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隨著(zhù)設備價(jià)格的下降及全球市場(chǎng)擴大，RFID應用正面臨飛速發(fā)展。嵌入式RFID的使用量不斷提高，隨著(zhù)泛在ID中心(Ubiquitous ID Center)和T引擎論壇(T-Engine Forum)等協(xié)調性機構的形成，GSM協(xié)會(huì )現已支持將基于RFID的近場(chǎng)通信技術(shù)運用于手機中。 其結果是，在部署前就有必要仿真復雜的RF環(huán)境，并分析RFID系統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試任務(wù)變得更富挑戰性。 RFID技術(shù)概述 最簡(jiǎn)單的RFID系統由一個(gè)標簽(可以是無(wú)源標簽)和一個(gè)閱讀器組成。從結構上看，無(wú)源標簽的讀取與傳統全雙工數據鏈路略有不同。與傳統有源數據鏈路不同的是，無(wú)源標簽依賴(lài)其收到的RF能量為自身供電。無(wú)源標簽同樣不會(huì )生成自己的傳送載波信號，而是調制詢(xún)問(wèn)器發(fā)送到標簽的部分能量，這一過(guò)程稱(chēng)為反向散射。 通過(guò)把標簽的天線(xiàn)負荷從吸收負荷改變?yōu)榉瓷湄摵�，可以調制來(lái)自詢(xún)問(wèn)器的連續波 (CW)信號。這個(gè)過(guò)程與利用鏡子和陽(yáng)光向遠處某人發(fā)送信號的過(guò)程非常類(lèi)似。此外，這樣還消除了標簽中對高精度頻率來(lái)源和功率密集型發(fā)射機的需求。由于閱讀器和標簽共享相同的頻率，它們必須輪流發(fā)送信息。因此，反向散射把閱讀器和標簽之間的通信限定在半雙工系統上。 當存在多個(gè)標簽、多個(gè)閱讀器和干擾時(shí)，這個(gè)簡(jiǎn)單的系統會(huì )變得更加復雜。讓我們看一下來(lái)自這些情況下的兩個(gè)RFID設計挑戰。 多個(gè)閱讀器和密集模式環(huán)境 無(wú)源RFID標簽的寬帶特點(diǎn)也給密集的(多個(gè))閱讀器站點(diǎn)帶來(lái)了某些挑戰。由于標簽閱讀器確定了系統的工作頻率，且標簽是對任何閱讀器進(jìn)行應答的寬帶設備，因此標簽對某個(gè)特定閱讀器的應答能力有限。無(wú)源標簽可能會(huì )試圖對所有發(fā)出詢(xún)問(wèn)的閱讀器做出應答。 ·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)工作的閱讀器數量低于提供的通道數量; ·密集閱讀器模式：挑戰最大的環(huán)境，其中閱讀器數量超過(guò)通道數量。 閱讀器和標簽干擾可能發(fā)生在工作環(huán)境內部，在這個(gè)區域內，閱讀器的RF信號衰減低于90 dBc (輻射范圍大約相當于方圓1千米的自由空間)。因此，在密集模式環(huán)境中，不管是出于設計還是由于相鄰的RFID閱讀器，許多閱讀器都將會(huì )停止工作。 對于一個(gè)擁有多個(gè)固定閱讀器和精確頻譜規劃的倉庫應用環(huán)境，在1千米范圍以?xún)葋?lái)自相鄰設備的干擾可能會(huì )達到最小。然而，由于缺少對安全的緩和距離的控制，移動(dòng)RFID設備所面對的將是一個(gè)密集模式閱讀器環(huán)境。在這種情況下，找出現有或之后RFID系統應用環(huán)境中可能存在哪些信號，并了解閱讀器和標簽在存在干擾時(shí)的行為變得非常關(guān)鍵。 針對這種環(huán)境，已通過(guò)認證用于密集環(huán)境的ISO18000-6C 閱讀器通常會(huì )切換到米勒調制副載波(MMS)編碼。這種精心設計的編碼技術(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，但對同一標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，其中的數字指明了多少個(gè)BLF周期定義一個(gè)數據符號。例如，在使用40 kHz的最慢BLF時(shí)，Miller-8的數據速率是BLF/8 = 5kbit/s。在這種慢的速率下，傳送一個(gè)96位EPC和16位錯誤校驗將需要22.4ms，對應每秒讀取不到45個(gè)標簽(當包括一些命令字節時(shí)，如前向鏈路命令，那么能夠讀取的標簽數量會(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，另外某些法規(如美國FCC Part15)規定，根據信號20dB的帶寬，在10s或20s的周期內，只允許在某個(gè)頻率上持續工作平均約400ms。這種法規要求標簽閱讀器在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ISO18000-7規范工作的閱讀器和標簽采取不同的方法。它們使用更長(cháng)的RF傳輸及更低的傳送速率，提高了信號的抗干擾能力。對采用同等商用版本ISO18185的集裝箱應用，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別集裝箱所有貨物所需的整個(gè)128kB數據。根據這一標準使用的標簽是有源標簽，也就是說(shuō)它們帶有機載電源，一般輻射功率要高于無(wú)源標簽。 這兩種技術(shù)都意味著(zhù)測試解決方案必需在相對較長(cháng)的時(shí)間周期內收集與脈沖式信號有關(guān)的詳細的RF數據。 密集模式環(huán)境測試解決方案 可以使用任意波形發(fā)生器(AWG)仿真密集模式環(huán)境�，F代AWG可以通過(guò)編程直接生成在HF頻段和UHF頻段的RFID信號，進(jìn)而使用一臺儀器仿真各種信號，如多個(gè)閱讀器或多個(gè)標簽，從而降低必須配置多臺信號發(fā)生器所引起的時(shí)間和成本。 分析設備通常需要非常深的存儲器，才能捕獲這些冗長(cháng)的交互。一般來(lái)說(shuō)，標簽閱讀器會(huì )嘗試多個(gè)查詢(xún)，可能會(huì )命令標簽降低鏈路頻率，以檢驗標簽是否像某些實(shí)現方案要求的那樣空出通道。實(shí)時(shí)頻譜儀(RTSA)能夠分析這類(lèi)事件。 RTSA可以直接檢驗ISO18000-7的60s傳輸周期和10s靜默周期，在這一應用中的存儲深度超過(guò)100s，能全面分析錯誤條件。 此外，還可以使用多次采集來(lái)分析跳頻和突發(fā)RFID信號。在這種模式下，RTSA能被設置為捕獲那些用戶(hù)自定義時(shí)間周期內任何時(shí)候發(fā)生跳頻和相關(guān)觸發(fā)的數據。結合了超高幀速率(超過(guò)48,000frame/s)，可以全面捕獲、分析和解調跳頻RFID信號。 一旦捕獲了信號，設備可以采用相應的方式分析信號，幫助工程師了解閱讀器和標簽在當前RF環(huán)境中的性能是否達到預期的水平，以及如果沒(méi)有，為什么沒(méi)有。測量位時(shí)間、CW時(shí)間及閱讀器和標簽之間的響應時(shí)間(稱(chēng)為周轉時(shí)間)能提供重要信息，幫助了解閱讀器和標簽的交互和吞吐量。針對頻率事件檢查幅度毛刺有助于確定錯誤的根本原因。例如如果某個(gè)位沒(méi)有正確解碼，那么它是FSK調制錯誤引起的還是ASK調制錯誤引起的?把各個(gè)域中的數據關(guān)聯(lián)起來(lái)，有助于回答這類(lèi)問(wèn)題。 現代RTSA可以把頻域、時(shí)域、符號域和其它域中的數據關(guān)聯(lián)起來(lái)，全面迅速地分析復雜的RF環(huán)境和物理層交互。對于自動(dòng)改變數據速率的ISO18000-6C (EPC GEN2)信號，這些儀器可以自動(dòng)檢測符號速率，突出顯示前置碼，更輕松地完成分析任務(wù)。 監測RFID同頻道干擾 RFID收發(fā)機必須遵守“產(chǎn)生干擾有關(guān)的”本地法規，設計提供最優(yōu)的抗干擾能力。例如，新加坡和歐洲分配的頻譜是2MHz，而北美則變成了26MHz，這使得世界各地采用的調制方案和避免沖突的技術(shù)有所不同。 在實(shí)際環(huán)境中，有效地分析RFID信號可能是一項復雜的任務(wù)。在一個(gè)突發(fā)干擾源于多閱讀器、多標簽響應、甚至Wi-Fi、Zigbee、藍牙和類(lèi)似短程RF通信等其它RF服務(wù)的環(huán)境中，這些信號也具有突發(fā)特點(diǎn)。 圖6展現了一個(gè)仿真的復雜RF環(huán)境，通過(guò)將大量的標簽放在閱讀器的閱讀范圍內形成。在監測閱讀器跳頻輸出短短30秒后，我們可以看到大量的信息。讓我們更仔細地看一下這個(gè)彩色顯示畫(huà)面。 藍色信號主要是RFID信號，是閱讀器與一套標簽之間的通信信號。在本例中，調制類(lèi)型采用幅移鍵控(ASK)，高度較高的窄藍色脈沖是“1”，較低的窄藍色脈沖是“0”。DPX可以查看傳統掃頻分析儀看不到的信號。 在這個(gè)屏幕截圖中，閱讀器在多個(gè)頻率上成功運行，沒(méi)有被干擾。首先，我們看到的(主要呈)藍色RFID脈沖只發(fā)生在干凈的頻率上，就可以說(shuō)明這一點(diǎn)。其次，通過(guò)查看主要呈藍色的RFID脈沖上的其它顏色，我們可以確定RFID成功交易的擴展駐留時(shí)間。同時(shí)我們可以看到在那些沒(méi)有干擾或者信噪比比較好的頻率上，閱讀器才能進(jìn)行成功的巡檢。這清楚地表明，在干擾最低的環(huán)境中，標簽讀取成功的概率會(huì )提高。 在進(jìn)行頻率規劃，把每個(gè)閱讀器限定在某條通道(或多條通道)時(shí)，可以使用DPX保證調制邊帶的電平不會(huì )在并放閱讀器使用的通道中產(chǎn)生干擾。注意圖6中心的閱讀器和標簽信號擁有寬頻譜展寬，駐留時(shí)間要長(cháng)于其它通道。較亮的信號邊緣表明信號密度較高，因此駐留時(shí)間較長(cháng)。這可能會(huì )導致鄰道讀取失敗，應采取措施，保證閱讀器中的濾波功能足以抗擊這種干擾。 總結 隨著(zhù)設備價(jià)格下跌和全球市場(chǎng)擴大，RFID應用也進(jìn)一步擴展，導致了RFID設備迅猛增長(cháng)。由于固有的特點(diǎn)，RFID信號面臨著(zhù)復雜的、甚至苛刻的RF環(huán)境。此外，RFID信號的脈沖式特點(diǎn)使得其很難使用傳統頻譜分析儀進(jìn)行分析。AWG和RTSA可以高效地仿真和分析多個(gè)閱讀器、密集模式環(huán)境和常見(jiàn)干擾信號�？梢允褂眠@種技術(shù)，在苛刻的環(huán)境中保證可靠的RFID通信和吞吐量。 |
