CN108256365B - 一种评价rfid阅读器信号调制特性的测试方法 - Google Patents
一种评价rfid阅读器信号调制特性的测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,包括:(1)设待测试的RFID阅读器信号为sig(n);(2)平滑滤波;(3)分为多类,统计载波幅值;(4)设置阈值readerThres,从sig(n)开始循环搜索过阈值的点;(5)对每一对SOF和EOF,求所有极大值的平均值max,所有极小值的平均值min;(6)计算每一段阅读器脉冲的上升时间和下降时间;(7)计算每一段阅读器脉冲的脉冲宽度并根据协议进行判断;(8)检测阅读器信号上升沿、下降沿的线性回归。本发明减弱了毛刺和环境噪声对于信号的影响,提高了计算的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,属于无线射频识别的技术领域。
背景技术
射频识别(RFID)是一种利用射频通信方法实现的非接触式自动识别技术,是信息技术领域的研究热点。RFID技术在门禁、零售、物流、自动计费等方面有着广泛的应用前景。由于RFID技术具有高速移动物品识别、多目标识别定位跟踪和非接触识别等特点,所以日益显示出巨大的发展潜力与应用空间,被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。应用环境的复杂性和RFID产品的多样化使得RFID测试显得尤为重要。
目前的RFID测试方法大多依托于国际标准化组织EPCglobal和ISO制定的国际标准协议,针对不同频率和不同协议下的阅读器和标签进行功能测试,属于定性测试,并没有精确地进行定量测试。并且,现有的测试技术主要集中在防止冲突、识别速率等非安全功能方面,并没有对信号本身是否满足规范进行测试,不能满足阅读器和标签在实际应用中的生产和测试需求。
阅读器是RFID通信的重要组成部分,阅读器性能的差别对***性能产生非常巨大的影响。阅读器是否支持多卡同时读写,读写距离是否合适,阅读器的方向性,阅读器的调制特性,阅读器发射功率与接收灵敏度的关系等,对整个RFID***的架构、建设和选型起到极其重要的作用。其中,阅读器信号的调制特性是判断阅读器性能优劣的一项重要指标,是评价阅读器信号完整性的依据。
中国专利文献CN104281861A公开了一种RFID移动测试***及相应方法,所述检测方法包括如下步骤:a.由导轨引导运动载体的运动,由运动载体携带RFID标签运动;b.由测速雷达对运动载体进行速度采样;c.由读卡器在RFID标签通过其有效识别区时识别RFID标签;d.由与测速雷达连接的计算设备接收来自测速雷达的速度采样数据,根据所述速度采样数据确定当RFID标签通过读卡器的工作范围时的运动速度,以判断其是否符合RFID移动测试要求。但是,该专利只关注了阅读器对标签的识别功能,忽略了阅读器信号本身的特性,不能保证阅读器信号符合规范和满足标准的要求。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法;
本发明对市面上阅读器的性能进行定量测试,用来指导阅读器的产品生产,改善产品性能,降低产品应用过程中的风险。
术语解释:
1、阅读器:是RFID***中十分重要的基础设施。阅读器与标签通过近距离无线通信建立连接,读取标签识别编号与存储器中的存储数据,或者向标签写入数据。
2、RFID阅读器信号:由监听天线监听阅读器和标签的通信过程,并将监听到的信号采样得到RFID信号。其中属于阅读器发送的部分即为阅读器信号。
4、标签:标签与读写器之间利用电磁波反向散射,即电磁耦合的原理进行通信,标签从空间电场中获取能量,在需要通信时被激活工作。
5、载波:未受调制的周期性振荡信号称为载波,载波可以是正弦波,也可以是非正弦波(如周期性脉冲序列),载波受调制后称为已调信号,它含有调制信号的全波特征。一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽,否则会发生混叠,使传输信号失真。
6、上升时间:信号从脉冲峰值幅度的10%上升到90%所需要的时间。
7、下降时间:信号从脉冲峰值幅度的90%下降到10%所需要的时间。
8、脉冲宽度:以脉冲底部为基准,脉冲前后沿分别等于脉冲幅度的50%时的时间间隔。
本发明的技术方案为:
一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,包括:
(1)设待测试的RFID阅读器信号为sig(n),n为RFID阅读器信号的点数,信号采样频率为fs,sig(n)的数据0基准时间间隔为Tari
(2)对待测试的RFID阅读器信号sig(n)进行平滑滤波;
(3)基于简单聚类算法,将待测试的RFID阅读器信号sig(n)分为多类,统计载波幅值;
(4)设置阈值readerThres=envelope*0.5,从阅读器信号起始位置开始一直到结束,循环搜索过阈值readerThres的点,可以看到得到的所有过阈值点都处在RFID阅读器信号的上升沿或者下降沿,并且过阈值点存在对应关系,即:奇数点位于RFID阅读器信号的下降沿,标记为SOF,下一个点则出现在同一段RFID阅读器脉冲的上升沿,标记为EOF;
(5)对于步骤(4)得到的每一对SOF和EOF,将标记为SOF的位置向前搜索到第一个极大值,向后搜索到第一个极小值,将标记为EOF的位置向后搜索到第一个极大值,向前搜索到第一个极小值,求取所有的极大值的平均值max,以及所有的极小值的平均值min。
(6)计算每一段阅读器脉冲的上升时间和下降时间,具体步骤如下:
A、对于步骤(4)得到的每一个标记为SOF的RFID阅读器信号位置向前搜索,寻找过(max-min)*0.9+min的点,位置记为f0.9,并向后搜索,寻找过(max-min)*0.1+min的点,位置记为f0.1;
C、对于所有的得到的RFID阅读器信号的下降时间,如果Tf<0.33*Tari,则认为下降时间测试通过,否则不通过;
D、对于步骤(4)得到的每一个标记为EOF的RFID阅读器信号位置向前搜索,寻找过(max-min)*0.1+min的点,位置记为r0.1,并向后搜索,寻找过(max-min)*0.9+min的点,位置记为r0.9;
F、对于所有的得到的RFID阅读器信号的上升时间,如果Tr<0.33*Tari,则认为上升时间测试通过,否则不通过。
(7)计算每一段阅读器脉冲的脉冲宽度并根据协议进行判断;
G、设ave=(max+min)*0.5,对于步骤(4)得到的每一对SOF和EOF,判断SOF位置的信号sig(SOF)与ave的大小,如果sig(SOF)<ave,则向前搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果sig(SOF)>ave,向后搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果二者相等,SOF位置的点即RFID阅读器信号过ave的点,将得到的点的位置记为be;
H、判断EOF位置的信号sig(EOF)与ave的大小,如果sig(EOF)<ave,则向后搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果sig(EOF)>ave,向前搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果二者相等,EOF位置的点即RFID阅读器信号过ave的点,将上述得到的点的位置记为end;
J、对于所有的pw,如果有MAX(0.265*Tari,2)<pw<0.525*Tari,则认为脉冲宽度测试通过,否则不通过,MAX()为MAX函数,MAX函数的功能为取二者的最大值;
(8)检测阅读器信号上升沿、下降沿的线性回归,包括:
K、建立线性回归模型y=kx+b,用来近似RFID阅读器信号的上升沿和下降沿,x是RFID阅读器信号的位置,y是RFID阅读器信号的理论值;
L、将RFID阅读器信号下降沿或上升沿的采样点表示为(Xi,Yi),Xi是RFID阅读器信号采样点的位置,Yi是RFID阅读器信号采样点的实际值,m表示采样点(Xi,Yi)的个数;令把线性回归模型y=kx+b和采样点坐标带入得到
M、求取∑(y-Yi)2的最小值:
整理,得式(Ⅰ):
k*∑(Xi2)+b*∑Xi=∑(Xi*Yi) (Ⅰ);
整理,得式(Ⅱ):
k*∑Xi+m*b=∑Yi (Ⅱ);
式(Ⅰ)、式(Ⅱ)联立求解,得到式(Ⅲ)、式(Ⅳ):
N、把步骤M求得的k和b代入y=kx+b,得到线性回归方程;
根据本发明优选的,所述步骤(2),采用加权平均滤波算法对待测试的RFID阅读器信号sig(n)进行平滑滤波,滤除信号中不必要的成分,保留有用的成分,以减弱噪声和毛刺对信号的影响。包括:
a、选择权重矩阵,权重矩阵是对称的;考虑到邻域点的位置对于中心点的影响,所以中心的权重应比两侧的权重大。
b、对待测试的RFID阅读器信号sig(n)和权重矩阵做卷积运算,得到待测试的RFID阅读器信号sig(n)的每个点的邻域窗口内所有采样点加权后的值;邻域窗口的大小由滤波器的阶数决定。例如,五阶滤波器时,邻域窗口包括中心点以及中心点前后各两点,即邻域窗口的大小是5。
c、把待测试的RFID阅读器信号sig(n)每个点的值替换为步骤b得到的对应的邻域窗口内所有采样点加权后的值。
根据本发明优选的,所述步骤(3),基于简单聚类算法,将待测试的RFID阅读器信号sig(n)分为多类,统计载波幅值envelope,包括:
d、针对协议ISO18000-6C的已知确定信号,进行大量的实验,获得将信号点归于某一类的门限thres和初始幅值tmpThres;
e、设存放分类点平均值的数组为cluster,cluster(j)∈cluster,根据步骤a得到的thres,从信号的起始位置开始进行计算,判断待测试的RFID阅读器信号sig(n)的每个点是否属于已有的任何一类,如果不属于已有的分类,则增加新的分类;sig(i)为待测试的RFID阅读器信号的任一点;如果满足|sig(i)-cluster(j)|<thres,将点sig(i)归为该类cluster(j),并重新计算该类cluster(j)的平均值;否则,点sig(i)不归为该类cluster(j);
f、寻找值大于tmpThres且点数最多的聚类,其平均值认定为载波幅值envelope。
本发明的有益效果为:
1.本发明评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,利用平滑滤波,减弱了毛刺和环境噪声对于信号的影响,提高了计算的精度;利用简单聚类算法,帮助搜索阅读器脉冲的位置,为后续进行上升时间、下降时间等调制参数的计算提供了基础。
2.本发明评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,可实现阅读器调制参数的自动化测试,减少了人工的参与,方法简单,算法复杂度低。
3.本发明评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,关注阅读器信号自身的参数并进行标准符合性判断,可用来指导阅读器的产品生产,改善产品性能,降低产品应用过程中的风险。
附图说明
图1为RFID***中阅读器和标签通信过程的示意图。
图2为RFID原始信号的示意图。
图3为经过平滑滤波后的信号的示意图。
图4为阅读器上升时间、下降时间示意图。
图5为本发明评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定,但不限于此。
实施例1
一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,如图5所示,包括:
(1)设待测试的RFID阅读器信号为sig(n),如图2所示,n为RFID阅读器信号的点数,信号采样频率为fs,数据0的基准时间间隔为Tari;
(2)对待测试的RFID阅读器信号sig(n)进行平滑滤波;经过平滑滤波后的信号如图3所示。
(3)基于简单聚类算法,将待测试的RFID阅读器信号sig(n)分为多类,统计载波幅值;
(4)设置阈值readerThres=envelope*0.5,从sig(n)开始一直到结束,循环搜索过阈值的点,可以看到所有过阈值点都处在阅读器信号的上升沿或者下降沿,并且过阈值点存在对应关系,奇数点位于阅读器信号的下降沿,标记为SOF,下一个点则出现在同一段阅读器信号的上升沿,标记为EOF;
(5)对于步骤(4)得到的每一对SOF和EOF,将标记为SOF的位置向前搜索到第一个极大值,向后搜索到第一个极小值,将标记为EOF的位置向后搜索到第一个极大值,向前搜索到第一个极小值,求取所有的极大值的平均值max,以及所有的极小值的平均值min。
(6)计算每一段阅读器脉冲的上升时间和下降时间,如图4所示,具体步骤如下:
A、对于步骤(4)得到的每一个标记为SOF的阅读器信号位置向前搜索,寻找过(max-min)*0.9+min的点,位置记为f0.9,并向后搜索,寻找过(max-min)*0.1+min的点,位置记为f0.1;
C、对于所有的Tf,如果Tf<(0.33*Tari),则认为下降时间测试通过,否则不通过;
D、对于步骤(4)得到的每一个标记为EOF的阅读器信号位置向前搜索,寻找过(max-min)*0.1+min的点,位置记为r0.1,并向后搜索,寻找过(max-min)*0.9+min的点,位置记为r0.9;
F、对于所有的Tr,如果Tr<(0.33*Tari),则认为上升时间测试通过,否则不通过。
(7)计算每一段阅读器脉冲的脉冲宽度并根据协议进行判断;
G、设ave=(max+min)*0.5,对于步骤(4)得到的每一对SOF和EOF,判断SOF位置的信号与ave的大小,如果sig(SOF)<ave,则向前搜索阅读器信号过ave的点;如果sig(SOF)>ave,向后搜索阅读器信号过ave的点;如果二者相等,SOF位置的点即阅读器信号过ave的点,将得到的点的位置记为be;
H、判断EOF位置的信号与ave的大小,如果sig(EOF)<ave,则向后搜索阅读器信号过ave的点;如果sig(EOF)>ave,向前搜索阅读器信号过ave的点;如果二者相等,EOF位置的点即阅读器信号过ave的点,将上述得到的点的位置记为end;
J、对于所有的pw,如果有MAX(0.265*Tari,2)<pw<0.525*Tari,则认为脉冲宽度测试通过,否则不通过,MAX()为MAX函数,MAX函数的功能为取二者的最大值;
(8)检测阅读器信号上升沿、下降沿的线性回归,包括:
K、建立线性回归模型y=kx+b,用来近似阅读器信号的上升沿和下降沿,x是阅读器信号的位置,y是阅读器信号的理论值;
L、将阅读器信号下降沿或上升沿的采样点表示为(Xi,Yi),Xi是阅读器信号采样点的位置,Yi是阅读器信号采样点的实际值,m表示采样点(Xi,Yi)的个数;令把线性回归模型y=kx+b和采样点坐标带入得到
M、求取∑(y-Yi)2的最小值:
整理,得式(Ⅰ):
k*∑(Xi2)+b*∑Xi=∑(Xi*Yi) (Ⅰ);
整理,得式(Ⅱ):
k*∑Xi+m*b=∑Yi (Ⅱ);
式(Ⅰ)、式(Ⅱ)联立求解,得到式(Ⅲ)、式(Ⅳ):
N、把步骤M求得的k和b代入y=kx+b,得到线性回归方程;
RFID***中阅读器和标签通信过程如图1所示。其中,横坐标为信号的点数,纵坐标为信号的幅值。
实施例2
根据实施例1所述的一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,其区别在于,所述步骤(2),采用加权平均滤波算法对待测试的RFID阅读器信号sig(n)进行平滑滤波,滤除信号中不必要的成分,保留有用的成分,以减弱噪声和毛刺对信号的影响。包括:
a、选择权重矩阵,权重矩阵是对称的;考虑到邻域点的位置对于中心点的影响,所以中心的权重应比两侧的权重大。
b、对待测试的RFID阅读器信号sig(n)和权重矩阵做卷积运算,得到待测试的RFID阅读器信号sig(n)的每个点的邻域窗口内所有采样点加权后的值;
c、把待测试的RFID阅读器信号sig(n)每个点的值替换为步骤b得到的对应的邻域窗口内所有采样点加权后的值。
实施例3
根据实施例1所述的一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,其区别在于,所述步骤(3),基于简单聚类算法,将待测试的RFID阅读器信号sig(n)分为多类,统计载波幅值envelope,包括:
d、针对协议ISO18000-6C的已知确定信号,进行大量的实验,获得将信号点归于某一类的门限thres和初始幅值tmpThres;
e、设存放分类点平均值的数组为cluster,cluster(j)∈cluster,根据步骤a得到的thres,从信号的起始位置开始进行计算,判断待测试的RFID阅读器信号sig(n)的每个点是否属于已有的任何一类;sig(i)为待测试的RFID阅读器信号的任一点;如果满足|sig(i)-cluster(j)|<thres,将点sig(i)归为该类cluster(j),并重新计算该类cluster(j)的平均值;否则,点sig(i)不归为该类cluster(j);
f、寻找值大于tmpThres且点数最多的聚类,其平均值认定为载波幅值envelope。
Claims (3)
1.一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,其特征在于,包括步骤:
(1)设待测试的RFID阅读器信号为sig(n),n为RFID阅读器信号的点数,信号采样频率为fs,sig(n)的数据0基准时间间隔为Tari;
(2)对待测试的RFID阅读器信号sig(n)进行平滑滤波;
(3)基于简单聚类算法,将待测试的RFID阅读器信号sig(n)分为多类,统计载波幅值;
(4)设置阈值readerThres=envelope*0.5,envelope是指载波幅值,从阅读器信号开始一直到结束,循环搜索过阈值readerThres的点,得到的所有过阈值点都处在RFID阅读器信号的上升沿或者下降沿,并且过阈值点存在对应关系,即:奇数点位于RFID阅读器信号的下降沿,标记为SOF,下一个点则出现在同一段RFID阅读器脉冲的上升沿,标记为EOF;
(5)对于步骤(4)得到的每一对SOF和EOF,将标记为SOF的位置向前搜索到第一个极大值,向后搜索到第一个极小值,将标记为EOF的位置向后搜索到第一个极大值,向前搜索到第一个极小值,求取所有的极大值的平均值max,以及所有的极小值的平均值min;
(6)计算每一段阅读器脉冲的上升时间和下降时间,具体步骤如下:
A、对于步骤(4)得到的每一个标记为SOF的RFID阅读器信号位置向前搜索,寻找过(max-min)*0.9+min的点,位置记为f0.9,并向后搜索,寻找过(max-min)*0.1+min的点,位置记为f0.1;
C、对于所有的得到的RFID阅读器信号的下降时间,如果Tf<0.33*Tari,则认为下降时间测试通过,否则不通过;
D、对于步骤(4)得到的每一个标记为EOF的RFID阅读器信号位置向前搜索,寻找过(max-min)*0.1+min的点,位置记为r0.1,并向后搜索,寻找过(max-min)*0.9+min的点,位置记为r0.9;
F、对于所有的得到的RFID阅读器信号的上升时间,如果Tr<0.33*Tari,则认为上升时间测试通过,否则不通过;
(7)计算每一段阅读器脉冲的脉冲宽度并根据协议进行判断;
G、设ave=(max+min)*0.5,对于步骤(4)得到的每一对SOF和EOF,判断SOF位置的信号sig(SOF)与ave的大小,如果sig(SOF)<ave,则向前搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果sig(SOF)>ave,向后搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果二者相等,SOF位置的点即RFID阅读器信号过ave的点,将得到的点的位置记为be;
H、判断EOF位置的信号sig(EOF)与ave的大小,如果sig(EOF)<ave,则向后搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果sig(EOF)>ave,向前搜索RFID阅读器信号过ave的点;如果二者相等,EOF位置的点即RFID阅读器信号过ave的点,将上述得到的点的位置记为end;
J、对于所有的pw,如果有MAX(0.265*Tari,2)<pw<0.525*Tari,则认为脉冲宽度测试通过,否则不通过,MAX()为MAX函数,MAX函数的功能为取二者的最大值;
(8)检测阅读器信号上升沿、下降沿的线性回归,包括:
K、建立线性回归模型y=kx+b,用来近似RFID阅读器信号的上升沿和下降沿,x是RFID阅读器信号的位置,y是RFID阅读器信号的理论值;
L、将RFID阅读器信号下降沿或上升沿的采样点表示为(Xi,Yi),Xi是RFID阅读器信号采样点的位置,Yi是RFID阅读器信号采样点的实际值,m表示采样点(Xi,Yi)的个数;令把线性回归模型y=kx+b和采样点坐标带入得到
M、求取∑(y-Yi)2的最小值:
整理,得式(I):
k*∑(Xi2)+b*∑Xi=∑(Xi*Yi) (I);
整理,得式(II):
k*∑Xi+m*b=∑Yi (II);
式(I)、式(II)联立求解,得到式(III)、式(IV):
N、把步骤M求得的k和b代入y=kx+b,得到线性回归方程;
2.根据权利要求1所述的一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,其特征在于,所述步骤(2),采用加权平均滤波算法对待测试的RFID阅读器信号sig(n)进行平滑滤波,包括:
a、选择权重矩阵,权重矩阵是对称的;
b、对待测试的RFID阅读器信号sig(n)和权重矩阵做卷积运算,得到待测试的RFID阅读器信号sig(n)的每个点的邻域窗口内所有采样点加权后的值;
c、把待测试的RFID阅读器信号sig(n)每个点的值替换为步骤b得到的对应的邻域窗口内所有采样点加权后的值。
3.根据权利要求1或2所述的一种评价RFID阅读器信号调制特性的测试方法,其特征在于,所述步骤(3),基于简单聚类算法,将待测试的RFID阅读器信号sig(n)分为多类,统计载波幅值envelope,包括:
d、针对协议ISO180006C的已知确定信号,进行大量的实验,获得将信号点归于某一类的门限thres和初始幅值tmpThres;
e、设存放分类点平均值的数组为cluster,cluster(j)∈cluster,根据步骤a得到的thres,从信号的起始位置开始进行计算,判断待测试的RFID阅读器信号sig(n)的每个点是否属于已有的任何一类;sig(i)为待测试的RFID阅读器信号的任一点;如果满足|sig(i)-cluster(j)|<thres,将点sig(i)归为该类cluster(j),并重新计算该类cluster(j)的平均值;否则,点sig(i)不归为该类cluster(j);
f、寻找值大于tmpThres且点数最多的聚类,其平均值认定为载波幅值envelope。
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