摘要：频谱分析在RFID 芯片起着比较重要的作用，通常是采用频谱分析仪的硬件完成此工作，采用软件方法测试可加强测试系统的通用性。本文提出一种利用MATLAB 的xPC 目标结合Simulink 程序实现频谱分析的方法，本方法能更方便的应用诸如小波分析、神经网络、模糊等智能工具箱进行信号的分析和提取。

关键词：频谱分析;RFID; 芯片测试;xPC

0 引言

随着技术的进步，无线电通信技术的发展趋势呈现出三个特征，一是数字化，二是智能化，三是隐蔽性强，微弱信号越来越多。RFID 系统的空中接口通信就是这三个特征的典型体现，这给RFID 基准测试带来了很大的挑战。为了能够RFID 标签和读写器之间的无线通信信号进行评价，就需要能够对无线电信号进行侦听的测试设备和方法；同时，为了模拟RFID 系统中的激励信号，实现对功率、频率等电信号的控制，还需要能够实现信号调制和任意波形产生的信号发射仪器。

RFID 系统在工作中广泛采用跳频技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum,FHSS) 避免相互间的干扰，即使用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变。RFID 系统基准测试涵盖了射频信号的频域、时域和调制域的分析。频谱分析仪一直是检定发射机RF 频谱输出的首选工具，以保证满足辐射法规限制。之前的扫频分析仪主要是为分析连续信号开发的，而不是为与目前RFID 产品相关的间歇性RF 瞬变开发的。这会导致各种测量问题，特别是精确地捕获和检定瞬变RF 信号。

根据上述描述可知，频谱分析在RFID 芯片起着比较重要的作用。通常的RFID 都是硬件设备的实时频谱分析仪来完成这一工作的。但采用硬件实现的方式虽然有着可靠性高的优点， 但对于不同标准标签，需要不同的设备来完成工作，如果能采用软件方法实现则可加强测试系统的通用性。本文提出一种利用MATLAB 的xPC 工具箱对PXI 采集板卡操作，采用Simulink 中DSP Blockset 的相关模块实现快速傅里叶变换(FFT)、各种滤波器等功能，最终实现了频谱分析，完成RFID 芯片功能性测试的方法。采用本方法实现测试系统的另外一个好处就是使要测试的信号进入Simulink 环境，能更方便的应用诸如小波分析、神经网络、模糊等智能工具箱进行信号的分析和提取。1 测试系统

RFID 信号的测试涵盖了射频信号的频域、时域和调制域分析。对于芯片、设备研发和制造企业，不仅需要测试产品是否符合无线电法规和行业标准，同时要完成符合相应标准的各种功能性测试。信号是间歇信号且功率较小，有时甚至是跳频信号，因此，频率信号的实时测量就显示尤为重要。RFID 标签测试包括工作距离测试，标签天线方向性测试，标签最小工作场强测试，标签返回信号强度测试，一致性测试，频带宽度测试，各种环境下标签读取率测试，标签读取速度测试等。

以某RFID 的一致性测试为例（如图1 所示），说明频谱分析在整个系统中的作用。该系统是基于PC 机控制的架构（包括仪器的初始化、命令、用户图形界面、自动测试等）。实时频谱分析仪捕捉交换信息的特征并对信息进行处理。切换单元用于在被测仪器（EUT）和测试仪器之间建立连接。信号发生器的信号单元为EUT 产生需要的信号。

图1 一致性测试系统框架

由上图可知，频谱分析在系统中捕捉交换信息的特征并对信息进行处理，在RFID 测试系统中起着重要的作用。

2 频谱分析

将信号源发出的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察变化规律，也就是将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分析。对信号进行频谱分析可以获得更多有用信息，如求得动态信号中的各个频率成分和频率分布范围，求出各个频率成分的幅值分布和能量分布，从而得到主要幅度和能量分布的频率值。信号与系统中时域与频域的对应关系如图2 图所示。

对于信号来说，分模拟信号与数字信号。进行频谱分析时，对于模拟信号来说，首先对其进行抽样，使其离散化，然后利用离散傅里叶变换（DFT）或者快速傅里叶变换（FFT），然后对其幅度和相位的图像进行分析，而对于数字信号来说，则可直接进行离散傅里叶变换或快速傅里叶变换。

一维DFT 快速算法：当序列的点数不超过N 时，它的N 点DFT 定义为

（1）

3 仿真实现

Simulink 仿真环境有DSP 模块，有现成的FFT 模块，再经图形化的编程，则能方便完成各种频谱分析的工作，下面就是RFID 系统中的发射和接收天线的频率响应的计算模块为例进行说明。

如图3 所示，IN 端输入系统的噪声信号，OUT 端输入接收天线的时域信号，两路信号同时经过汉明（Hamming）窗后进行FFT，求自相关，最后就得到了接收天线频域响应信号，即传递函数。

4 xPC 目标定制

xPC 目标是一种“双机型”的解决途经，即xPC 目标需要使用两台PC 机，其中宿主机运行Simulink，而目标机则用于执行所生成的代码。目标PC 机运行了一个高度紧缩型的实时操作内核， 该实时核采用了32 位保护模式，通过以太网络连接（如图4）或串口线连接来实现宿主机和目标机之间的通信。由于目标PC 机专门用于执行所生成的代码，因而xPC 目标提高了性能和系统稳定性。

图4 xPC 以太网连接示意图

xPC 目标本质是采用RTW(Real-time Workshop) 将Simulink 程序转换了C 代码，编译成可执行文件，并通过网线下载到目标机的内存中执行，因目标机为DOS 系统，是实时的系统。所以稳定性，实时性都比较高。xPC 目标支持多家知名厂家的板卡驱动，下面以本文中应用的NI 的AD 为例，图5 就是目前xPC 所支持的板卡种类，当然，对于目前不支持的，用户还可以自行编写S 函数来驱动。

5 结论

件实现的频谱分析仪来完成，但这样的RFID 测试系统通用性不强。采用软件方式是实现各种算法、协议等提升测试系统通用的重要手段，本文提了一种在集成仿真环境Simulink 下可实时的频谱分析解决方案，主要是利用xPC 系统完成硬件的接口，而相应的算法利用DSP BlockSet 中的模块实现，为信号的在线分析和处理信号提供了更友好的选择性。

参考文献

[1] 程骏，Peter Chen. 泰克实时频谱仪在RFID 测试中的应用( 上). 中国电子商情(RFID 技术与应用),2007 年02 期

[2] 谭民, 刘禹, 曾隽芳.RFID 技术系统工程及应用指南. 北京: 机械工业出版社,2007,1-20

[3] 朱野，王旭永，陶建峰，闫述. 实时控制系统平台xPC 与LabVIEW 接口分析及应用. 上海交通大学学报,2008 年02 期

[4] 赵亚明, 马旭东.Simulink/RTW 下xPC Target 的S 函数驱动模块开发. 机械工程与自动化,2007,6(3):50-52.

[5] 杨涤, 李立涛等. 系统实时仿真开发环境与应用. 第1 版. 北京: 年10 月. 清华大学出版社,2002