跨越RFID測試挑戰(zhàn)加速物聯(lián)網發(fā)展 - 全文

　　物聯(lián)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(fā)布的物聯(lián)網白皮書中預計，“十二五”期末中國物聯(lián)網相關產業(yè)規(guī)模將達到5,000多億元，形成萬億元級規(guī)模的時間節(jié)點預計在“十三五”后期。

　　正如中國電子學會物聯(lián)網專家委員會副主任陳章龍教授日前在深圳2011國際物聯(lián)網發(fā)展高峰論壇上指出的：“物聯(lián)網還要7-8年后才能找到大規(guī)模應用的商業(yè)模式?！笨梢?，雖然物聯(lián)網概念廣泛流傳，但由于行業(yè)標準規(guī)范缺失、核心技術缺位、成本高、應用模式不成熟、統(tǒng)籌規(guī)劃和管理缺乏等障礙，該產業(yè)短期內在整體上還難以快速增長。

　　不過業(yè)內人士普遍認為，在部分閉環(huán)行業(yè)應用領域如物流、交通、電力等，物聯(lián)網還是擁有較為迫切的市場需求，并已引發(fā)部分物聯(lián)網技術如作為物聯(lián)網“觸角”的RFID技術的大規(guī)模應用，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(lián)網展會上看到RFID上下游企業(yè)在大唱主角兒，不少RFID的研發(fā)企業(yè)和項目也率先獲得今年國家物聯(lián)網專項基金的扶持?！?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/泰克/" target="_blank">泰克公司高級應用工程師曾志在本次物聯(lián)網高峰論壇的演講開場白中表示，“因此，從技術開發(fā)的角度來說，解決RFID設計和應用面臨的挑戰(zhàn)是現(xiàn)階段物聯(lián)網產業(yè)的首要任務之一?！?/p>

　　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(lián)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(lián)網產業(yè)體系，眾所周知，在網絡通信相關技術和產業(yè)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(yè)、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(tǒng)開發(fā)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(fā)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，F(xiàn)SK等;3.不同標準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(tǒng)’標準——ETC China?！痹窘榻B說，“這些標準的載波頻段、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?！?/p>

　　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(huán)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(shù)，如讀寫器和標簽發(fā)射機響應時間參數(shù)、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(zhàn)：

　　讀寫器測試

　　- 需要能夠準確、快速地捕獲RFID的間歇性突發(fā)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(lián)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(fā)功能，捕獲頻域上的特定信號(如干擾);

　　- 跳頻信號捕獲(觸發(fā))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(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，存儲多個完整的讀寫周期，便于對讀寫狀態(tài)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(zhàn)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(fā)、現(xiàn)場和認證測試提供了強大的解決方案平臺?！?/p>

　　圖3：實時頻譜分析儀和傳統(tǒng)頻譜分析儀的區(qū)別。

　　跨越研發(fā)、現(xiàn)場、認證測試“三重門”

　　RFID的測試分為研發(fā)測試(讀寫器實驗室研發(fā)、系統(tǒng)開發(fā)和驗證)、現(xiàn)場測試(系統(tǒng)調試、電磁環(huán)境評估、干擾查找和定位、數(shù)據(jù)采集)和認證測試(RFID標準一致性測試、系統(tǒng)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(fā)測試階段所能發(fā)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(tài)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(fā)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(fā)-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(xiàn)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(fā)器(FMT)，為可靠地檢測和分析動態(tài)RF信號提供了一個強大的工具。它還可以用來進行傳統(tǒng)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(fā)事件時，能夠把觸發(fā)前和觸發(fā)后的數(shù)據(jù)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(fā)測試中的用武之地，曾志指出，一個典型的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(tǒng)調試，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計調試方案。如果用戶還有FPGA調試的需求，F(xiàn)PGAView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(xiàn)場測試，曾志總結了泰克RTSA方案的優(yōu)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(shù)據(jù)保存，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(shù)測試(頻域、時域、調制域)、標準符合性測試(法規(guī)符合性、調制質量 EVM、調制度等)、解碼;真實環(huán)境下抗干擾能力、密集環(huán)境下的防碰撞和交互性等。產品的測試與認證是RFID產業(yè)鏈各方均需要的，通過測試認定可以建立起有關產品的規(guī)格與品質的基本規(guī)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(yè)的RFID認證測試軟件(選件21)，提供了目前業(yè)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(xiàn)RFID系統(tǒng)互通性測試。據(jù)曾志介紹，基于泰克實時信號分析儀的RFID認證測試系統(tǒng)(圖6)是EPC GLOBAL 指定的認證測試系統(tǒng)，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)。