RFID协议一致性测试系统设计（一）

　　1. RFID协议一致性测试系统发展现状

　　近年来，RFID技术得以快速发展，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。随着制造成本的下降和标准化的实现，RFID技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趁势，这也给RFID测试领域带来了巨大的需求和严峻的挑战。负责制订RFID标准的两大主要国际组织ISO和EPCglobal都针对RFID协议一致性测试及其系统设计发布了相关的规范。

　　1.1 RFID协议一致性测试的相关规范

　　RFID协议一致性测试规范是随着RFID协议标准的发展而发展起来的，测试规范的目的即确定被测单元的特性与协议标准的规定一致。ISO和EPCglobal都根据已发布的RFID协议标准制订了对应的测试规范，用于指导进行规范、可靠的RFID协议一致性测试。由于不同RFID协议的调制参数、编码方式、防冲突机制、帧结构、指令集等都各不相同，且不同频段的RFID产品可能具有完全不同的特性，所以每一种协议都有其对应的一致性测试规范，如表1-1所示：

　　载波频率协议标准协议子类一致性测试规范

　　134.2kHzISO 11785 / ISO 14223HDX / FDXISO 24631

　　125kHz， 134.2kHzISO 18000-2Type A / BISO 18047-2

　　13.56MHzISO 14443Type A / BISO 10373-6

　　13.56MHzISO 15693 / ISO 18000-3Mode 1 / 2ISO 10373-7 / 18047-3

　　433.92MHzISO 18000-7ISO 18047-7

　　860-960MHzISO 18000-6Type A / B / CISO 18047-6

　　860-960MHzEPC UHF Class 1 Gen 2EPC UHF C1G2 Conformance

　　2.45GHzISO 18000-4Mode 1 / 2ISO 18047-4

　　表1-1：RFID协议标准对应的一致性测试规范

　　RFID协议标准中规定了包括物理层和协议层在内的各项特性，而一致性测试规范中则规定了测试环境、测试项目和测试预期结果，根据测试规范列举的测试项目，通过比较被测单元的实际输出与预期输出的异同，来判定被测单元是否与协议标准的规定一致。

　　除此之外，每个国家或地区还会有特定的RFID产品规范，会对产品的功率、频率、带宽等参数进行限制，该规范所规定的各项技术指标也属于RFID协议一致性测试的范畴。对于在中国销售和使用的RFID产品，国家信息产业部于2007年发布了“800/900MHz频段RFID技术应用试行规定”，以规范该频段RFID 产品的应用。

　　1.2 RFID协议一致性测试系统面临的困难与挑战

　　对于大多数已长期应用的无线通讯系统，如GSM等，传统测试仪器制造商已能够为其提供综合测试仪。典型的协议一致性测试配置包括一台综合测试仪和被测设备，其中综合测试仪作为主单元，被测设备作为从单元，两者之间通过射频电缆相连或通过天线经空中传输相连，在建立通讯链路的基础上进行参数的设置及测试。RFID技术作为无线通讯的新兴领域之一，其协议一致性测试目前仍然较多的依靠信号发生器、频谱仪和示波器等传统仪器的组合，但由于RFID技术在具有无线通讯所共有的特性之外，又有着其独有的特殊性，采用传统仪器的组合很难构建出完善的协议一致性测试系统。

　　首先，RFID阅读器与标签的测试与传统设备的测试差异较大，以EPC UHF Class 1 Gen 2标准为例，阅读器和标签通讯的时序如图1-1所示：

　　

　　图1-1：EPC UHF Class 1 Gen 2通讯时序

　　整个实时通讯过程在数毫秒内即全部完成，其中包含了2条指令以及2条应答交互的实时握手 *** 作，即Query（指令）→RN16（应答）→ACK（指令）→PC+EPC+CRC16（应答），其中链接时间T1和T2都在微秒量级。根据协议标准，ACK指令中必须正确包含前一条应答中的16位随机数，且在规定的链接时间T2之内反馈给标签，否则通讯将失败。因此采用预生成信号的方式无法完成实时通讯过程，测试系统必须具有在极短的时间内实时生成信号的能力，传统的信号发生器无法满足该协议的时序要求。

　　其次，RFID协议一致性测试的关键在于测试的完整性，必须根据一致性测试规范对被测单元进行完整的物理层和协议层测试。传统仪器通常只能够完成对物理层参数的测试，而由于其灵活性的局限无法对协议层参数进行测试。另一方面，由于测试条件众多，对于单个参数，如链接时间等，需要在不同频率，不同码率，不同编码方式等情况下分别进行测试，这就使得测试点成几何级数增长。如果采用传统仪器进行手动测试，完成完整的协议一致性测试将需要很长的时间，如何提高测试速度也成为了RFID协议一致性测试系统的课题之一。

　　再次，RFID协议标准种类众多，有适用于近距离通讯的LF、HF频段标准，还有适用于远距离通讯的UHF、Microwave频段标准，各个频段内的标准还由于工作模式、数据传输等的不同而不同。每一种RFID协议都有自己独特的测试需求，在ISO和EPCglobal制订的各个RFID协议一致性测试规范中，对一致性测试系统的描述和要求也不尽相同。RFID协议标准的多样性为协议一致性测试系统带来了巨大的挑战，如何用一个通用测试平台来覆盖所有的RFID协议标准，可靠的实现RFID协议一致性测试，是亟需解决的一个问题。

　　最后，RFID技术本身还在不断演进，包括ISO和EPCglobal在内的国际组织，以及RFID领域的领先企业，还在不断的完善现有协议，发展新协议，如即将发布的EPC HF Class 1 Gen 2标准将作为Mode 3对ISO 18000-3标准进行扩展。新协议的出现，又会带来新的物理层空中接口规定和协议层数据交换标准，因此需要一个灵活可扩展的测试平台与之相适应，使之不仅能实现对现有RFID协议的一致性测试，也能快速应对下一代RFID协议的测试需求。

　　2. RFID协议一致性测试系统概述

　　目前应用于RFID协议一致性测试的系统主要有以下几种构架方式，即：成功/失败模式、监听模式、激励/响应模式、实时仿真模式，依次覆盖了从简单到复杂不同层次的一致性测试需求。本节中我们将对比不同构架的特点及其局限性，并引入软件无线电等关键技术，结合各种测试构架来应对RFID协议一致性测试中面临的困难与挑战。

　　2.1 RFID协议一致性测试系统的构架方式

　　1. 成功/失败模式

　　最简单的RFID协议一致性测试系统采用一个参考阅读器与被测标签之间进行通讯，得出通讯成功或失败的结果，以此判定被测标签的特性，或反之采用参考标签判定被测阅读器的特性。成功/失败模式如图2-1所示：

　　

　　图2-1：成功/失败模式

　　该测试模式的特点是系统构成简单，测试时间极短，适合于生产线等对测试速度要求很高的测试场合。但其缺点在于测试项目少，测试结果简单，仅能提供被测单元是否正常工作的信息，对于判定被测单元的协议一致性来说是远远不够的。另外，当遇到测试结果为失败时，由于无法分析失败的原因，不能够对被测单元的改进提供有用的信息。