中心議題：

• 探討RF環(huán)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應用正面臨飛速發(fā)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(xié)調性機構的形成，GSM協(xié)會現已支持將基于RFID的近場通信技術運用于手機中。

RFID的一大挑戰(zhàn)是在復雜的、甚至苛刻的RF環(huán)境中優(yōu)化吞吐量或數據讀取速度。無源RFID標簽可以對射頻范圍內的任何一個或多個閱讀器做出反應。協(xié)議中規(guī)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技術的同一臺設備中時，也需要運行嵌入式RFID系統(tǒng)。最后，必須考慮同一頻段中其它用戶發(fā)出的干擾。 其結果是，在部署前就有必要仿真復雜的RF環(huán)境，并分析RFID系統(tǒng)在這些條件下的性能。RFID的脈沖式特點和典型的干擾源令測試任務變得更富挑戰(zhàn)性。

RFID技術概述

最簡單的RFID系統(tǒng)由一個標簽(可以是無源標簽)和一個閱讀器組成。從結構上看，無源標簽的讀取與傳統(tǒng)全雙工數據鏈路略有不同。與傳統(tǒng)有源數據鏈路不同的是，無源標簽依賴其收到的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，而是調制詢問器發(fā)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?yōu)榉瓷湄摵桑梢哉{制來自詢問器的連續(xù)波 (CW) 信號。這個過程與利用鏡子和陽光向遠處某人發(fā)送信號的過程非常類似。此外，這樣還消除了標簽中對高精度頻率來源和功率密集型發(fā)射機的需求。由于閱讀器和標簽共享相同的頻率，它們必須輪流發(fā)送信息。因此，反向散射把閱讀器和標簽之間的通信限定在半雙工系統(tǒng)上。 由于從標簽(T)到閱讀器 (R) (表示為T→R)的上行方向從詢問器的CW信號中調制，因此可以使用擴頻技術，如跳頻。在接收機零差下變頻中，任何詢問器信號的擴展或跳頻會被自動刪除，因為它們共享相同的本振(LO)信號。

當存在多個標簽、多個閱讀器和干擾時，這個簡單的系統(tǒng)會變得更加復雜。讓我們看一下來自這些情況下的兩個RFID設計挑戰(zhàn)。
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多個閱讀器和密集模式環(huán)境

無源RFID標簽的寬帶特點也給密集的(多個)閱讀器站點帶來了某些挑戰(zhàn)。由于標簽閱讀器確定了系統(tǒng)的工作頻率，且標簽是對任何閱讀器進行應答的寬帶設備，因此標簽對某個特定閱讀器的應答能力有限。無源標簽可能會試圖對所有發(fā)出詢問的閱讀器做出應答。

許多RFID系統(tǒng)將被運用到多個閱讀器或密集模式環(huán)境中，以下是一些定義：

·單閱讀器環(huán)境：環(huán)境中只有一個閱讀器工作;

·多個閱讀器環(huán)境：同時工作的閱讀器數量低于提供的通道數量;

·密集閱讀器模式：挑戰(zhàn)最大的環(huán)境，其中閱讀器數量超過通道數量。

閱讀器和標簽干擾可能發(fā)生在工作環(huán)境內部，在這個區(qū)域內，閱讀器的RF信號衰減低于90 dBc (輻射范圍大約相當于方圓1千米的自由空間)。因此，在密集模式環(huán)境中，不管是出于設計還是由于相鄰的RFID閱讀器，許多閱讀器都將會停止工作。

對于一個擁有多個固定閱讀器和精確頻譜規(guī)劃的倉庫應用環(huán)境，在1千米范圍以內來自相鄰設備的干擾可能會達到最小。然而，由于缺少對安全的緩和距離的控制，移動RFID設備所面對的將是一個密集模式閱讀器環(huán)境。在這種情況下，找出現有或之后RFID系統(tǒng)應用環(huán)境中可能存在哪些信號，并了解閱讀器和標簽在存在干擾時的行為變得非常關鍵。

針對這種環(huán)境，已通過認證用于密集環(huán)境的ISO18000-6C 閱讀器通常會切換到米勒調制副載波(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(jié)時，如前向鏈路命令，那么能夠讀取的標簽數量會進一步下降)。出于吞吐量原因，人們不希望以這么低的速率傳送信號，另外某些法規(guī)(如美國FCC Part 15)規(guī)定，根據信號20dB的帶寬，在10s或20s的周期內，只允許在某個頻率上持續(xù)工作平均約400ms。這種法規(guī)要求標簽閱讀器在400ms后空出通道，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(guī)范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，提高了信號的抗干擾能力。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)。在這么慢的傳送速率下，可能要用兩分鐘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，一般輻射功率要高于無源標簽。


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沖式信號有關的詳細的RF數據。

密集模式環(huán)境測試解決方案

可以使用任意波形發(fā)生器(AWG)仿真密集模式環(huán)境?，F代AWG可以通過編程直接生成在HF頻段和UHF頻段的RFID信號，進而使用一臺儀器仿真各種信號，如多個閱讀器或多個標簽，從而降低必須配置多臺信號發(fā)生器所引起的時間和成本。 分析設備通常需要非常深的存儲器，才能捕獲這些冗長的交互。一般來說，標簽閱讀器會嘗試多個查詢，可能會命令標簽降低鏈路頻率，以檢驗標簽是否像某些實現方案要求的那樣空出通道。實時頻譜儀(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，能全面分析錯誤條件。

此外，還可以使用多次采集來分析跳頻和突發(fā)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(fā)生跳頻和相關觸發(fā)的數據。結合了超高幀速率(超過48,000frame/s)，可以全面捕獲、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(huán)境中的性能是否達到預期的水平，以及如果沒有，為什么沒有。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)能提供重要信息，幫助了解閱讀器和標簽的交互和吞吐量。針對頻率事件檢查幅度毛刺有助于確定錯誤的根本原因。例如如果某個位沒有正確解碼，那么它是FSK調制錯誤引起的還是ASK 調制錯誤引起的?把各個域中的數據關聯(lián)起來，有助于回答這類問題。

現代RTSA可以把頻域、時域、符號域和其它域中的數據關聯(lián)起來，全面迅速地分析復雜的RF環(huán)境和物理層交互。對于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，更輕松地完成分析任務。

監(jiān)測RFID同頻道干擾

RFID收發(fā)機必須遵守“產生干擾有關的”本地法規(guī)，設計提供最優(yōu)的抗干擾能力。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制方案和避免沖突的技術有所不同。 有兩種方法可以避免沖突，降低自我干擾，即跳頻技術(FH)和先聽后說(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(huán)境中，有效地分析RFID信號可能是一項復雜的任務。在一個突發(fā)干擾源于多閱讀器、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(huán)境中，這些信號也具有突發(fā)特點。 其中一種最優(yōu)秀的監(jiān)測技術是稱為DPX的RTSA數字熒光技術。這種技術采用非?？斓膸俾剩瑫r用顏色表明信號密度或駐留時間，以獨特的方式查看復雜環(huán)境中的脈沖式RF信號。
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圖6展現了一個仿真的復雜RF環(huán)境，通過將大量的標簽放在閱讀器的閱讀范圍內形成。在監(jiān)測閱讀器跳頻輸出短短30秒后，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面。 紅色信號一直存在，在本例中，它代表著噪底及接近顯示畫面底部的多個干擾信號。綠色信號(在本例中主要是突發(fā)干擾) 可能在50%的時間中存在，藍色信號是偶發(fā)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，調制類型采用幅移鍵控(ASK)，高度較高的窄藍色脈沖是“1”，較低的窄藍色脈沖是“0”。DPX可以查看傳統(tǒng)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，沒有被干擾。首先，我們看到的(主要呈)藍色RFID脈沖只發(fā)生在干凈的頻率上，就可以說明這一點。其次，通過查看主要呈藍色的RFID脈沖上的其它顏色，我們可以確定RFID成功交易的擴展駐留時間。同時我們可以看到在那些沒有干擾或者信噪比比較好的頻率上，閱讀器才能進行成功的巡檢。這清楚地表明，在干擾最低的環(huán)境中，標簽讀取成功的概率會提高。

在進行頻率規(guī)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保證調制邊帶的電平不會在并放閱讀器使用的通道中產生干擾。注意圖6中心的閱讀器和標簽信號擁有寬頻譜展寬，駐留時間要長于其它通道。較亮的信號邊緣表明信號密度較高，因此駐留時間較長。這可能會導致鄰道讀取失敗，應采取措施，保證閱讀器中的濾波功能足以抗擊這種干擾。

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。由于固有的特點，RFID信號面臨著復雜的、甚至苛刻的RF環(huán)境。此外，RFID信號的脈沖式特點使得其很難使用傳統(tǒng)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(huán)境和常見干擾信號?？梢允褂眠@種技術，在苛刻的環(huán)境中保證可靠的RFID通信和吞吐量。