復(fù)雜RF環(huán)境下的RFID測(cè)試

　　隨著設(shè)備價(jià)格的下降及全球市場(chǎng)擴(kuò)大，RFID應(yīng)用正面臨飛速發(fā)展。嵌入式RFID的使用量不斷提高，隨著泛在ID中心（Ubiquitous ID Center）和T引擎論壇（T-Engine Forum）等協(xié)調(diào)性機(jī)構(gòu)的形成，GSM協(xié)會(huì)現(xiàn)已支持將基于RFID的近場(chǎng)通信技術(shù)運(yùn)用于手機(jī)中。

　　RFID的一大挑戰(zhàn)是在復(fù)雜的、甚至苛刻的RF環(huán)境中優(yōu)化吞吐量或數(shù)據(jù)讀取速度。無(wú)源RFID標(biāo)簽可以對(duì)射頻范圍內(nèi)的任何一個(gè)或多個(gè)閱讀器做出反應(yīng)。協(xié)議中規(guī)定了這些通信的行為，但在實(shí)際的通信過(guò)程中，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，則很難對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。此外，在集成到采用蜂窩技術(shù)、WLAN、藍(lán)牙或Zigbee技術(shù)的同一臺(tái)設(shè)備中時(shí)，也需要運(yùn)行嵌入式RFID系統(tǒng)。最后，必須考慮同一頻段中其它用戶發(fā)出的干擾。

　　其結(jié)果是，在部署前就有必要仿真復(fù)雜的RF環(huán)境，并分析RFID系統(tǒng)在這些條件下的性能。RFID的脈沖式特點(diǎn)和典型的干擾源令測(cè)試任務(wù)變得更富挑戰(zhàn)性。

　　RFID技術(shù)概述

　　最簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)由一個(gè)標(biāo)簽（可以是無(wú)源標(biāo)簽）和一個(gè)閱讀器組成。從結(jié)構(gòu)上看，無(wú)源標(biāo)簽的讀取與傳統(tǒng)全雙工數(shù)據(jù)鏈路略有不同。與傳統(tǒng)有源數(shù)據(jù)鏈路不同的是，無(wú)源標(biāo)簽依賴其收到的RF能量為自身供電。無(wú)源標(biāo)簽同樣不會(huì)生成自己的傳送載波信號(hào)，而是調(diào)制詢問(wèn)器發(fā)送到標(biāo)簽的部分能量，這一過(guò)程稱為反向散射。

　　通過(guò)把標(biāo)簽的天線負(fù)荷從吸收負(fù)荷改變?yōu)榉瓷湄?fù)荷，可以調(diào)制來(lái)自詢問(wèn)器的連續(xù)波 （CW）信號(hào)。這個(gè)過(guò)程與利用鏡子和陽(yáng)光向遠(yuǎn)處某人發(fā)送信號(hào)的過(guò)程非常類似。此外，這樣還消除了標(biāo)簽中對(duì)高精度頻率來(lái)源和功率密集型發(fā)射機(jī)的需求。由于閱讀器和標(biāo)簽共享相同的頻率，它們必須輪流發(fā)送信息。因此，反向散射把閱讀器和標(biāo)簽之間的通信限定在半雙工系統(tǒng)上。

　　由于從標(biāo)簽（T）到閱讀器 （R） （表示為T(mén)→R）的上行方向從詢問(wèn)器的CW信號(hào)中調(diào)制，因此可以使用擴(kuò)頻技術(shù)，如跳頻。在接收機(jī)零差下變頻中，任何詢問(wèn)器信號(hào)的擴(kuò)展或跳頻會(huì)被自動(dòng)刪除，因?yàn)樗鼈児蚕硐嗤谋菊瘢↙O）信號(hào)。

　　當(dāng)存在多個(gè)標(biāo)簽、多個(gè)閱讀器和干擾時(shí)，這個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)會(huì)變得更加復(fù)雜。讓我們看一下來(lái)自這些情況下的兩個(gè)RFID設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　多個(gè)閱讀器和密集模式環(huán)境

　　無(wú)源RFID標(biāo)簽的寬帶特點(diǎn)也給密集的（多個(gè)）閱讀器站點(diǎn)帶來(lái)了某些挑戰(zhàn)。由于標(biāo)簽閱讀器確定了系統(tǒng)的工作頻率，且標(biāo)簽是對(duì)任何閱讀器進(jìn)行應(yīng)答的寬帶設(shè)備，因此標(biāo)簽對(duì)某個(gè)特定閱讀器的應(yīng)答能力有限。無(wú)源標(biāo)簽可能會(huì)試圖對(duì)所有發(fā)出詢問(wèn)的閱讀器做出應(yīng)答。

　　許多RFID系統(tǒng)將被運(yùn)用到多個(gè)閱讀器或密集模式環(huán)境中，以下是一些定義：

　　·單閱讀器環(huán)境：環(huán)境中只有一個(gè)閱讀器工作;

　　·多個(gè)閱讀器環(huán)境：同時(shí)工作的閱讀器數(shù)量低于提供的通道數(shù)量;

　　·密集閱讀器模式：挑戰(zhàn)最大的環(huán)境，其中閱讀器數(shù)量超過(guò)通道數(shù)量。

　　閱讀器和標(biāo)簽干擾可能發(fā)生在工作環(huán)境內(nèi)部，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，閱讀器的RF信號(hào)衰減低于90 dBc （輻射范圍大約相當(dāng)于方圓1千米的自由空間）。因此，在密集模式環(huán)境中，不管是出于設(shè)計(jì)還是由于相鄰的RFID閱讀器，許多閱讀器都將會(huì)停止工作。

　　對(duì)于一個(gè)擁有多個(gè)固定閱讀器和精確頻譜規(guī)劃的倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用環(huán)境，在1千米范圍以內(nèi)來(lái)自相鄰設(shè)備的干擾可能會(huì)達(dá)到最小。然而，由于缺少對(duì)安全的緩和距離的控制，移動(dòng)RFID設(shè)備所面對(duì)的將是一個(gè)密集模式閱讀器環(huán)境。在這種情況下，找出現(xiàn)有或之后RFID系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境中可能存在哪些信號(hào)，并了解閱讀器和標(biāo)簽在存在干擾時(shí)的行為變得非常關(guān)鍵。

　　針對(duì)這種環(huán)境，已通過(guò)認(rèn)證用于密集環(huán)境的ISO18000-6C 閱讀器通常會(huì)切換到米勒調(diào)制副載波（MMS）編碼。這種精心設(shè)計(jì)的編碼技術(shù)在每個(gè)比特位下提供了更多的跳變，因而在有噪聲時(shí)更容易解碼，但對(duì)同一標(biāo)簽反向散射鏈路頻率（BLF）來(lái)說(shuō)速度較慢。共有三種不同的MMS方案可供選擇，即Miller-2、Miller-4和Miller-8，其中的數(shù)字指明了多少個(gè)BLF周期定義一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)。例如，在使用40 kHz的最慢BLF時(shí)，Miller-8的數(shù)據(jù)速率是BLF/8 = 5kbit/s。在這種慢的速率下，傳送一個(gè)96位EPC和16位錯(cuò)誤校驗(yàn)將需要22.4ms，對(duì)應(yīng)每秒讀取不到45個(gè)標(biāo)簽（當(dāng)包括一些命令字節(jié)時(shí)，如前向鏈路命令，那么能夠讀取的標(biāo)簽數(shù)量會(huì)進(jìn)一步下降）。出于吞吐量原因，人們不希望以這么低的速率傳送信號(hào)，另外某些法規(guī)（如美國(guó)FCC Part15）規(guī)定，根據(jù)信號(hào)20dB的帶寬，在10s或20s的周期內(nèi)，只允許在某個(gè)頻率上持續(xù)工作平均約400ms。這種法規(guī)要求標(biāo)簽閱讀器在400ms后空出通道，跳到一個(gè)其他的頻率，即使在原有頻率上的閱讀還沒(méi)有完成。

　　根據(jù)ISO18000-7規(guī)范工作的閱讀器和標(biāo)簽采取不同的方法。它們使用更長(zhǎng)的RF傳輸及更低的傳送速率，提高了信號(hào)的抗干擾能力。對(duì)采用同等商用版本ISO18185的集裝箱應(yīng)用，這要求最大傳輸周期提高到60s，同時(shí)在傳輸之間保持10s的最低靜默周期（FCC part15.240）。在這么慢的傳送速率下，可能要用兩分鐘才能傳送識(shí)別集裝箱所有貨物所需的整個(gè)128kB數(shù)據(jù)。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)使用的標(biāo)簽是有源標(biāo)簽，也就是說(shuō)它們帶有機(jī)載電源，一般輻射功率要高于無(wú)源標(biāo)簽。

　　這兩種技術(shù)都意味著測(cè)試解決方案必需在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)收集與脈沖式信號(hào)有關(guān)的詳細(xì)的RF數(shù)據(jù)。