跨越RFID測試挑戰“三重門”加速物聯網發展
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摘要： 物聯網遙不可及還是近在咫尺？工信部電信研究院在2011年5月發布的物聯網白皮書中預計，“十二五”期末中國物聯...
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物聯網遙不可及還是近在咫尺？工信部電信研究院在2011年5月發布的物聯網白皮書中預計，“十二五”期末中國物聯網相關產業規模將達到5,000多億元，形成萬億元級規模的時間節點預計在“十三五”后期。
正如中國電子學會物聯網專家委員會副主任陳章龍教授日前在深圳2011國際物聯網發展高峰論壇上指出的：“物聯網還要7-8年后才能找到大規模應用的商業模式。”可見，雖然物聯網概念廣泛流傳，但由于行業標準規范缺失、核心技術缺位、成本高、應用模式不成熟、統籌規劃和管理缺乏等障礙，該產業短期內在整體上還難以快速增長。
不過業內人士普遍認為，在部分閉環行業應用領域如物流、交通、電力等，物聯網還是擁有較為迫切的市場需求，并已引發部分物聯網技術如作為物聯網“觸角”的RFID技術的大規模應用，特別是在目前政府的大力支持下，“觸角”無疑成為現階段的“主角”。
“物聯網的應用范圍比較廣，但不管哪個細分領域都要用到RFID技術，我們在各種物聯網展會上看到RFID上下游企業在大唱主角兒，不少RFID的研發企業和項目也率先獲得今年國家物聯網專項基金的扶持。”泰克公司高級應用工程師曾志在本次物聯網高峰論壇的演講開場白中表示，“因此，從技術開發的角度來說，解決RFID設計和應用面臨的挑戰是現階段物聯網產業的首要任務之一。”
圖1：泰克公司高級應用工程師曾志在闡述實時信號分析儀（RTSA）和MDO混合域示波器在物聯網測試中的應用。
RFID的信號特點即是難點
中國目前已形成基本齊全的物聯網產業體系，眾所周知，在網絡通信相關技術和產業支持能力方面，中國與國外的差距已相對較小，但傳感器、RFID等感知端制造產業、高端軟件與集成服務與國外差距還很大。
正是RFID信號的特點決定了RFID芯片和系統開發與測試的難點所在。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，應答器（標簽），以及天線，讀寫器和標簽靠天線交換信息。RFID信號是間歇性微功率發射，有些標準還會有跳頻信號，而且存在多標準和多制式的局面：1.不同的標準使用不同的頻段（LF，HF，UHF，2.4GHz，5.8GHz等）；2.采用不同的調制方式，如ASK，BPSK，FSK等；3.不同標準有著不同的編碼方式如NRZ，Miller，FM0，PIE等。
“目前被較多廠商支持的RFID常見標準包括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無線接口標準，等同于ISO18000-6C)，在中國還制定了針對交通運輸應用的‘免停車自動收費系統’標準——ETC China。”曾志介紹說，“這些標準的載波頻段、RF接口參數各不相同，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，再加上實際工作環境復雜，存在競爭、沖突和干擾問題。因此，RFID信號測試項目很多：包括許多和時間相關的參數，如讀寫器和標簽發射機響應時間參數、跳頻時間、碼元周期等，還包括頻域指標、調制域指標等。
曾志總結了RFID測試面臨的主要挑戰：
-
讀寫器測試
- 需要能夠準確、快速地捕獲RFID的間歇性突發信號；
- 需要兼容多種調制和解碼方式及標準；
- 需要時域頻域和調制域的聯合分析，時間相關測量 （如標簽讀取的時序）；
- 需要強大的頻域觸發功能，捕獲頻域上的特定信號（如干擾）；
- 跳頻信號捕獲（觸發）和解調分析。 -
標簽測試
- 需要對微弱信號的測量和分析能力；
- 需要兼容多種調制和解碼方式，自動解調和解碼 -
系統測試
- 密集環境下的交互和抗干擾測試；
- 一致性（互通性）測試；
- 系統讀寫周期分析；
- 解碼和信令測試；
- 需要長存儲，存儲多個完整的讀寫周期，便于對讀寫狀態分析。
“能實時、準確捕獲RFID間歇性信號，支持多標準、多域分析功能等，這是相應信號分析設備應對上述三個方面測試挑戰所要具備的特性。”曾志指出，“泰克基于DPX專利技術的實時信號分析儀（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、現場和認證測試提供了強大的解決方案平臺。”
圖3：實時頻譜分析儀和傳統頻譜分析儀的區別。
跨越研發、現場、認證測試“三重門”
RFID的測試分為研發測試（讀寫器實驗室研發、系統開發和驗證）、現場測試（系統調試、電磁環境評估、干擾查找和定位、數據采集）和認證測試（RFID標準一致性測試、系統互通性測試）三個階段。
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在研發測試階段所能發揮的作用分為以下三個方面：
- 讀寫器設備的Troubleshooting：如進行讀寫器信號實時頻譜分析（頻率、功率、調制帶寬等），調制質量分析，瞬態噪聲分析，跳頻捕獲和調制質量分析，時序測量，命令測試等；
- 標簽測試：靈敏的觸發設置，捕獲低調制深度標簽信號，時序測量，頻譜測試，負載調制能量和質量；
- 分析和評估讀寫器與標簽互通特性：實時頻譜分析（同頻頻譜分析），時序測量，碰撞分析，標簽調制回波質量分析。
泰克RTSA可以在一臺儀表中同時獲得寬帶矢量信號分析儀、頻譜分析儀功能，并具備獨有的觸發-捕獲-分析能力，可以輕松應對所有RFID應用中瞬變信號的捕獲。頻率達到8GHz，適合RFID所有頻段要求；高達85MHz分析帶寬，可滿足所有RFID標準測試。其專利的DPX實時頻譜技術，實現292,000頻譜/秒更新速度。而超長記錄時間，能夠記錄完整的RFID交互過程
圖4：泰克RTSA集成的DPX實時頻譜顯示技術非常適合RFID的讀寫器頻譜分析。
RTSA具有靈活的頻率模板觸發器（FMT），為可靠地檢測和分析動態RF信號提供了一個強大的工具。它還可以用來進行傳統頻譜分析儀不可能完成的測量，如在存在強大的RF信號時捕獲小電平瞬時事件，在擁擠的頻譜范圍內檢測特定頻率上的間歇性信號。分析儀在檢測到觸發事件時，能夠把觸發前和觸發后的數據保存到內存中。一旦信號已經采集并存儲在內存中，可以使用RTSA 中提供的各種時間相關視圖分析信號，這種時間相關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信號的不同部分。
至于混合域示波器MDO4000系列在RFID研發測試中的用武之地，曾志指出，一個典型的RFID讀寫器系統由基帶電路、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測試功能進行測試外，基帶電路中的大量總線信號如SPI總線、并行總線、UART或USB或Ethernet總線的系統調試，MDO可以通過增加總線解碼模塊的方法提供。系統中還包括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計調試方案。如果用戶還有FPGA調試的需求，FPGAView可以提供基于MDO4000平臺的FPGA調試工具。
圖5：MDO4000系列在RFID測試中的應用之一：為調試和編程接口(JTAG)提供FPGA實時邏輯調試方案。
對于RFID現場測試，曾志總結了泰克RTSA方案的優勢和特點是：1.高性能頻譜測量+多域分析；2.超寬捕獲帶寬，使用所有RFID信號要求；3.長時間IQ數據保存，實現現場數據采集。
對于要求更多、更為嚴格的RFID認證測試主要指一致性測試和互通性測試，具體涉及：射頻參數測試（頻域、時域、調制域）、標準符合性測試（法規符合性、調制質量 EVM、調制度等）、解碼；真實環境下抗干擾能力、密集環境下的防碰撞和交互性等。產品的測試與認證是RFID產業鏈各方均需要的，通過測試認定可以建立起有關產品的規格與品質的基本規范，從而降低人們認識產品的復雜性，同時也建立起一種信譽體系。
泰克的RTSA可提供專業的RFID認證測試軟件（選件21），提供了目前業界最全面的標準支持，支持自定義RFID標準測試，集成的DPX技術可實現RFID系統互通性測試。據曾志介紹，基于泰克實時信號分析儀的RFID認證測試系統（圖6）是EPC GLOBAL 指定的認證測試系統，并為國內多家認證機構所采用，如CESI/GS1（中國電子技術標準化研究所/中國物品編碼中心）。
圖6：基于泰克實時信號分析儀的RFID認證測試系統。
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