跨越RFID测试挑战“三重门”加速物联网发展

物联网遥不可及还是近在咫尺？工信部电信研究院在2011年5月发布的物联网白皮书中预计，“十二五”期末中国物联网相关产业规模将达到5,000多亿元，形成万亿元级规模的时间节点预计在“十三五”后期。正如中国电子学会物联网专家委员会副主任陈章龙教授日前在深圳2011国际物联网发展高峰论坛上指出的：“物联网还要7-8年后才能找到大规模应用的商业模式。”可见，虽然物联网概念广泛流传，但由于行业标准规范缺失、核心技术缺位、成本高、应用模式不成熟、统筹规划和管理缺乏等障碍，该产业短期内在整体上还难以快速增长。不过业内人士普遍认为，在部分闭环行业应用领域如物流、交通、电力等，物联网还是拥有较为迫切的市场需求，并已引发部分物联网技术如作为物联网“触角”的RFID技术的大规模应用，特别是在目前政府的大力支持下，“触角”无疑成为现阶段的“主角”。“物联网的应用范围比较广，但不管哪个细分领域都要用到RFID技术，我们在各种物联网展会上看到RFID上下游企业在大唱主角儿，不少RFID的研发企业和项目也率先获得今年国家物联网专项基金的扶持。”泰克公司高级应用工程师曾志在本次物联网高峰论坛的演讲开场白中表示，“因此，从技术开发的角度来说，解决RFID设计和应用面临的挑战是现阶段物联网产业的首要任务之一。”图1：泰克公司高级应用工程师曾志在阐述实时信号分析仪（RTSA）和MDO混合域示波器在物联网测试中的应用。RFID的信号特点即是难点中国目前已形成基本齐全的物联网产业体系，众所周知，在网络通信相关技术和产业支持能力方面，中国与国外的差距已相对较小，但传感器、RFID等感知端制造产业、高端软件与集成服务与国外差距还很大。正是RFID信号的特点决定了RFID芯片和系统开发与测试的难点所在。泰克公司的曾志在演讲中分析道，RFID主要由三部分组成：读写器，应答器（标签），以及天线，读写器和标签靠天线交换信息。RFID信号是间歇性微功率发射，有些标准还会有跳频信号，而且存在多标准和多制式的局面：1.不同的标准使用不同的频段（LF，HF，UHF，2.4GHz，5.8GHz等）；2.采用不同的调制方式，如ASK，BPSK，FSK等；3.不同标准有着不同的编码方式如NRZ，Miller，FM0，PIE等。“目前被较多厂商支持的RFID常见标准包括ISO15693（邻近式非接触）、ISO14443（接近式非接触）、以及EPC Class1 Generation2(新一代超高频RFID无线接口标准，等同于ISO18000-6C)，在中国还制定了针对交通运输应用的‘免停车自动收费系统’标准——ETC China。”曾志介绍说，“这些标准的载波频段、RF接口参数各不相同，而且EPC Class1 Generation2的900MHz UHF 频段的频率范围还由各国政府部门制定。”图2：EPC Class1 G2的900MHz UHF 频段范围在各国的分配情况不一。另外，由于RFID采用无线传输方式，再加上实际工作环境复杂，存在竞争、冲突和干扰问题。因此，RFID信号测试项目很多：包括许多和时间相关的参数，如读写器和标签发射机响应时间参数、跳频时间、码元周期等，还包括频域指标、调制域指标等。曾志总结了RFID测试面临的主要挑战：读写器测试- 需要能够准确、快速地捕获RFID的间歇性突发信号；- 需要兼容多种调制和解码方式及标准；- 需要时域频域和调制域的联合分析，时间相关测量 （如标签读取的时序）；- 需要强大的频域触发功能，捕获频域上的特定信号（如干扰）；- 跳频信号捕获（触发）和解调分析。 标签测试- 需要对微弱信号的测量和分析能力；- 需要兼容多种调制和解码方式，自动解调和解码 系统测试- 密集环境下的交互和抗干扰测试；- 一致性（互通性）测试；- 系统读写周期分析；- 解码和信令测试；- 需要长存储，存储多个完整的读写周期，便于对读写状态分析。“能实时、准确捕获RFID间歇性信号，支持多标准、多域分析功能等，这是相应信号分析设备应对上述三个方面测试挑战所要具备的特性。”曾志指出，“泰克基于DPX专利技术的实时信号分析仪（RTSA）系列以及最新推出的集成频谱分析仪的混合域示波器MDO4000系列为RFID研发、现场和认证测试提供了强大的解决方案平台。”图3：实时频谱分析仪和传统频谱分析仪的区别。跨越研发、现场、认证测试“三重门”RFID的测试分为研发测试（读写器实验室研发、系统开发和验证）、现场测试（系统调试、电磁环境评估、干扰查找和定位、数据采集）和认证测试（RFID标准一致性测试、系统互通性测试）三个阶段。泰克公司提供的RFID测试解决方案——RTSA和混合域分析仪及示波器MDO在研发测试阶段所能发挥的作用分为以下三个方面：读写器设备的Troubleshooting：如进行读写器信号实时频谱分析（频率、功率、调制带宽等），调制质量分析，瞬态噪声分析，跳频捕获和调制质量分析，时序测量，命令测试等； 标签测试：灵敏的触发设置，捕获低调制深度标签信号，时序测量，频谱测试，负载调制能量和质量； 分析和评估读写器与标签互通特性：实时频谱分析（同频频谱分析），时序测量，碰撞分析，标签调制回波质量分析。泰克RTSA可以在一台仪表中同时获得宽带矢量信号分析仪、频谱分析仪功能，并具备独有的触发-捕获-分析能力，可以轻松应对所有RFID应用中瞬变信号的捕获。频率达到8GHz，适合RFID所有频段要求；高达85MHz分析带宽，可满足所有RFID标准测试。其专利的DPX实时频谱技术，实现292,000频谱/秒更新速度。而超长记录时间，能够记录完整的RFID交互过程[!--empirenews.page--]图4：泰克RTSA集成的DPX实时频谱显示技术非常适合RFID的读写器频谱分析。RTSA具有灵活的频率模板触发器（FMT），为可靠地检测和分析动态RF信号提供了一个强大的工具。它还可以用来进行传统频谱分析仪不可能完成的测量，如在存在强大的RF信号时捕获小电平瞬时事件，在拥挤的频谱范围内检测特定频率上的间歇性信号。分析仪在检测到触发事件时，能够把触发前和触发后的数据保存到内存中。一旦信号已经采集并存储在内存中，可以使用RTSA 中提供的各种时间相关视图分析信号，这种时间相关的多域分析功能提供了巨大的灵活性，可以使用各种分析工具，放大和全面检定采集的RF信号的不同部分。至于混合域示波器MDO4000系列在RFID研发测试中的用武之地，曾志指出，一个典型的RFID读写器系统由基带电路、射频电路、电源和接口电路等组成。除了RF部分可以使用MDO的RF测试功能进行测试外，基带电路中的大量总线信号如SPI总线、并行总线、UART或USB或Ethernet总线的系统调试，MDO可以通过增加总线解码模块的方法提供。系统中还包括DC/DC或AC/DC电源电路，以及电源管理功能模块。DPO4PWR提供了全面完善的电源设计调试方案。如果用户还有FPGA调试的需求，FPGAView可以提供基于MDO4000平台的FPGA调试工具。图5：MDO4000系列在RFID测试中的应用之一：为调试和编程接口(JTAG)提供FPGA实时逻辑调试方案。对于RFID现场测试，曾志总结了泰克RTSA方案的优势和特点是：1.高性能频谱测量+多域分析；2.超宽捕获带宽，使用所有RFID信号要求；3.长时间IQ数据保存，实现现场数据采集。对于要求更多、更为严格的RFID认证测试主要指一致性测试和互通性测试，具体涉及：射频参数测试（频域、时域、调制域）、标准符合性测试（法规符合性、调制质量 EVM、调制度等）、解码；真实环境下抗干扰能力、密集环境下的防碰撞和交互性等。产品的测试与认证是RFID产业链各方均需要的，通过测试认定可以建立起有关产品的规格与品质的基本规范，从而降低人们认识产品的复杂性，同时也建立起一种信誉体系。泰克的RTSA可提供专业的RFID认证测试软件（选件21），提供了目前业界最全面的标准支持，支持自定义RFID标准测试，集成的DPX技术可实现RFID系统互通性测试。据曾志介绍，基于泰克实时信号分析仪的RFID认证测试系统（图6）是EPC GLOBAL 指定的认证测试系统，并为国内多家认证机构所采用，如CESI/GS1（中国电子技术标准化研究所/中国物品编码中心）。图6：基于泰克实时信号分析仪的RFID认证测试系统。