射頻識(shí)別標(biāo)簽性能測(cè)試分析

　　在實(shí)際應(yīng)用中，RFID系統(tǒng)的應(yīng)用要綜合考慮位置、距離、溫度、濕度、干擾等諸多影響系統(tǒng)性能的因素。未經(jīng)過測(cè)試的RFID系統(tǒng)，系統(tǒng)整體性能不明確，可能會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用效果，甚至打擊最終用戶對(duì)RFID技術(shù)本身的信心。

　　不同的無線信號(hào)傳播方式需要不同的測(cè)試設(shè)備支持，并且要采用不同的方法。ISO/IEC 18047-3定義了用于物品管理的RFID標(biāo)簽的性能特性的測(cè)試方法，規(guī)定了標(biāo)簽性能的一般性要求和測(cè)試要求。下面對(duì)各個(gè)具體測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行分析。

　　符合ISO/IEC18000-2、ISO/IEC 18000-3和ISO/IEC18000-6的感應(yīng)標(biāo)簽的功能測(cè)試

　　該部分規(guī)范了感應(yīng)標(biāo)簽的測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法，包括識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、讀磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存磁場(chǎng)強(qiáng)度、負(fù)載調(diào)制。

　　對(duì)于不同的測(cè)試內(nèi)容，測(cè)試方法比較相似：首先設(shè)置測(cè)試工作頻率，然后設(shè)置波形發(fā)生器的幅度，再將標(biāo)簽放入測(cè)試裝置，發(fā)送特定的指令，并逐漸增大幅度，直到標(biāo)簽響應(yīng)。然后根據(jù)不同的測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)量，記錄測(cè)試結(jié)果和計(jì)算測(cè)試內(nèi)容的值。以識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試為例，流程圖1所示，其中，URHTA為當(dāng)前波形發(fā)生器的幅度。

圖1 針對(duì)18000-2標(biāo)簽的識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試流程

　　不同協(xié)議情況下測(cè)試流程的差別主要體現(xiàn)在測(cè)試流程中的各個(gè)參數(shù)變化和指令差異等，具體為:

　　測(cè)試頻率

　　在感應(yīng)型標(biāo)簽測(cè)試中，符合ISO/IEC18000-2協(xié)議的標(biāo)簽測(cè)試中對(duì)應(yīng)的頻率為125kHz或134.2kHz;符合ISO/IEC 18000-3協(xié)議的標(biāo)簽測(cè)試中對(duì)應(yīng)的頻率為13.56MHz;符合ISO/IEC18000-6協(xié)議的標(biāo)簽測(cè)試中對(duì)應(yīng)的頻率分別為860MHz到960MHz的每5MHz一個(gè)步進(jìn)的頻點(diǎn)，以及額外的三個(gè)頻點(diǎn)866MHz、915MHz、953MHz。

　　測(cè)試初始振幅

　　在識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、讀磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值的測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器的初始振幅設(shè)置為識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值以下(一般為0);而最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存磁場(chǎng)強(qiáng)度、負(fù)載調(diào)制的測(cè)試中，初始振幅設(shè)置為識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值。

　　測(cè)試指令

　　在識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存磁場(chǎng)強(qiáng)度、負(fù)載調(diào)制的測(cè)試中，使用“盤存指令”;在讀磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值的測(cè)試中，分別使用“讀指令”和“寫指令”。另外，在最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中，還可以使用“詢問指令”。

　　測(cè)試結(jié)果取值

　　在識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、讀磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果的取值為所有測(cè)試記錄值中的最大值;最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存磁場(chǎng)強(qiáng)度、負(fù)載調(diào)制測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果的取值為所有測(cè)試記錄值中的最小值。

　　測(cè)試流程

　　不同協(xié)議在同一項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容上的測(cè)試流程是相同的，而不同測(cè)試內(nèi)容之間的測(cè)試流程總體相似，但具體步驟稍有不同，如：讀磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和寫磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試中，需要從第一個(gè)存儲(chǔ)塊開始測(cè)試，直到最后一個(gè)存儲(chǔ)塊結(jié)束;最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度和生存磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)試中，最大工作磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試需要先發(fā)送指令，再調(diào)整波形幅度值，而生存磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中是先調(diào)整波形幅度值，再發(fā)送指令。

　　電磁傳播型標(biāo)簽功能測(cè)試

　　該部分規(guī)范了電磁傳播型標(biāo)簽的測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法，包括識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率峰值、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、靈敏度降級(jí)、最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度、雷達(dá)散射截面變化率、干擾抑制、最大識(shí)別變化率、最大寫變化率。

　　對(duì)于所有的測(cè)試內(nèi)容，測(cè)試工作頻率都為860MHz～960MHz頻段上步進(jìn)為5MHz的所有頻點(diǎn)，以及ISO/IEC 18047-6中規(guī)定的3個(gè)頻率866MHz、915MHz、953MHz。對(duì)于不同的測(cè)試內(nèi)容，測(cè)試方法與前述感應(yīng)標(biāo)簽的測(cè)試流程非常相似。不同測(cè)試內(nèi)容的測(cè)試流程差別主要存在于測(cè)試流程中的各個(gè)參數(shù)變化和指令差異等，具體為:

　　測(cè)試初始振幅

　　識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和峰值、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、靈敏度降級(jí)測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器的初始振幅設(shè)置為識(shí)別磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值以下(一般為0);最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度、雷達(dá)散射截面變化率測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器的初始振幅設(shè)置為識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值;連續(xù)波干擾抑制測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器的振幅設(shè)置為識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值，干擾發(fā)生器的初始振幅設(shè)置為識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值以下(一般為0)，而調(diào)制信號(hào)干擾抑制測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器的振幅設(shè)置為高于識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值6dB，干擾發(fā)生器的初始振幅設(shè)置為低于識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值(一般為0);最大識(shí)別變化率和最大寫變化率測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器的初始振幅設(shè)置為高于識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值3dB(最大高于識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值9dB)。

　　測(cè)試指令

　　靈敏度降級(jí)、最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度、雷達(dá)散射截面變化率、最大識(shí)別變化率和最大寫變化率測(cè)試中未對(duì)具體指令做規(guī)定;識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、峰值、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試中分別采用盤存指令、讀指令和寫指令;干擾抑制測(cè)試中，連續(xù)波干擾抑制測(cè)試及調(diào)制信號(hào)干擾抑制測(cè)試中指定特定指令，連續(xù)波干擾抑制測(cè)試中還需發(fā)送連續(xù)波。

　　測(cè)試結(jié)果取值

　　在識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、靈敏度降級(jí)測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果的取值為所有測(cè)試記錄值中的最大值;最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度、雷達(dá)散射截面變化率、干擾抑制、最大識(shí)別變化率、最大寫變化率測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果的取值為所有測(cè)試記錄值中的最小值。

　　測(cè)試流程

　　不同測(cè)試內(nèi)容之間的測(cè)試流程總體相似，但具體步驟稍有不同，如：讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試中，需要從第一個(gè)存儲(chǔ)塊開始測(cè)試，直到最后一個(gè)存儲(chǔ)塊結(jié)束;靈敏度降級(jí)測(cè)試中需要對(duì)水平和垂直方向上各個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量;干擾抑制測(cè)試中，連續(xù)波干擾抑制測(cè)試時(shí)，直至標(biāo)簽不能響應(yīng)調(diào)制信號(hào)指令時(shí)停止測(cè)試，而在調(diào)制信號(hào)測(cè)試中，直至標(biāo)簽在制定幅度級(jí)別上響應(yīng)50%期望的發(fā)生器指令時(shí)停止測(cè)試。

　　符合ISO/IEC18000-7協(xié)議的433.920MHz電磁傳播型標(biāo)簽的功能測(cè)試

　　該部分規(guī)范了符合ISO/IEC18000-7的433.920MHz電磁傳播型標(biāo)簽的功能測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法，包括：識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、靈敏度方向性、干擾抑制、最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度。

　　相對(duì)前述類型的標(biāo)簽性能測(cè)試來說，符合ISO/IEC18000-7協(xié)議的433.920MHz電磁傳播型標(biāo)簽的測(cè)試設(shè)置更加復(fù)雜：測(cè)試設(shè)備應(yīng)置于消聲室或其他完全特定的位置，該位置要不受干擾源和傳輸(如特定信號(hào)反射、吸收或堵塞)的影響。測(cè)試使用的中心頻率為433.920MHz，進(jìn)行 50kHz的FSK調(diào)制，波形和時(shí)序根據(jù)ISO/IEC 18000-7中的定義。信號(hào)源輸出必須在10dB步進(jìn)的100dB范圍內(nèi)可調(diào)，且最大輸出至少為10dBm。該信號(hào)的調(diào)制使用碼形發(fā)生器生成相應(yīng)的正確命令和時(shí)序。測(cè)試中使用FSK接收器和解碼器來接收、解碼并發(fā)送標(biāo)簽響應(yīng)到相應(yīng)的監(jiān)控軟件，以便可以評(píng)估標(biāo)簽的響應(yīng)。

　　對(duì)于不同的測(cè)試內(nèi)容，測(cè)試流程是：首先設(shè)置所有的測(cè)試設(shè)備位置、配置信號(hào)源、安裝標(biāo)簽，發(fā)送相應(yīng)的指令，調(diào)節(jié)信號(hào)源直到測(cè)試標(biāo)簽發(fā)出可靠的響應(yīng)，然后根據(jù)不同的測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)量，并記錄測(cè)試結(jié)果和計(jì)算測(cè)試內(nèi)容的值。以識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試為例，流程圖2所示。

圖2 識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試流程

　　(符合ISO/IEC18000-7協(xié)議的433.920MHz電磁傳播型標(biāo)簽的功能測(cè)試)

　　不同測(cè)試內(nèi)容的測(cè)試的差別主要存在于測(cè)試流程中的各個(gè)參數(shù)變化和指令差異等，具體為:

　　測(cè)試頻率

　　識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值測(cè)試中，需要對(duì)433.900MHz、433.920MHz、433.940MHz進(jìn)行測(cè)試;靈敏度方向性、最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、存活電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中僅需要對(duì)433.920MHz進(jìn)行測(cè)試;干擾抑制中，需要對(duì)433.920MHz、434.170MHz、433.670MHz、434.420MHz、433.420MHz的干擾頻率進(jìn)行測(cè)試。

　　測(cè)試距離

　　識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、靈敏度方向性、干擾抑制測(cè)試中，建議的標(biāo)簽位置到參考天線的測(cè)試距離為2m，使用3m更好。最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中，建議的標(biāo)簽位置到參考天線的最大測(cè)試距離為2m，使用1m更好。

　　測(cè)試指令

　　寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限測(cè)試中先發(fā)送Wakeup Header指令，接著發(fā)送write指令;其它測(cè)試項(xiàng)目中，先發(fā)送Wakeup Header指令，緊接著發(fā)送Collect指令。

　　測(cè)試結(jié)果取值

　　在識(shí)別電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、讀電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值和頻率容限、寫電磁場(chǎng)強(qiáng)度閾值、靈敏度方向性測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果取所有測(cè)量值中的最大值;干擾抑制、最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度、生存電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果取所有測(cè)量值中的最小值。

　　測(cè)試流程

　　不同測(cè)試內(nèi)容之間的測(cè)試流程總體相似，但具體步驟稍有不同，如：在靈敏度方向性測(cè)試中，需要以15°步進(jìn)旋轉(zhuǎn)標(biāo)簽，水平方向分別在0、15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180、195、210、225、240、255、270、285、300、315、330和345度上進(jìn)行測(cè)試，垂直方向分別在0、15、30、45、60、75、90上進(jìn)行測(cè)量;在干擾抑制測(cè)試中，信號(hào)源強(qiáng)度設(shè)置為高于ETHR Read 3dB，干擾信號(hào)源信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置為低于ETHR Read 20dB，然后以3dB步進(jìn)調(diào)節(jié)干擾信號(hào)源，測(cè)試標(biāo)簽的信道干擾抑制IRejection值，并在第一鄰道( 250KHz)和第二鄰道( 500KHz)上重復(fù)測(cè)試;最大工作電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中，需要在信號(hào)源和天線之間增加一個(gè)功放;存活電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試中，需要先將信號(hào)發(fā)生器功率調(diào)節(jié)到高于Emax，然后返回到ETHR Identification與Emax之間，并嘗試讀取標(biāo)簽。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，RFID系統(tǒng)的應(yīng)用要綜合考慮位置、距離、溫度、濕度、干擾等諸多影響系統(tǒng)性能的因素。未經(jīng)過測(cè)試的RFID系統(tǒng)，系統(tǒng)整體性能不明確，可能會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用效果，甚至打擊最終用戶對(duì)RFID技術(shù)本身的信心。因此，在投資和實(shí)施RFID解決方案之前，按照測(cè)試方法和流程進(jìn)行一定的測(cè)試及仿真試驗(yàn)是非常必要的。ISO/IEC 18046-3是RFID標(biāo)簽性能測(cè)試方法，有利于標(biāo)簽選型及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有利于推進(jìn)RFID系統(tǒng)的更好實(shí)施。

　　(作者單位：夏瑩瑩、謝振華，深圳標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院/牛彬，淄博市技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情報(bào)所)

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] ISO/IEC 18000-2，信息技術(shù)-RFID物品管理，第二部分：頻率小于135KHz的空中接口通信參數(shù)。

　　[2] ISO/IEC 18000-3，信息技術(shù)-RFID物品管理，第三部分：13.56MHz的空中接口通信參數(shù)。

　　[3] ISO/IEC 18000-6，信息技術(shù)-RFID物品管理，第六部分：800~960MHz的空中接口通信參數(shù)。

　　[4] ISO/IEC 18000-7，信息技術(shù)-RFID物品管理，第七部分：433MHz的空中接口通信參數(shù)。

　　[5] ISO/IEC 18046-3，信息技術(shù)-射頻識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)RFID設(shè)備性能測(cè)試方法，第3部分：標(biāo)簽性能測(cè)試方法。