跨越RFID測(cè)試挑戰(zhàn)“三重門”，加速物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

 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(guó)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(wàn)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(guó)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(guó)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(jiàn)，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(zhǎng)。

 不過(guò)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(chǎng)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(wú)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?cè)诟鞣N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(guó)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(kāi)場(chǎng)白中表示，“因此，從技術(shù)開(kāi)發(fā)的角度來(lái)說(shuō)，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(cè)試中的應(yīng)用。

RFID的信號(hào)特點(diǎn)即是難點(diǎn)

 中國(guó)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(guó)與國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)與測(cè)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(jiàn)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(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，等同于ISO18000-6C)，在中國(guó)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(shuō)，“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(guó)政府部門制定。”

圖2：EPC Class1 G2的900MHz UHF 頻段范圍在各國(guó)的分配情況不一。

 另外，由于RFID采用無(wú)線傳輸方式，再加上實(shí)際工作環(huán)境復(fù)雜，存在競(jìng)爭(zhēng)、沖突和干擾問(wèn)題。因此，RFID信號(hào)測(cè)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(cè)試面臨的主要挑戰(zhàn)：
1.讀寫器測(cè)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(cè)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(cè)試
- 需要對(duì)微弱信號(hào)的測(cè)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(cè)試
- 密集環(huán)境下的交互和抗干擾測(cè)試；
- 一致性（互通性）測(cè)試；
- 系統(tǒng)讀寫周期分析；
- 解碼和信令測(cè)試；
- 需要長(zhǎng)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(cè)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(chǎng)和認(rèn)證測(cè)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(chǎng)、認(rèn)證測(cè)試“三重門”

 RFID的測(cè)試分為研發(fā)測(cè)試（讀寫器實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證）、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)試（RFID標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試、系統(tǒng)互通性測(cè)試 ）三個(gè)階段。

 泰克公司提供的RFID測(cè)試解決方案——RTSA和混合域分析儀及示波器MDO在研發(fā)測(cè)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(cè)量，命令測(cè)試等；
2.標(biāo)簽測(cè)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(cè)量，頻譜測(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)記錄時(shí)間，能夠記錄完整的RFID交互過(guò)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(cè)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(lái)進(jìn)行傳統(tǒng)頻譜分析儀不可能完成的測(cè)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(cè)特定頻率上的間歇性信號(hào)。分析儀在檢測(cè)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(cè)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(cè)試功能進(jìn)行測(cè)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(guò)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(cè)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(chǎng)測(cè)試，曾志總結(jié)了泰克RTSA方案的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)是：1.高性能頻譜測(cè)量+多域分析；2.超寬捕獲帶寬，使用所有RFID信號(hào)要求；3.長(zhǎng)時(shí)間IQ數(shù)據(jù)保存，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。

 對(duì)于要求更多、更為嚴(yán)格的RFID認(rèn)證測(cè)試主要指一致性測(cè)試和互通性測(cè)試，具體涉及：射頻參數(shù)測(cè)試（頻域、時(shí)域、調(diào)制域）、標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)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(cè)試與認(rèn)證是RFID產(chǎn)業(yè)鏈各方均需要的，通過(guò)測(cè)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(cè)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(cè)試，集成的DPX技術(shù)可實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)互通性測(cè)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(cè)試系統(tǒng)（圖6）是EPC GLOBAL 指定的認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)，并為國(guó)內(nèi)多家認(rèn)證機(jī)構(gòu)所采用，如CESI/GS1（中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所/中國(guó)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(cè)試系統(tǒng)。