RFID協(xié)議一致性測試系統設計
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3.激勵/響應模式
RFID協(xié)議一致性測試系統的第三種實(shí)現是激勵/響應模式，在這種模式下，參考單元被矢量信號發(fā)生器所取代，矢量信號發(fā)生器可以發(fā)射特定的RFID信號給被測單元，并同時(shí)給矢量信號分析儀發(fā)送一個(gè)數字觸發(fā)標志，在收到觸發(fā)時(shí)矢量信號分析儀開(kāi)始同步采集通訊信號以進(jìn)行分析。激勵/響應模式如圖2-3所示：
圖2-3：激勵/響應模式
該測試模式在各類(lèi)測試應用中是比較常見(jiàn)的，因為這種測試模式具有很強的可控性并且容易實(shí)現自動(dòng)化測試。與被動(dòng)的監聽(tīng)模式不同，激勵/響應模式能夠主動(dòng)的發(fā)射所需的激勵信號，以此獲得一個(gè)預期的響應信號，可以有效的提高信號分析工作的效率。對比于分析一個(gè)已知的預期信號，被動(dòng)的分析一個(gè)未知信號往往要花費成倍的運算量與處理時(shí)間。激勵/響應模式的可控性，還在于它可以通過(guò)激勵信號主動(dòng)的控制被測單元的狀態(tài)，進(jìn)而控制整個(gè)測試的流程，這也是自動(dòng)化測試必不可少的條件。
在使用矢量信號發(fā)生器替代參考單元之后，監聽(tīng)模式下最大的局限性也得以改善?，F代的矢量信號發(fā)生器通常都是支持程控的，可以通過(guò)軟件來(lái)自由的控制各種物理層參數，仿真不同RFID協(xié)議的閱讀器指令或標簽應答，而矢量信號發(fā)生器和矢量信號分析儀的協(xié)同工作，也使得協(xié)議層參數的控制成為可能。進(jìn)一步的，該模式下還能夠執行非正常流程，測試被測單元的錯誤處理機制，進(jìn)行完整的協(xié)議一致性測試。
激勵/響應模式的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)，這也使它成為RFID協(xié)議一致性測試的最佳方案，此外還可以用于RFID互操作性測試和性能測試。但基本的激勵/響應模式仍然有一個(gè)問(wèn)題尚未解決，即RFID協(xié)議標準中的實(shí)時(shí)握手通訊過(guò)程，因此只能適用于大多數不需要實(shí)時(shí)握手通訊的RFID協(xié)議一致性測試。
4.實(shí)時(shí)仿真模式
作為激勵/響應模式的衍生和改進(jìn)，實(shí)時(shí)仿真模式采用了通用的基于FPGA的基帶處理器，同時(shí)替代了矢量信號發(fā)生器的信號發(fā)生模塊和矢量信號分析儀的信號分析模塊，配合射頻前端協(xié)同工作。對于射頻前端部分，可以采用具有基帶信號輸入功能的矢量信號發(fā)生器和具有基帶信號輸出功能的矢量信號分析儀，或直接采用獨立的射頻上變頻器和射頻下變頻器，通過(guò)基帶信號接口與FPGA基帶處理器相連接。實(shí)時(shí)仿真模式如圖2-4所示：
圖2-4：實(shí)時(shí)仿真模式
該測試模式最大的特點(diǎn)是將原本分離的信號發(fā)生和信號分析模塊合二為一，在同一個(gè)基帶處理器上依靠FPGA強大的實(shí)時(shí)處理能力，實(shí)現了從信號仿真到信號測量的全部功能，并且實(shí)現了從信號分析到信號發(fā)生的實(shí)時(shí)反饋，最終解決了RFID協(xié)議一致性測試中的實(shí)時(shí)握手通訊問(wèn)題。除此之外，信號發(fā)生和信號分析模塊的一體化，還為進(jìn)一步提高測試速度提供了可能，FPGA的靈活可編程特性，也為快速應對未來(lái)RFID協(xié)議的測試需求提供了保障。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155320.htm
2.2RFID協(xié)議一致性測試系統的關(guān)鍵技術(shù)
嵌入FPGA基帶處理器的實(shí)時(shí)仿真模式，實(shí)質(zhì)上是引入了“軟件無(wú)線(xiàn)電”這一關(guān)鍵技術(shù)。所謂軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，即通訊過(guò)程的信號由軟件來(lái)確定，是一種用軟件實(shí)現物理層鏈接的無(wú)線(xiàn)通訊設計。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的核心是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線(xiàn)端，采用軟件數字化的實(shí)現盡可能多的無(wú)線(xiàn)電功能，其中心思想是在一個(gè)標準化、模塊化的通用硬件平臺上，通過(guò)軟件編程，實(shí)現一種具有多模式無(wú)線(xiàn)通訊功能的開(kāi)放式體系結構。
1992年5月在美國通訊系統會(huì )議上，約瑟夫•米托拉首次明確提出了“軟件無(wú)線(xiàn)電”的概念。隨著(zhù)計算機技術(shù)的普及，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)快速發(fā)展，特別是在測試測量領(lǐng)域以其獨特的優(yōu)勢得到了越來(lái)越廣泛的運用。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于它的靈活性，可以通過(guò)增加軟件模塊，方便地增加新功能。在軟件無(wú)線(xiàn)電中，諸如信道帶寬、調制參數、編碼方式等都可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，以適應不同通訊或測試的需求。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)具有較強的開(kāi)放性，由于采用標準化、模塊化結構，其硬件可以隨器件和技術(shù)的發(fā)展而更新或擴展，軟件也可以隨需要不斷升級，能夠有效的降低系統的開(kāi)發(fā)升級成本，提高資源的重復利用度，節約開(kāi)發(fā)時(shí)間。
軟件無(wú)線(xiàn)電作為一種開(kāi)放式構架，在不同的具體應用中其體系結構也會(huì )稍有差異， 借鑒ITU-R SM.1537標準對軟件無(wú)線(xiàn)電接收機的定義，我們可以看到適用于各種軟件無(wú)線(xiàn)電系統的一般準則，如圖2-5所示：
圖2-5：軟件無(wú)線(xiàn)電（接收機）的體系結構
軟件無(wú)線(xiàn)電的體系結構包含三個(gè)關(guān)鍵要素：模塊化硬件，開(kāi)放高速總線(xiàn)，數字信號處理，以下將依次介紹各要素的特點(diǎn)及其對RFID協(xié)議一致性測試系統的影響。
1.模塊化硬件
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的高速發(fā)展，對于測試測量也提出了更高的要求，測試項目和范圍與日俱增，測試精度和速度要求急劇提高。在測試系統中，對儀器的“智能”要求越來(lái)越高，儀器中微機的任務(wù)不斷加重，儀器在很多方面逐漸向計算機靠攏，測試系統中包含的重復部件也越來(lái)越多，因此需要統籌地考慮儀器與計算機之間的系統結構。在這種背景下，1982年首次出現了一種與PC機配合使用的模塊化儀器，測試系統的結構逐漸也從傳統的機架層迭式結構發(fā)展成為模塊化硬件結構。
基于模塊化硬件的測試系統通過(guò)選擇合適的硬件模塊并在標準的軟件環(huán)境中定制測試程序，即可滿(mǎn)足各種具體的應用需求，采用模塊化硬件構建的測試系統比傳統儀器具有更高的同步特性、數據吞吐量、測量精度和靈活性。在RFID協(xié)議一致性測試中，以實(shí)時(shí)仿真模式為例，我們可以選擇模塊化的FPGA基帶處理器、模塊化的射頻上變頻器、模塊化的射頻下變頻器來(lái)構成集成的測試系統。靈活的模塊化硬件結構也為系統提供了良好的擴展性， FPGA基帶處理器可以滿(mǎn)足不斷演進(jìn)的RFID協(xié)議，通用的射頻前端則提供了HF、UHF 以及Microwave等多種頻率接口。
2.開(kāi)放高速總線(xiàn)
僅模塊化硬件并不足以構成一個(gè)完整的測試系統，模塊化硬件之間還需要開(kāi)放的高速總線(xiàn)來(lái)連接成為一個(gè)有機的整體，在測試測量技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，先后出現了GPIB、VXI、PXI、PXI Express等多種儀器總線(xiàn)。
早在機架層迭式結構的階段，人們就認識到幾乎不可能采用獨立儀器來(lái)實(shí)現一個(gè)完整的測試系統，提出了采用不同儀器組合，通過(guò)儀器總線(xiàn)來(lái)構建測試系統的方法。最早于60年代中期發(fā)展起來(lái)的惠普接口總線(xiàn)（HP-IB）是第一種被廣泛應用的儀器總線(xiàn)，也被稱(chēng)為GPIB，它能夠把最多15臺儀器連接到一臺控制器上，最高數據傳輸速率為1MB/s，許多儀器制造商提供了大量支持GPIB總線(xiàn)的測試儀器。GPIB總線(xiàn)的主要局限在于它的帶寬，在應用于高數據流量的測試場(chǎng)合，如無(wú)線(xiàn)通訊測試時(shí)，可能成為系統的瓶頸。在模塊化硬件結構基礎上，則發(fā)展出了基于VEM總線(xiàn)的儀器擴展平臺VXI總線(xiàn)，基于PCI總線(xiàn)的儀器擴展平臺PXI總線(xiàn)，以及基于最先進(jìn)的PCI Express總線(xiàn)的儀器擴展平臺PXI Express總線(xiàn)。
PXI總線(xiàn)在每一個(gè)橋段上允許連接7個(gè)外圍設備，使用PCI-PCI橋接后最多可以有256個(gè)擴展設備，能夠達到132 MB/s的最大數據傳輸速率。在大幅度提高總線(xiàn)帶寬的同時(shí)，PXI總線(xiàn)還加入了多背板同步時(shí)鐘，把10MHz的參考時(shí)鐘分布到所有的外圍設備上，并且有8條可選擇的總線(xiàn)觸發(fā)線(xiàn)。PXI Express總線(xiàn)在具有PXI總線(xiàn)一系列優(yōu)點(diǎn)的基礎之上，更進(jìn)一步的把最大數據傳輸速率提高到了數GB/s級別。在RFID協(xié)議一致性測試中，通訊過(guò)程通常在毫秒量級的時(shí)間內即完成，這就要求測試系統的各個(gè)組件之間具有可靠的高速同步機制，對于脫離開(kāi)放高速總線(xiàn)的系統來(lái)說(shuō)，精確的同步機制通常很難做到。另一方面，通訊信號的采集分析需要較高的采樣率來(lái)保證信號的完整性，由此而帶來(lái)的高數據流量也得益于開(kāi)放高速總線(xiàn)而解決。
3.數字信號處理
強大的數字信號處理是軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的關(guān)鍵，具體又分為固化于模塊化硬件上的硬件數字信號處理，以及運行于FPGA和CPU上的軟件數字信號處理。在無(wú)線(xiàn)通訊測試領(lǐng)域，數字上變頻（DUC）和數字下變頻（DDC）是最常見(jiàn)的兩種硬件數字信號處理功能。DUC可通過(guò)硬件進(jìn)行正交數字上變頻和基帶信號插值， DDC可通過(guò)硬件進(jìn)行正交數字下變頻和基帶信號抽取，從而大大降低信號的數據量，減少數據處理和傳輸時(shí)間。DUC和DDC的應用價(jià)值在于，在實(shí)際的射頻測試儀器的實(shí)現中，出于抗干擾等一系列因素的考慮，A/D、D/A的轉換通常并非直接在基帶完成，而是在介于基帶和最終射頻信號之間的某一“中頻”信號下完成，具體可參閱相關(guān)射頻技術(shù)書(shū)籍。DUC和DDC實(shí)現了數字基帶信號和數字中頻信號之間的雙向轉換，此功能極大的提高了RFID協(xié)議一致性測試系統的性能。
運行于FPGA和CPU上的軟件數字信號處理則能夠完成基帶信號相關(guān)的分析處理功能，其中 FPGA具有可配置的觸發(fā)、定時(shí)和板載決策，能夠實(shí)時(shí)地控制I/O信號，特別適合于RFID協(xié)議一致性測試中實(shí)時(shí)處理功能的構建，各種復雜的數字濾波、調制/解調、編碼/解碼、CRC以及邏輯控制算法在FPGA上都得以實(shí)時(shí)執行。CPU對于各種通用軟件的強大支持特性，非常適合于完成復雜的非實(shí)時(shí)信號處理工作，以及構建上層的測試應用程序，如運用測試管理軟件來(lái)組織RFID協(xié)議一致性測試眾多的測試項目，實(shí)現復雜的自動(dòng)化測試系統。
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