《電子技術(shù)應(yīng)用》
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跨越RFID測試挑戰(zhàn)“三重門”加速物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
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摘要： 物聯(lián)網(wǎng)遙不可及還是近在咫尺,？工信部電信研究院在2011年5月發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中預(yù)計(jì),，“十二五”期末中國物聯(lián)...
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關(guān)鍵字：RFID 測試 物聯(lián)網(wǎng) 泰克

    物聯(lián)網(wǎng)遙不可及還是近在咫尺？工信部電信研究院在2011年5月發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中預(yù)計(jì),，“十二五”期末中國物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到5,000多億元,，形成萬億元級(jí)規(guī)模的時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)在“十三五”后期,。
 
    正如中國電子學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)專家委員會(huì)副主任陳章龍教授日前在深圳2011國際物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高峰論壇上指出的：“物聯(lián)網(wǎng)還要7-8年后才能找到大規(guī)模應(yīng)用的商業(yè)模式。”可見,，雖然物聯(lián)網(wǎng)概念廣泛流傳,，但由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失,、核心技術(shù)缺位、成本高,、應(yīng)用模式不成熟,、統(tǒng)籌規(guī)劃和管理缺乏等障礙，該產(chǎn)業(yè)短期內(nèi)在整體上還難以快速增長,。
 
    不過業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為,，在部分閉環(huán)行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域如物流、交通,、電力等,，物聯(lián)網(wǎng)還是擁有較為迫切的市場需求，并已引發(fā)部分物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如作為物聯(lián)網(wǎng)“觸角”的RFID技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,，特別是在目前政府的大力支持下,，“觸角”無疑成為現(xiàn)階段的“主角”。
 
    “物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍比較廣,，但不管哪個(gè)細(xì)分領(lǐng)域都要用到RFID技術(shù),，我們在各種物聯(lián)網(wǎng)展會(huì)上看到RFID上下游企業(yè)在大唱主角兒，不少RFID的研發(fā)企業(yè)和項(xiàng)目也率先獲得今年國家物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)基金的扶持,。”泰克公司高級(jí)應(yīng)用工程師曾志在本次物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇的演講開場白中表示,，“因此，從技術(shù)開發(fā)的角度來說,，解決RFID設(shè)計(jì)和應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的首要任務(wù)之一,。”
 
 
圖1：泰克公司高級(jí)應(yīng)用工程師曾志在闡述實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀（RTSA）和MDO混合域示波器在物聯(lián)網(wǎng)測試中的應(yīng)用。
 
    RFID的信號(hào)特點(diǎn)即是難點(diǎn)
 
    中國目前已形成基本齊全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系,，眾所周知,，在網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支持能力方面，中國與國外的差距已相對(duì)較小,，但傳感器,、RFID等感知端制造產(chǎn)業(yè)、高端軟件與集成服務(wù)與國外差距還很大,。
 
    正是RFID信號(hào)的特點(diǎn)決定了RFID芯片和系統(tǒng)開發(fā)與測試的難點(diǎn)所在,。泰克公司的曾志在演講中分析道，RFID主要由三部分組成：讀寫器,，應(yīng)答器（標(biāo)簽）,，以及天線，讀寫器和標(biāo)簽靠天線交換信息,。RFID信號(hào)是間歇性微功率發(fā)射,，有些標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)有跳頻信號(hào)，而且存在多標(biāo)準(zhǔn)和多制式的局面：1.不同的標(biāo)準(zhǔn)使用不同的頻段（LF，HF,，UHF,，2.4GHz，5.8GHz等）,；2.采用不同的調(diào)制方式,，如ASK，BPSK,，F(xiàn)SK等,；3.不同標(biāo)準(zhǔn)有著不同的編碼方式如NRZ，Miller,，F(xiàn)M0,，PIE等。
 
    “目前被較多廠商支持的RFID常見標(biāo)準(zhǔn)包括ISO15693（鄰近式非接觸）,、ISO14443（接近式非接觸）,、以及EPC Class1 Generation2(新一代超高頻RFID無線接口標(biāo)準(zhǔn)，等同于ISO18000-6C),，在中國還制定了針對(duì)交通運(yùn)輸應(yīng)用的‘免停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)’標(biāo)準(zhǔn)——ETC China,。”曾志介紹說，“這些標(biāo)準(zhǔn)的載波頻段,、RF接口參數(shù)各不相同,，而且EPC Class1 Generation2的900MHz UHF 頻段的頻率范圍還由各國政府部門制定。”
 
 
圖2：EPC Class1 G2的900MHz UHF 頻段范圍在各國的分配情況不一,。
 
    另外,，由于RFID采用無線傳輸方式，再加上實(shí)際工作環(huán)境復(fù)雜,，存在競爭,、沖突和干擾問題。因此,，RFID信號(hào)測試項(xiàng)目很多：包括許多和時(shí)間相關(guān)的參數(shù),，如讀寫器和標(biāo)簽發(fā)射機(jī)響應(yīng)時(shí)間參數(shù)、跳頻時(shí)間,、碼元周期等,，還包括頻域指標(biāo)、調(diào)制域指標(biāo)等,。
 
    曾志總結(jié)了RFID測試面臨的主要挑戰(zhàn)：
  1. 讀寫器測試
    - 需要能夠準(zhǔn)確,、快速地捕獲RFID的間歇性突發(fā)信號(hào)；
    - 需要兼容多種調(diào)制和解碼方式及標(biāo)準(zhǔn),；
    - 需要時(shí)域頻域和調(diào)制域的聯(lián)合分析,，時(shí)間相關(guān)測量 （如標(biāo)簽讀取的時(shí)序）；
    - 需要強(qiáng)大的頻域觸發(fā)功能,，捕獲頻域上的特定信號(hào)（如干擾）,；
    - 跳頻信號(hào)捕獲（觸發(fā)）和解調(diào)分析。
  2. 標(biāo)簽測試
    - 需要對(duì)微弱信號(hào)的測量和分析能力,；
    - 需要兼容多種調(diào)制和解碼方式,，自動(dòng)解調(diào)和解碼
  3. 系統(tǒng)測試
    - 密集環(huán)境下的交互和抗干擾測試；
    - 一致性（互通性）測試,；
    - 系統(tǒng)讀寫周期分析,；
    - 解碼和信令測試；
    - 需要長存儲(chǔ),，存儲(chǔ)多個(gè)完整的讀寫周期,，便于對(duì)讀寫狀態(tài)分析。
     “能實(shí)時(shí),、準(zhǔn)確捕獲RFID間歇性信號(hào),，支持多標(biāo)準(zhǔn)、多域分析功能等,，這是相應(yīng)信號(hào)分析設(shè)備應(yīng)對(duì)上述三個(gè)方面測試挑戰(zhàn)所要具備的特性,。”曾志指出，“泰克基于DPX專利技術(shù)的實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀（RTSA）系列以及最新推出的集成頻譜分析儀的混合域示波器MDO4000系列為RFID研發(fā),、現(xiàn)場和認(rèn)證測試提供了強(qiáng)大的解決方案平臺(tái),。”
 
 
圖3：實(shí)時(shí)頻譜分析儀和傳統(tǒng)頻譜分析儀的區(qū)別。

    跨越研發(fā),、現(xiàn)場,、認(rèn)證測試“三重門”

 
    RFID的測試分為研發(fā)測試（讀寫器實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、系統(tǒng)開發(fā)和驗(yàn)證）,、現(xiàn)場測試（系統(tǒng)調(diào)試,、電磁環(huán)境評(píng)估、干擾查找和定位,、數(shù)據(jù)采集）和認(rèn)證測試（RFID標(biāo)準(zhǔn)一致性測試,、系統(tǒng)互通性測試）三個(gè)階段。
 
    泰克公司提供的RFID測試解決方案——RTSA和混合域分析儀及示波器MDO在研發(fā)測試階段所能發(fā)揮的作用分為以下三個(gè)方面：
  1. 讀寫器設(shè)備的Troubleshooting：如進(jìn)行讀寫器信號(hào)實(shí)時(shí)頻譜分析（頻率,、功率,、調(diào)制帶寬等），調(diào)制質(zhì)量分析,，瞬態(tài)噪聲分析,，跳頻捕獲和調(diào)制質(zhì)量分析，時(shí)序測量,，命令測試等,；
  2. 標(biāo)簽測試：靈敏的觸發(fā)設(shè)置，捕獲低調(diào)制深度標(biāo)簽信號(hào)，時(shí)序測量,，頻譜測試,，負(fù)載調(diào)制能量和質(zhì)量；
  3. 分析和評(píng)估讀寫器與標(biāo)簽互通特性：實(shí)時(shí)頻譜分析（同頻頻譜分析）,，時(shí)序測量,，碰撞分析，標(biāo)簽調(diào)制回波質(zhì)量分析,。
    泰克RTSA可以在一臺(tái)儀表中同時(shí)獲得寬帶矢量信號(hào)分析儀,、頻譜分析儀功能，并具備獨(dú)有的觸發(fā)-捕獲-分析能力,，可以輕松應(yīng)對(duì)所有RFID應(yīng)用中瞬變信號(hào)的捕獲,。頻率達(dá)到8GHz，適合RFID所有頻段要求,；高達(dá)85MHz分析帶寬,，可滿足所有RFID標(biāo)準(zhǔn)測試。其專利的DPX實(shí)時(shí)頻譜技術(shù),，實(shí)現(xiàn)292,000頻譜/秒更新速度,。而超長記錄時(shí)間，能夠記錄完整的RFID交互過程
 
 
圖4：泰克RTSA集成的DPX實(shí)時(shí)頻譜顯示技術(shù)非常適合RFID的讀寫器頻譜分析,。
 
    RTSA具有靈活的頻率模板觸發(fā)器（FMT）,，為可靠地檢測和分析動(dòng)態(tài)RF信號(hào)提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。它還可以用來進(jìn)行傳統(tǒng)頻譜分析儀不可能完成的測量,，如在存在強(qiáng)大的RF信號(hào)時(shí)捕獲小電平瞬時(shí)事件,，在擁擠的頻譜范圍內(nèi)檢測特定頻率上的間歇性信號(hào)。分析儀在檢測到觸發(fā)事件時(shí),，能夠把觸發(fā)前和觸發(fā)后的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中,。一旦信號(hào)已經(jīng)采集并存儲(chǔ)在內(nèi)存中，可以使用RTSA 中提供的各種時(shí)間相關(guān)視圖分析信號(hào),，這種時(shí)間相關(guān)的多域分析功能提供了巨大的靈活性,，可以使用各種分析工具，放大和全面檢定采集的RF信號(hào)的不同部分,。
 
    至于混合域示波器MDO4000系列在RFID研發(fā)測試中的用武之地,，曾志指出，一個(gè)典型的RFID讀寫器系統(tǒng)由基帶電路,、射頻電路,、電源和接口電路等組成。除了RF部分可以使用MDO的RF測試功能進(jìn)行測試外,，基帶電路中的大量總線信號(hào)如SPI總線,、并行總線,、UART或USB或Ethernet總線的系統(tǒng)調(diào)試，MDO可以通過增加總線解碼模塊的方法提供,。系統(tǒng)中還包括DC/DC或AC/DC電源電路,，以及電源管理功能模塊。DPO4PWR提供了全面完善的電源設(shè)計(jì)調(diào)試方案,。如果用戶還有FPGA調(diào)試的需求，F(xiàn)PGAView可以提供基于MDO4000平臺(tái)的FPGA調(diào)試工具,。
 
 
圖5：MDO4000系列在RFID測試中的應(yīng)用之一：為調(diào)試和編程接口(JTAG)提供FPGA實(shí)時(shí)邏輯調(diào)試方案,。
 
    對(duì)于RFID現(xiàn)場測試，曾志總結(jié)了泰克RTSA方案的優(yōu)勢和特點(diǎn)是：1.高性能頻譜測量+多域分析,；2.超寬捕獲帶寬,，使用所有RFID信號(hào)要求；3.長時(shí)間IQ數(shù)據(jù)保存,，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,。
 
    對(duì)于要求更多、更為嚴(yán)格的RFID認(rèn)證測試主要指一致性測試和互通性測試,，具體涉及：射頻參數(shù)測試（頻域,、時(shí)域、調(diào)制域）,、標(biāo)準(zhǔn)符合性測試（法規(guī)符合性,、調(diào)制質(zhì)量 EVM、調(diào)制度等）,、解碼,；真實(shí)環(huán)境下抗干擾能力、密集環(huán)境下的防碰撞和交互性等,。產(chǎn)品的測試與認(rèn)證是RFID產(chǎn)業(yè)鏈各方均需要的,，通過測試認(rèn)定可以建立起有關(guān)產(chǎn)品的規(guī)格與品質(zhì)的基本規(guī)范，從而降低人們認(rèn)識(shí)產(chǎn)品的復(fù)雜性,，同時(shí)也建立起一種信譽(yù)體系,。
 
    泰克的RTSA可提供專業(yè)的RFID認(rèn)證測試軟件（選件21），提供了目前業(yè)界最全面的標(biāo)準(zhǔn)支持,，支持自定義RFID標(biāo)準(zhǔn)測試,，集成的DPX技術(shù)可實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)互通性測試。據(jù)曾志介紹,，基于泰克實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀的RFID認(rèn)證測試系統(tǒng)（圖6）是EPC GLOBAL 指定的認(rèn)證測試系統(tǒng),，并為國內(nèi)多家認(rèn)證機(jī)構(gòu)所采用，如CESI/GS1（中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所/中國物品編碼中心）,。
 
 
圖6：基于泰克實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀的RFID認(rèn)證測試系統(tǒng),。
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