0 引言

    射频识别(RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，根据工作频率的不同，划分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)等不同类别。超高频RFID工作在800/900 MHz无线电频段，广泛用于仓储、物流、追溯、防伪、安全等领域^[1，2]。

    我国在超高频RFID技术标准和规范方面，继无线电频段规划文件《800/900 MHz频段射频识别（RFID）技术应用规定（试行）》于2007年公布后，包含自主知识产权的国家标准GB/T 29768-2013《信息技术 射频识别800/900 MHz空中接口协议》也于2014年5月1日开始正式实施。该标准主要规定了840 MHz~845 MHz和 920 MHz~925 MHz频段射频识别系统空中接口的物理层和媒体访问控制层参数以及协议工作方式^[3]。

    在政府引导和业内产学研用各方面力量的共同推进下，符合GB/T 29768标准的射频识别电子标签和读写器产品已陆续推出并得到应用。随着应用规模的不断扩大，电子标签及读写器产品与标准规定的空口指标、产品性能、可靠性等方面存在的质量差异，导致应用中出现识读率低、读取性能差、工作不稳定等质量问题，最终影响终端用户对该标准技术的使用信心。通过开展对产品质量的测试和检验工作，进而促进整体质量水平提升，对维护产业的健康发展有着极为重要的意义。

    RFID测试包括标准符合性、产品性能、环境适应性、可靠性等方面。其中符合性测试用于验证RFID产品的通信相关技术指标与标准规定之间的符合性，是RFID产品互联互通的最基本保证。

    超高频电子标签与读写器之间采用了无线电通信方式，这必然要求系统中的标签和读写器都遵循相同的空中接口和通信协议，并保证空中接口的关键特性指标和协议格式在标准要求的限值范围之内，才能确保标签与读写器之间的稳定互联互通^[4-7]。

    目前， ISO/IEC 18000-6^[8]是与GB/T 29768具有近似工作原理的超高频RFID技术国际标准。但两个标准在工作频段、调制方式、数据编码、前导码、反向链接频率、命令结构、防碰撞算法等技术细节上，仍存在着较明显差异。

    ISO/IEC 18047-6^[9]是针对ISO/IEC 18000-6规定的空中接口、通信协议等技术指标而提出的一系列测试方法标准，主要从信号级、逻辑级以及通信级进行分类测试。ISO/IEC 18047-6的测试方法对于开展GB/T 29768产品的测试工作具有一定的参考价值，但全盘照搬也是明显不可行的。

    为此，本文重点分析了GB/T 29768的主要技术指标和测试需求，研究了测试系统架构、测试步骤、数据分析等测试方法过程，开展了实际测试验证分析，以期为符合我国超高频国家标准的RFID产品的符合性测试提供参考。

1 测试指标分析

    超高频RFID电子标签与读写器之间为双向无线通信，对于该类产品的标准符合性测试工作，是在采集标签和读写器之间通信信号的基础上，从中测量得到空中接口和通信协议关键指标的实际值，并与标准中的约定值进行比较和判别的过程。

    作为测试方法研究的基础，根据标准要求，从GB/T 29768标准中提取了16项读写器到电子标签的物理层和媒体访问控制层的关键指标，以及10项电子标签到读写器的物理层和媒体访问控制层的关键指标，作为检测方法制定的最基本依据。主要测试指标见表1。

2 测试方法

2.1 测试系统架构

    超高频RFID技术采用了“读写器先讲”和“载波调制”的半双工交互通信模型，即：读写器在发出命令后，持续发送未调制的射频载波，标签从读写器发送的射频载波中获得工作能量，并将标签对读写器命令的响应数据使用反相散射方式调制在载波信号上，将结果反馈给读写器。这意味着，在测试工作中，单独的被测品将不能完成通信的全过程，需要使用激励/应答设备与被测品之间配合建立完整的交互通信。各项空中接口参数的测量仪器则处于监听位置，采集和记录标签与读写器之间的通信信号，从中测量出需要的指标。

    根据以上思路，给出测试系统的架构设计如图1所示。测试天线、RFID标签、RFID读写器天线的中心处于同一直线上，即天线之间应处于最佳耦合；标签与读写器之间的距离d2应满足天线远场条件，此距离应大于3倍的超高频RFID工作频率的无线电波波长；测试天线和读写器天线分别放置于被测标签的两侧，以尽量减小测试天线接收到的读写波信号幅度，避免大幅度的载波信号影响测量仪器对于小幅度的标签反向散射信号的辨识；标签到测试天线的距离d1的确定，以获取尽量大幅度的标签反相散射信号为宜。

    由于在GB/T 29768标准要求的工作频段附近，分布着手机、对讲机、集群通信等较大功率的无线电信号，为避免环境电磁干扰对测量工作的干扰和对测试准确性的影响，以上采用辐射监听方式的测试系统，应在满足工作距离要求的电波暗室或屏蔽箱内进行。测试环境的环境噪声指标应达到0.5 GHz～2 GHz，在10 kHz带宽测量的噪声幅值的最大值为-60 dB；标签反向散射的主信号频率周围噪声幅值的最大值为-90 dB。

    相比常规方式，本架构还做了以下优化：

    (1)综合测试仪选用混合域示波器。相比常规无线电测试系统中使用频谱分析仪、示波器和矢量信号分析仪来分别采集和测量不同特性的指标，混合域示波器既能够满足超高频RFID测试中对于频域特性、时域特性和调制域特性等数据的采集要求，同时减少了多台仪器之间的协同成本及系统的建设成本。

    (2)使用标准读写器或标准标签作为被测标签的激励/应答设备。通过分析被测品在测试过程中的激励和应答要求，确定这些要求均在标准约定的参数范围之内。因此，这样的架构并不会影响测试系统的测试灵活性和覆盖范围。同时，相比常规无线电测试系统中使用矢量信号发生器作为激励/应答设备的方式，极大降低了测试系统的构成成本和复杂程度，具有更好的可实现性。

2.2 RFID电子标签测试系统

    被测品为RFID电子标签时，按图1构建测试系统。被测标签置于测试天线与读写器天线的中间位置；标准读写器使用预先通过测试、符合GB/T 29768标准指标要求的普通RFID读写器。标准读写器应能够在测试软件控制下单独发出测试所需要的读写器命令或命令组合，从而控制读写器的工作频率、调制方式和定时参数。

2.3 RFID读写器测试系统

    在被测品为RFID读写器时，同样基于图1的测试系统架构，但图1中被测RFID标签的位置替换为标准标签，即预先通过测试并符合GB/T 29768标准指标要求的普通超高频RFID电子标签，而被测读写器则放置于原标准读写器的位置。

2.4 测试步骤

    在按照图1构建测试系统后，对于标准中不同参数的测试，其测试操作步骤基本一致，区别仅在于采集和测量的参数不同。以标签某一参数的测试为例，其基本测试步骤为：(1)连接测试系统；(2)设置标准读写器的参数，使其符合测试项目需要的参数配置；(3)标准读写器发送单个的启动查询命令或命令组合；(4)设置测量仪器参数，使其工作到相应的信号分析模式；(5)等待测量仪器触发，采集通信过程射频信号；(6)分析采集到的信号，检查被测标签是否正确响应读写器命令；(7)从采集到的信号中，测量和计算得到测试项目的值；(8)循环执行步骤(2)～步骤(7)，使测试覆盖被测品的每一种可能的工作情况（如不同的工作频点、不同的定时参数等）。

3 实际测试验证分析

    基于上述方法，对超高频电子标签及读写器进行了实际测试，采集到读写器与标签之间通信过程的射频信号时/频混合域波形如图2所示。

    对照标准中对通信过程的约定，图2上半部的时域波形可以分为：开载波（A）、读写器命令（B）、标签应答（C）和关载波（A′）四段。对其分析测量可获取读写器到标签、标签到读写器的空中接口和协议的关键参数指标。工作频率、占用信道带宽、信道中心频率、临道泄露比、最大发射功率ERP、带外杂散发射等频域指标，则从图2下半部分的频谱图中测得。整体的测量结果与标准指标进行比对分析，判断空口和协议是否符合GB/T 29768的规定，即标准符合性。

3.1 读写器到标签的参数指标验证分析

    分析、测量图2中的A、A′、B段，可得到读写器到标签的参数指标。

    (1)图2中的A段是读写器打开载波时的射频信号包络，可以从信号包络上测量包络上升时间、稳定时间、纹波过冲和纹波欠冲等参数（Int:8）；

    (2)信号的A′段是读写器关闭载波时的射频信号包络，可以从信号包络上测量包络下升时间、纹波过冲、纹波欠冲和关闭载波时的射频信号电平等参数（Int:8）；

    (3)信号的B段是读写器发送命令时的射频信号包络，放大后如图3所示。分析得到：

    ①对照GB/T29768中对读写器前导码和数据编码的约定，可以从时域波形中识别出前导码的位置和解码出数据流；

    ②对照标准GB/T29768中的读写器命令集，可以解析出读写器命令，以及“读写器两个命令之间的时间间隔”；

    ③从波形中测量时间间隔和包络幅度数值，加以计算和比对，即可验证表1中的以下指标的符合性：读写器到标签的射频信号包络(Int:9)、数据编码(Int:13)、前导码(Int:14)、数据传输顺序(Int:15)、读写器命令(Int：16)。

3.2 标签到读写器的参数指标验证分析

    信号的C段是标签反向散射命令应答时的射频信号包络，放大后如图4。具体分析如下：

    (1)对照GB/T 29768中对标签数据编码的约定，可以从标签反向散射时域波形中识别FM0前导码的位置和解码出响应数据；

    (2)图4中读写器命令与标签响应之间的时间间隔T1，对应了GB/T 29768中规定的“从读写器发送命令结束到标签发送响应数据包的时间”；

    (3)图4中标签响应与下一个读写器命令之间的时间间隔T2，对应了GB/T 29768中规定的“从标签发送响应数据包结束到读写器发送下一条命令的时间”；

    (4)从波形中测量时间间隔和包络幅度数值，加以计算和比对，即可验证表1中的以下指标的符合性：副载波调制（Tag:5）、（Tag:6）、数据编码（Tag:7）、反向链路频率（Tag:8）、前导码（Tag:9）、数据传输顺序（Tag:10）、命令响应、占空比（Tag:11）。

4 结论

    本文通过分析国家标准GB/T 29768-2013《信息技术 射频识别 800/900MHz空中接口协议》的关键技术指标，提出了一种低成本、易实现的测试系统，给出了测试方法及测试步骤。并通过实际测试，详细验证了测试方法的有效性、准确性，为开展符合我国超高频射频识别标准的电子标签、读写器产品的符合性测试提供了行之有效的参考。

参考文献

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[8] ISO/IEC 18000-6.Information technology-radio frequency identification for item management-Part 6：Parameters for air interface communications at 860 MHz to 960 MHz general[S].国际标准化组织，2013.

[9] ISO/IEC 18047-6.Information technology-radio frequency identification device conformance test methods-Part 6；Test methods for air interface communications at 860 MHz to 960 MHz[S]．国际标准化组织，2012.

作者信息:

王明磊，李  娟，党  斌，苏冠群

（山东省标准化研究院，山东 济南250014）