《電子技術(shù)應(yīng)用》
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國標(biāo)超高頻射頻識別產(chǎn)品符合性測試方法研究
2017年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
王明磊,,李 娟,黨 斌,,蘇冠群
山東省標(biāo)準(zhǔn)化研究院,,山東 濟(jì)南250014
摘要: 為開展符合GB/T 29768-2013《信息技術(shù) 射頻識別 800/900 MHz空中接口協(xié)議》的超高頻射頻識別產(chǎn)品一致性測試工作,,分析了該標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)和測試需求,研究了測試系統(tǒng)架構(gòu),、測試步驟,、數(shù)據(jù)分析等測試方法過程,開展了符合我國超高頻射頻識別標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽及讀寫器產(chǎn)品的符合性測試與分析,,驗(yàn)證了測試指標(biāo),、測試方法的適用性,為開展有關(guān)產(chǎn)品符合性測試提供了行之有效的方法依據(jù),。
中圖分類號: TN710
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.01.027
中文引用格式: 王明磊,,李娟,黨斌,,等. 國標(biāo)超高頻射頻識別產(chǎn)品符合性測試方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2017,43(1):103-106,,110.
英文引用格式: Wang Minglei,,Li Juan,Dang Bin,,et al. Research on China UHF RFID device conformance test methods[J].Application of Electronic Technique,,2017,43(1):103-106,,110.
Research on China UHF RFID device conformance test methods
Wang Minglei,,Li Juan,Dang Bin,,Su Guanqun
Shandong Institute of Standardization,,Jinan 250014,China
Abstract: Aiming at China UHF RFID standard——GB/T 29768-2013 Information technology-radio frequency identification-air interface protocol at 800/900 MHz,,the main technical indicators and corresponding test requirements of the standard are analyzed to develop the product conformance test. The test system architecture, test process and data analysis are studied to verify these indicators. Based on the above research, the practical conformance test of UHF RFID tags and readers is carried out. The applicability of the test indicators and test method are proved through the test which will be a beneficial reference for China UHF RFID devices conformance test.
Key words : UHF,;RFID;air interface,;conformance,;test methods

0 引言

    射頻識別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù),根據(jù)工作頻率的不同,,劃分為低頻(LF),、高頻(HF)、超高頻(UHF),、微波(MW)等不同類別,。超高頻RFID工作在800/900 MHz無線電頻段,廣泛用于倉儲、物流,、追溯,、防偽、安全等領(lǐng)域[1,,2],。

    我國在超高頻RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范方面,繼無線電頻段規(guī)劃文件《800/900 MHz頻段射頻識別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定(試行)》于2007年公布后,,包含自主知識產(chǎn)權(quán)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29768-2013《信息技術(shù) 射頻識別800/900 MHz空中接口協(xié)議》也于2014年5月1日開始正式實(shí)施,。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了840 MHz~845 MHz和 920 MHz~925 MHz頻段射頻識別系統(tǒng)空中接口的物理層和媒體訪問控制層參數(shù)以及協(xié)議工作方式[3]

    在政府引導(dǎo)和業(yè)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研用各方面力量的共同推進(jìn)下,,符合GB/T 29768標(biāo)準(zhǔn)的射頻識別電子標(biāo)簽和讀寫器產(chǎn)品已陸續(xù)推出并得到應(yīng)用,。隨著應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大,電子標(biāo)簽及讀寫器產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的空口指標(biāo),、產(chǎn)品性能,、可靠性等方面存在的質(zhì)量差異,導(dǎo)致應(yīng)用中出現(xiàn)識讀率低,、讀取性能差,、工作不穩(wěn)定等質(zhì)量問題,最終影響終端用戶對該標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的使用信心,。通過開展對產(chǎn)品質(zhì)量的測試和檢驗(yàn)工作,,進(jìn)而促進(jìn)整體質(zhì)量水平提升,對維護(hù)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有著極為重要的意義,。

    RFID測試包括標(biāo)準(zhǔn)符合性,、產(chǎn)品性能、環(huán)境適應(yīng)性,、可靠性等方面,。其中符合性測試用于驗(yàn)證RFID產(chǎn)品的通信相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定之間的符合性,是RFID產(chǎn)品互聯(lián)互通的最基本保證,。

    超高頻電子標(biāo)簽與讀寫器之間采用了無線電通信方式,,這必然要求系統(tǒng)中的標(biāo)簽和讀寫器都遵循相同的空中接口和通信協(xié)議,并保證空中接口的關(guān)鍵特性指標(biāo)和協(xié)議格式在標(biāo)準(zhǔn)要求的限值范圍之內(nèi),,才能確保標(biāo)簽與讀寫器之間的穩(wěn)定互聯(lián)互通[4-7],。

    目前, ISO/IEC 18000-6[8]是與GB/T 29768具有近似工作原理的超高頻RFID技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn),。但兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在工作頻段,、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)編碼,、前導(dǎo)碼,、反向鏈接頻率、命令結(jié)構(gòu)、防碰撞算法等技術(shù)細(xì)節(jié)上,,仍存在著較明顯差異,。

    ISO/IEC 18047-6[9]是針對ISO/IEC 18000-6規(guī)定的空中接口,、通信協(xié)議等技術(shù)指標(biāo)而提出的一系列測試方法標(biāo)準(zhǔn),,主要從信號級、邏輯級以及通信級進(jìn)行分類測試,。ISO/IEC 18047-6的測試方法對于開展GB/T 29768產(chǎn)品的測試工作具有一定的參考價(jià)值,,但全盤照搬也是明顯不可行的。

    為此,,本文重點(diǎn)分析了GB/T 29768的主要技術(shù)指標(biāo)和測試需求,,研究了測試系統(tǒng)架構(gòu)、測試步驟,、數(shù)據(jù)分析等測試方法過程,,開展了實(shí)際測試驗(yàn)證分析,以期為符合我國超高頻國家標(biāo)準(zhǔn)的RFID產(chǎn)品的符合性測試提供參考,。

1 測試指標(biāo)分析

    超高頻RFID電子標(biāo)簽與讀寫器之間為雙向無線通信,,對于該類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)符合性測試工作,是在采集標(biāo)簽和讀寫器之間通信信號的基礎(chǔ)上,,從中測量得到空中接口和通信協(xié)議關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)際值,,并與標(biāo)準(zhǔn)中的約定值進(jìn)行比較和判別的過程。

    作為測試方法研究的基礎(chǔ),,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,,從GB/T 29768標(biāo)準(zhǔn)中提取了16項(xiàng)讀寫器到電子標(biāo)簽的物理層和媒體訪問控制層的關(guān)鍵指標(biāo),以及10項(xiàng)電子標(biāo)簽到讀寫器的物理層和媒體訪問控制層的關(guān)鍵指標(biāo),,作為檢測方法制定的最基本依據(jù),。主要測試指標(biāo)見表1。

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2 測試方法

2.1 測試系統(tǒng)架構(gòu)

    超高頻RFID技術(shù)采用了“讀寫器先講”和“載波調(diào)制”的半雙工交互通信模型,,即:讀寫器在發(fā)出命令后,,持續(xù)發(fā)送未調(diào)制的射頻載波,標(biāo)簽從讀寫器發(fā)送的射頻載波中獲得工作能量,,并將標(biāo)簽對讀寫器命令的響應(yīng)數(shù)據(jù)使用反相散射方式調(diào)制在載波信號上,,將結(jié)果反饋給讀寫器。這意味著,,在測試工作中,,單獨(dú)的被測品將不能完成通信的全過程,,需要使用激勵/應(yīng)答設(shè)備與被測品之間配合建立完整的交互通信,。各項(xiàng)空中接口參數(shù)的測量儀器則處于監(jiān)聽位置,采集和記錄標(biāo)簽與讀寫器之間的通信信號,,從中測量出需要的指標(biāo)。

    根據(jù)以上思路,,給出測試系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示,。測試天線、RFID標(biāo)簽,、RFID讀寫器天線的中心處于同一直線上,,即天線之間應(yīng)處于最佳耦合;標(biāo)簽與讀寫器之間的距離d2應(yīng)滿足天線遠(yuǎn)場條件,,此距離應(yīng)大于3倍的超高頻RFID工作頻率的無線電波波長,;測試天線和讀寫器天線分別放置于被測標(biāo)簽的兩側(cè),以盡量減小測試天線接收到的讀寫波信號幅度,,避免大幅度的載波信號影響測量儀器對于小幅度的標(biāo)簽反向散射信號的辨識,;標(biāo)簽到測試天線的距離d1的確定,以獲取盡量大幅度的標(biāo)簽反相散射信號為宜,。

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    由于在GB/T 29768標(biāo)準(zhǔn)要求的工作頻段附近,,分布著手機(jī)、對講機(jī),、集群通信等較大功率的無線電信號,,為避免環(huán)境電磁干擾對測量工作的干擾和對測試準(zhǔn)確性的影響,以上采用輻射監(jiān)聽方式的測試系統(tǒng),,應(yīng)在滿足工作距離要求的電波暗室或屏蔽箱內(nèi)進(jìn)行,。測試環(huán)境的環(huán)境噪聲指標(biāo)應(yīng)達(dá)到0.5 GHz~2 GHz,在10 kHz帶寬測量的噪聲幅值的最大值為-60 dB,;標(biāo)簽反向散射的主信號頻率周圍噪聲幅值的最大值為-90 dB,。

    相比常規(guī)方式,本架構(gòu)還做了以下優(yōu)化:

    (1)綜合測試儀選用混合域示波器,。相比常規(guī)無線電測試系統(tǒng)中使用頻譜分析儀,、示波器和矢量信號分析儀來分別采集和測量不同特性的指標(biāo),混合域示波器既能夠滿足超高頻RFID測試中對于頻域特性,、時(shí)域特性和調(diào)制域特性等數(shù)據(jù)的采集要求,,同時(shí)減少了多臺儀器之間的協(xié)同成本及系統(tǒng)的建設(shè)成本。

    (2)使用標(biāo)準(zhǔn)讀寫器或標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽作為被測標(biāo)簽的激勵/應(yīng)答設(shè)備,。通過分析被測品在測試過程中的激勵和應(yīng)答要求,,確定這些要求均在標(biāo)準(zhǔn)約定的參數(shù)范圍之內(nèi)。因此,,這樣的架構(gòu)并不會影響測試系統(tǒng)的測試靈活性和覆蓋范圍,。同時(shí),相比常規(guī)無線電測試系統(tǒng)中使用矢量信號發(fā)生器作為激勵/應(yīng)答設(shè)備的方式,,極大降低了測試系統(tǒng)的構(gòu)成成本和復(fù)雜程度,,具有更好的可實(shí)現(xiàn)性,。

2.2 RFID電子標(biāo)簽測試系統(tǒng)

    被測品為RFID電子標(biāo)簽時(shí),按圖1構(gòu)建測試系統(tǒng),。被測標(biāo)簽置于測試天線與讀寫器天線的中間位置,;標(biāo)準(zhǔn)讀寫器使用預(yù)先通過測試、符合GB/T 29768標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求的普通RFID讀寫器,。標(biāo)準(zhǔn)讀寫器應(yīng)能夠在測試軟件控制下單獨(dú)發(fā)出測試所需要的讀寫器命令或命令組合,,從而控制讀寫器的工作頻率、調(diào)制方式和定時(shí)參數(shù),。

2.3 RFID讀寫器測試系統(tǒng)

    在被測品為RFID讀寫器時(shí),,同樣基于圖1的測試系統(tǒng)架構(gòu),,但圖1中被測RFID標(biāo)簽的位置替換為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽,,即預(yù)先通過測試并符合GB/T 29768標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求的普通超高頻RFID電子標(biāo)簽,而被測讀寫器則放置于原標(biāo)準(zhǔn)讀寫器的位置,。

2.4 測試步驟

    在按照圖1構(gòu)建測試系統(tǒng)后,,對于標(biāo)準(zhǔn)中不同參數(shù)的測試,其測試操作步驟基本一致,,區(qū)別僅在于采集和測量的參數(shù)不同,。以標(biāo)簽?zāi)骋粎?shù)的測試為例,其基本測試步驟為:(1)連接測試系統(tǒng),;(2)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)讀寫器的參數(shù),,使其符合測試項(xiàng)目需要的參數(shù)配置;(3)標(biāo)準(zhǔn)讀寫器發(fā)送單個(gè)的啟動查詢命令或命令組合,;(4)設(shè)置測量儀器參數(shù),,使其工作到相應(yīng)的信號分析模式;(5)等待測量儀器觸發(fā),,采集通信過程射頻信號,;(6)分析采集到的信號,檢查被測標(biāo)簽是否正確響應(yīng)讀寫器命令,;(7)從采集到的信號中,,測量和計(jì)算得到測試項(xiàng)目的值;(8)循環(huán)執(zhí)行步驟(2)~步驟(7),,使測試覆蓋被測品的每一種可能的工作情況(如不同的工作頻點(diǎn),、不同的定時(shí)參數(shù)等)。

3 實(shí)際測試驗(yàn)證分析

    基于上述方法,,對超高頻電子標(biāo)簽及讀寫器進(jìn)行了實(shí)際測試,,采集到讀寫器與標(biāo)簽之間通信過程的射頻信號時(shí)/頻混合域波形如圖2所示。

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    對照標(biāo)準(zhǔn)中對通信過程的約定,,圖2上半部的時(shí)域波形可以分為:開載波(A),、讀寫器命令(B),、標(biāo)簽應(yīng)答(C)和關(guān)載波(A′)四段。對其分析測量可獲取讀寫器到標(biāo)簽,、標(biāo)簽到讀寫器的空中接口和協(xié)議的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo),。工作頻率、占用信道帶寬,、信道中心頻率,、臨道泄露比、最大發(fā)射功率ERP,、帶外雜散發(fā)射等頻域指標(biāo),,則從圖2下半部分的頻譜圖中測得。整體的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比對分析,,判斷空口和協(xié)議是否符合GB/T 29768的規(guī)定,,即標(biāo)準(zhǔn)符合性。

3.1 讀寫器到標(biāo)簽的參數(shù)指標(biāo)驗(yàn)證分析

    分析,、測量圖2中的A,、A′、B段,,可得到讀寫器到標(biāo)簽的參數(shù)指標(biāo),。

    (1)圖2中的A段是讀寫器打開載波時(shí)的射頻信號包絡(luò),可以從信號包絡(luò)上測量包絡(luò)上升時(shí)間,、穩(wěn)定時(shí)間,、紋波過沖和紋波欠沖等參數(shù)(Int:8);

    (2)信號的A′段是讀寫器關(guān)閉載波時(shí)的射頻信號包絡(luò),,可以從信號包絡(luò)上測量包絡(luò)下升時(shí)間,、紋波過沖、紋波欠沖和關(guān)閉載波時(shí)的射頻信號電平等參數(shù)(Int:8),;

    (3)信號的B段是讀寫器發(fā)送命令時(shí)的射頻信號包絡(luò),,放大后如圖3所示。分析得到:

    ①對照GB/T29768中對讀寫器前導(dǎo)碼和數(shù)據(jù)編碼的約定,,可以從時(shí)域波形中識別出前導(dǎo)碼的位置和解碼出數(shù)據(jù)流,;

    ②對照標(biāo)準(zhǔn)GB/T29768中的讀寫器命令集,可以解析出讀寫器命令,,以及“讀寫器兩個(gè)命令之間的時(shí)間間隔”,;

    ③從波形中測量時(shí)間間隔和包絡(luò)幅度數(shù)值,加以計(jì)算和比對,,即可驗(yàn)證表1中的以下指標(biāo)的符合性:讀寫器到標(biāo)簽的射頻信號包絡(luò)(Int:9),、數(shù)據(jù)編碼(Int:13)、前導(dǎo)碼(Int:14),、數(shù)據(jù)傳輸順序(Int:15),、讀寫器命令(Int:16),。

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3.2 標(biāo)簽到讀寫器的參數(shù)指標(biāo)驗(yàn)證分析

    信號的C段是標(biāo)簽反向散射命令應(yīng)答時(shí)的射頻信號包絡(luò),放大后如圖4,。具體分析如下:

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    (1)對照GB/T 29768中對標(biāo)簽數(shù)據(jù)編碼的約定,,可以從標(biāo)簽反向散射時(shí)域波形中識別FM0前導(dǎo)碼的位置和解碼出響應(yīng)數(shù)據(jù);

    (2)圖4中讀寫器命令與標(biāo)簽響應(yīng)之間的時(shí)間間隔T1,,對應(yīng)了GB/T 29768中規(guī)定的“從讀寫器發(fā)送命令結(jié)束到標(biāo)簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包的時(shí)間”,;

    (3)圖4中標(biāo)簽響應(yīng)與下一個(gè)讀寫器命令之間的時(shí)間間隔T2,對應(yīng)了GB/T 29768中規(guī)定的“從標(biāo)簽發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包結(jié)束到讀寫器發(fā)送下一條命令的時(shí)間”,;

    (4)從波形中測量時(shí)間間隔和包絡(luò)幅度數(shù)值,,加以計(jì)算和比對,即可驗(yàn)證表1中的以下指標(biāo)的符合性:副載波調(diào)制(Tag:5),、(Tag:6),、數(shù)據(jù)編碼(Tag:7)、反向鏈路頻率(Tag:8),、前導(dǎo)碼(Tag:9),、數(shù)據(jù)傳輸順序(Tag:10)、命令響應(yīng),、占空比(Tag:11)。

4 結(jié)論

    本文通過分析國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29768-2013《信息技術(shù) 射頻識別 800/900MHz空中接口協(xié)議》的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),,提出了一種低成本,、易實(shí)現(xiàn)的測試系統(tǒng),給出了測試方法及測試步驟,。并通過實(shí)際測試,,詳細(xì)驗(yàn)證了測試方法的有效性、準(zhǔn)確性,,為開展符合我國超高頻射頻識別標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽,、讀寫器產(chǎn)品的符合性測試提供了行之有效的參考。

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作者信息:

王明磊,,李  娟,,黨  斌,蘇冠群

(山東省標(biāo)準(zhǔn)化研究院,,山東 濟(jì)南250014)

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