一種無線探頭電路裝置、設備及無線數據報處理方法

2023-05-04 22:43:11

一種無線探頭電路裝置、設備及無線數據報處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種無線探頭電路裝置，包括：通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊用於解調出基帶數位訊號；基帶電路模塊用於對所述基帶數位訊號進行處理，其中，所述FPGA用於對所述基帶數位訊號進行高速採樣得到的採樣序列進行序列檢測，檢測到起始位序列時解析所述無線數據報並將所述數據報保存到FPGA實現的FIFO存儲器中；所述MCU用於從FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報並進行驗證，然後進行其他處理。本發明還公開了一種處理無線數據報的方法。本發明可自適應探測接收NORDIC2.4GHz短程無線通信協議以及藍牙無線通信協議的無線數據報，探測接收處理速度高，硬軟體資源消耗小，可用於工業短程無線通信儀表和其它應用短程無線通信領域的安全檢測和評估。
【專利說明】一種無線探頭電路裝置、設備及無線數據報處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線電電子學領域、計算機網絡【技術領域】和計算機網絡安全領域，尤其涉及一種自適應多種2.4GHz短程無線通信協議的無線探頭電路裝置、設備及相應的無線數據報處理方法。
【背景技術】
[0002]NORDIC半導體(NORDIC Semiconductor)推出的2.4GHz短程無線通信系列晶片，包括nRF2401A、nRF24L01、nRF24L01+等晶片廣泛用於2.4GHz ISM頻段短程無線通信，晶片內部硬體集成數據鏈路層協議，與MCU接口簡單，軟體開發容易，在無線傳感器等工業短程無線通信儀表中應用十分廣泛。但該系列晶片的通信協議只涵蓋數據鏈路層，並不直接支持加密無線通信，如果基於該系列晶片設計開發工業短程無線通信儀表，在軟體上又沒有使用加密通信手段，則會帶來很大的安全性隱患。
[0003]為了評估基於NORDIC半導體2.4GHz短程無線通信系列晶片開發工業短程無線通信儀表的安全性，需要設計一種無線探頭以截獲空中無線數據報，並進行分析。NORDIC半導體2.4GHz短程無線通信系列晶片支持多種短程無線通信(數據鏈路層)協議，包括ShockBurstTM、Enhanced ShockBurstTM 等協議，支持 250kbps、IMbps 和 2Mbps 多種數據傳輸速率，還可以使用多個2.4GHz ISM頻段頻點，因此設計的無線探頭必須自適應多種2.4GHz短程無線通信協議，包括多種數據傳輸速率和多個頻點。

【發明內容】

[0004]針對上述技術問題，本發明提出一種無線探頭電路裝置，基於通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊、FPGA和MCU實現，能夠對NORDIC 2.4GHz短程無線通信晶片系列的各種協議、藍牙等多種2.4GHz短程無線通信協議的無線數據報進行接收、解調、採樣、緩衝、協議識別和數據報解析，自動探測頻點，自適應多種協議和無線數據傳輸速率。
[0005]所述裝置包括:通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊、FPGA和MCU組成的基帶電路。
[0006]本發明還提出了一種處理多種2.4GHz短程無線通信協議的無線數據報的方法，包括:
NORDIC 2.4GHz短程無線通信協議和藍牙無線通信協議的GFSK調製信號通過通用
2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊解調出基帶數位訊號；
將所述基帶數位訊號送到FPGA和MCU組成的基帶電路；
FPGA對所述基帶數位訊號進行高速採樣得到的採樣序列進行序列檢測，如果檢測到採樣序列中有無線數據報的起始位序列，則解析所述無線數據報並將所述數據報保存到FPGA實現的FIFO存儲器中；
MCU從所述FPGA實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報並進行驗證，然後進行其他處理。[0007]本發明的技術方案能夠實現自適應多種2.4GHz短程無線通信協議的無線探頭，可自適應探測接收NORDIC 2.4GHz短程無線通信協議以及藍牙無線通信協議的無線數據報，探測接收處理速度高，硬軟體資源消耗小，可用於工業短程無線通信儀表和其它應用短程無線通信領域的安全檢測和評估。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]為了更清楚地說明本發明或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0009]圖1為本發明無線探頭電路裝置示意圖；
圖2為本發明處理無線數據報的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0010]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明實施例中的技術方案，並使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明中技術方案作進一步詳細的說明。
[0011]如圖1所示，為本發明自適應多種2.4GHz短程無線通信協議的無線探頭電路裝置示意圖，所述裝置包括:
通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊101、FPGA1021和MCU1022組成的基帶電路模塊 102 ；
基於通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊101、FPGA1021和MCU1022實現，能夠對NORDIC 2.4GHz短程無線通信晶片系列的各種協議、藍牙等多種2.4GHz短程無線通信協議的無線數據報進行接收、解調、採樣、緩衝、協議識別和數據報解析，自動探測頻點，自適應多種協議和無線數據傳輸速率。
[0012]通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊101用於解調NORDIC 2.4GHz短程無線通信協議和藍牙無線通信協議的GFSK調製信號，支持頻點探測。該模塊的射頻和中頻通道部分選用超外差一次下變頻方案，鑑頻器選用移相乘積鑑頻器，主要由LNA、帶通濾波器、混頻器、PLL、倍頻器、中頻放大器、限幅器、鑑頻器等部分組成，選用成熟產品亦可。
[0013]NORDIC 2.4GHz短程無線通信協議和藍牙無線通信協議均使用GFSK (高斯頻移鍵控)方式調製基帶信號，數據傳輸速率有250kbps、1Mbps、2Mbps等多種。基帶信號解調模塊101可以通用，但只能解調出基帶數位訊號，基帶數位訊號的協議識別、數據傳輸速率識別等需要通過專門硬體實現，這裡通過FPGA1021實現。
[0014]基帶數位訊號經解調後送到基帶電路模塊102，FPGA1021對數位訊號進行高速採樣(4MS/s以上採樣速率)，並通過FPGA1021實現觸發器檢測數位訊號起始邊沿，保證採樣起始時間與基帶數位訊號起始邊沿同步；FPGA1021對採樣序列進行序列檢測，自動檢測不同協議和不同數據傳輸速率無線數據報的起始位序列；一旦檢測到起始位序列，即解析數據報並將數據報保存到FPGA1021實現的FIFO存儲器中。
[0015]FPGA1021實際上起到了專用協議邏輯分析的作用，包括傳輸速率檢測和不同協議無線數據報起始位序列檢測，FPGA對基帶數位訊號的採樣速率不得低於4MS/s，以適應2Mbps數據傳輸速率的檢測。
[0016]MCU1022從FPGA1021實現的FIFO緩衝器中讀取解析出的無線數據報，並進行進一步驗證(例如驗證CRC)後確認探測接收到的無線數據報，由MCU進一步處理，例如顯示、存儲或者繼續傳輸到上位機。
[0017]FPGA1021隻檢測協議無線數據報起始位序列，檢測到起始位序列即解析數據報並保存，無線數據報的進一步驗證，例如驗證CRC，由M⑶1022通過軟體進一步完成，發揮MCU1022軟體和FPGA1021硬體結合的優勢，具有速度高、硬軟體資源消耗小等優勢。
[0018]圖2所示，為本發明處理多種2.4GHz短程無線通信協議的無線數據報的方法流程圖，適用於本發明所述的自適應多種2.4GHz短程無線通信協議的無線探頭電路裝置，包括:
S10UN0RDIC 2.4GHz短程無線通信協議和藍牙無線通信協議的GFSK調製信號通過通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊101解調出基帶數位訊號；
5102、FPGA1021對所述基帶數位訊號進行高速採樣得到的採樣序列進行序列檢測，如果檢測到採樣序列中有無線數據報的起始位序列，則解析所述無線數據報並將所述數據報保存到FPGA1021實現的FIFO存儲器中；
5103、MCU1022從所述FPGA1021實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報並進行驗證，然後進行其他處理。
[0019]通過以上的實施方式的描述可知，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可藉助軟體加必需的通用硬體平臺的方式來實現。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以存儲在存儲介質中，如R0M/RAM、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
[0020]本說明書中的方法和裝置實施例互相關聯，兩者實施方法基本相似，所以方法描述的比較簡單，相關之處參見裝置實施例的部分說明即可。
[0021]雖然通過實施例描繪了本發明，本領域普通技術人員知道，本發明有許多變形和變化而不脫離本發明的精神，希望所附的權利要求包括這些變形和變化而不脫離本發明的精神。
【權利要求】
1.一種無線探頭電路裝置，其特徵在於，包括:通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊、FPGA和MCU組成的基帶電路模塊； 所述通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊用於解調出基帶數位訊號； 所述基帶電路模塊用於對所述基帶數位訊號進行處理，其中，所述FPGA用於對所述基帶數位訊號進行高速採樣得到的採樣序列進行序列檢測，如果檢測到採樣序列中有無線數據報的起始位序列，則解析所述無線數據報並將所述數據報保存到FPGA實現的FIFO存儲器中；所述MCU用於從所述FPGA實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報並進行驗證，然後進行其他處理。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊具體用於解調NORDIC 2.4GHz短程無線通信協議和藍牙無線通信協議的GFSK調製信號。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊的射頻和中頻通道部分採用超外差一次下變頻方案，鑑頻器為移相乘積鑑頻器。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述FPGA對所述基帶數位訊號進行高速採樣時從所述數位訊號起始邊沿進行檢測獲取採樣序列。
5.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述MCU從所述FPGA實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報後進行的驗證為CRC驗證。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，其特徵在於，所述對驗證後的無線數據報進行的其他處理包括顯示、存儲或者繼續傳輸到上位機。
7.一種無線探頭設備，其特徵在於，包括如權利要求1至6所述的任一種無線探頭電路 裝置。
8.—種處理無線數據報的方法，其特徵在於，適用於權利要求1所述的裝置，所述方法包括: NORDIC 2.4GHz短程無線通信協議和藍牙無線通信協議的GFSK調製信號通過通用2.4GHz射頻通信基帶信號解調模塊解調出基帶數位訊號； 將所述基帶數位訊號送到FPGA和MCU組成的基帶電路模塊； FPGA對所述基帶數位訊號進行高速採樣得到的採樣序列進行序列檢測，如果檢測到採樣序列中有無線數據報的起始位序列，則解析所述無線數據報並將所述數據報保存到FPGA實現的FIFO存儲器中； MCU從所述FPGA實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報並進行驗證，然後進行其他處理。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述FPGA對所述基帶數位訊號進行高速採樣時從所述數位訊號起始邊沿進行檢測獲取採樣序列。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述MCU從所述FPGA實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報後進行的驗證為CRC驗證。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述MCU從所述FPGA實現的FIFO存儲器中讀取解析後的無線數據報並進行驗證，然後進行其他處理包括顯示、存儲或者繼續傳輸到上位機。
【文檔編號】H04W24/00GK103634814SQ201210330566
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年9月10日 優先權日:2012年9月10日
【發明者】趙世平, 肖新光, 桑勝田 申請人:哈爾濱安天科技股份有限公司