CN105868662A - 基于虚拟仪器的rfid标签一致性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，包括在PXIe模块化硬件平台上实现的主控器、中频收发器、上变频器、下变频器和天线，其中：主控器生成命令信号，并发送至中频收发器；中频收发器将命令信号编码调制后发送至上变频器；上变频器将接收的信号上变频为命令射频信号，并发送至天线；天线将命令射频信号发送至RFID标签，并接收返回的响应射频信号，发送至下变频器；下变频器将响应射频信号下变频为中频信号；中频收发器将中频信号转换为基带信号后，解调解码为响应数据，之后将响应基带信号和响应数据发送至主控器；主控器根据响应基带信号和响应数据进行射频、协议一致性测试。本发明高效实时且可扩展性高。

Description

基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统

技术领域

本发明涉及射频识别系统，尤其涉及一种基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用无线射频信号进行信息交换与通信的自动识别技术。RFID技术具备特有的非接触、抗干扰能力强、可同时识别多个高速移动的目标对象等优点，被广泛应用于物流、制造、公共信息服务等各行业。2.45G半有源射频电子标签是RFID应用技术领域一个新的种类，因其发射功率低、存储容量大、通信距离远、识别率高、安全强度高等特点，使其在集装箱管理、资产监控、人员监控、车辆及船舶识别等复杂的物联网应用中具有广泛应用前景。

中国制定的国家标准《信息技术射频识别2.45GHz空中接口协议》(GB/T28925-2012)规定了工作在2.45GHz频段的RFID系统中读写器与标签之间的空中接口通信协议及工作方法，旨在突破国外企业的专利壁垒，提升系统的自主可控性和安全性。然而，随着中国大量企业只注重于生产符合该标准中技术参数的标签和阅读器产品和系统，并不断进行商业推广，忽略了相关测试环节的重要性，使得应用市场上的电子标签的质量参差不齐，因此对2.45GHz标签的测试技术的研究成为其发展的重要环节。

现有的传统的RFID测试仪器硬件平台搭建复杂，且软件可移植开发性差，不能满足2.45GHz频段多信道实时通信测试的要求，从而使一种利用通用的可重配置的平台构建宽带射频测试系统成为必须。虚拟仪器技术采用高性能的模块化硬件，与高效灵活的软件结合来完成各种测试、测量和自动化的应用。PXIe模块化硬件平台作为其中一种虚拟仪器，软件是核心关键，硬件平台只负责信号的输入输出，用户根据自身需求使用软件实现测试模块功能以及可供人机交互的UI界面，同时用户通过更改软件可以实现仪器功能和规模的改变，具有很高的可重置性。而LabView软件以其强大、开放、图形化的开发编程环境的优点，在虚拟仪器技术中使用范围最广。现有技术中，有的只能测试射频一致性，而不能测试协议一致性，因此在此基础上，如何充分利用虚拟仪器，构建一款高效实时且可扩展性高的，同时实现RFID标签射频一致性和协议一致性的测试系统是本发明所研究的课题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种高效实时且可扩展的，同时实现RFID标签射频一致性和协议一致性的测试系统。

技术方案：本发明所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，包括在PXIe模块化硬件平台上实现的主控器、中频收发器、上变频器、下变频器和天线；其中：

所述主控器，用于生成命令信号，并发送至所述中频收发器；

所述中频收发器，用于将所述命令信号传输至FPGA底层的RFID原型机，并在所述RFID原型机将所述命令信号编码调制为命令基带信号后，将所述命令基带信号转换为命令中频信号发送至所述上变频器；

所述上变频器，用于将所述命令中频信号上变频为命令射频信号，并发送至所述天线；

所述天线，用于将所述命令射频信号发送至RFID标签，以及接收RFID标签返回的响应射频信号，并发送至所述下变频器；

所述下变频器，用于将所述响应射频信号下变频为响应中频信号；

所述中频收发器，还用于将所述响应中频信号转换为响应基带信号后，发送至所述RFID原型机，并在所述RFID原型机将所述响应基带信号解调解码为响应数据后，将所述响应基带信号和所述响应数据发送至所述主控器；

所述主控器，还用于根据所述响应基带信号进行射频一致性测试，以及用于根据所述响应数据进行协议一致性测试，并显示测试结果。

进一步的，所述主控器还用于用户设置参数配置信息，并将所述参数配置信息分别发送至所述中频收发器、所述上变频器和所述下变频器，从而实现参数配置；其中，所述参数配置信息包括硬件参数、协议参数和命令参数。

进一步的，所述RFID原型机与所述主控器之间通过FIFO和全局变量实现数据传输与共享。

进一步的，所述RFID原型机通过在PXIe模块化硬件平台上采用LabView FPGA编程语言实现，包括：

发射机，位于物理层，用于对要发送的命令信号进行编码调制；

接收机，位于物理层，用于对接收到的响应基带信号进行解调解码；

数据链路层，用于控制所述发射机发送信号和对所述接收机的接收信号解析，并通过RFID标签状态和协议控制实现正确的与RFID标签状态跳转、链路通信流程，从而实现数据链路层与物理层之间的相互控制与协同通信。

进一步的，所述发射机包括：

通信起始模块，用于识别来自所述主控器的信号为唤醒信号还是命令信号，若是唤醒信号则控制发射机进入唤醒模块，若为命令信号则控制发射机跳过唤醒模块直接进入组帧模块；

唤醒模块，用于发送低频信号唤醒处于休眠状态的RFID标签；

组帧模块，用于将来自所述主控器的信号转化为比特流格式；

编码模块，用于对所述比特流数据进行O-QPSK和/或DBPSK扩频编码；

调制模块，用于对扩频编码后的信号进行对应的O-QPSK和/或DBPSK调制，得到基带信号；

DA发送前端模块，用于将调制模块的基带信号采用I/Q数据交织的方式，发送至数模转换器。

进一步的，所述接收机包括：

AD接收前端模块，用于从模数转换器中读取响应基带信号，并分别传输响应基带信号至信号检测模块和所述主控器；

信号检测模块，用于启用接收机并检测响应基带信号的起始位置；

同步模块，用于对响应基带信号进行同步，获取前导码和同步码的帧起始位置；

解调模块，用于对同步后的响应基带信号根据调制方式进行O-QPSK和/或DBPSK解调，得到比特流数据；

解码模块，用于对所述解调模块得到的比特流数据，根据采用的扩频序列进行解扩解码，并将解码后得到的比特流转化为字节数据。

进一步的，所述数据链路层包括：

指令起始模块，用于接收来自所述主控器的命令信号，起始所述RFID原型机的命令信号发送；

命令封装模块，用于将主控器发送的所述协议参数和所述命令参数，封装成符合协议规定的数据帧格式，并经过FIFO转送至所述发射机的组帧模块；

信息解析模块，用于在检测到接收机解码正确且解码完毕后，对解码后的字节数据按照协议规定的命令帧格式进行解析，提取RFID标签信息；

协议控制模块，用于检测RFID标签当前所处状态，并根据提取的RFID标签信息决定发射机继续发送命令交互还是结束通信。

进一步的，所述主控器上加载有测试模块和用户界面模块，所述测试模块和用户界面模块通过在PXIe模块化硬件平台上采用LabView编程语言实现，所述测试模块用于进行射频一致性测试和协议一致性测试，所述用户界面模块用于用户设置参数配置信息和显示测试结果。

进一步的，所述主控器、所述中频收发器、所述上变频器和所述下变频器分别集成为一块板卡，并安插在背板为PXIe总线的机箱内，所述主控器、所述中频收发器、所述上变频器和所述下变频器分别连接到所述PXIe总线进行通信。

进一步的，所述主控器、所述中频收发器、所述上变频器、所述下变频器和所述天线，具体型号分别为PXIe-8115主控器、PXIe-5640R中频收发器、PXIe-5610上变频器、PXIe-5600下变频器和2.45G平板天线。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明的RFID原型机是在PXIe模块化硬件平台上编码实现，所有器件通过PXIe模块化硬件平台实现，一致性测试能够实时出结果，因此快速高效，实时性高；PXIe模块化硬件平台上各器件是模块化的，因此可扩展性高，本发明还可以同时实现射频一致性和协议一致性的测试。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的系统框图；

图2是本发明的一个实施例的硬件连接示意图；

图3是本发明的一个实施例的架构图；

图4是图3中发射机的模块框图；

图5是图3中接收机的模块框图；

图6是图3中数据链路层的模块框图。

具体实施方式

本实施例主要适用于2.45GHz频段的RFID标签一致性测试。如图1所示，本实施例包括在PXIe模块化硬件平台上实现的主控器、中频收发器、上变频器、下变频器和天线，具体型号分别为PXIe-8115主控器、PXIe-5640R中频收发器、PXIe-5610上变频器、PXIe-5600下变频器和2.45G平板天线。

其中，主控器用于生成命令信号，并发送至中频收发器；中频收发器用于将命令信号传输至FPGA底层的RFID原型机，并在RFID原型机将命令信号编码调制为命令基带信号后，将命令基带信号转换为命令中频信号发送至所述上变频器；上变频器用于将命令中频信号上变频为命令射频信号，并发送至天线；天线用于将命令射频信号发送至RFID标签，以及接收RFID标签返回的响应射频信号，并发送至下变频器；下变频器用于将响应射频信号下变频为响应中频信号；中频收发器还用于将响应中频信号转换为响应基带信号后，发送至RFID原型机，并在RFID原型机将响应基带信号解调解码为响应数据后，将响应基带信号和响应数据发送至主控器；主控器还用于根据响应基带信号进行射频一致性测试，以及用于根据响应数据进行协议一致性测试，并显示测试结果。

如图2所示，主控器、中频收发器、上变频器和下变频器分别集成为一块板卡，并安插在背板为PXIe总线的PXIe-1062Q机箱内，主控器、中频收发器、上变频器和下变频器分别连接到PXIe总线进行通信。主控器为软件运行提供了硬件平台，用于用户设置参数配置信息，并将参数配置信息发送至中频收发器、上变频器和下变频器，从而实现参数配置，其中，参数配置信息包括硬件参数、协议参数和命令参数。主控器在运行时参数配置信息通过PXIe总线与四个模块化板卡进行数据交互。天线包括接收天线和发送天线，接收天线与上变频器通信，发送天线与下变频器通信。

如图3所示，RFID原型机通过在PXIe模块化硬件平台上采用LabView FPGA编程语言实现，是RFID阅读器原型机，具体包括发射机、接收机和数据链路层，其中：发射机，位于物理层，用于对要发送的命令信号进行编码调制；接收机，位于物理层，用于对接收到的响应基带信号进行解调解码；数据链路层，用于控制发射机发送信号和对接收机接收信号解析，并通过RFID标签状态和协议控制实现正确的RFID原型机与RFID标签状态跳转、链路通信流程，从而实现数据链路层与物理层之间的相互控制与协同通信。其中，RFID原型机与主控器之间通过先进先出队列(First Input First Output，FIFO)和全局变量实现数据传输与共享。

如图4所示，发射机采用LabView FPGA语言编程实现，发射机包括：通信起始模块，用于识别来自主控器的信号为唤醒信号还是命令信号，若是唤醒信号则控制发射机进入唤醒模块，若为命令信号则控制发射机跳过唤醒模块直接进入组帧模块；唤醒模块，用于发送协议规定的低频信号唤醒处于休眠状态的RFID标签，以激活处于休眠状态的RFID标签，使其进入侦听状态，以便接收来自RFID原型机的命令信号；组帧模块，用于将来自主控器的信号按协议规定转化为比特流格式，具体为将来自主控器的信号加上前导码同步码，组成符合通信规范的数据帧格式；编码模块，用于对比特流数据进行O-QPSK(偏移正交相移键控)和/或DBPSK(差分二进制相移键控)扩频编码，可根据用户配置自动选取相应的编码方式；调制模块，用于对扩频编码后的信号进行对应的O-QPSK和/或DBPSK调制，得到基带信号；DA发送前端模块，用于将调制模块的基带信号采用I/Q数据交织的方式，发送至数模转换器后输出。

如图5所示，接收机采用LabVIEW FPGA语言编程实现，包括：AD接收前端模块，用于从模数转换器中读取响应基带信号，并分别传输响应基带信号至信号检测模块和主控器；信号检测模块，用于启用接收机并检测响应基带信号的起始位置，具体步骤为，首先计算载波的平均能量，而后设置110％和90％两个阈值门限检测标签响应信号上升或下降沿的起始位置；同步模块，用于对响应基带信号进行同步，获取前导码和同步码的帧起始位置，具体步骤为：首先根据采样频率和码片速率选取前导码长度的采样点数，对前导码采取自相关操作并对接收数据进行频偏补偿，接着采用协议中规定的扩频调制后的同步码与接收信号中同步码采样数据进行互相关，互相关系数最大值出现之处即为同步码起始的准确位置；解调模块，用于对同步后的响应基带信号根据调制方式进行O-QPSK和/或DBPSK解调，得到比特流数据，具体为利用扩频序列自身的特点，将对应的扩频序列存为数组，分别与数据进行互相关操作，得到互相关值最大对应的数组对应的比特信息，即为解扩后的比特流数据；解码模块，用于对解调模块得到的比特流数据，根据采用的扩频序列进行解扩解码，并将解码后得到的比特流转化为协议规定的字节数据。

如图6所示，数据链路层用LabVIEW FPGA语言变成实现，数据链路层模块实现了RFID原型机与RFID标签的通信链路，数据链路层包括：指令起始模块，用于接收来自主控器的命令信号，起始RFID原型机的命令信号发送；命令封装模块，用于将主控器发送的协议参数和命令参数，封装成符合协议规定的数据帧格式，并经过FIFO转送至发射机的组帧模块；信息解析模块，用于在检测到接收机解码正确且解码完毕后，对解码后的字节数据按照协议规定的命令帧格式进行解析，提取RFID标签信息；协议控制模块，用于检测RFID标签当前所处状态，并根据提取的RFID标签信息决定发射机继续发送命令交互还是结束通信。

主控器上加载有测试模块和用户界面模块，测试模块和用户界面模块通过在PXIe模块化硬件平台上采用LabView编程语言实现，测试模块用于进行射频一致性测试和协议一致性测试，用户界面模块用于用户设置参数配置信息和显示测试结果。其中，用户界面模块具体包括参数配置单元和发送指令单元，参数配置单元主要实现硬件参数、协议参数和命令参数的配置，硬件参数包括对上变频、中频和下变频板卡的名称分别配置为RFUC、FPGA和RFDC，以控制板卡开启和关闭；协议参数包括通信模式、调制方式、扩频序列长度以及工作信道等；命令参数包括命令的帧格式以及数据消息格式等。发送指令单元主要采用事件触发器控制“发送”“射频一致性测试”以及“协议一致性测试”按钮的执行有效性。其中，测试模块的数据交互采用Read/Write Control方法和FIFO实现与底层FPGA数据之间的交互，射频一致性测试是对中频收发器传输的响应基带信号进行分析，实现联合时频分析、工作频率、频率准确度、占用信道带宽、码片/位速率以及码片/位速率准确度测试项；协议一致性测试是中频收发器发送的响应数据进行分析，实现标签响应时间、标签命令解析(前导码、同步码和校验码)、标签命令响应以及标签状态转移测试项。测试结果显示主要采用循环状态机的方法实现对工作在0-15信道的标签分别进行上述两个测试项的测试，并将测试结果显示在UI界面上，若测试结果符合协议标准则显示为Pass，反之为Fail；结果显示还包括整体时域波形、联合时频分析、频谱图以及星座图等。用户通过UI界面直观地观察标签射频和协议一致性参数的测试结果。

本实施例中，可以同时实现射频一致性和协议一致性的测试RFID；原型机是在PXIe模块化硬件平台上编码实现，所有器件通过PXIe模块化硬件平台实现，一致性测试能够实时出结果，因此快速高效、实时性高；PXIe模块化硬件平台上各器件是模块化的，因此可扩展性高；采用PXIe模块化硬件平台，采用LabView和LabView FPGA语言，结合PXIe模块化板卡，提供人机交互的UI界面，开发周期短，可重用性高；支持信息速率为250kbps的O-QPSK调制扩频方式以及250kbps、62.5kbps、31.25kbps、15.625kbps的DBPSK调制扩频方式，并覆盖了广播与点对点两种通信模式下的全部命令，适用于GB/T 28925的射频标签一致性测试；对标签射频和协议一致性测试项覆盖完整，并通过循环状态机实现对工作在信道0-15的标签的测试，并显示时域波形图、频谱图、标签状态转移图、测试结果参数、标签命令解析结果等，向用户直观地呈现标签的射频和协议一致性的性能，直观性强。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：包括在PXIe模块化硬件平台上实现的主控器、中频收发器、上变频器、下变频器和天线；其中：

所述主控器，用于生成命令信号，并发送至所述中频收发器；

所述中频收发器，用于将所述命令信号传输至FPGA底层的RFID原型机，并在所述RFID原型机将所述命令信号编码调制为命令基带信号后，将所述命令基带信号转换为命令中频信号发送至所述上变频器；

所述上变频器，用于将所述命令中频信号上变频为命令射频信号，并发送至所述天线；

所述天线，用于将所述命令射频信号发送至RFID标签，以及接收RFID标签返回的响应射频信号，并发送至所述下变频器；

所述下变频器，用于将所述响应射频信号下变频为响应中频信号；

所述中频收发器，还用于将所述响应中频信号转换为响应基带信号后，发送至所述RFID原型机，并在所述RFID原型机将所述响应基带信号解调解码为响应数据后，将所述响应基带信号和所述响应数据发送至所述主控器；

所述主控器，还用于根据所述响应基带信号进行射频一致性测试，以及用于根据所述响应数据进行协议一致性测试，并显示测试结果。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述主控器还用于用户设置参数配置信息，并将所述参数配置信息分别发送至所述中频收发器、所述上变频器和所述下变频器，从而实现参数配置；其中，所述参数配置信息包括硬件参数、协议参数和命令参数。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述RFID原型机与所述主控器之间通过FIFO和全局变量实现数据传输与共享。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述RFID原型机通过在PXIe模块化硬件平台上采用LabView FPGA编程语言实现，包括：

发射机，位于物理层，用于对要发送的命令信号进行编码调制；

接收机，位于物理层，用于对接收到的响应基带信号进行解调解码；

数据链路层，用于控制所述发射机发送信号和对所述接收机的接收信号解析，并通过RFID标签状态和协议控制实现正确的与RFID标签状态跳转、链路通信流程，从而实现数据链路层与物理层之间的相互控制与协同通信。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述发射机包括：

通信起始模块，用于识别来自所述主控器的信号为唤醒信号还是命令信号，若是唤醒信号则控制发射机进入唤醒模块，若为命令信号则控制发射机跳过唤醒模块直接进入组帧模块；

唤醒模块，用于发送低频信号唤醒处于休眠状态的RFID标签；

组帧模块，用于将来自所述主控器的信号转化为比特流格式；

编码模块，用于对所述比特流数据进行O-QPSK和/或DBPSK扩频编码；

调制模块，用于对扩频编码后的信号进行对应的O-QPSK和/或DBPSK调制，得到基带信号；

DA发送前端模块，用于将调制模块的基带信号采用I/Q数据交织的方式，发送至数模转换器。

6.根据权利要求4中所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述接收机包括：

AD接收前端模块，用于从模数转换器中读取响应基带信号，并分别传输响应基带信号至信号检测模块和所述主控器；

信号检测模块，用于启用接收机并检测响应基带信号的起始位置；

同步模块，用于对响应基带信号进行同步，获取前导码和同步码的帧起始位置；

解调模块，用于对同步后的响应基带信号根据调制方式进行O-QPSK和/或DBPSK解调，得到比特流数据；

解码模块，用于对所述解调模块得到的比特流数据，根据采用的扩频序列进行解扩解码，并将解码后得到的比特流转化为字节数据。

7.根据权利要求4所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述数据链路层包括：

指令起始模块，用于接收来自所述主控器的命令信号，起始所述RFID原型机的命令信号发送；

命令封装模块，用于将主控器发送的所述协议参数和所述命令参数，封装成符合协议规定的数据帧格式，并经过FIFO转送至所述发射机的组帧模块；

信息解析模块，用于在检测到接收机解码正确且解码完毕后，对解码后的字节数据按照协议规定的命令帧格式进行解析，提取RFID标签信息；

协议控制模块，用于检测RFID标签当前所处状态，并根据提取的RFID标签信息决定发射机继续发送命令交互还是结束通信。

8.根据权利要求2所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述主控器上加载有测试模块和用户界面模块，所述测试模块和用户界面模块通过在PXIe模块化硬件平台上采用LabView编程语言实现，所述测试模块用于进行射频一致性测试和协议一致性测试，所述用户界面模块用于用户设置参数配置信息和显示测试结果。

9.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述主控器、所述中频收发器、所述上变频器和所述下变频器分别集成为一块板卡，并安插在背板为PXIe总线的机箱内，所述主控器、所述中频收发器、所述上变频器和所述下变频器分别连接到所述PXIe总线，从而进行通信。

10.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的RFID标签一致性测试系统，其特征在于：所述主控器、所述中频收发器、所述上变频器、所述下变频器和所述天线，具体型号分别为PXIe-8115主控器、PXIe-5640R中频收发器、PXIe-5610上变频器、PXIe-5600下变频器和2.45G平板天线。