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RFID 系统测试探秘
本期专题我们特别邀请中国科学院自动化所RFID研究中心的专家介绍RFID系统测试方面的最新信息和所面临的问题与挑战，以飨读者。
■ 中科院自动化所RFID研究中心 刘禹 谭杰 赵健
RFID系统测试必不可少
由于RFID系统应用的现场环境大多比较复杂，如需经历反复击打、高温或低温、油污影响等传统条码无法胜任的场合，因此，必须要考虑到RFID设备的故障率问题。在现实运行过程中，诸如多个物品堆积时相互干扰而造成读取率下降、读写器部署不当引起的重复信息读取、电子标签所附物品的介质对电磁信号的干扰、安全架构考虑不周造成非法读取等问题，都会影响系统整体的应用效果，甚至打击最终用户对RFID技术本身的信心。通常在设备上线调试之初，我们一般把设备（包括电子标签、读写器、网络和软件）不能正常处理信号的概率保守地设为5%左右。因此，在投资和实施RFID解决方案之前，按照测试方法和流程进行一定的测试及仿真试验是必要的。例如，确定物体表面电子标签的最佳粘贴位置以及包装材料选择等，这对保证正式上线后系统读取率的准确性和连续性的作用是非常明显的。
RFID系统测试的主要内容
RFID技术系统需要测试的主要内容包括标签测试、读写器测试、空中接口一致性测试、协议一致性测试等多个方面。
标准符合性测试
标准符合性测试是测试待测目标是否符合某项国内或国际标准（例如ISO18000标准）定义的空中接口协议。具体内容包括:
1．读写器功能测试:
读写器调制方式测试，读写器解调方式和返回时间测试，读写器指令测试等等。
2．标签功能测试:
包括标签解调方式和返回时间测试，标签反应时间测试，标签反向散射测试，标签返回准确率测试，标签返回速率测试等。
可互操作性测试
可互操作性测试是测试待测设备与其他设备之间的协同工作能力。例如: 待测品牌的读写器对其他电子标签的读写能力，待测品牌的电子标签在其他读写器的有效工作距离范围内的读写特性，待测品牌的读写器读取其他读写器写入标签的数据等。测试又可分为单读写器对单标签，单读写器对多标签，多读写器对单标签，多读写器对多标签等不同的环境。
性能测试
RFID性能测试的典型环境如图1所示，包括静态测试和动态测试，测试环境分为无干扰情况和有干扰情况两种。具体内容如下:
1．RFID标签测试:
RFID标签测试包括工作距离测试，标签天线方向性测试，标签最小工作场强测试，标签返回信号强度测试，抗噪声测试，频带宽度测试，各种环境下标签读取率测试，标签读取速度测试等。
2．RFID读写器测试:
RFID读写器测试包括灵敏度测试，发射频谱测试等。
3．RFID系统测试:
RFID系统测试包含电子标签和读写器，测试不同参数（改变标签的移动速度、附着材质、数量、环境、方向、操作数据大小以及多标签的空间组合方案等）的系统通信距离、系统通信速率。
RFID产品物理测试和质量认证
具有国家级认证资质的物理特性测试和质量验证，针对RFID标签、RFID读写器、天线、模块等RFID系统中关键产品模块的技术指标进行质量验证与测试。主要测试指标包括:
1．电磁兼容（EMC）;
2．环境试验参数;
3．电气安全参数;
4．RFID标签的特殊技术指标;
5．RFID读写器的特殊技术指标。
RFID系统测试的硬件环境
RFID系统测试中测试平台需要的软硬件环境包括以下几个主要方面:
1． 测试场地:
由于RFID系统性能参数不同，其读取范围也从几厘米到几十米、上百米不等，这就要求在针对不同RFID系统的测试中，选择合适的场地。
2． 基本设备:
如用于放置标签的货箱、托盘、叉车、集装箱等。由于RFID标签应用广泛，在实际使用过程中可能被设置在各种材料、规格的货物上，因此在测试阶段，就应考虑到这一点，从应用出发，全面分析各种情况。
3． 数据采集设备:
包括用于采集环境数据的温/湿度计、场强仪、测速仪等。因为很多环境因素对测试结果影响很大，也需要一一研究。
4． 数据分析设备:
如频谱分析仪、电子计算机及相关数据库、数据分析软件。用来对测试数据进行全面地分析，找出其中的规律。这也是产品测试报告中最重要的数据来源和依据。
除此之外，在部分测试过程中还可能需要用到特殊设备，如要研究产品在无干扰环境下的表现就需要对外界信号进行屏蔽，这就需要屏蔽室或电波暗室。
总之，一个好的测试环境，应尽可能考虑到所有可能遇到的情况，才能对产品进行全面的测试。而且，随着产品应用的深入和发展，还需要不断对其进行跟踪调研，对测试环境进行补充改造，防止出现测试与应用脱节的情况。
测试设备
RIDER是CECTCOM公司开发的基于泰克公司RSA3408A实时频谱分析仪的RFID测试系统。该系统于2005年9月14日通过了正式认证。RIDER即Radiofrequency IDentification TestER，它用于对Class1Gen-2 UHF tag的一致性进行测试。
RIDER可以对Gen-2的UHF tag一致性进行系统测试，功能齐全、灵活性高，从填ICS/IXIT表到生成测试报告，都可以自动完成，非常方便。
RIDER系统要求在室温下进行，其具体参数如下。温度: 15～30℃; 相对湿度: 25%～85%; 气压: 86～106KPa。
图2是RIDER一致性测试系统的架构。该系统是基于PC机控制的架构（包括仪器的初始化、命令、用户图形界面、自动测试等）。实时频谱分析仪捕捉交换信息的特征并对信息进行处理。切换单元用于在被测仪器（EUT）和测试仪器之间建立连接。信号发生器和RIDER的信号单元为EUT产生需要的信号。
1．频谱分析仪:
RFID系统常用测试仪器
1．频谱分析仪:
功能: 进行时域和频域的信号测量，如图4所示。
2．信号发生器:
功能: 与信号单元一起模拟读写器和标签，如图5所示。
3．信号单元:
功能: 与信号发生器共同捕获EUT响应，并对其分析仿真，如图6所示。
4．切换单元:
功能: 自动建立测试路径，在不同测试情况下完成测试仪器和EUT的连接。
5．射频信号发生器
功能: 产生干扰信号。
RFID系统测试的软件环境
以RIDER为例，对于软件环境做一些说明。图7为软件的架构。
测试方案的自动化和实施采用Lab Window/CVI。Lab Window/CVI是一种基于C语言的，在数据获取、分析、展示和仪器控制的应用中提供迭代计算的平台。从图7中可以看出，该软件平台包括测试管理模块（分为项目管理、结果分析、技术管理）、项目报告、项目数据、序列模块、技术版本等等。
1．频谱分析仪:
RFID系统测试的步骤
测试过程并不是自由的，对于不同产品的测试报告，其可比性是建立在相同的测试条件和测试程序基础上的。因此，应该有一套完整的测试规范来控制整个测试过程。
针对RFID系统的测试应首先从应用出发，根据影响读取率的因素逐一进行测试，如速度、介质、环境、标签方向、干扰等，通过这样的测试，才能了解产品在实际应用过程中的表现，从中得出有用的结论，指导产品的使用。
举例来说，针对RFID标签读取率的静态测试流程如下:
1. 布置测试环境
选择一个合适的测试场地，首先应保证尽量减少外界干扰，如附近不能有会向外发射电磁信号的设备，避免在测试场地布置与测试无关的金属制品，因为它们对天线所发出的信号影响较大，可能改变天线所发出电磁波的分布，进而影响测试结果的准确性。
布置测试用标签、货箱及读写器，不同的测试需要用到不同材料的货箱，根据目前物流行业的应用，金属、塑料、木质和纸质货箱应用最广泛，这几种货箱对读取率的影响不同，在同一次测试中，应保证货箱材料的统一，最好使用相同的货箱。特别是在对不同厂家生产的标签和读写器进行测试的时候，这一点更加重要，因为从工艺角度出发，即使是相同规格的不同货箱从外形尺寸、材料分布上也不可能做到完全相同，而有些参数对于读取率的影响是不能忽视的，因此本着客观公正的原则，在这种情况下，应保证测试所用货箱、放置位置以及外界环境的一致性。
2. 记录环境数据
记录测试时间、测试时的温度、湿度及外界场强。
3. 测试不同位置的读取率
改变标签与天线的相对位置，分别记录各个位置的读取率，并做记录。在每次测试过程中，最多只能改变一项测试参数。
如研究标签与天线距离对读取率的影响时，则把距离向量作为惟一的变量，将测试结果填入读取率与距离关系表格。用于计算读取率的读取结果应保证一定数量，目前我们所采用的是每个位置读取500次，用读取成功的次数和读取总次数的比值表示读取率。这样，就可以降低由于特殊情况造成的读取率变化对最终结果的影响。在距离变化上，一般以10cm为单位递增，但这并不是固定的，在读取率比较稳定的情况下，可以适当增加距离变化的幅度，而在读取率变化剧烈的情况下，为了更加准确地得到读取率随距离变化的规律，就应该减小这一数值。测试范围应从读取率为100%开始直至读取率降为0，其采样点应尽可能多，这样才能如实反映读取率与距离的关系。
此外，还应研究标签方向对读取率的影响，改变标签的方向，与前面所说的过程类似，记录下标签在不同放置方向的情况下其读取率与距离的关系。由于实际应用中货箱的形状及摆放都是笔直的，因此在测试过程中也可以忽略标签倾斜的情况，而只研究标签与天线平行或垂直的情况。
这一测试过程只是最简单的流程，在实际测试中可根据情况增加测试项目，如在标签与天线之间放置木板、纸板、金属板，从而得到在有障碍情况下的读取率数据。也可以将标签与天线的位置固定，而改变周围的环境，来研究环境对读取率的影响。
4. 分析测试数据
测试所得到的数据，可以输入电脑，使用相关软件对其进行分析，或转化为图表，使结果更加直观地反映出来。而多次测试的结果还可以汇总起来，这样就得到被测产品的全面特性。对这些数据和图表进行归纳和总结，可以得到影响读取率的众多因素中，哪些是最主要的，哪些影响相对小一些，这对于进一步改善产品性能，指导产品的应用都是十分重要的。
实施RFID系统测试的流程有两种方法: 手动测试和自动化测试。手动测试的挑战在于如何模拟系统中同时存在的多种行为，如何协调各组件的工作顺序，以及如何保持测试方法的客观并具有可重复性等。而自动化测试通过行为分析和虚拟脚本，不仅可以解决上述问题，还可以最小化测试过程中可能产生的认为错误的风险，因此可以作为RFID系统测试的首选。
