射频识别标签性能测试研究

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在实际应用中，RFID系统的应用要综合考虑位置、距离、温度、湿度、干扰等诸多影响系统性能的因素。未经过测试的RFID系统，系统整体性能不明确，可能会影响实际应用效果，甚至打击最终用户对RFID技术本身的信心。
           
          不同的无线信号传播方式需要不同的测试设备支持，并且要采用不同的方法。ISO/IEC 18047-3定义了用于物品管理的RFID标签的性能特性的测试方法，规定了标签性能的一般性要求和测试要求。下面对各个具体测试内容进行分析。
           
          符合ISO/IEC18000-2、ISO/IEC 18000-3和ISO/IEC18000-6的感应标签的功能测试该部分规范了感应标签的测试内容和测试方法，包括识别磁场强度阈值、读磁场强度阈值、写磁场强度阈值、最大工作磁场强度、生存磁场强度、负载调制。
           
          对于不同的测试内容，测试方法比较相似：首先设置测试工作频率，然后设置波形发生器的幅度，再将标签放入测试装置，发送特定的指令，并逐渐增大 幅度，直到标签响应。然后根据不同的测试内容进行针对性的测量，记录测试结果和计算测试内容的值。以识别磁场强度阈值测试为例，流程图1所示，其 中，URHTA为当前波形发生器的幅度。
           
         

               

  

        　　图1 针对18000-2标签的识别磁场强度阈值测试流程

         

          不同协议情况下测试流程的差别主要体现在测试流程中的各个参数变化和指令差异等，具体为:
          测试频率
          在感应型标签测试中，符合ISO/IEC18000-2协议的标签测试中对应的频率为125kHz或134.2kHz;符合ISO/IEC 18000-3协议的标签测试中对应的频率为13.56MHz;符合ISO/IEC18000-6协议的标签测试中对应的频率分别为860MHz到 960MHz的每5MHz一个步进的频点，以及额外的三个频点866MHz、915MHz、953MHz。
           
          测试初始振幅
          在识别磁场强度阈值、读磁场强度阈值、写磁场强度阈值的测试中，信号发生器的初始振幅设置为识别磁场强度阈值以下(一般为0);而最大工作磁场强度、生存磁场强度、负载调制的测试中，初始振幅设置为识别磁场强度阈值。
           
          测试指令
          在识别磁场强度阈值、最大工作磁场强度、生存磁场强度、负载调制的测试中，使用“盘存指令”;在读磁场强度阈值、写磁场强度阈值的测试中，分别使用“读指令”和“写指令”。另外，在最大工作磁场强度测试中，还可以使用“询问指令”。
           
          测试结果取值
          在识别磁场强度阈值、读磁场强度阈值、写磁场强度阈值测试中，测试结果的取值为所有测试记录值中的最大值;最大工作磁场强度、生存磁场强度、负载调制测试中，测试结果的取值为所有测试记录值中的最小值。
        测试流程
          不同协议在同一项测试内容上的测试流程是相同的，而不同测试内容之间的测试流程总体相似，但具体步骤稍有不同，如：读磁场强度阈值和写磁场强度 阈值测试中，需要从第一个存储块开始测试，直到最后一个存储块结束;最大工作磁场强度和生存磁场强度的测试中，最大工作磁场强度测试需要先发送指令，再调 整波形幅度值，而生存磁场强度测试中是先调整波形幅度值，再发送指令。
           
          电磁传播型标签功能测试
          该部分规范了电磁传播型标签的测试内容和测试方法，包括识别电磁场强度阈值和频率峰值、读电磁场强度阈值、写电磁场强度阈值、灵敏度降级、最大工作电磁场强度、生存电磁场强度、雷达散射截面变化率、干扰抑制、最大识别变化率、最大写变化率。
           
          对于所有的测试内容，测试工作频率都为860MHz～960MHz频段上步进为5MHz的所有频点，以及ISO/IEC 18047-6中规定的3个频率866MHz、915MHz、953MHz。对于不同的测试内容，测试方法与前述感应标签的测试流程非常相似。不同测试内 容的测试流程差别主要存在于测试流程中的各个参数变化和指令差异等，具体为:
           
          测试初始振幅
          识别电磁场强度阈值和峰值、读电磁场强度阈值、写电磁场强度阈值、灵敏度降级测试中，信号发生器的初始振幅设置为识别磁场强度阈值以下(一般为 0);最大工作电磁场强度、生存电磁场强度、雷达散射截面变化率测试中，信号发生器的初始振幅设置为识别电磁场强度阈值;连续波干扰抑制测试中，信号发生 器的振幅设置为识别电磁场强度阈值，干扰发生器的初始振幅设置为识别电磁场强度阈值以下(一般为0)，而调制信号干扰抑制测试中，信号发生器的振幅设置为 高于识别电磁场强度阈值6dB，干扰发生器的初始振幅设置为低于识别电磁场强度阈值(一般为0);最大识别变化率和最大写变化率测试中，信号发生器的初始 振幅设置为高于识别电磁场强度阈值3dB(最大高于识别电磁场强度阈值9dB)。
           
          测试指令
          灵敏度降级、最大工作电磁场强度、生存电磁场强度、雷达散射截面变化率、最大识别变化率和最大写变化率测试中未对具体指令做规定;识别电磁场强 度阈值、峰值、读电磁场强度阈值、写电磁场强度阈值测试中分别采用盘存指令、读指令和写指令;干扰抑制测试中，连续波干扰抑制测试及调制信号干扰抑制测试 中指定特定指令，连续波干扰抑制测试中还需发送连续波。
           
          测试结果取值
          在识别电磁场强度阈值、读电磁场强度阈值、写电磁场强度阈值、灵敏度降级测试中，测试结果的取值为所有测试记录值中的最大值;最大工作电磁场强 度、生存电磁场强度、雷达散射截面变化率、干扰抑制、最大识别变化率、最大写变化率测试中，测试结果的取值为所有测试记录值中的最小值。
           
          测试流程
          不同测试内容之间的测试流程总体相似，但具体步骤稍有不同，如：读电磁场强度阈值和写电磁场强度阈值测试中，需要从第一个存储块开始测试，直到 最后一个存储块结束;灵敏度降级测试中需要对水平和垂直方向上各个角度进行测量;干扰抑制测试中，连续波干扰抑制测试时，直至标签不能响应调制信号指令时 停止测试，而在调制信号测试中，直至标签在制定幅度级别上响应50%期望的发生器指令时停止测试。
        符合ISO/IEC18000-7协议的433.920MHz电磁传播型标签的功能测试
          该部分规范了符合ISO/IEC18000-7的433.920MHz电磁传播型标签的功能测试内容和测试方法，包括：识别电磁场强度阈值和频率容限、读电磁场强度阈值和频率容限、写电磁场强度阈值、灵敏度方向性、干扰抑制、最大工作电磁场强度、生存电磁场强度。
           
          相对前述类型的标签性能测试来说，符合ISO/IEC18000-7协议的433.920MHz电磁传播型标签的测试设置更加复杂：测试设备应 置于消声室或其他完全特定的位置，该位置要不受干扰源和传输(如特定信号反射、吸收或堵塞)的影响。测试使用的中心频率为433.920MHz，进行 50kHz的FSK调制，波形和时序根据ISO/IEC 18000-7中的定义。信号源输出必须在10dB步进的100dB范围内可调，且最大输出至少为10dBm。该信号的调制使用码形发生器生成相应的正确 命令和时序。测试中使用FSK接收器和解码器来接收、解码并发送标签响应到相应的监控软件，以便可以评估标签的响应。
           
          对于不同的测试内容，测试流程是：首先设置所有的测试设备位置、配置信号源、安装标签，发送相应的指令，调节信号源直到测试标签发出可靠的响 应，然后根据不同的测试内容进行针对性的测量，并记录测试结果和计算测试内容的值。以识别电磁场强度阈值测试为例，流程图2所示。
           
         

               

  

        　　图2 识别电磁场强度测试流程

          　　(符合ISO/IEC18000-7协议的433.920MHz电磁传播型标签的功能测试)
           
          不同测试内容的测试的差别主要存在于测试流程中的各个参数变化和指令差异等，具体为:
          测试频率
          识别电磁场强度阈值和频率容限、读电磁场强度阈值和频率容限、写电磁场强度阈值测试中，需要对433.900MHz、433.920MHz、 433.940MHz进行测试;灵敏度方向性、最大工作电磁场强度、存活电磁场强度测试中仅需要对433.920MHz进行测试;干扰抑制中，需要对 433.920MHz、434.170MHz、433.670MHz、434.420MHz、433.420MHz的干扰频率进行测试。
           
          测试距离
          识别电磁场强度阈值和频率容限、读电磁场强度阈值和频率容限、写电磁场强度阈值、灵敏度方向性、干扰抑制测试中，建议的标签位置到参考天线的测 试距离为2m，使用3m更好。最大工作电磁场强度、生存电磁场强度测试中，建议的标签位置到参考天线的最大测试距离为2m，使用1m更好。
           
          测试指令
          写电磁场强度阈值和频率容限测试中先发送Wakeup Header指令，接着发送write指令;其它测试项目中，先发送Wakeup Header指令，紧接着发送Collect指令。
           
          测试结果取值
          在识别电磁场强度阈值和频率容限、读电磁场强度阈值和频率容限、写电磁场强度阈值、灵敏度方向性测试中，测试结果取所有测量值中的最大值;干扰抑制、最大工作电磁场强度、生存电磁场强度测试中，测试结果取所有测量值中的最小值。
        测试流程
          不同测试内容之间的测试流程总体相似，但具体步骤稍有不同，如：在灵敏度方向性测试中，需要以15°步进旋转标签，水平方向分别在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度上进行测试，垂直方向分别在0、15、30、45、60、75、90上进行测量;在干扰抑制测试中，信号源强度设置为高于 ETHR Read 3dB，干扰信号源信号强度设置为低于ETHR Read 20dB，然后以3dB步进调节干扰信号源，测试标签的信道干扰抑制IRejection值，并在第一邻道( 250KHz)和第二邻道( 500KHz)上重复测试;最大工作电磁场强度测试中，需要在信号源和天线之间增加一个功放;存活电磁场强度测试中，需要先将信号发生器功率调节到高于 Emax，然后返回到ETHR Identification与Emax之间，并尝试读取标签。
           
          在实际应用中，RFID系统的应用要综合考虑位置、距离、温度、湿度、干扰等诸多影响系统性能的因素。未经过测试的RFID系统，系统整体性能 不明确，可能会影响实际应用效果，甚至打击最终用户对RFID技术本身的信心。因此，在投资和实施RFID解决方案之前，按照测试方法和流程进行一定的测 试及仿真试验是非常必要的。ISO/IEC 18046-3是RFID标签性能测试方法，有利于标签选型及系统设计，有利于推进RFID系统的更好实施。