2.6 标签功能参考测试环境

首先，对于标签功能测试，需要相关的测试仪器和设备，如实时频谱分析仪、信号发生器等，主要采用信号发生器产生与读写器命令类似的射频载波激励信号，标签对载波激励信号进行响应，而标签的响应信号则由频谱分析仪捕获，进一步对标签响应信号进行分析，获得相应空中接口功能参数。

1.测试硬件连接

具体测试硬件连接如图2-18所示，其中包括测试仪器、待测标签设备及控制测试仪器的上位机。频谱分析仪和上位机之间的硬件连接采用以太网方式，软件接口是标准的VISA库访问接口，频谱分析仪接收端连接有接收天线，用于接收射频信号。信号发生器和读写器（个别情况下使用）都是射频信号发送设备，发射端连接发射天线，信号发生器和上位机之间的硬件连接也采用以太网的方式，软件接口也是标准的VISA库访问接口。读写器与上位机的连接方式主要取决于读写器本身具备的接口，常用的接口为以太网接口或串口，软件接口则为专有SDK开发库。

2.测试辅助器件的选取

在标签功能测试中，需要用到的测试辅助器件包括发射天线和接收天线。矢量信号发生器将RFID标签的激励信号通过发射天线向外辐射，因此发射天线的特性参数将对测试分析起到关键作用。推荐使用的发射天线包括偶极子天线、双锥天线、对数周期天线和双脊喇叭天线等。另外，需注意要使待测标签设备处于最佳接收方向上，且位于发射天线远场区范围内。

为分析标签的空中接口特性，需放置频谱分析仪的接收天线。同时，为了提高频谱分析仪的灵敏度，需要将接收天线尽可能地接近待测标签，但一定要保持接收天线和待测标签天线之间的非接触。接收天线应具有一定的方向性，天线增益越大越好；接收天线的反射截面积需要尽可能地小，以避免接收天线改变RFID系统之间的电磁场，推荐使用的接收天线是偶极子天线。

3.测试环境

为保证测试结果的科学性和可重复性，测试应在温湿度相对稳定、电磁干扰尽可能小的环境中进行，推荐在电波暗室内进行测试（发射天线、接收天线、待测标签位于其中）。

4.标准读写器信号的模拟

在标签功能测试中，激励信号是必不可少的，可以采用读写器信号作为激励信号，但是这样会将不同读写器的特性引入测试中，如某些读写器只提供一种调制方式等。为了测试结果的科学性和可重复性，应尽量采用标准的读写器信号作为激励信号。为此，考虑基于MATLAB平台利用Agilent E4438C矢量信号发生器实现读写器信号的仿真。读写器的基带信号采用PIE编码，可以利用PIE编码对读写器命令进行基带编码。由于在后续测试中，Query命令会起到至关重要的作用，这里简要介绍一下Query命令的数据格式。

Query命令主要包括以下几个参数信息。

（1）DR：规定后向链路的连接频率。

（2）M：设置后向链路的数据编码和调制方式。

（3）TRext：选择后向链路是否采用预设的导言单音信号。

（4）Sel：选择哪些标签响应Query命令。

（5）Session：选择一个通信会话。

（6）Target：选择具有标志A还是B的标签参与通信会话。

（7）Q：设置标签中槽计数器slot的数值。

Query命令的完整格式如表2-4所示。

在获得了Query命令的基带编码信号之后，接下来的工作是进行调制，协议中规定前向链路采用ASK调制方式，即幅移键控方式。调制公式如下：

其中，u _ASK （t）为调制后信号，u _Code （t）为待调制编码信号，u _CR （t）为载波信号，m为调制深度。对 PIE 编码基带信号利用上述公式，即可获得调制信号。而将调制信号射频载波到E4438C信号发生器中，还需到调制信号进行IQ两路正交分解，假设对应基带编码序列i的调制信号为f（i），欲得到I、Q两路信号，分解公式为：

Isig(i)=f(i)*sin(mod((i-1),T)*2*pi/T);

Qsig(i)=f(i)*cos(mod((i-1),T)*2*pi/T);

IQ(i)=sqrt(Isig(i)^2+Qsig(i)^2);

Y(i)=Isig(i)+j*Qsig(i)

由于在测试中要对Query命令的参数进行灵活设置，为此开发了基于MATLAB GUI的程序实现命令参数的配置、PIE编码、ASK调制、IQ分解和波形下载等功能，程序界面如图2-19所示。而利用该程序获得的Query命令仿真信号波形如图1-20所示，信号的数据编码符合PIE编码格式，并且经过PR-ASK方式调制，该信号完整地包括导言信号和22位数据编码，波形整齐，符合ISO/IEC 18000-6C协议对读写器信号的要求。

2.6.1 标签频率范围

频率对于任何一个无线通信系统来说都是至关重要的因素，是系统工作的基础。为此，首先讲述标签频率范围测试的内容，并通过测试步骤的说明来展示这一类测试如何进行。

1.测试目的

验证待测试标签在频率860～960MHz的范围内，是否可以从读写器接收能量并且与读写器进行通信。（这里同时考虑我国专用频段：840～845MHz。）

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）DR:8.

（2）M：1（FM0编码）。

（3）Trext：1（有导言单音）。

（4）Tari(μs):25.

（5）PW(μs):12.5.

（6）RTcal(μs):62.5.

（7）TRcal(µs):100.

3.测试结果探讨

首先，有些标签的频率范围还是会超出协议规定范围的，如图2-21所示的标签A在842.5MHz 频率下的返回信号波形，还是可以正确解码的。其次，图 2-22 给出了另外一款标签B在866～915MHz频率下的返回信号波形，相关参数还是有一定差异的。尤其是在返回信号强度方面，这应与标签天线设计的谐振频率有关。

2.6.2 标签解调能力

由于ISO/IEC 18000-6C协议规定了前向链路可采用三种调制方式，因此对于标签来说，必须同时具备对这三种调制方法（DSB-ASK、SSB-ASK、PR-ASK）的解调能力，为此，在本小节中将对标签的解调能力进行分析。

1.测试目的

验证待测试标签是否能对三种调制方式DSB-ASK、SSB-ASK和PR-ASK的信号进行正确解调。

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK、DSB-ASK、SSB-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）DR:8.

（2）M：1（FM0编码）。

（3）Trext：1（有导言单音）。

（4）Tari(µs):25.

（5）PW(µs):12.5.

（6）RTcal(µs):62.5.

（7）TRcal(μs):100.

3.测试结果分析

这里仍以标签频率范围测试中所使用的标签A和标签B为例，由于标签频率范围测试时使用的是PR-ASK方式，所以PR-ASK方式下的测试结果请参见2.6.1节的分析。这里主要讨论其他两种方式，首先分析DSB-ASK方式，图2-23为标签A在915MHz中心频率下DSB-ASK调制下的测试图，从图中可以看到，Query命令信号调制方式确实为DSB-ASK方式，可正确解码，但是标签A并无返回信号，而在同样的测试条件下，当信号调制方式为PR-ASK时，A标签是有返回信号的。图2-24为标签B在915MHz中心频率下DSB-ASK调制下的测试图，从图中可以看出，标签B有返回信号，图1-25为该段信号的解码分析，可以看出返回信号可正确解码，这说明标签B在当前的测试条件下对DSB-ASK调制方式是可以正确解调的。

2.6.3 标签信号占空比

占空比对于标签信号而言是一项重要的通信参数，ISO/IEC 18000-6C协议对此也有严格的约束。本小节将对这项标签功能参数进行测试分析。

1.测试目的

目的是验证待测标签在FM0编码和Miller编码时的占空比，是否在最大值55%和最小值45%之间（正常参考值为50%）。

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）M：1（FM0编码）、2、4、8（Miller编码）。

（2）Trext：0（无导言单音）。

（3）PW(μs):0.5*Tari.

（4）RTcal(μs):3*Tari.

（5）LF(kHz):

① 640(DR=64/3,Tari=6.25μs,TRcal=33.3μs);

② 320(DR=64/3,Tari=12.5μs,TRcal=66.7μs);

③ 40(DR=8,Tari=25μs,TRcal=200μs).

3.测试结果分析

图2-26为标签A在中心频率为915MHz、链路频率LF为40kHz（DR=8，Tari=25μs，TRcal=200μs）下的返回信号捕获分析画面，这里采用的是Miller编码（M=2），所以实际上后向链路的数据传输率为20kbps，这可以从R3308A的自动分析结果中得以验证。而图2-27为图2-26中捕获的标签返回信号的占空比分析画面，左下角的表格中“Duty（%）”即为捕获信号每个包络的占空比，从中可以分析标签A在上述测试条件下是符合协议要求的。

图2-28为标签A在中心频率为915MHz，链路频率LF为40kHz（DR=8，Tari=25μs，TRcal=200μs），编码方式为Miller编码（M=4）时的返回信号捕获分析画面，首先可以看到在高Tari值、高TRcal值（即链路频率较低）时，同样位数的标签返回信号时间会显著增加，如图中右侧椭圆框所标出的2.70ms，这说明使用Miller调制副载波编码时，Tari值要尽量小，TRcal值也要尽量小，这对标签电路设计来说就更加复杂，另外，此时的后向链路数据传输速率为链路频率的四分之一。图2-29为图2-28中捕获的标签返回信号的占空比分析画面，应当注意的是，这里Tektronix R3308A频谱分析仪提供的是对每个包络的占空比，而Miller编码的占空比需要考虑多个包络，可以通过包络特性表中的“on”与“off”列来计算，推出实际编码的占空比参数。

2.6.4 标签导言信号波形

在无线系统信号处理中，如何找到有意义信号的起始点是非常关键的。标签信号是通过反向散射方式传递的，信号往往比较微弱，良好的导言信号对于读写器识别是非常重要的，因此在本节中介绍对标签导言信号的分析与测试。

1.测试目的

验证待测标签在分别采用FM0和Miller编码时导言信号波形是否符合ISO18000-6C协议要求。

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）M：1（FM0编码）、2、4、8（Miller编码）。

（2）Trext：0 （无导言单音）、1（有导言单音）。

（3）Tari(μs):25.

（4）PW(μs):12.5.

（5）RTcal(μs):62.5.

（6）TRcal(μs):100.

3.测试结果分析

这里仍以标签A为例，图2-30为标签A在中心频率915MHz、编码方式为FM0、无导言单音（Trext=0）时的导言信号，从符号表中可以显示出导言信号是正常的，从时域分析图中可以明确地看出导言信号的波形，如图中左上部分椭圆框所示。而图2-31为标签A在中心频率915MHz、编码方式为FM0、有导言单音（Trext=1）时的导言信号，从符号表和时域波形图中都可以看到由12个连续的data-0组成的导言单音信号和导言信号，如图中椭圆框所示。

图2-32为标签A在中心频率915MHz、编码方式为Miller编码（M=2）、无导言单音（Trext=0）时的导言信号，导言信号如图中左上时域分析视图中椭圆框所示，从中还可以看出由4×2（M=2）个频率为链路频率LF的特殊方波组成的起始信号，此时的链路频率为90kHz。而图2-33为标签A在中心频率915MHz、编码方式为Miller编码（M=2）、有导言单音（Trext=1）时的导言信号，导言信号如图中左上时域分析视图中椭圆框所示。

2.6.5 标签后向链路频率容限

ISO/IEC 18000-6C协议中后向链路频率的范围是比较宽的，从较低的40kHz到较高的640kHz，同时对链路频率容限的要求也比较严格，容限过大会导致读写器无法正确解调标签信号，为此在本节中将对后向链路频率进行分析测试。

1.测试目的

验证标签后向链路的频率容限是否符合协议要求和频率变化是否在±2.5%之内。

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）M：1（FM0编码）。

（2）Trext：0（无导言单音）。

（3）PW(μs):0.5*Tari.

（4）RTcal(μs):3*Tari.

（5）LF(kHz).

① 640(DR=64/3,Tari=6.25μs,TRcal=33.3μs);

② 320(DR=64/3,Tari=12.5μs,TRcal=66.7μs);

③ 40(DR=8,Tari=25μs,TRcal=200μs).

3.测试结果分析

图2-34为标签A在载波频率为915MHz，编码方式为FM0编码，指定链路频率LF为40kHz（Query命令指定）时返回信号的分析图，R3308A频谱分析仪自动分析的Bit Rate为40.7168kHz，由于为FM0编码方式，此时的Bit Rate即为后向链路的实际链路频率LF。进一步可利用R3308A频谱分析仪提供的RF Envelop分析工具对每一个符号进行时间长度分析，如图2-35中左侧椭圆框所示，RF Envelop工具会显示每一个包络的周期（Period），这样可计算出后向链路频率的变化。而图2-36为标签A在载波频率为915MHz，编码方式为FM0编码，指定链路频率LF为640kHz（Query命令指定）时返回信号的频率容限分析图。

2.6.6 标签后向链路时间参数T1

前向链路与后向链路的时序配合关系对RFID系统的正常工作起到至关重要的作用，在ISO/IEC 18000-6C中，时间参数T1代表着标签接收读写器命令并进行处理的时间，协议对此参数有相当严格的规定，为此在本节中对时间参数T1进行分析测试。

1.测试目的

验证后向链路时间参数T1是否在协议规定的范围内。

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）M：1（FM0编码）。

（2）Trext：0（无导言单音）。

（3）PW(µs):0.5*Tari.

（4）RTcal(µs):3*Tari.

（5）LF(kHz).

① 640(DR=64/3,Tari=6.25µs,TRcal=33.3µs);

② 320(DR=64/3,Tari=12.5µs,TRcal=66.7µs);

③ 40(DR=8,Tari=25µs,TRcal=200µs).

3.测试结果分析

图2-37为标签A在载波频率为915MHz，编码方式为FM0编码，指定链路频率LF为40kHz（Query命令指定）时Query和标签返回信号的时序分析图，其中椭圆框标记的横线部分即为时间参数T1，其数值为243.59375μs，而此时协议所规定的范围为[243.52μs，256.49μs]，显然此时标签A符合协议对T1的要求。而图2-38则是标签A在载波频率为915MHz，编码方式为FM0编码，指定链路频率LF为640kHz（Query命令指定）时Query和标签返回信号的时序分析图，其中T1为18.75μs。

2.6.7 标签后向链路（读写器前向链路）时间参数T2

在ISO/IEC 18000-6C中，T2时间参数对于标签而言，意味着等待读写器命令的时间，协议对该参数也有着严格的规定，T2时间过长或过短都会引起通信过程失败，为此在本节中对该参数进行分析测试。同时需要注意的是：对于前向链路的读写器来说，T2的意义是读写器内部对标签响应处理的时间。

1.测试目的

验证后向链路的时间参数T2（标签等待读写器命令时间）是否符合协议要求。

2.测试参数设置

1）射频参数

（1）频率（MHz）：866、915、922、953、842.5。

（2）EIRP（dBm）：最大容许值。

（3）调制方式：PR-ASK。

（4）调制深度：90%。

2）协议参数

（1）M：1（FM0编码）。

（2）Trext：0（无导言单音）。

（3）PW(μs):0.5*Tari

（4）RTcal(μs):3*Tari.

（5）LF(kHz).

① 640(DR=64/3,Tari=6.25μs,TRcal=33.3μs)

② 320(DR=64/3,Tari=12.5μs,TRcal=66.7μs)

③ 40(DR=8,Tari=25μs,TRcal=200μs)

3.测试结果分析

图2-39为利用R3308A频谱分析仪捕获到的Intel R1000读写器与标签C的交互过程，图中显示了一个识别周期中的部分命令与响应交互，从命令的波形宽度可初步判断标记为1的信号为Query命令，标记为2的及其宽度相同的波形为QueryRep命令，标记为3的是标签的RN16响应，而标记为4的信号即为ACK命令，后续标记5的信号为PC+EPC+CRC16。标记为1的信号解码结果如图2-40所示，符号表说明该段信号确实为Query命令信号。标记为3的信号解码结果如图2-41所示，为标签RN16返回信号，链路频率为39.9kHz（编码方式为FM0），可知链路周期为25.1μs。标记为4的信号解码说明为ACK命令（帧同步后命令码为01），如图2-42所示。进一步放大RN16与ACK之间的信号，标记这两个信号之间的间隔，即为T2参数，如图2-43所示，其长度由频谱分析仪的TIMING功能可知为182.1875μs，T2满足协议要求。