物聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)火，無(wú)線測(cè)試如何顛覆？ - 全文

　　1.物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

　　物聯(lián)網(wǎng)IOT（Internet of Things）技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的應(yīng)用技術(shù)，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且還涉及通信原理以及半導(dǎo)體集成電路等技術(shù)，是一項(xiàng)多學(xué)科融合的新興應(yīng)用技術(shù)。目前，IOT技術(shù)已成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。因此，研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試技術(shù)的研究也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。

　　2.物聯(lián)網(wǎng)原理及應(yīng)用

　　目前，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，物聯(lián)網(wǎng)涵蓋的無(wú)線技術(shù)包括射頻識(shí)別RFID、近場(chǎng)通信NFC、ZigBee、WLAN、車聯(lián)網(wǎng)802.11p等。

　　2.1 RFID

　　RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

　　RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）、微波（MW），相對(duì)應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M~960MHz、微波2.4G，5.8G ；RFID按照能源的供給方式分為無(wú)源RFID、有源RFID以及半有源RFID。無(wú)源RFID讀寫距離近，價(jià)格低；有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：電子標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息；讀寫器讀取信息并解碼后，送至計(jì)算機(jī)控制端進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　圖 1 RFID系統(tǒng)工作原理圖

　　2.2 NFC

　　NFC（Near Field Communication）由RFID及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來(lái)，主要推廣公司有NOKIA、SONY和NXP。近場(chǎng)通信是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。其傳輸速度有106 Kb/s、212 Kb/s或424 Kb/s三種。

　　NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)功能整合在一起，為消費(fèi)者的生活方式開創(chuàng)了不計(jì)其數(shù)的全新機(jī)遇。這是一個(gè)開放接口平臺(tái)，可以對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、主動(dòng)設(shè)置，也是虛擬連接器，服務(wù)于現(xiàn)有蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙及無(wú)線802．1l設(shè)備。

　　NFC具有三種工作模式：

　　1） 卡模擬模式；

　　2） 讀寫模式；

　　3） 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。

　　NFC具有兩種通信方式：被動(dòng)通信和主動(dòng)通信。值得注意的是，通信方式與工作模式?jīng)]有必然的關(guān)系。

　　1） 被動(dòng)通信

　　被動(dòng)通信是指由NFC通信的一方產(chǎn)生射頻場(chǎng)，另一方從射頻場(chǎng)中獲取能量，并通過(guò)負(fù)載調(diào)制的方式與產(chǎn)生射頻場(chǎng)的一方通信。被動(dòng)通信方式常用于卡模擬模式和讀寫模式中。

　　2） 主動(dòng)通信

　　主動(dòng)通信方式是指射頻場(chǎng)由NFC通信雙方交替產(chǎn)生，即通信雙方在需要通信時(shí)產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)。主動(dòng)通信方式主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式中。

　　2.3 ZigBee

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗及低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。

　　根據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee工作的頻段是免費(fèi)開放的，分別為2.4GHz（全球）、915MHz（美國(guó)）和868MHz（歐洲），根據(jù)頻段不同，采用了不同的技術(shù)，如下表所示：

　　表 1IEEE 802.15.4頻帶寬度、調(diào)制類型和脈沖成型濾波器

　　在3個(gè)不同頻段，都采用相位調(diào)制技術(shù)，2.4GHz采用較高階的OQPSK調(diào)制技術(shù)以達(dá)到250kbit/s的速率，并降低工作時(shí)間，以減少功率消耗。相比較2.4GHz頻段，868MHz/ 915MHz為低頻段，采用BPSK的調(diào)制技術(shù)，無(wú)線傳播的損失較少，傳輸距離較長(zhǎng)。

——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《測(cè)試測(cè)量特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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　　3. 物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試需求

　　根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)使用的無(wú)線技術(shù)，目前其測(cè)試需求主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　· RFID測(cè)試

　　· NFC測(cè)試

　　· Zigbee測(cè)試

　　由于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品是一種無(wú)線電收發(fā)設(shè)備，所以在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中需要采用一些專用的測(cè)試來(lái)進(jìn)行測(cè)試工作。對(duì)于無(wú)線電收發(fā)設(shè)備來(lái)說(shuō)，常用的測(cè)試設(shè)備主要包括測(cè)量接收機(jī)、頻譜分析儀、信號(hào)源、綜測(cè)儀和示波器等。另外，測(cè)試天線在無(wú)線電發(fā)射設(shè)備的測(cè)試過(guò)程中具有重要的作用，離開了天線的輔助，就無(wú)法進(jìn)行正常的測(cè)試工作，可見測(cè)試天線也是非常重要的一種測(cè)試輔助設(shè)備。概括說(shuō)來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)的測(cè)試需求主要包括如下幾個(gè)方面。

　　3.1 射頻測(cè)試需求

　　2007年4月，我國(guó)發(fā)布了對(duì)RFID讀寫器設(shè)備射頻指標(biāo)進(jìn)行型號(hào)核準(zhǔn)測(cè)試的技術(shù)規(guī)范。對(duì)于UHF的RFID射頻測(cè)試，如今國(guó)際上并沒(méi)有專門的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行描述，它一般包含在協(xié)議一致性標(biāo)準(zhǔn)中。目前，UHF頻段的RFID射頻測(cè)試可以參考的標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)《800/900MHz頻段射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)應(yīng)用規(guī)定（試行）》。其中，規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目包括載波頻率容限、占用帶寬、發(fā)射功率、鄰道功率泄露比、雜散發(fā)射和最大駐留時(shí)間等。另外，根據(jù)EPC Global標(biāo)準(zhǔn)Version1.0.2的測(cè)試規(guī)范，其測(cè)試項(xiàng)目還包括：讀寫器數(shù)據(jù)編碼、射頻包絡(luò)、射頻開關(guān)時(shí)間、前同步碼和幀同步信息等。

　　由于NFC的Analog部分延續(xù)ISO 14443及ISO 15693射頻標(biāo)準(zhǔn)，因此，NFC的射頻測(cè)試需求可參照ISO/IEC 10373-6及ISO/IEC 10373-7。NFC射頻測(cè)試需要專用測(cè)試天線輔助，并且測(cè)試點(diǎn)位置、測(cè)試功率等參數(shù)在測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)規(guī)定。

　　ZigBee物理層使用標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行定義。一般，對(duì)其發(fā)射機(jī)和接收機(jī)進(jìn)行常規(guī)射頻測(cè)試即可。

　　3.2 協(xié)議測(cè)試需求

　　對(duì)于RFID技術(shù)來(lái)說(shuō)，讀寫器和標(biāo)簽作為無(wú)線通信的雙方，它們之間必須遵守相互約定的通信協(xié)議，否則通信將無(wú)法進(jìn)行。RFID空中接口實(shí)際上就是指標(biāo)簽和讀寫器之間的無(wú)線傳輸規(guī)范、它涉及的范圍很廣，主要包括無(wú)線資源管理、無(wú)線鏈路控制、媒質(zhì)接入控制和物理層等。目前，世界范圍廣泛采用的UHF頻段RFID空口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要采用ISO/IEC 18000系列，其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)應(yīng)ISO/IEC 18047系列。

　　3.3 性能測(cè)試需求

　　隨著RFID系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，RFID系統(tǒng)的性能測(cè)試成為RFID應(yīng)用單位和系統(tǒng)集成商非常關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題，RFID應(yīng)用系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到應(yīng)用場(chǎng)景的RFID設(shè)備的部署和成本投入，以及系統(tǒng)應(yīng)用客戶的滿意度問(wèn)題。根據(jù)RFID的系統(tǒng)組成，對(duì)于RFID系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估時(shí)可分為系統(tǒng)整體性能測(cè)試、標(biāo)簽性能測(cè)試和讀寫器性能測(cè)試3個(gè)方面，主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)應(yīng)（ISO-IEC18046-1/2/3）

　　4. 物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試解決方案

　　R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)RFID讀卡器或標(biāo)簽、NFC設(shè)備、Zigbee發(fā)射機(jī)或接收機(jī)進(jìn)行全面的測(cè)試。

　　針對(duì)RFID讀卡器或標(biāo)簽，R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)適用于860～960MHz UHF頻段，對(duì)其射頻、協(xié)議、性能進(jìn)行測(cè)試；

　　針對(duì)NFC設(shè)備，R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)適用于13.56MHz頻段，對(duì)其射頻、調(diào)制特性進(jìn)行測(cè)試。

　　針對(duì)Zigbee發(fā)射機(jī)或接收機(jī)，R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)適用于2.4GHz頻段，對(duì)其射頻、調(diào)制特性進(jìn)行測(cè)試；

　　4.1物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)組成

　　R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)的核心設(shè)備是協(xié)議處理單元，結(jié)合數(shù)字基帶接口EX-IQ-BOX、信號(hào)源SMBV100A、頻譜分析儀FSV、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZNB、供電電源NGMO、示波器RTO、射頻切換單元Switching Unit、測(cè)試軟件以及天線等附件組成，完成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的測(cè)試。并且可以配合轉(zhuǎn)臺(tái)，在暗室中進(jìn)行射頻及性能測(cè)試。下圖為物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

　　圖 2物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　4.2 物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試項(xiàng)目

　　1） 射頻測(cè)試

　　RFID射頻測(cè)試共包含6個(gè)測(cè)試項(xiàng)，均為讀寫器射頻指標(biāo)測(cè)試，參考的標(biāo)準(zhǔn)為射頻測(cè)試部分所參考的標(biāo)準(zhǔn)為《800/900MHz頻段射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)應(yīng)用規(guī)定（試行）》。具體支持的測(cè)試項(xiàng)目包括：載波頻率容限；占用帶寬；發(fā)射功率；鄰道功率泄漏比；雜散發(fā)射；駐留時(shí)間；頻譜模板。

　　NFC射頻測(cè)試項(xiàng)目較多，參考標(biāo)準(zhǔn)為《ISO/IEC 10373-6 Identification cards - Test methods - Part 6： Proximity cards》、《ISO/IEC 10373-7 Identification cards - Test methods - Part 7： Vicinity cards》及《NFC Forum-Test Cases for Analog Specification》。具體支持的測(cè)試項(xiàng)目較多，此處不再詳細(xì)描述。

　　ZigBee射頻測(cè)試包含11個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，均為收發(fā)信機(jī)常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目，參考的標(biāo)準(zhǔn)為《IEEE Standard 802.15.4 for Information technology—Telecommunications and information exchange between systems—Local and metropolitan area networks—Specific requirements》。具體支持的測(cè)試項(xiàng)目包括：發(fā)射機(jī)信道功率；發(fā)射機(jī)時(shí)域功率；發(fā)射機(jī)占用帶寬；發(fā)射機(jī)鄰道功率泄露比；發(fā)射機(jī)上升時(shí)間及下降時(shí)間；發(fā)射機(jī)調(diào)制特性；發(fā)射機(jī)發(fā)射雜散；發(fā)射機(jī)信號(hào)峰均比；接收機(jī)靈敏度；接收機(jī)阻塞測(cè)試；接收機(jī)鄰道選擇性測(cè)試。

　　2） 協(xié)議測(cè)試

　　RFID協(xié)議測(cè)試共包含14個(gè)測(cè)試項(xiàng)，其中標(biāo)簽有10項(xiàng)測(cè)試，讀寫器有4項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要是EPCglobal在UHF頻段的RFID空中接口協(xié)議EPCglobal C1G2，標(biāo)準(zhǔn)為《EPCglobal Class-1 Generation-2 UHF RFID Conformance Requirements》，ISO組織接受其為ISO/IEC18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，頒布ISO/IEC 18047-6。包含的測(cè)試項(xiàng)目有：標(biāo)簽頻率范圍；標(biāo)簽解調(diào)能力；標(biāo)簽鏈路頻率；標(biāo)簽鏈路頻率容差；標(biāo)簽T1時(shí)間；標(biāo)簽鏈路占空比；標(biāo)簽反射信號(hào)前導(dǎo)碼；標(biāo)簽防碰撞能力；標(biāo)簽存儲(chǔ)內(nèi)容；標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)移能力；讀寫器前導(dǎo)碼時(shí)間；讀寫器包絡(luò)；讀寫器T2時(shí)間；讀寫器數(shù)據(jù)編碼。

　　3） 性能測(cè)試

　　RFID性能測(cè)試共包含15個(gè)測(cè)試項(xiàng)，其中標(biāo)簽有11項(xiàng)測(cè)試，讀寫器有4項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要是18046-3：《信息技術(shù) 射頻識(shí)別設(shè)備性能測(cè)試方法 第3部分：標(biāo)簽性能測(cè)試方法》，《信息技術(shù)自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)射頻識(shí)別設(shè)備性能測(cè)試方法》。標(biāo)簽最大識(shí)別距離；標(biāo)簽最大讀距離；標(biāo)簽最大寫距離；識(shí)別電磁場(chǎng)閾值；讀電磁場(chǎng)閾值；寫電磁場(chǎng)閾值；靈敏度降級(jí)；最大工作電磁場(chǎng)；生存電磁場(chǎng)；干擾抑制；標(biāo)簽天線方向圖；讀寫器靈敏度；讀寫器BER；讀寫器天線方向圖測(cè)試；讀寫器干擾抑制。

　　4.3 物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)

　　R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)可控制儀表自動(dòng)完成射頻、協(xié)議和性能測(cè)試，并對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，向用戶顯示測(cè)試結(jié)果并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。其測(cè)試界面如下圖所示。

　　圖 3物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)界面

　　R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)提供的功能如下圖所示。

　　圖 4物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)功能

　　4.4物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試實(shí)例

　　基于R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)，可以方便的完成RFID、NFC及ZigBee測(cè)試。下圖所示為物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)拍圖及RFID測(cè)試結(jié)果。

　　圖 5物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)拍圖及RFID測(cè)試結(jié)果

　　5. 小結(jié)

　　R&Sa物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的專用測(cè)試設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單，針對(duì)性強(qiáng)以及測(cè)試準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可以大大減少物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開發(fā)、認(rèn)證和生產(chǎn)的時(shí)間，同時(shí)配合R&S公司強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和優(yōu)異的儀表性能，可以保證測(cè)試性能的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量。因此，物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)、認(rèn)證等各個(gè)環(huán)節(jié)和領(lǐng)域。