复杂RF环境下的RFID测试挑战

       随着设备价格的下降及全球市场扩大，RFID应用正面临飞速发展。嵌入式RFID的使用量不断提高，随着泛在ID中心(Ubiquitous ID Center)和T引擎论坛(T-Engine Forum)等协调性机构的形成，GSM协会现已支持将基于RFID的近场通信技术运用于手机中。

　　RFID的一大挑战是在复杂的、甚至苛刻的RF环境中优化吞吐量或数据读取速度。无源RFID标签可以对射频范围内的任何一个或多个阅读器做出反应。协议中规定了这些通信的行为，但在实际的通信过程中,如果没有适当的设备，则很难对其进行测试。此外，在集成到采用蜂窝技术、WLAN、蓝牙或ZigBee技术的同一台设备中时，也需要运行嵌入式RFID系统。最后，必须考虑同一频段中其它用户发出的干扰。

其结果是，在部署前就有必要仿真复杂的RF环境，并分析RFID系统在这些条件下的性能。RFID的脉冲式特点和典型的干扰源令测试任务变得更富挑战性。

　　RFID技术概述

　　最简单的RFID系统由一个标签(可以是无源标签)和一个阅读器组成。从结构上看，无源标签的读取与传统全双工数据链路略有不同。与传统有源数据链路不同的是，无源标签依赖其收到的RF能量为自身供电。无源标签同样不会生成自己的传送载波信号，而是调制询问器发送到标签的部分能量，这一过程称为反向散射。

　　通过把标签的天线负荷从吸收负荷改变为反射负荷，可以调制来自询问器的连续波 (CW) 信号。这个过程与利用镜子和阳光向远处某人发送信号的过程非常类似。此外，这样还消除了标签中对高精度频率来源和功率密集型发射机的需求。由于阅读器和标签共享相同的频率，它们必须轮流发送信息。因此，反向散射把阅读器和标签之间的通信限定在半双工系统上。

　　由于从标签(T)到阅读器 (R) (表示为T→R)的上行方向从询问器的CW信号中调制，因此可以使用扩频技术，如跳频。在接收机零差下变频中，任何询问器信号的扩展或跳频会被自动删除，因为它们共享相同的本振(LO)信号。

　　当存在多个标签、多个阅读器和干扰时，这个简单的系统会变得更加复杂。让我们看一下来自这些情况下的两个RFID设计挑战。

　　多个阅读器和密集模式环境

　　无源RFID标签的宽带特点也给密集的(多个)阅读器站点带来了某些挑战。由于标签阅读器确定了系统的工作频率，且标签是对任何阅读器进行应答的宽带设备，因此标签对某个特定阅读器的应答能力有限。无源标签可能会试图对所有发出询问的阅读器做出应答。

　　许多RFID系统将被运用到多个阅读器或密集模式环境中，以下是一些定义：

　　·单阅读器环境：环境中只有一个阅读器工作;

　　·多个阅读器环境：同时工作的阅读器数量低于提供的通道数量;

　　·密集阅读器模式：挑战最大的环境，其中阅读器数量超过通道数量。

　　阅读器和标签干扰可能发生在工作环境内部，在这个区域内，阅读器的RF信号衰减低于90 dBc (辐射范围大约相当于方圆1千米的自由空间)。因此，在密集模式环境中，不管是出于设计还是由于相邻的RFID阅读器，许多阅读器都将会停止工作。

　　对于一个拥有多个固定阅读器和精确频谱规划的仓库应用环境，在1千米范围以内来自相邻设备的干扰可能会达到最小。然而，由于缺少对安全的缓和距离的控制，移动RFID设备所面对的将是一个密集模式阅读器环境。在这种情况下，找出现有或之后RFID系统应用环境中可能存在哪些信号，并了解阅读器和标签在存在干扰时的行为变得非常关键。

　　针对这种环境，已通过认证用于密集环境的ISO18000-6C 阅读器通常会切换到米勒调制副载波(MMS) 编码。这种精心设计的编码技术在每个比特位下提供了更多的跳变，因而在有噪声时更容易解码，但对同一标签反向散射链路频率(BLF)来说速度较慢。共有三种不同的MMS方案可供选择，即Miller-2、Miller-4和Miller-8，其中的数字指明了多少个BLF周期定义一个数据符号。例如，在使用40 kHz的最慢BLF时，Miller-8的数据速率是BLF/8 = 5 kbit/s。在这种慢的速率下，传送一个96位EPC和16位错误校验将需要22.4ms，对应每秒读取不到45个标签(当包括一些命令字节时，如前向链路命令，那么能够读取的标签数量会进一步下降)。出于吞吐量原因，人们不希望以这么低的速率传送信号，另外某些法规(如美国FCC Part 15)规定，根据信号20dB的带宽，在10s或20s的周期内，只允许在某个频率上持续工作平均约400ms。这种法规要求标签阅读器在400ms后空出通道，跳到一个其他的频率，即使在原有频率上的阅读还没有完成。

根据ISO18000-7规范工作的阅读器和标签采取不同的方法。它们使用更长的RF传输及更低的传送速率，提