原创 【TI博客大赛】UHF RFID系统实时测试的挑战

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RFID是一种低功耗的短程无线通信技术，全称为“RadioFrequency Identification（射频识别）”。RFID 系统的组成一般至少包括两个部分：电子标签（英文名称为Tag）和读写器（英文名称为Reader/Writer 或Interrogator）。电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用
中，电子标签附着在待识别物体的表面。读写器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。

 RFID 技术有几个不同寻常的工程测试挑战，例如瞬时信号、带宽效率低的调制技术和反向散射数据。传统的扫频调谐频谱分析仪、矢量信号分析仪和示波器已被用于无线数据链路的开发。然而，这些工具用于 RFID 测试时都存在一些缺点。扫频调谐频谱分析仪难以准确捕获和刻画瞬时 RF 信号。矢量信号分析仪实际上不支持频谱效率低的 RFID 调制技术及特殊解码要求。快速示波器的测量动态范围小，不具备调制和解码功能。实时频谱分析仪 RTSA(以下简称 RTSA)克服了这些传统测试工具的局限性，具备对瞬时信号的优化，通过泰克享有专利的频率模板触发器能够可靠触发复杂的真实频谱环境下的特定频谱事件。

RFID 信号的测试涵盖了射频信号的频域、时域和调制域分析。对于芯片、设备研发和制造企业，需要测试产品是否符合无线电法规和行业标准。对系统集成商，需要分析RFID 系统在实际环境中的互通性（例如分析读写器、标签和周围环境的干扰，优化读写器具摆放位置、合理增设屏蔽材料等等）。这些要求需要测试仪表具备如下特性：
标准符合性测试
信号是间歇信号,而且功率较小,有时甚至是跳频信号，需要测试仪表可以捕获瞬态变化信号，能够无缝存储足够长时间的信号并回放分析，还要有较快的测试速度。信号采用多种不同的调制方式需要测试仪表具备数字
调制信号分析功能。最好能够支持各种RFID 标准，不仅能够解调，还要能够对多种多样的编码进行解码从而读出数据。

信号的编码规定了很多时间参数，读写器和标签发射和响应时间参数也需要测试，要求测试仪表具备信号时域分析功能、多域相关分析能力和良好的时间分辨率。很多RFID系统采用跳频体制，测试仪表必须具备跳频
信号的分析能力。使用传统仪表的局限：使用传统仪表对RFID 产品进行标准符合性测试，我们需要多台设备，但很多项目仍然不能很好进行测试。例如使用扫频频谱仪，难以捕捉RFID 的间歇性信号，无法分析信号的调制特性，也无法分析一个完整的通信序列的时域特征。使用矢量信号分析仪，受限于有限的触发方式，使得寻找RFID数据包成为极为繁琐的操作，尤其对于载波常发的RFID系统；而有限的时间相关多域，很难观测到调制特性和频率特性随时间变化的特征。而使用示波器，又要面对较差的动态范围，极其有限的频域功能，无法实现调制分析等难点。

RFID 系统的互通性测试
当RFID 系统安装于实际环境中，往往受到各种各样的影响，如周围电磁环境的影响，多个读写器，多个标签之间的相互干扰，高低频不同RFID系统之间的干扰，造成RFID系统不能工作或效能下降。为了解决以上问题，需要测试

设备具有以下能力：
1 实时观测所有RFID 通道的读写器及标签的情况。
2 解析所有通道的载波侦听、发送控制等标签与读写
器间的详细通信情况。
3 具备较高的灵敏度，掌握其他区域的读写器信号和
周围环境中存在的电磁干扰，并有能力捕获稳态的干扰信
号和瞬态的干扰信号。
4 捕获实际环境中的RFID 信号并观察调制质量。
5 传统仪表的局限性：

实际环境中的RFID 信号和干扰信号分析，对于传统设备来说是非常困难的任务。使用扫频式频谱分析仪时，根本无法实时观测各通道发生的情况，也无法发现瞬态的电磁干扰，更无法解析调制质量。而使用矢量信号分析仪，也不具备真正的实时特性，同样无法实时观测和发现瞬态干
扰现象。

泰克最新推出RSA6100系列，提供了独特的DPX数字荧技术，利用色温来表示信号出现的频次。将同频的不同信号按照出现的概率“实时”分立显示出来，还能够将各个通道的占用率用颜色区分，并100％的发现大于
24us 的瞬态变化。使用户能够实时观测通信系统中的情况。

实时频谱仪在RFID 测试中的应用实时频谱仪的特点非常符合RFID 设备的测试，提供了一个全新的完全的RFID 测试解决方案。无缝捕捉保证俘获最快速变化的脉冲信号，强大的分析能力保证信号的任何部分得到完全的分析，多域分析能力保证完整地分析信号的时间,频率和调制特性。

利用实时频谱仪捕获RFID 信号
要分析RFID信号，首先要能够捕获RFID信号。传统仪表，例如矢量信号分析仪，只能对信号进行盲拍，然后再从捕获的数据中大海捞针来寻找有用的信号段。而实时频谱分析仪能够利用频率模板触发有目的地快捷地捕
获感兴趣的信号段。

对政府无线电管理法规的符合性测试
政府法规要求必须在功率、频率和带宽上控制发送的信号。这些法规防止有害的干扰，保证每台发射机在频谱上对频段中的其它用户是好邻居。配有RFID 软件的RTSA可以简便地测量政府法规规定的频谱参数。对脉冲式信号进行功率测量可能对许多频谱分析仪极具挑战性。RTSA 的瞬变信号优化功能可以简单地测量脉冲式RFID 分组传输中的功率。FFT 分析在分组传输过程中对任何一定时间周期都提供一个完整的频谱帧，而不需要象
老式扫频分析仪那样同步调谐扫描与分组突发。此外，传统频谱分析仪需要校正系数，补偿连续对数视频放大器(SLVA)峰值检测电路，而RTSA 则使用真正的RMS 检测方法，对大多数法规测量都能精确地读取功率。
 

另一个重要的频谱辐射测量项目是信号的载频。可以通过两种方式表达这一测量：实际绝对载频或分配的一定信道频率的载频误差。在解调信号时，RTSA 将显示载频误差。在频谱分析模式下，可以选择测量按钮，然后使用载频软键，来显示绝对载频。解调后的载频测量有一个明显优势
是，它不要求信号位于跨度的中心。这特别适合跳频信号。类似的，也可以通过两种方式获得占用带宽(OBW)或辐射带宽(EBW)。在解调模式下，RTSA 显示OBW 和EBW 及载频和传输功率电平。在实时频谱分析仪模式下，测量键下也提供了带宽测量。在RTSA 中，各项RFID 测试具有对应的测量按钮，可以方便地查看各项参数，图5-16显示了载波频率的测量，同
样的，通道功率、占用带宽、辐射带宽、询问器杂散发(INTERROGATOR TRANSMIT SPURIOUS EMISSIONS)、ACPR 等参数也能通过按压相应的按钮而直观地得到测量结果。

国家工信步《关于发布800/900MHz 频段射频识别（RFID）技术应用试行规定的通知》规定了：

一、800/900MHz 频段RFID 技术的具体使用频率为840-845MHz 和
920-925MHz。
二、该频段RFID 技术无线电发射设备射频指标：
1、载波频率容限：20×10-6；
2、信道带宽及信道占用带宽（99％能量）：250kHz；
3、信道中心频率：
fc（MHz）=840.125+N×0.25 和
fc（MHz）=920.125+M×0.25（N、M 为整数，取值为0-19）；
4、邻道功率泄漏比：40dB（第一邻道），60dB（第二邻道）；
5、发射功率：

6、工作模式为跳频扩频方式，每跳频信道最大驻留时间2 秒

7、杂散发射限值（在两频段的中间载波频率±1MHz 范围以外）：

政府规定要求控制发射信号的功率、频率、带宽。这些规定防止有害干扰并保证每个发射者都是频带内其他用户的友好邻居。对于许多频谱分析仪特别是通常用于脉冲信号能量测量的扫频频谱分析仪，进行此类测量是具有挑战性的。RTSA 能够分析一个完整的分组发射过程的能量特点，也能直接测量跳频信号的载波频率，而无需将信号置于一个跨度的中心。按一下按键，分析仪就能识别一个瞬时 RFID 信号的调制方式并能够对功率、频率和带宽进行监管测量，使预一致性(pre-compliance)测试过程变得非常灵活和方便 。预一致性测试有助于确保产品一次通过一致性测试，而无需重新设计和重新测试。