0 引言

    射頻識別(RFID)技術是一種非接觸式的自動識別技術，根據(jù)工作頻率的不同，劃分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)等不同類別。超高頻RFID工作在800/900 MHz無線電頻段，廣泛用于倉儲、物流、追溯、防偽、安全等領域^[1，2]。

    我國在超高頻RFID技術標準和規(guī)范方面，繼無線電頻段規(guī)劃文件《800/900 MHz頻段射頻識別（RFID）技術應用規(guī)定（試行）》于2007年公布后，包含自主知識產(chǎn)權(quán)的國家標準GB/T 29768-2013《信息技術 射頻識別800/900 MHz空中接口協(xié)議》也于2014年5月1日開始正式實施。該標準主要規(guī)定了840 MHz~845 MHz和 920 MHz~925 MHz頻段射頻識別系統(tǒng)空中接口的物理層和媒體訪問控制層參數(shù)以及協(xié)議工作方式^[3]。

    在政府引導和業(yè)內(nèi)產(chǎn)學研用各方面力量的共同推進下，符合GB/T 29768標準的射頻識別電子標簽和讀寫器產(chǎn)品已陸續(xù)推出并得到應用。隨著應用規(guī)模的不斷擴大，電子標簽及讀寫器產(chǎn)品與標準規(guī)定的空口指標、產(chǎn)品性能、可靠性等方面存在的質(zhì)量差異，導致應用中出現(xiàn)識讀率低、讀取性能差、工作不穩(wěn)定等質(zhì)量問題，最終影響終端用戶對該標準技術的使用信心。通過開展對產(chǎn)品質(zhì)量的測試和檢驗工作，進而促進整體質(zhì)量水平提升，對維護產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有著極為重要的意義。

    RFID測試包括標準符合性、產(chǎn)品性能、環(huán)境適應性、可靠性等方面。其中符合性測試用于驗證RFID產(chǎn)品的通信相關技術指標與標準規(guī)定之間的符合性，是RFID產(chǎn)品互聯(lián)互通的最基本保證。

    超高頻電子標簽與讀寫器之間采用了無線電通信方式，這必然要求系統(tǒng)中的標簽和讀寫器都遵循相同的空中接口和通信協(xié)議，并保證空中接口的關鍵特性指標和協(xié)議格式在標準要求的限值范圍之內(nèi)，才能確保標簽與讀寫器之間的穩(wěn)定互聯(lián)互通^[4-7]。

    目前， ISO/IEC 18000-6^[8]是與GB/T 29768具有近似工作原理的超高頻RFID技術國際標準。但兩個標準在工作頻段、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)編碼、前導碼、反向鏈接頻率、命令結(jié)構(gòu)、防碰撞算法等技術細節(jié)上，仍存在著較明顯差異。

    ISO/IEC 18047-6^[9]是針對ISO/IEC 18000-6規(guī)定的空中接口、通信協(xié)議等技術指標而提出的一系列測試方法標準，主要從信號級、邏輯級以及通信級進行分類測試。ISO/IEC 18047-6的測試方法對于開展GB/T 29768產(chǎn)品的測試工作具有一定的參考價值，但全盤照搬也是明顯不可行的。

    為此，本文重點分析了GB/T 29768的主要技術指標和測試需求，研究了測試系統(tǒng)架構(gòu)、測試步驟、數(shù)據(jù)分析等測試方法過程，開展了實際測試驗證分析，以期為符合我國超高頻國家標準的RFID產(chǎn)品的符合性測試提供參考。

1 測試指標分析

    超高頻RFID電子標簽與讀寫器之間為雙向無線通信，對于該類產(chǎn)品的標準符合性測試工作，是在采集標簽和讀寫器之間通信信號的基礎上，從中測量得到空中接口和通信協(xié)議關鍵指標的實際值，并與標準中的約定值進行比較和判別的過程。

    作為測試方法研究的基礎，根據(jù)標準要求，從GB/T 29768標準中提取了16項讀寫器到電子標簽的物理層和媒體訪問控制層的關鍵指標，以及10項電子標簽到讀寫器的物理層和媒體訪問控制層的關鍵指標，作為檢測方法制定的最基本依據(jù)。主要測試指標見表1。

2 測試方法

2.1 測試系統(tǒng)架構(gòu)

    超高頻RFID技術采用了“讀寫器先講”和“載波調(diào)制”的半雙工交互通信模型，即：讀寫器在發(fā)出命令后，持續(xù)發(fā)送未調(diào)制的射頻載波，標簽從讀寫器發(fā)送的射頻載波中獲得工作能量，并將標簽對讀寫器命令的響應數(shù)據(jù)使用反相散射方式調(diào)制在載波信號上，將結(jié)果反饋給讀寫器。這意味著，在測試工作中，單獨的被測品將不能完成通信的全過程，需要使用激勵/應答設備與被測品之間配合建立完整的交互通信。各項空中接口參數(shù)的測量儀器則處于監(jiān)聽位置，采集和記錄標簽與讀寫器之間的通信信號，從中測量出需要的指標。

    根據(jù)以上思路，給出測試系統(tǒng)的架構(gòu)設計如圖1所示。測試天線、RFID標簽、RFID讀寫器天線的中心處于同一直線上，即天線之間應處于最佳耦合；標簽與讀寫器之間的距離d2應滿足天線遠場條件，此距離應大于3倍的超高頻RFID工作頻率的無線電波波長；測試天線和讀寫器天線分別放置于被測標簽的兩側(cè)，以盡量減小測試天線接收到的讀寫波信號幅度，避免大幅度的載波信號影響測量儀器對于小幅度的標簽反向散射信號的辨識；標簽到測試天線的距離d1的確定，以獲取盡量大幅度的標簽反相散射信號為宜。

    由于在GB/T 29768標準要求的工作頻段附近，分布著手機、對講機、集群通信等較大功率的無線電信號，為避免環(huán)境電磁干擾對測量工作的干擾和對測試準確性的影響，以上采用輻射監(jiān)聽方式的測試系統(tǒng)，應在滿足工作距離要求的電波暗室或屏蔽箱內(nèi)進行。測試環(huán)境的環(huán)境噪聲指標應達到0.5 GHz～2 GHz，在10 kHz帶寬測量的噪聲幅值的最大值為-60 dB；標簽反向散射的主信號頻率周圍噪聲幅值的最大值為-90 dB。

    相比常規(guī)方式，本架構(gòu)還做了以下優(yōu)化：

    (1)綜合測試儀選用混合域示波器。相比常規(guī)無線電測試系統(tǒng)中使用頻譜分析儀、示波器和矢量信號分析儀來分別采集和測量不同特性的指標，混合域示波器既能夠滿足超高頻RFID測試中對于頻域特性、時域特性和調(diào)制域特性等數(shù)據(jù)的采集要求，同時減少了多臺儀器之間的協(xié)同成本及系統(tǒng)的建設成本。

    (2)使用標準讀寫器或標準標簽作為被測標簽的激勵/應答設備。通過分析被測品在測試過程中的激勵和應答要求，確定這些要求均在標準約定的參數(shù)范圍之內(nèi)。因此，這樣的架構(gòu)并不會影響測試系統(tǒng)的測試靈活性和覆蓋范圍。同時，相比常規(guī)無線電測試系統(tǒng)中使用矢量信號發(fā)生器作為激勵/應答設備的方式，極大降低了測試系統(tǒng)的構(gòu)成成本和復雜程度，具有更好的可實現(xiàn)性。

2.2 RFID電子標簽測試系統(tǒng)

    被測品為RFID電子標簽時，按圖1構(gòu)建測試系統(tǒng)。被測標簽置于測試天線與讀寫器天線的中間位置；標準讀寫器使用預先通過測試、符合GB/T 29768標準指標要求的普通RFID讀寫器。標準讀寫器應能夠在測試軟件控制下單獨發(fā)出測試所需要的讀寫器命令或命令組合，從而控制讀寫器的工作頻率、調(diào)制方式和定時參數(shù)。

2.3 RFID讀寫器測試系統(tǒng)

    在被測品為RFID讀寫器時，同樣基于圖1的測試系統(tǒng)架構(gòu)，但圖1中被測RFID標簽的位置替換為標準標簽，即預先通過測試并符合GB/T 29768標準指標要求的普通超高頻RFID電子標簽，而被測讀寫器則放置于原標準讀寫器的位置。

2.4 測試步驟

    在按照圖1構(gòu)建測試系統(tǒng)后，對于標準中不同參數(shù)的測試，其測試操作步驟基本一致，區(qū)別僅在于采集和測量的參數(shù)不同。以標簽某一參數(shù)的測試為例，其基本測試步驟為：(1)連接測試系統(tǒng)；(2)設置標準讀寫器的參數(shù)，使其符合測試項目需要的參數(shù)配置；(3)標準讀寫器發(fā)送單個的啟動查詢命令或命令組合；(4)設置測量儀器參數(shù)，使其工作到相應的信號分析模式；(5)等待測量儀器觸發(fā)，采集通信過程射頻信號；(6)分析采集到的信號，檢查被測標簽是否正確響應讀寫器命令；(7)從采集到的信號中，測量和計算得到測試項目的值；(8)循環(huán)執(zhí)行步驟(2)～步驟(7)，使測試覆蓋被測品的每一種可能的工作情況（如不同的工作頻點、不同的定時參數(shù)等）。

3 實際測試驗證分析

    基于上述方法，對超高頻電子標簽及讀寫器進行了實際測試，采集到讀寫器與標簽之間通信過程的射頻信號時/頻混合域波形如圖2所示。

    對照標準中對通信過程的約定，圖2上半部的時域波形可以分為：開載波（A）、讀寫器命令（B）、標簽應答（C）和關載波（A′）四段。對其分析測量可獲取讀寫器到標簽、標簽到讀寫器的空中接口和協(xié)議的關鍵參數(shù)指標。工作頻率、占用信道帶寬、信道中心頻率、臨道泄露比、最大發(fā)射功率ERP、帶外雜散發(fā)射等頻域指標，則從圖2下半部分的頻譜圖中測得。整體的測量結(jié)果與標準指標進行比對分析，判斷空口和協(xié)議是否符合GB/T 29768的規(guī)定，即標準符合性。

3.1 讀寫器到標簽的參數(shù)指標驗證分析

    分析、測量圖2中的A、A′、B段，可得到讀寫器到標簽的參數(shù)指標。

    (1)圖2中的A段是讀寫器打開載波時的射頻信號包絡，可以從信號包絡上測量包絡上升時間、穩(wěn)定時間、紋波過沖和紋波欠沖等參數(shù)（Int:8）；

    (2)信號的A′段是讀寫器關閉載波時的射頻信號包絡，可以從信號包絡上測量包絡下升時間、紋波過沖、紋波欠沖和關閉載波時的射頻信號電平等參數(shù)（Int:8）；

    (3)信號的B段是讀寫器發(fā)送命令時的射頻信號包絡，放大后如圖3所示。分析得到：

    ①對照GB/T29768中對讀寫器前導碼和數(shù)據(jù)編碼的約定，可以從時域波形中識別出前導碼的位置和解碼出數(shù)據(jù)流；

    ②對照標準GB/T29768中的讀寫器命令集，可以解析出讀寫器命令，以及“讀寫器兩個命令之間的時間間隔”；

    ③從波形中測量時間間隔和包絡幅度數(shù)值，加以計算和比對，即可驗證表1中的以下指標的符合性：讀寫器到標簽的射頻信號包絡(Int:9)、數(shù)據(jù)編碼(Int:13)、前導碼(Int:14)、數(shù)據(jù)傳輸順序(Int:15)、讀寫器命令(Int：16)。

3.2 標簽到讀寫器的參數(shù)指標驗證分析

    信號的C段是標簽反向散射命令應答時的射頻信號包絡，放大后如圖4。具體分析如下：

    (1)對照GB/T 29768中對標簽數(shù)據(jù)編碼的約定，可以從標簽反向散射時域波形中識別FM0前導碼的位置和解碼出響應數(shù)據(jù)；

    (2)圖4中讀寫器命令與標簽響應之間的時間間隔T1，對應了GB/T 29768中規(guī)定的“從讀寫器發(fā)送命令結(jié)束到標簽發(fā)送響應數(shù)據(jù)包的時間”；

    (3)圖4中標簽響應與下一個讀寫器命令之間的時間間隔T2，對應了GB/T 29768中規(guī)定的“從標簽發(fā)送響應數(shù)據(jù)包結(jié)束到讀寫器發(fā)送下一條命令的時間”；

    (4)從波形中測量時間間隔和包絡幅度數(shù)值，加以計算和比對，即可驗證表1中的以下指標的符合性：副載波調(diào)制（Tag:5）、（Tag:6）、數(shù)據(jù)編碼（Tag:7）、反向鏈路頻率（Tag:8）、前導碼（Tag:9）、數(shù)據(jù)傳輸順序（Tag:10）、命令響應、占空比（Tag:11）。

4 結(jié)論

    本文通過分析國家標準GB/T 29768-2013《信息技術 射頻識別 800/900MHz空中接口協(xié)議》的關鍵技術指標，提出了一種低成本、易實現(xiàn)的測試系統(tǒng)，給出了測試方法及測試步驟。并通過實際測試，詳細驗證了測試方法的有效性、準確性，為開展符合我國超高頻射頻識別標準的電子標簽、讀寫器產(chǎn)品的符合性測試提供了行之有效的參考。

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作者信息:

王明磊，李  娟，黨  斌，蘇冠群

（山東省標準化研究院，山東 濟南250014）