中心議題：

• 探討RF環境下的RFID測試

解決方案：

• 采用AWG和RTSA技術
• 保證可靠的RFID通信和吞吐量

隨著設備價格的下降及全球市場擴大
，RFID應用正麵臨飛速發展。嵌入式RFID的使用量不斷提高
，隨著泛在ID中心(Ubiquitous ID Center)和T引擎論壇(T-Engine Forum)等協調性機構的形成，GSM協會現已支持將基於RFID的近場通信技術運用於手機中。

RFID的一大挑戰是在複雜的、甚至苛刻的RF環境中優化吞吐量或數據讀取速度。無源RFID標簽可以對射頻範圍內的任何一個或多個閱讀器做出反應。協議中規定了這些通信的行為，但在實際的通信過程中,如果沒有適當的設備，則很難對其進行測試。此外，在集成到采用蜂窩技術、WLAN
、藍牙或ZigBee技術的同一台設備中時，也需要運行嵌入式RFID係統。最後，必須考慮同一頻段中其它用戶發出的幹擾。 其結果是，在部署前就有必要仿真複雜的RF環境
，並分析RFID係統在這些條件下的性能。RFID的脈衝式特點和典型的幹擾源令測試任務變得更富挑戰性。

RFID技術概述

最簡單的RFID係統由一個標簽(可以是無源標簽)和(he)一(yi)個(ge)閱(yue)讀(du)器(qi)組(zu)成(cheng)。從(cong)結(jie)構(gou)上(shang)看(kan)，無(wu)源(yuan)標(biao)簽(qian)的(de)讀(du)取(qu)與(yu)傳(chuan)統(tong)全(quan)雙(shuang)工(gong)數(shu)據(ju)鏈(lian)路(lu)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)。與(yu)傳(chuan)統(tong)有(you)源(yuan)數(shu)據(ju)鏈(lian)路(lu)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)
，無(wu)源(yuan)標(biao)簽(qian)依(yi)賴(lai)其(qi)收(shou)到(dao)的(de)RF能量為自身供電。無源標簽同樣不會生成自己的傳送載波信號，而是調製詢問器發送到標簽的部分能量，這一過程稱為反向散射。

通過把標簽的天線負荷從吸收負荷改變為反射負荷，可以調製來自詢問器的連續波 (CW) 信(xin)號(hao)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)與(yu)利(li)用(yong)鏡(jing)子(zi)和(he)陽(yang)光(guang)向(xiang)遠(yuan)處(chu)某(mou)人(ren)發(fa)送(song)信(xin)號(hao)的(de)過(guo)程(cheng)非(fei)常(chang)類(lei)似(si)。此(ci)外(wai)，這(zhe)樣(yang)還(hai)消(xiao)除(chu)了(le)標(biao)簽(qian)中(zhong)對(dui)高(gao)精(jing)度(du)頻(pin)率(lv)來(lai)源(yuan)和(he)功(gong)率(lv)密(mi)集(ji)型(xing)發(fa)射(she)機(ji)的(de)需(xu)求(qiu)。由(you)於(yu)閱(yue)讀(du)器(qi)和(he)標(biao)簽(qian)共(gong)享(xiang)相(xiang)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)，它(ta)們(men)必(bi)須(xu)輪(lun)流(liu)發(fa)送(song)信(xin)息(xi)。因(yin)此(ci)，反(fan)向(xiang)散(san)射(she)把(ba)閱(yue)讀(du)器(qi)和(he)標(biao)簽(qian)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)限(xian)定(ding)在(zai)半(ban)雙(shuang)工(gong)係(xi)統(tong)上(shang)。 由於從標簽(T)到閱讀器 (R) (表示為T→R)的上行方向從詢問器的CW信(xin)號(hao)中(zhong)調(tiao)製(zhi)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)擴(kuo)頻(pin)技(ji)術(shu)，如(ru)跳(tiao)頻(pin)。在(zai)接(jie)收(shou)機(ji)零(ling)差(cha)下(xia)變(bian)頻(pin)中(zhong)，任(ren)何(he)詢(xun)問(wen)器(qi)信(xin)號(hao)的(de)擴(kuo)展(zhan)或(huo)跳(tiao)頻(pin)會(hui)被(bei)自(zi)動(dong)刪(shan)除(chu)
，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)共(gong)享(xiang)相(xiang)同(tong)的(de)本(ben)振(zhen)(LO)信號。

當存在多個標簽、多個閱讀器和幹擾時
，這個簡單的係統會變得更加複雜。讓我們看一下來自這些情況下的兩個RFID設計挑戰。
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多個閱讀器和密集模式環境

無源RFID標簽的寬帶特點也給密集的(多個)閱yue讀du器qi站zhan點dian帶dai來lai了le某mou些xie挑tiao戰zhan。由you於yu標biao簽qian閱yue讀du器qi確que定ding了le係xi統tong的de工gong作zuo頻pin率lv，且qie標biao簽qian是shi對dui任ren何he閱yue讀du器qi進jin行xing應ying答da的de寬kuan帶dai設she備bei，因yin此ci標biao簽qian對dui某mou個ge特te定ding閱yue讀du器qi的de應ying答da能neng力li有you限xian。無wu源yuan標biao簽qian可ke能neng會hui試shi圖tu對dui所suo有you發fa出chu詢xun問wen的de閱yue讀du器qi做zuo出chu應ying答da。

許多RFID係統將被運用到多個閱讀器或密集模式環境中，以下是一些定義：

·單閱讀器環境：環境中隻有一個閱讀器工作;

·多個閱讀器環境：同時工作的閱讀器數量低於提供的通道數量;

·密集閱讀器模式：挑戰最大的環境，其中閱讀器數量超過通道數量。

閱讀器和標簽幹擾可能發生在工作環境內部，在這個區域內，閱讀器的RF信號衰減低於90 dBc (輻射範圍大約相當於方圓1千米的自由空間)。因此，在密集模式環境中，不管是出於設計還是由於相鄰的RFID閱讀器
，許多閱讀器都將會停止工作。

對於一個擁有多個固定閱讀器和精確頻譜規劃的倉庫應用環境
，在1千米範圍以內來自相鄰設備的幹擾可能會達到最小。然而，由於缺少對安全的緩和距離的控製，移動RFID設備所麵對的將是一個密集模式閱讀器環境。在這種情況下


，找出現有或之後RFID係統應用環境中可能存在哪些信號，並了解閱讀器和標簽在存在幹擾時的行為變得非常關鍵。

針對這種環境，已通過認證用於密集環境的ISO18000-6C 閱讀器通常會切換到米勒調製副載波(MMS) 編碼。這種精心設計的編碼技術在每個比特位下提供了更多的跳變，因而在有噪聲時更容易解碼，但對同一標簽反向散射鏈路頻率(BLF)來說速度較慢。共有三種不同的MMS方案可供選擇
，即Miller-2、Miller-4和Miller-8
，其中的數字指明了多少個BLF周期定義一個數據符號。例如
，在使用40 kHz的最慢BLF時
，Miller-8的數據速率是BLF/8 = 5 kbit/s。在這種慢的速率下，傳送一個96位EPC和16位錯誤校驗將需要22.4ms，對應每秒讀取不到45個標簽(當包括一些命令字節時，如前向鏈路命令，那麼能夠讀取的標簽數量會進一步下降)。出於吞吐量原因，人們不希望以這麼低的速率傳送信號，另外某些法規(如美國FCC Part 15)規定，根據信號20dB的帶寬，在10s或20s的周期內，隻允許在某個頻率上持續工作平均約400ms。這種法規要求標簽閱讀器在400ms後空出通道，跳到一個其他的頻率
，即使在原有頻率上的閱讀還沒有完成。

根據ISO18000-7規範工作的閱讀器和標簽采取不同的方法。它們使用更長的RF傳輸及更低的傳送速率
，提高了信號的抗幹擾能力。對采用同等商用版本ISO 18185的集裝箱應用，這要求最大傳輸周期提高到60s，同時在傳輸之間保持10s的最低靜默周期(FCC part 15.240)。在這麼慢的傳送速率下，可能要用兩分鍾才能傳送識別集裝箱所有貨物所需的整個128kB數據。根據這一標準使用的標簽是有源標簽
，也就是說它們帶有機載電源
，一般輻射功率要高於無源標簽。


這兩種技術都意味著測試解決方案必需在相對較長的時間周期內收集與脈衝式信號有關的詳細的RF數據。

密集模式環境測試解決方案

可以使用任意波形發生器(AWG)仿真密集模式環境。現代AWG可以通過編程直接生成在HF頻段和UHF頻段的RFID信號
，進而使用一台儀器仿真各種信號
，如多個閱讀器或多個標簽，從而降低必須配置多台信號發生器所引起的時間和成本。 分(fen)析(xi)設(she)備(bei)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)深(shen)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)，才(cai)能(neng)捕(bu)獲(huo)這(zhe)些(xie)冗(rong)長(chang)的(de)交(jiao)互(hu)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，標(biao)簽(qian)閱(yue)讀(du)器(qi)會(hui)嚐(chang)試(shi)多(duo)個(ge)查(zha)詢(xun)，可(ke)能(neng)會(hui)命(ming)令(ling)標(biao)簽(qian)降(jiang)低(di)鏈(lian)路(lu)頻(pin)率(lv)，以(yi)檢(jian)驗(yan)標(biao)簽(qian)是(shi)否(fou)像(xiang)某(mou)些(xie)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)要(yao)求(qiu)的(de)那(na)樣(yang)空(kong)出(chu)通(tong)道(dao)。實(shi)時(shi)頻(pin)譜(pu)儀(yi)(RTSA)能夠分析這類事件。
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RTSA可以直接檢驗ISO18000-7的60s傳輸周期和10s靜默周期，在這一應用中的存儲深度超過100s，能全麵分析錯誤條件。

此外，還可以使用多次采集來分析跳頻和突發RFID信號。在這種模式下，RTSA能被設置為捕獲那些用戶自定義時間周期內任何時候發生跳頻和相關觸發的數據。結合了超高幀速率(超過48,000frame/s)，可以全麵捕獲

、分析和解調跳頻RFID信號。

一旦捕獲了信號
，設備可以采用相應的方式分析信號，幫助工程師了解閱讀器和標簽在當前RF環境中的性能是否達到預期的水平，以及如果沒有，為什麼沒有。測量位時間、CW時間及閱讀器和標簽之間的響應時間(稱為周轉時間)能neng提ti供gong重zhong要yao信xin息xi

，幫bang助zhu了le解jie閱yue讀du器qi和he標biao簽qian的de交jiao互hu和he吞tun吐tu量liang。針zhen對dui頻pin率lv事shi件jian檢jian查zha幅fu度du毛mao刺ci有you助zhu於yu確que定ding錯cuo誤wu的de根gen本ben原yuan因yin。例li如ru如ru果guo某mou個ge位wei沒mei有you正zheng確que解jie碼ma
，那na麼me它ta是shiFSK調製錯誤引起的還是ASK 調製錯誤引起的?把各個域中的數據關聯起來，有助於回答這類問題。

現代RTSA可以把頻域
、時域、符號域和其它域中的數據關聯起來，全麵迅速地分析複雜的RF環境和物理層交互。對於自動改變數據速率的ISO18000-6C (EPC GEN2)信號
，這些儀器可以自動檢測符號速率
，突出顯示前置碼，更輕鬆地完成分析任務。

監測RFID同頻道幹擾

RFID收發機必須遵守“產生幹擾有關的”本地法規

，設計提供最優的抗幹擾能力。例如
，新加坡和歐洲分配的頻譜是2MHz，而北美則變成了26MHz，這使得世界各地采用的調製方案和避免衝突的技術有所不同。 有兩種方法可以避免衝突，降低自我幹擾
，即跳頻技術(FH)和先聽後說(LBT)/RFID閱讀器同步技術。美國根據FCC 47 CFG Ch. 1 Part 15采用跳頻技術
，大部分歐洲國家則根據ETSI EN 302 208-1采用LBT或同步技術。

在實際環境中
，有效地分析RFID信號可能是一項複雜的任務。在一個突發幹擾源於多閱讀器
、多標簽響應

、甚至Wi-Fi、ZigBee、藍牙和類似短程RF通信等其它RF服務的環境中
，這些信號也具有突發特點。 其中一種最優秀的監測技術是稱為DPX的RTSA數字熒光技術。這種技術采用非常快的幀速率，同時用顏色表明信號密度或駐留時間，以獨特的方式查看複雜環境中的脈衝式RF信號。
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圖6展現了一個仿真的複雜RF環境，通過將大量的標簽放在閱讀器的閱讀範圍內形成。在監測閱讀器跳頻輸出短短30秒後
，我們可以看到大量的信息。讓我們更仔細地看一下這個彩色顯示畫麵。 紅色信號一直存在，在本例中，它代表著噪底及接近顯示畫麵底部的多個幹擾信號。綠色信號(在本例中主要是突發幹擾) 可能在50%的時間中存在，藍色信號是偶發信號
，右下角的信號密度標度表明了這一點。

藍色信號主要是RFID信號，是閱讀器與一套標簽之間的通信信號。在本例中

，調製類型采用幅移鍵控(ASK)
，高度較高的窄藍色脈衝是“1”，較低的窄藍色脈衝是“0”。DPX可以查看傳統掃頻分析儀看不到的信號。

在這個屏幕截圖中，閱讀器在多個頻率上成功運行
，沒有被幹擾。首先，我們看到的(主要呈)藍色RFID脈衝隻發生在幹淨的頻率上，就可以說明這一點。其次
，通過查看主要呈藍色的RFID脈衝上的其它顏色，我們可以確定RFID成(cheng)功(gong)交(jiao)易(yi)的(de)擴(kuo)展(zhan)駐(zhu)留(liu)時(shi)間(jian)。同(tong)時(shi)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)在(zai)那(na)些(xie)沒(mei)有(you)幹(gan)擾(rao)或(huo)者(zhe)信(xin)噪(zao)比(bi)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)頻(pin)率(lv)上(shang)
，閱(yue)讀(du)器(qi)才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)成(cheng)功(gong)的(de)巡(xun)檢(jian)。這(zhe)清(qing)楚(chu)地(di)表(biao)明(ming)，在(zai)幹(gan)擾(rao)最(zui)低(di)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)，標(biao)簽(qian)讀(du)取(qu)成(cheng)功(gong)的(de)概(gai)率(lv)會(hui)提(ti)高(gao)。

在進行頻率規劃，把每個閱讀器限定在某條通道(或多條通道)時，可以使用DPX保證調製邊帶的電平不會在並放閱讀器使用的通道中產生幹擾。注意圖6中zhong心xin的de閱yue讀du器qi和he標biao簽qian信xin號hao擁yong有you寬kuan頻pin譜pu展zhan寬kuan，駐zhu留liu時shi間jian要yao長chang於yu其qi它ta通tong道dao。較jiao亮liang的de信xin號hao邊bian緣yuan表biao明ming信xin號hao密mi度du較jiao高gao，因yin此ci駐zhu留liu時shi間jian較jiao長chang。這zhe可ke能neng會hui導dao致zhi鄰lin道dao讀du取qu失shi敗bai，應ying采cai取qu措cuo施shi
，保bao證zheng閱yue讀du器qi中zhong的de濾lv波bo功gong能neng足zu以yi抗kang擊ji這zhe種zhong幹gan擾rao。

總結

隨著設備價格下跌和全球市場擴大
，RFID應用也進一步擴展，導致了RFID設備迅猛增長。由於固有的特點，RFID信號麵臨著複雜的、甚至苛刻的RF環境。此外，RFID信號的脈衝式特點使得其很難使用傳統頻譜分析儀進行分析。AWG和RTSA可以高效地仿真和分析多個閱讀器、密集模式環境和常見幹擾信號。可以使用這種技術，在苛刻的環境中保證可靠的RFID通信和吞吐量。