值Dmax，且二阶差分基值P2也大于判断阈值Dmax时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态发生变化，并将判断阈值Dmax设定为D max＝D2。

本发明的优点：将I通道数据Q通道数据分别输入第一一阶差分模块、第二一阶差分模块内，通过第一一阶差分模块、第二一阶差分模块进行一阶差分后得到近三个时钟周期的一阶差分值，并在下一个时钟周期将相应的一阶差分值输入第一二阶差分模块、第二二阶差分模块内；阈值计算与判决模块同时利用一阶差分基值、二阶差分基值与预设阈值Dmax、预设阈值Dmin进行比较，以能准确确定NFC基带符号的是否发生变化，并根据判断结果来调整预设阈值Dmax、Dmin与差分偏移量Derr，以能够准确对后续的NFC基带符号进行精确判断，从而为后续NFC基带信号解码提供必要的依据，步骤简单，检测精度高，提高解码的可靠性。

附图说明

图1为现有NFC***的结构框图。

图2为现有NFC基带符号检测的一种实施框图。

图3为现有NFC基带符号检测的另一种实施框图。

图4为现有OOK信号进行采样基带解码的误差分析图。

图5为现有BPSK信号进行采用基带解码的误差分析图。

图6为本发明的结构框图。

图7为本发明一阶差分模块、二阶差分模块、阈值计算与判决模块的具体实现原理图。

图8为本发明进行判决的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图6、图7和图8所示：为了能够有效对NFC基带信号符号状态进行检测，避免现有符号检测及解码中由于ISI造成对信号干扰而出现的误码问题，本发明对NFC基带符号检测的方法包括如下步骤：

为了能够避免ISI造成对信号干扰出现的误码问题，本发明中先对解调后的I通道数据与Q数据进行一阶差分计算；同时，接收NFC信号，并解调成I通道数据与Q通道数据属于NFC数据通信中常规的解调方式，并不会增加本发明进行基带符号检测的复杂度与成本；

图7为第一一阶差分模块与第二一阶差分模块的差分实现结构；在每个采样时钟的上升沿，第一一阶差分模块与第二一阶差分模块分别接收对应新的数据S1，将新的数据S1与一阶差分模块内存储的数据S0作差得到的一阶差分值；且第一一阶差分模块内存储最近三个时钟周期的一阶差分值，DI1为之前一个采样时钟得到的差分值，DI0为之前两个采样时钟得到的差分值；第二一阶差分模块与第一一阶差分模块同步计算，并进行相同的存储操作；当第一一阶差分模块与第二一阶差分模块已经存储三个一阶差分值后，再得到最新的一阶差分值时将存储时间最久的数据移出，以保持第一一阶差分模块与第二一阶差分模块的存储状态；

在得到一阶差分值后，在下一个时钟周期的下降沿，分别将一阶差分值DI2、DI1输入第一二阶差分模块内，得到二阶差分值DP1＝DI2-DI1；同时将一阶差分值DQ2、DQ1输入第二二阶差分模块内，得到二阶差分值DP2＝DQ2-DQ1；一般地，根据三个一阶差分值能够得到三个二阶差分值，但是在NFC基带符号检测中一般利用最近两个时钟周期的一阶差分值即可；

在下一个时钟的上升沿，将对应一阶差分值及二阶差分值均输入阈值计算与判决模块内；其中，一阶差分基值D2为D2＝|DI2|+|DQ2|，二阶差分基值P2为P2＝|DP1|+|DP2|；得到一阶差分基值D2与二阶差分基值P2作为阈值计算与判决模块的判断依据；

本发明在步骤e中判断NFC基带符号的变化后，在确定NFC的初始符号状态下能够指示后续解码，避免ISI造成的误码情况，提高NFC通信的解码可靠性。在数字离散状态下，通过差分值能够判断信号状态的翻转，此处的翻转包括从高电平翻转到低电平，或是从低电平翻转到高电平。

具体地，当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmin时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态未发生变化；

当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmax，将判断阈值Dmin设定为Dmin＝(D0+D1+D2)/3，并将差分偏移量Derr设定为Derr＝Max((D0|-Dmin)，(|D1|-Dmin)，(|D2|-Dmin))，判断阈值Dmax设定为Dmax＝Dmin+Derr+Dmax*w；其中，D0＝|DI0|+|DQ0|，D1＝|DI1|+|DQ1|，w为加权系数；

当一阶差分值D2大于判断阈值Dmax，且二阶差分基值P2也大于判断阈值Dmax时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态发生变化，并将判断阈值Dmax设定为Dmax＝D2。由于只采取一阶差分值进行判断时，还是容易造成ISI，因此需要二阶差分值进行二次判断。

所述阈值计算与判断模块在初始预设时令判断阈值Dmin为零，根据模拟前端，假定调制深度为100％，信号经过A/D转换之后，取I通道数据与Q通道数据中的最大值之和最为判断阈值Dmax的初始值。本发明中所述加权系数w一般取为0.75。

如图6和图7所示：上述NFC基带符号检测方法可以采用下述NFC基带符号检测装置完成。具体地，包括用于接收I通道数据的第一一阶差分模块及用于接收Q通道数据的第二一阶差分模块，所述第一一阶差分模块的输出端分别与第一二阶差分模块及阈值计算与判决模块相连，第二一阶差分模块的输出端分别与第二二阶差分模块及阈值计算与判决模块相连，第一二阶差分模块及第二二阶差分模块的输出端分别与阈值计算与判决模块相连；

第一一阶差分模块、第一二阶差分模块模块、第二一阶差分模块、第二二阶差分模块及阈值计算与判决模块的工作原理与状态参照上述描述。

如图6～图8所示：工作时，将I通道数据Q通道数据分别输入第一一阶差分模块、第二一阶差分模块内，通过第一一阶差分模块、第二一阶差分模块进行一阶差分后得到近三个时钟周期的一阶差分值，并在下一个时钟周期将相应的一阶差分值输入第一二阶差分模块、第二二阶差分模块内；阈值计算与判决模块同时利用一阶差分基值、二阶差分基值与预设阈值Dmax、预设阈值Dmin进行比较，以能准确确定NFC基带符号的是否发生变化，并根据判断结果来调整预设阈值Dmax、Dmin与差分偏移量Derr，以能够准确对后续的NFC基带符号进行精确判断，从而为后续NFC基带信号解码提供必要的依据，步骤简单，检测精度高，提高解码的可靠性。

Claims

1.一种NFC基带符号检测方法，其特征是，所述基带符号检测方法包括如下步骤：

(a)、接收NFC信号，并解调成I通道数据与Q通道数据，且将I通道数据输入第一一阶差分模块，Q通道数据输入第二一阶差分模块；

(b)、第一一阶差分模块计算I通道数据的差分值，并存储最近三个时钟周期的一阶差分值DI0、DI1及DI2，其中，DI2为最新差分值；同时，第二一阶差分模块计算Q通道数据的差分值，并存储最近三个时钟周期的一阶差分值DQ0、DQ1及DQ2，其中，DQ2为最新差分值；

(c)、第一一阶差分模块将一阶差分值DI2及DI1输入第一二阶差分模块，第一二阶差分模块根据一阶差分值DI2、DI1得到二阶差分值DP1；第二一阶差分模块将一阶差分值DQ2、DQ1输入第二二阶差分模块，第二二阶差分模块根据一阶差分值DQ2、DQ1得到二阶差分值DP2；

(d)、阈值计算与判决模块接收一阶差分值DI0、DI1、DI2、DQ0、DQ1及DQ2，并接收二阶差分值DP1及DP2；阈值计算与判决模块根据DI2及DQ2得到一阶差分基值D2，并根据二阶差分值DP1、DP2得到二阶差分基值P2；

所述步骤(d)中，一阶差分基值D2为D2＝|DI2|+|DQ2|，二阶差分基值P2为P2＝|DP1|+|DP2|；

(e)、阈值计算与判决模块内预设差分偏移量Derr及判断阈值Dmax与Dmin，阈值计算与判决模块根据一阶差分基值D2的绝对值同时根据二阶差分基值P2的绝对值与判断阈值Dmax、Dmin之间的关系判断NFC基带符号的变化，以完成NFC基带符号的检测，并调整差分偏移量Derr及判断阈值Dmax与Dmin的值；

所述步骤(e)中，当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmin时，阈值计算与判决模块输出NFC基带信号状态未发生变化；

当一阶差分基值D2小于判断阈值Dmax，将判断阈值Dmin设定为Dmin＝(D0+D1+D2)/3，并将差分偏移量Derr设定为Derr＝Max((|D0|-Dmin),(|D1|-Dmin),(|D2|-Dmin))，判断阈值Dmax设定为Dmax＝Dmin+Derr+Dmax*w；其中，D0＝|DI0|+|DQ0|，D1＝|DI1|+|DQ1|，w为加权系数；

2.根据权利要求1所述的NFC基带符号检测方法，其特征是：所述阈值计算与判断模块在初始预设时令判断阈值Dmin为零，判断阈值Dmax选取初始I数据通道与Q数据通道对应的最大值之和。

3.根据权利要求1所述的NFC基带符号检测方法，其特征是：所述加权系数w为0.75。

4.一种NFC基带符号检测装置，其特征是：包括用于接收I通道数据的第一一阶差分模块及用于接收Q通道数据的第二一阶差分模块，所述第一一阶差分模块的输出端分别与第一二阶差分模块及阈值计算与判决模块相连，第二一阶差分模块的输出端分别与第二二阶差分模块及阈值计算与判决模块相连，第一二阶差分模块及第二二阶差分模块的输出端分别与阈值计算与判决模块相连；

第一一阶差分模块计算并存储最近三个时钟的I通道数据差分值DI2、DI1及DI0，第二一阶差分模块计算并存储最近三个时钟的Q通道数据差分至DQ2、DQ1及DQ0，其中，DQ2与DI2为最新的差分值；第一二阶差分模块根据一阶差分值DI2、DI1计算并存储二阶差分值DP1，第二二阶差分模块根据一阶差分值DQ2、DQ1计算并存储二阶差分值DP2；阈值计算与判决模块将I通道数据的一阶差分值、二阶差分值与Q通道数据的一阶差分值、二阶差分值与预设的判断阈值Dmax及判断阈值Dmin进行比较，以判断NFC基带符号状态的变化；并根据判断NFC基带符号状态调整判断阈值Dmax及判断阈值Dmin的值；

所述阈值计算与判决模块根据DI2及DQ2得到一阶差分基值D2，并根据二阶差分值DP1、DP2得到二阶差分基值P2；一阶差分基值D2为D2＝|DI2|+|DQ2|，二阶差分基值P2为P2＝|DP1|+|DP2|；

5.根据权利要求4所述的NFC基带符号检测装置，其特征是：所述阈值计算与判断模块在初始预设时令判断阈值Dmin为零，判断阈值Dmax选取初始I数据通道与Q数据通道对应的最大值之和。