RFID协议一致性测试系统设计

各种具体的应用需求，采用模块化硬件构建的测试系统比传统仪器具有更高的同步特性、数据吞吐量、测量精度和灵活性。在RFID协议一致性测试中，以实时仿真模式为例，我们可以选择模块化的FPGA基带处理器、模块化的射频上变频器、模块化的射频下变频器来构成集成的测试系统。灵活的模块化硬件结构也为系统提供了良好的扩展性， FPGA基带处理器可以满足不断演进的RFID协议，通用的射频前端则提供了HF、UHF 以及Microwave等多种频率接口。

　　2.开放高速总线

　　仅模块化硬件并不足以构成一个完整的测试系统，模块化硬件之间还需要开放的高速总线来连接成为一个有机的整体，在测试测量技术发展的过程中，先后出现了GPIB、VXI、PXI、PXI Express等多种仪器总线。

　　早在机架层迭式结构的阶段，人们就认识到几乎不可能采用独立仪器来实现一个完整的测试系统，提出了采用不同仪器组合，通过仪器总线来构建测试系统的方法。最早于60年代中期发展起来的惠普接口总线（HP-IB）是第一种被广泛应用的仪器总线，也被称为GPIB，它能够把最多15台仪器连接到一台控制器上，最高数据传输速率为1MB/s，许多仪器制造商提供了大量支持GPIB总线的测试仪器。GPIB总线的主要局限在于它的带宽，在应用于高数据流量的测试场合，如无线通讯测试时，可能成为系统的瓶颈。在模块化硬件结构基础上，则发展出了基于VEM总线的仪器扩展平台VXI总线，基于PCI总线的仪器扩展平台PXI总线，以及基于最先进的PCI Express总线的仪器扩展平台PXI Express总线。

　　PXI总线在每一个桥段上允许连接7个外围设备，使用PCI-PCI桥接后最多可以有256个扩展设备，能够达到132 MB/s的最大数据传输速率。在大幅度提高总线带宽的同时，PXI总线还加入了多背板同步时钟，把10MHz的参考时钟分布到所有的外围设备上，并且有8条可选择的总线触发线。PXI Express总线在具有PXI总线一系列优点的基础之上，更进一步的把最大数据传输速率提高到了数GB/s级别。在RFID协议一致性测试中，通讯过程通常在毫秒量级的时间内即完成，这就要求测试系统的各个组件之间具有可靠的高速同步机制，对于脱离开放高速总线的系统来说，精确的同步机制通常很难做到。另一方面，通讯信号的采集分析需要较高的采样率来保证信号的完整性，由此而带来的高数据流量也得益于开放高速总线而解决。

　　3.数字信号处理

　　强大的数字信号处理是软件无线电技术的关键，具体又分为固化于模块化硬件上的硬件数字信号处理，以及运行于FPGA和CPU上的软件数字信号处理。在无线通讯测试领域，数字上变频（DUC）和数字下变频（DDC）是最常见的两种硬件数字信号处理功能。DUC可通过硬件进行正交数字上变频和基带信号插值， DDC可通过硬件进行正交数字下变频和基带信号抽取，从而大大降低信号的数据量，减少数据处理和传输时间。DUC和DDC的应用价值在于，在实际的射频测试仪器的实现中，出于抗干扰等一系列因素的考虑，A/D、D/A的转换通常并非直接在基带完成，而是在介于基带和最终射频信号之间的某一“中频”信号下完成，具体可参阅相关射频技术书籍。DUC和DDC实现了数字基带信号和数字中频信号之间的双向转换，此功能极大的提高了RFID协议一致性测试系统的性能。

　　运行于FPGA和CPU上的软件数字信号处理则能够完成基带信号相关的分析处理功能，其中 FPGA具有可配置的触发、定时和板载决策，能够实时地控制I/O信号，特别适合于RFID协议一致性测试中实时处理功能的构建，各种复杂的数字滤波、调制/解调、编码/解码、CRC以及逻辑控制算法在FPGA上都得以实时执行。CPU对于各种通用软件的强大支持特性，非常适合于完成复杂的非实时信号处理工作，以及构建上层的测试应用程序，如运用测试管理软件来组织RFID协议一致性测试众多的测试项目，实现复杂的自动化测试系统。

　　3.RFID协议一致性测试系统总体设计

　　软件无线电这一关键技术的应用，使得RFID协议一致性测试系统能够突破传统仪器受专有硬件限制的局限性，在标准化、模块化、层次化的体系结构上满足一致性测试的需求。RFID协议一致性测试系统的总体结构分为硬件层和软件层，硬件层即根据具体的测试需要，选取适合的模块化硬件而构成，软件层主要包括RFID协议仿真软件，RFID协议一致性测试软件和自动化测试管理软件。

　　3.1RFID协议一致性测试系统的硬件构架

　　RFID协议一致性测试系统的硬件构架如图3-1所示：

图3-1：软件无线电的RFID协议一致性测试系统

该系统具有非常简洁的系统构架，嵌入式主控制器、FPGA基带处理器、射频下变频器和射频上变频器等模