1. RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，RFID技術(shù)得以快速發(fā)展,，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化,、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域,。隨著制造成本的下降和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn),，RFID技術(shù)的全面推廣和普遍應(yīng)用將是不可逆轉(zhuǎn)的趁勢(shì)，這也給RFID測(cè)試領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的需求和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),。負(fù)責(zé)制訂RFID標(biāo)準(zhǔn)的兩大主要國(guó)際組織ISO和EPCglobal都針對(duì)RFID協(xié)議一致性測(cè)試及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)布了相關(guān)的規(guī)范,。

1.1  RFID協(xié)議一致性測(cè)試的相關(guān)規(guī)范

RFID協(xié)議一致性測(cè)試規(guī)范是隨著RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的,，測(cè)試規(guī)范的目的即確定被測(cè)單元的特性與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定一致。ISO和EPCglobal都根據(jù)已發(fā)布的RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制訂了對(duì)應(yīng)的測(cè)試規(guī)范,，用于指導(dǎo)進(jìn)行規(guī)范、可靠的RFID協(xié)議一致性測(cè)試,。由于不同RFID協(xié)議的調(diào)制參數(shù),、編碼方式、防沖突機(jī)制,、幀結(jié)構(gòu),、指令集等都各不相同，且不同頻段的RFID產(chǎn)品可能具有完全不同的特性,，所以每一種協(xié)議都有其對(duì)應(yīng)的一致性測(cè)試規(guī)范,，如表1-1所示：

表1-1：RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的一致性測(cè)試規(guī)范

RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了包括物理層和協(xié)議層在內(nèi)的各項(xiàng)特性，而一致性測(cè)試規(guī)范中則規(guī)定了測(cè)試環(huán)境,、測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試預(yù)期結(jié)果,，根據(jù)測(cè)試規(guī)范列舉的測(cè)試項(xiàng)目，通過(guò)比較被測(cè)單元的實(shí)際輸出與預(yù)期輸出的異同,，來(lái)判定被測(cè)單元是否與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定一致,。
除此之外，每個(gè)國(guó)家或地區(qū)還會(huì)有特定的RFID產(chǎn)品規(guī)范,，會(huì)對(duì)產(chǎn)品的功率,、頻率、帶寬等參數(shù)進(jìn)行限制,，該規(guī)范所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也屬于RFID協(xié)議一致性測(cè)試的范疇,。對(duì)于在中國(guó)銷售和使用的RFID產(chǎn)品，國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部于2007年發(fā)布了“800/900MHz頻段RFID技術(shù)應(yīng)用試行規(guī)定”,，以規(guī)范該頻段RFID 產(chǎn)品的應(yīng)用,。

1.2 RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)面臨的困難與挑戰(zhàn)
對(duì)于大多數(shù)已長(zhǎng)期應(yīng)用的無(wú)線通訊系統(tǒng)，如GSM等,，傳統(tǒng)測(cè)試儀器制造商已能夠?yàn)槠涮峁┚C合測(cè)試儀,。典型的協(xié)議一致性測(cè)試配置包括一臺(tái)綜合測(cè)試儀和被測(cè)設(shè)備，其中綜合測(cè)試儀作為主單元,，被測(cè)設(shè)備作為從單元,，兩者之間通過(guò)射頻電纜相連或通過(guò)天線經(jīng)空中傳輸相連，在建立通訊鏈路的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置及測(cè)試,。RFID技術(shù)作為無(wú)線通訊的新興領(lǐng)域之一,，其協(xié)議一致性測(cè)試目前仍然較多的依靠信號(hào)發(fā)生器、頻譜儀和示波器等傳統(tǒng)儀器的組合,，但由于RFID技術(shù)在具有無(wú)線通訊所共有的特性之外,，又有著其獨(dú)有的特殊性,，采用傳統(tǒng)儀器的組合很難構(gòu)建出完善的協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)。
首先,，RFID閱讀器與標(biāo)簽的測(cè)試與傳統(tǒng)設(shè)備的測(cè)試差異較大,，以EPC UHF Class 1 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)為例，閱讀器和標(biāo)簽通訊的時(shí)序如圖1-1所示：
 
圖1-1：EPC UHF Class 1 Gen 2通訊時(shí)序
整個(gè)實(shí)時(shí)通訊過(guò)程在數(shù)毫秒內(nèi)即全部完成,，其中包含了2條指令以及2條應(yīng)答交互的實(shí)時(shí)握手操作,，即Query（指令）→RN16（應(yīng)答）→ACK（指令）→PC+EPC+CRC16（應(yīng)答），其中鏈接時(shí)間T1和T2都在微秒量級(jí),。根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),，ACK指令中必須正確包含前一條應(yīng)答中的16位隨機(jī)數(shù)，且在規(guī)定的鏈接時(shí)間T2之內(nèi)反饋給標(biāo)簽,，否則通訊將失敗,。因此采用預(yù)生成信號(hào)的方式無(wú)法完成實(shí)時(shí)通訊過(guò)程，測(cè)試系統(tǒng)必須具有在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)生成信號(hào)的能力,，傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器無(wú)法滿足該協(xié)議的時(shí)序要求,。
其次，RFID協(xié)議一致性測(cè)試的關(guān)鍵在于測(cè)試的完整性,，必須根據(jù)一致性測(cè)試規(guī)范對(duì)被測(cè)單元進(jìn)行完整的物理層和協(xié)議層測(cè)試,。傳統(tǒng)儀器通常只能夠完成對(duì)物理層參數(shù)的測(cè)試，而由于其靈活性的局限無(wú)法對(duì)協(xié)議層參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,。另一方面,，由于測(cè)試條件眾多，對(duì)于單個(gè)參數(shù),，如鏈接時(shí)間等,，需要在不同頻率，不同碼率,，不同編碼方式等情況下分別進(jìn)行測(cè)試,，這就使得測(cè)試點(diǎn)成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。如果采用傳統(tǒng)儀器進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試,，完成完整的協(xié)議一致性測(cè)試將需要很長(zhǎng)的時(shí)間,，如何提高測(cè)試速度也成為了RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)的課題之一。
再次,，RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)種類眾多,，有適用于近距離通訊的LF、HF頻段標(biāo)準(zhǔn),，還有適用于遠(yuǎn)距離通訊的UHF,、Microwave頻段標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)頻段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)還由于工作模式,、數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊牟煌煌?。每一種RFID協(xié)議都有自己獨(dú)特的測(cè)試需求,，在ISO和EPCglobal制訂的各個(gè)RFID協(xié)議一致性測(cè)試規(guī)范中，對(duì)一致性測(cè)試系統(tǒng)的描述和要求也不盡相同,。RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的多樣性為協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn),，如何用一個(gè)通用測(cè)試平臺(tái)來(lái)覆蓋所有的RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可靠的實(shí)現(xiàn)RFID協(xié)議一致性測(cè)試,，是亟需解決的一個(gè)問(wèn)題,。
最后，RFID技術(shù)本身還在不斷演進(jìn),，包括ISO和EPCglobal在內(nèi)的國(guó)際組織，以及RFID領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè),，還在不斷的完善現(xiàn)有協(xié)議,，發(fā)展新協(xié)議，如即將發(fā)布的EPC HF Class 1 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)將作為Mode 3對(duì)ISO 18000-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展,。新協(xié)議的出現(xiàn),，又會(huì)帶來(lái)新的物理層空中接口規(guī)定和協(xié)議層數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，因此需要一個(gè)靈活可擴(kuò)展的測(cè)試平臺(tái)與之相適應(yīng),，使之不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有RFID協(xié)議的一致性測(cè)試,，也能快速應(yīng)對(duì)下一代RFID協(xié)議的測(cè)試需求。

2. RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)概述
目前應(yīng)用于RFID協(xié)議一致性測(cè)試的系統(tǒng)主要有以下幾種構(gòu)架方式,，即：成功/失敗模式,、監(jiān)聽(tīng)模式、激勵(lì)/響應(yīng)模式,、實(shí)時(shí)仿真模式,，依次覆蓋了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜不同層次的一致性測(cè)試需求。本節(jié)中我們將對(duì)比不同構(gòu)架的特點(diǎn)及其局限性,，并引入軟件無(wú)線電等關(guān)鍵技術(shù),，結(jié)合各種測(cè)試構(gòu)架來(lái)應(yīng)對(duì)RFID協(xié)議一致性測(cè)試中面臨的困難與挑戰(zhàn)。

2.1 RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)架方式
1. 成功/失敗模式
最簡(jiǎn)單的RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)采用一個(gè)參考閱讀器與被測(cè)標(biāo)簽之間進(jìn)行通訊,，得出通訊成功或失敗的結(jié)果,，以此判定被測(cè)標(biāo)簽的特性，或反之采用參考標(biāo)簽判定被測(cè)閱讀器的特性,。成功/失敗模式如圖2-1所示：
 
圖2-1：成功/失敗模式
該測(cè)試模式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單,，測(cè)試時(shí)間極短，適合于生產(chǎn)線等對(duì)測(cè)試速度要求很高的測(cè)試場(chǎng)合,。但其缺點(diǎn)在于測(cè)試項(xiàng)目少,，測(cè)試結(jié)果簡(jiǎn)單，僅能提供被測(cè)單元是否正常工作的信息,，對(duì)于判定被測(cè)單元的協(xié)議一致性來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,。另外,，當(dāng)遇到測(cè)試結(jié)果為失敗時(shí)，由于無(wú)法分析失敗的原因,，不能夠?qū)Ρ粶y(cè)單元的改進(jìn)提供有用的信息,。
2. 監(jiān)聽(tīng)模式
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，成功/失敗模式并未真正構(gòu)成RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng),，該模式更多的只作為一種輔助的測(cè)試手段,。針對(duì)成功/失敗模式的不足，我們可以在它的基礎(chǔ)上增加頻譜儀和示波器等儀器,，構(gòu)成監(jiān)聽(tīng)模式,。進(jìn)一步的，我們可以采用矢量信號(hào)分析儀等高級(jí)信號(hào)分析儀器替代頻譜儀和示波器,，以獲得更加強(qiáng)大的信號(hào)分析能力,。在該測(cè)試模式中，當(dāng)參考單元和被測(cè)單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí),，我們可以通過(guò)第三方儀器對(duì)通訊的信號(hào)進(jìn)行采集和分析,。監(jiān)聽(tīng)模式如圖2-2所示：
 
圖2-2：監(jiān)聽(tīng)模式
該測(cè)試模式能夠?qū)崿F(xiàn)的協(xié)議一致性測(cè)試功能主要取決于兩個(gè)要素，首先是矢量信號(hào)分析儀,。RFID協(xié)議一致性測(cè)試,，要求矢量信號(hào)分析儀不僅具有傳統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析功能，還需要具有針對(duì)RFID協(xié)議的解調(diào)和解碼功能,，才能獲得通訊過(guò)程中的數(shù)據(jù),。同時(shí)，矢量信號(hào)分析儀還需要具備適合于RFID信號(hào)的同步觸發(fā)采集功能,，如射頻功率觸發(fā)或頻譜模板觸發(fā),。由于幾乎所有RFID信號(hào)都是間斷的瞬時(shí)信號(hào)，具有射頻功率開(kāi)啟標(biāo)志著通訊開(kāi)始的共同特征,，射頻功率觸發(fā)已成為最常用的觸發(fā)采集方式,。除此之外，由于RFID閱讀器和標(biāo)簽之間的通訊速率很快,，受限于矢量信號(hào)分析儀的操作和信號(hào)處理速度,，監(jiān)聽(tīng)模式下無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)分析，而只能采用實(shí)時(shí)采集,，離線分析的方式,，因此矢量信號(hào)分析儀的信號(hào)存儲(chǔ)能力就顯得至關(guān)重要了。
監(jiān)聽(tīng)模式在彌補(bǔ)了成功/失敗模式的不足的同時(shí),，也存在著同樣的局限性,，即該測(cè)試模式的另一個(gè)要素，參考單元（閱讀器或標(biāo)簽）,。在RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中,，對(duì)于大多數(shù)參數(shù)的規(guī)定,，都采用了靈活組合的方式，即閱讀器和標(biāo)簽都可以在寬泛的范圍內(nèi)進(jìn)行操作,，如不同的調(diào)制參數(shù),、編碼方式、數(shù)據(jù)速率,、強(qiáng)制的和可選的指令集等,。需要說(shuō)明的是，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閱讀器和標(biāo)簽并不需要同時(shí)支持所有的參數(shù)組合方式,，而由于研發(fā)和生產(chǎn)成本等因素的制約,，實(shí)際的RFID產(chǎn)品也無(wú)法支持所有的參數(shù)組合方式。
參考單元的選擇很大程度上決定了該測(cè)試模式的效果,，但尋找一個(gè)包含了所有功能的“完美”參考單元幾乎是不現(xiàn)實(shí)的,。退一步來(lái)看，即使找到了“完美”參考單元,，對(duì)于完成RFID協(xié)議一致性測(cè)試來(lái)說(shuō)還是不夠的，因?yàn)樵趨f(xié)議一致性測(cè)試中,，不僅需要測(cè)試協(xié)議規(guī)定的正確通訊流程,，還需要執(zhí)行非正常流程來(lái)測(cè)試被測(cè)單元在特定條件下的反應(yīng)。
受參考單元功能限制的影響,，監(jiān)聽(tīng)模式很難實(shí)現(xiàn)全面的協(xié)議一致性測(cè)試,，但對(duì)于協(xié)議一致性測(cè)試來(lái)說(shuō)，測(cè)試的完整性卻又是必須保證的,。因此,，監(jiān)聽(tīng)模式只適合于基本的物理層測(cè)試，如不依賴于標(biāo)簽應(yīng)答的閱讀器射頻參數(shù)等,。

3. 激勵(lì)/響應(yīng)模式
RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)的第三種實(shí)現(xiàn)是激勵(lì)/響應(yīng)模式,，在這種模式下，參考單元被矢量信號(hào)發(fā)生器所取代,，矢量信號(hào)發(fā)生器可以發(fā)射特定的RFID信號(hào)給被測(cè)單元,，并同時(shí)給矢量信號(hào)分析儀發(fā)送一個(gè)數(shù)字觸發(fā)標(biāo)志，在收到觸發(fā)時(shí)矢量信號(hào)分析儀開(kāi)始同步采集通訊信號(hào)以進(jìn)行分析,。激勵(lì)/響應(yīng)模式如圖2-3所示：
 
圖2-3：激勵(lì)/響應(yīng)模式
該測(cè)試模式在各類測(cè)試應(yīng)用中是比較常見(jiàn)的,，因?yàn)檫@種測(cè)試模式具有很強(qiáng)的可控性并且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。與被動(dòng)的監(jiān)聽(tīng)模式不同,，激勵(lì)/響應(yīng)模式能夠主動(dòng)的發(fā)射所需的激勵(lì)信號(hào),，以此獲得一個(gè)預(yù)期的響應(yīng)信號(hào)，可以有效的提高信號(hào)分析工作的效率,。對(duì)比于分析一個(gè)已知的預(yù)期信號(hào),，被動(dòng)的分析一個(gè)未知信號(hào)往往要花費(fèi)成倍的運(yùn)算量與處理時(shí)間,。激勵(lì)/響應(yīng)模式的可控性，還在于它可以通過(guò)激勵(lì)信號(hào)主動(dòng)的控制被測(cè)單元的狀態(tài),，進(jìn)而控制整個(gè)測(cè)試的流程,，這也是自動(dòng)化測(cè)試必不可少的條件。
在使用矢量信號(hào)發(fā)生器替代參考單元之后,，監(jiān)聽(tīng)模式下最大的局限性也得以改善?，F(xiàn)代的矢量信號(hào)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(shù),，仿真不同RFID協(xié)議的閱讀器指令或標(biāo)簽應(yīng)答,，而矢量信號(hào)發(fā)生器和矢量信號(hào)分析儀的協(xié)同工作，也使得協(xié)議層參數(shù)的控制成為可能,。進(jìn)一步的,，該模式下還能夠執(zhí)行非正常流程，測(cè)試被測(cè)單元的錯(cuò)誤處理機(jī)制,，進(jìn)行完整的協(xié)議一致性測(cè)試,。
激勵(lì)/響應(yīng)模式的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，這也使它成為RFID協(xié)議一致性測(cè)試的最佳方案,，此外還可以用于RFID互操作性測(cè)試和性能測(cè)試,。但基本的激勵(lì)/響應(yīng)模式仍然有一個(gè)問(wèn)題尚未解決，即RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)時(shí)握手通訊過(guò)程,，因此只能適用于大多數(shù)不需要實(shí)時(shí)握手通訊的RFID協(xié)議一致性測(cè)試,。
4. 實(shí)時(shí)仿真模式
作為激勵(lì)/響應(yīng)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(hào)發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生模塊和矢量信號(hào)分析儀的信號(hào)分析模塊,，配合射頻前端協(xié)同工作。對(duì)于射頻前端部分,，可以采用具有基帶信號(hào)輸入功能的矢量信號(hào)發(fā)生器和具有基帶信號(hào)輸出功能的矢量信號(hào)分析儀,，或直接采用獨(dú)立的射頻上變頻器和射頻下變頻器，通過(guò)基帶信號(hào)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(cè)試模式最大的特點(diǎn)是將原本分離的信號(hào)發(fā)生和信號(hào)分析模塊合二為一,，在同一個(gè)基帶處理器上依靠FPGA強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力，實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)仿真到信號(hào)測(cè)量的全部功能,，并且實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)分析到信號(hào)發(fā)生的實(shí)時(shí)反饋,，最終解決了RFID協(xié)議一致性測(cè)試中的實(shí)時(shí)握手通訊問(wèn)題。除此之外,，信號(hào)發(fā)生和信號(hào)分析模塊的一體化,，還為進(jìn)一步提高測(cè)試速度提供了可能，F(xiàn)PGA的靈活可編程特性，也為快速應(yīng)對(duì)未來(lái)RFID協(xié)議的測(cè)試需求提供了保障,。

2.2 RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)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)線電”這一關(guān)鍵技術(shù)。所謂軟件無(wú)線電技術(shù),，即通訊過(guò)程的信號(hào)由軟件來(lái)確定,，是一種用軟件實(shí)現(xiàn)物理層鏈接的無(wú)線通訊設(shè)計(jì)。軟件無(wú)線電技術(shù)的核心是將寬帶A/D,、D/A盡可能靠近天線端,，采用軟件數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)盡可能多的無(wú)線電功能，其中心思想是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化,、模塊化的通用硬件平臺(tái)上,，通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)一種具有多模式無(wú)線通訊功能的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu),。
1992年5月在美國(guó)通訊系統(tǒng)會(huì)議上,，約瑟夫•米托拉首次明確提出了“軟件無(wú)線電”的概念。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及,，軟件無(wú)線電技術(shù)快速發(fā)展,，特別是在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。軟件無(wú)線電技術(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)線電中,，諸如信道帶寬,、調(diào)制參數(shù),、編碼方式等都可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,，以適應(yīng)不同通訊或測(cè)試的需求。軟件無(wú)線電技術(shù)具有較強(qiáng)的開(kāi)放性,，由于采用標(biāo)準(zhǔn)化,、模塊化結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨器件和技術(shù)的發(fā)展而更新或擴(kuò)展,，軟件也可以隨需要不斷升級(jí),，能夠有效的降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)升級(jí)成本，提高資源的重復(fù)利用度,，節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間,。
軟件無(wú)線電作為一種開(kāi)放式構(gòu)架，在不同的具體應(yīng)用中其體系結(jié)構(gòu)也會(huì)稍有差異,， 借鑒ITU-R SM.1537標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軟件無(wú)線電接收機(jī)的定義,，我們可以看到適用于各種軟件無(wú)線電系統(tǒng)的一般準(zhǔn)則，如圖2-5所示：
 
圖2-5：軟件無(wú)線電（接收機(jī)）的體系結(jié)構(gòu)
軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)包含三個(gè)關(guān)鍵要素：模塊化硬件，開(kāi)放高速總線,，數(shù)字信號(hào)處理,，以下將依次介紹各要素的特點(diǎn)及其對(duì)RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)的影響。
1. 模塊化硬件
隨著無(wú)線通訊技術(shù)的高速發(fā)展,，對(duì)于測(cè)試測(cè)量也提出了更高的要求,，測(cè)試項(xiàng)目和范圍與日俱增，測(cè)試精度和速度要求急劇提高,。在測(cè)試系統(tǒng)中,，對(duì)儀器的“智能”要求越來(lái)越高，儀器中微機(jī)的任務(wù)不斷加重,，儀器在很多方面逐漸向計(jì)算機(jī)靠攏,，測(cè)試系統(tǒng)中包含的重復(fù)部件也越來(lái)越多，因此需要統(tǒng)籌地考慮儀器與計(jì)算機(jī)之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),。在這種背景下,，1982年首次出現(xiàn)了一種與PC機(jī)配合使用的模塊化儀器，測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)逐漸也從傳統(tǒng)的機(jī)架層迭式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為模塊化硬件結(jié)構(gòu),。
基于模塊化硬件的測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)選擇合適的硬件模塊并在標(biāo)準(zhǔn)的軟件環(huán)境中定制測(cè)試程序,，即可滿足各種具體的應(yīng)用需求，采用模塊化硬件構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)比傳統(tǒng)儀器具有更高的同步特性,、數(shù)據(jù)吞吐量,、測(cè)量精度和靈活性。在RFID協(xié)議一致性測(cè)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(gòu)成集成的測(cè)試系統(tǒng),。靈活的模塊化硬件結(jié)構(gòu)也為系統(tǒng)提供了良好的擴(kuò)展性， FPGA基帶處理器可以滿足不斷演進(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
僅模塊化硬件并不足以構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng),，模塊化硬件之間還需要開(kāi)放的高速總線來(lái)連接成為一個(gè)有機(jī)的整體,，在測(cè)試測(cè)量技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，先后出現(xiàn)了GPIB,、VXI,、PXI、PXI Express等多種儀器總線,。
早在機(jī)架層迭式結(jié)構(gòu)的階段,，人們就認(rèn)識(shí)到幾乎不可能采用獨(dú)立儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng),，提出了采用不同儀器組合，通過(guò)儀器總線來(lái)構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)的方法,。最早于60年代中期發(fā)展起來(lái)的惠普接口總線（HP-IB）是第一種被廣泛應(yīng)用的儀器總線,，也被稱為GPIB，它能夠把最多15臺(tái)儀器連接到一臺(tái)控制器上,，最高數(shù)據(jù)傳輸速率為1MB/s,，許多儀器制造商提供了大量支持GPIB總線的測(cè)試儀器。GPIB總線的主要局限在于它的帶寬,，在應(yīng)用于高數(shù)據(jù)流量的測(cè)試場(chǎng)合,，如無(wú)線通訊測(cè)試時(shí)，可能成為系統(tǒng)的瓶頸,。在模塊化硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,，則發(fā)展出了基于VEM總線的儀器擴(kuò)展平臺(tái)VXI總線，基于PCI總線的儀器擴(kuò)展平臺(tái)PXI總線,，以及基于最先進(jìn)的PCI Express總線的儀器擴(kuò)展平臺(tái)PXI Express總線,。
PXI總線在每一個(gè)橋段上允許連接7個(gè)外圍設(shè)備，使用PCI-PCI橋接后最多可以有256個(gè)擴(kuò)展設(shè)備,，能夠達(dá)到132 MB/s的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,。在大幅度提高總線帶寬的同時(shí)，PXI總線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(shè)備上,，并且有8條可選擇的總線觸發(fā)線。PXI Express總線在具有PXI總線一系列優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上,，更進(jìn)一步的把最大數(shù)據(jù)傳輸速率提高到了數(shù)GB/s級(jí)別,。在RFID協(xié)議一致性測(cè)試中，通訊過(guò)程通常在毫秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)即完成,，這就要求測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)組件之間具有可靠的高速同步機(jī)制,，對(duì)于脫離開(kāi)放高速總線的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，精確的同步機(jī)制通常很難做到,。另一方面,，通訊信號(hào)的采集分析需要較高的采樣率來(lái)保證信號(hào)的完整性,，由此而帶來(lái)的高數(shù)據(jù)流量也得益于開(kāi)放高速總線而解決,。
3. 數(shù)字信號(hào)處理
強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理是軟件無(wú)線電技術(shù)的關(guān)鍵，具體又分為固化于模塊化硬件上的硬件數(shù)字信號(hào)處理,，以及運(yùn)行于FPGA和CPU上的軟件數(shù)字信號(hào)處理,。在無(wú)線通訊測(cè)試領(lǐng)域，數(shù)字上變頻（DUC）和數(shù)字下變頻（DDC）是最常見(jiàn)的兩種硬件數(shù)字信號(hào)處理功能,。DUC可通過(guò)硬件進(jìn)行正交數(shù)字上變頻和基帶信號(hào)插值,， DDC可通過(guò)硬件進(jìn)行正交數(shù)字下變頻和基帶信號(hào)抽取，從而大大降低信號(hào)的數(shù)據(jù)量，減少數(shù)據(jù)處理和傳輸時(shí)間,。DUC和DDC的應(yīng)用價(jià)值在于,，在實(shí)際的射頻測(cè)試儀器的實(shí)現(xiàn)中，出于抗干擾等一系列因素的考慮,，A/D,、D/A的轉(zhuǎn)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(hào)之間的某一“中頻”信號(hào)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(xiàn)了數(shù)字基帶信號(hào)和數(shù)字中頻信號(hào)之間的雙向轉(zhuǎn)換，此功能極大的提高了RFID協(xié)議一致性測(cè)試系統(tǒng)的性能,。
運(yùn)行于FPGA和CPU上的軟件數(shù)字信號(hào)處理則能夠完成基帶信號(hào)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?qū)崟r(shí)地控制I/O信號(hào),，特別適合于RFID協(xié)議一致性測(cè)試中實(shí)時(shí)處理功能的構(gòu)建，各種復(fù)雜的數(shù)字濾波,、調(diào)制/解調(diào),、編碼/解碼、CRC以及邏輯控制算法在FPGA上都得以實(shí)時(shí)執(zhí)行,。CPU對(duì)于各種通用軟件的強(qiáng)大支持特性,，非常適合于完成復(fù)雜的非實(shí)時(shí)信號(hào)處理工作，以及構(gòu)建上層的測(cè)試應(yīng)用程序,，如運(yùn)用測(cè)試管理軟件來(lái)組織RFID協(xié)議一致性測(cè)試眾多的測(cè)試項(xiàng)目,，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。