专利名称：Rfid通信模型空中接口参数测试方法
技术领域：
本发明属于自动识别领域，特别为UHF及更高频段射频识别(RFID) 空中接口的研究、设计、生产中，对产品空中接口参数的质量考核作检测 和检验用。
背景技术：
射频识别(RFID)技术历经几十年酝酿，其工作频段由低频到高频， 再到超高频和微波。近年来，低频到高频已趋成熟。开始迎来大规模广泛 应用。UHF及更高频段正处于技术成长期，无论是设备设计技术，系统应用 技术，乃至标准制定都还在发展之中。
射频识别(RFID)即将会形成一个大的产业。UHF及更高频段RFID由 于其作用距离远的特点，将大大拓展RFID的应用领域。
国际上现有UHF射频识别(RFID )系统的空中接口通信参数标准IS0/IEC 18000-6等，而且也有了相应的一致性测试方法标准IS0/IEC 18047-6等。 但是这些标准的参数定义和测试方法都是源自雷达模型。在雷达模型中， 认为电子标签仅仅是一个对无线电信号起反射(或称后向散射)作用的被 探测对象。这对具有实现无线电信号接收、解调、再调用数据进行调制和 发射功能的电子标签，和既要执行无线写入，又要执行读取数据的RFID系 统基本工作机理并不吻合。因此其应用受到局限。例如，ISO 18000-6中明 确规定，该标准只适用于无源电子标签，读写器先讲情况。其实，对于无 源电子标签的写入操作功能也未能包括。
由于现行UHF RFID空中接口通信参数标准源于雷达模型，其所关注的 参数为波形参数，调制特性参数，信号返回时间和雷达散射截面等。完全 与 一般的雷达探测相吻合。本发明认为按物理概念分析，UHF及更高频段RFID空中接口应该用通 信模型建立通信测试参数。这样会有利于评价标签和读写设备质量，改进 产品技术设计，有助工程应用。这些重要的系统和设备参数，包括电子标 签对读写器的读取信号接收灵敏度，写入信号接收灵敏度，发射功率，射 频增益，读写器接收灵敏度，正、反向路径设备能力对称度等。本发明所 定义的这些源于通信模型的参数及测试方法，适用于各类电子标签(或简 称标签)，各类读写器，读写器先讲，标签先讲等各种情况；适用于远区电 磁场环境工作的RFID系统，包括VHF, UHF, MW各频,爻。
本发明给出了射频识别(RFID)通信模型空中接口参数定义和测试方法。
发明内容
本发明的应用需求源于UHF及更高频段射频识别(RFID)空中接口系统、 设备研究、设计、生产中对其参数的检测和检验。
1. 本发明给出了射频识别(RFID)通信模型空中接口测试参数本发明 给出的射频识别(RFID)电子标签(简称标签)和读写器有关参数定义。
2. 本发明提出了一种测试法，即引入专用的辅助电子标签，通过对反向 信道的传输损耗测试，并联系系统损耗等系统参数，经过推算，来确定被测 电子标签和读写器有关射频参数。
3. 本发明给出了为RFID通信模型空中接口参数测试所用的辅助电子标 签和测试读写器的主要技术要求。
4. 本发明给出了为射频识别(RFID)通信模型空中接口参数测试所用的 RFID读写器的主要技术要求。
通信模型及相应的空中接口参数，对RFID空中接口设备性能评价，技术 改进和工程应用的价值如下
1)便于评价读写器和电子标签水平。当有了读写器接收灵敏度，电子标 签写入和读取接收灵敏度及电子标签发射功率，上下行路径对称度指标后，
4便可以区分并评价空中接口系统内各个环节的技术状况。
2) 便于改进电子标签设计。有了通信模型所建立的参数体系后，便于设 计师分析电子标签技术状况，找到技术改进的方向。
3) 便于预测空中接口应用效果。有了通信模型所建立的参数体系后，基 于RFID空中接口工作在远区电磁场的情况，根据系统设备能力，就可以比较 方便地预测实际使用条件下的使用效果。为现场使用时适应变更需求调整系 统设计提供技术思路。
4 )本发明RFID通信模型所定义的参数对于RFID空中接口具有普适性， 所以适用范围广。包括各种类型电子标签，包括无源，有源，半无源，同步， 异步，组合，智能标签及其它类型电子标签，各种类型读写器包括手提式， 固定式，车载式， 一体式和分体式读写器。不同的先讲方式，包括读写器先 讲和标签先讲。
5)由于本发明所提出的有关RFID通信模型基于远区电磁场概念，所 以本发明所给出的参数定义，测试方法适用于VHF(甚高频)，UHF(超高频) 和MW (微波)。
图1是本发明RFID无线写入操作的通信模型的示意该图表示RFID的写入过程是由读写器发出写指令，通过无线信道到达 电子标签端。电子标签收到指令后，自动完成写操作。是一个实现单向控制 功能的通信过程。
图2是本发明RFID读取操作的通信模型的示意图。
该图给出了 RFID读取数据功能实现。这是一个双向数据传输的通信过 程。即读写器询问电子标签的正向通信，和电子标签应答读写器的反向通信 两个子过程。电子标签有接收已调信号，解调，识别指令，提取数据，调制和发送调制信号的完整收发信功能。 一次读取的实现，完成的是双向通信的 全过程。
图3是本发明RFID空中接口参数测试系统框图。
系统内包含被测标签，辅助电子标签，测试读写器，和用来测量信号电 平的频谱分析仪(或简称频谱仪)。
具体实施例方式
1. 通信模型基本概念
适用于远区电^f兹场环境的RFID空中接口有两种工作方式，无线写入方 式和读取方式。因此，存在着两种通信模型。RFID无线写入模型(如图l), RFID读取才莫型(如图2 )。
在通信模型中，无论是写入操作，还是读取操作，都不是把电子标签视 为纯后向散射体，所以不再使用雷达散射截面的概念。对于写入操作，认为 电子标签是通信链路上的一个终端结点。是一台完全的收发信设备。因此， 它应该有接收灵敏度，发射功率。对于读取操作，我们把询问和应答全过程 视为一条中继链路，则电子标签又可被视为一个转发结点，标签的发射功率 对接收灵敏度之比应被视为系统传输增益(或损耗)的一个环节一标签射频 增益。这个值在有源标签情况下可能为正，在无源标签情况下可能为负或近 似为零dB。
按照通信系统设计概念，通常认为正向链路与反向链路应为对称信道， 传输损耗应该相等，因此，系统设计中，应保证正反向链路系统设备能力相 等。所以基于通信模型的系统参数应包括正反向路径设备能力对称度检测。
2. 参数定义
本发明给出了基于射频识别RFID通信模型空中接口的参数定义
1)读写器接收灵敏度读写器实现读取操作时能正确识别电子标签返
6回数据信息的最低接收功率电平。
2) 电子标签写入信号接收灵4文度标签正确执行读写器写入指令完成写入操作的最低接收功率电平。
3) 电子标签读取信号接收灵敏度标签正确执行读写器读取指令完成读取操作的最低接收功率电平。
4) 标签接收灵敏度工作点的反射功率在对读写器发来的读取信号最低接收信号功率电平情况下，标签的发射功率。
5) 标签射频增益即标签发射功率对其接收功率电平之比。
6) 正向路径设备能力由读写器至标签信号传送路径上所有设备可提供的增益(包括作为负增益的损耗)的总和。
7) 反向路径设备能力由标签至读写器信号传送路径上所有设备可提供的增益(包括作为负增益的损耗)的总和。
8) 正反向路径设备能力对称度由读写器至标签和由标签至读写器两条路径总设备能力之比。
以上所述功率电平的单位均为dBm,以上所述增益(包括作为负增益的损耗)均按dB计。如使用其它单位，计算中应作相应变换。以上所述发射功率(EIRP )和接收灵敏度均包含其所用天线增益，如使用发射机功率(ERP )和接收机灵敏度定义，则不包含其所用天线增益。
3. 测试系统信号流程
本发明提出RFID通信模型空中接口参数测试方法，其基本思路是引入专用的辅助电子标签，通过对信道的传输损耗测试，并4关系^皮测标签接入系统后，系统相应参数来确定所定义的各项空中接口参数值。
RFID通信模型空中接口参数测试系统基本工作原理框如图3。空中接口基本参数按信号流程排列如下Pit (Pitmin) —Ls—Psr(Ptr) — Hs (HT) — PST(P丌)—Ls—P|R(PIRMIN)PIT:读写器发射功率PST:辅助标签发射功率PIR:读写器接收功率电平PSR:辅助标签接收功率电平
P!rmin:读写器接收灵敏度
Pstmin :对应读写器接收灵敏度工作点的辅助标签发射功率
Pit:被测标签发射功率
PTR:被测标签的接收功率电平
Ptrmin:被测标签接收灵敏度
P'TT:被测标签在接收灵敏度工作点发射功率
匕s : S 中接口单程路径损耗
Hs:辅助标签射频增益。
Hs-辅助标签发射功率PSTMIN —辅助标签接收功率电平PTRMIN 。HT:被测标签射频增益
HT -被测标签发射功率PST -被测标签接收灵敏度PTRMIN。GA:正向(或称下行)信道设备能力
读写器至标签路径上所有设备提供的增益(如果是损耗，按负增益计)之和。代表正向信道的最大传输能力。
GB:反向(或称上行)信道设备能力
标签至读写器路径上所有设备提供的增益(如果是损耗，按负增益计)之和。代表反向信道的最大传输能力。ag :正反向信道设备能力对称度正向信道设备能力GA与反向信道设备能力Gb之差，
JG -GA—GB 。4.测试系统基本条件
1) 前提条件
读写器接收机灵敏度远高于电子标签的接收灵每文度；读写器到标签的距离等于或大于IO倍波长，或按系统设计额定指标；测试系统处于无多径和无衰落条件下；
发射功率，接收电平检测中，对天线增益和馈线损耗因子应在数值处理中按实际情况加以考虑。
所有的天线极化完全一致。
2) 测试系统对辅助标签的要求
具有自供电能力，以保证辅助标签可能提供比被测标签更大的发射功率，更高的接收灵敏度。
辅助标签天线外置，可在天线馈电点对收发电平进行测试；
辅助标签与被测标签的调制参数相同；
辅助标签使用标准对称偶极子天线或其它天线。应按情况计入天线增益。
3) 测试系统对读写器的要求
测试读写器输出功率可调，或可在读写器收发设备与其天线之间加入衰减器实现输出功率可调。
在收发设备与天线的馈电点处可测发送和接收功率电平，或在外部检测功率电平。
95. 检测方法举例
1) 标签写入信号接收灵敏度
用逐步减小或逐步增大读写器发射功率，重复写入和读取过程，直至寻
找到读写器能正确识读所写入数据的最小发射功率P|T ;
读写器以功率Ppr发射，由被置于被测标签相同或相当位置的测试仪器检测标签接收电平值P' TRWMIN,即为被测标签写入信号接收灵敏度.
2) 正向路径传播损耗
读写器发送功率值P!T,和被测电子标签的写入信号接收灵敏度P'TRWMIN,即可计算得到正向路径传播损耗。
3) 读写器接收灵敏度
利用辅助电子标签可调发射功率能力，找到读写器正常接收的最低功率电平值。由接入读写器天线馈电点的频谱分析仪，读出此时的读写器接收功率电平值，即读写器的接收灵敏度P识國。
4) 反向路径单程损耗
由检测到的读写器接收灵敏度和读写器接收灵敏度工作点的辅助标签的发射功率即可计算得到反向路径传播损耗。
5) 被测电子标签的读取信号接收灵敏度A.无源标签
无源标签的接收与发射直接连接在天线端口的开关器件上，开关器件的插入损耗接近0d B。所以可以认为被测电子标签的读取信号接收灵敏度就等于被测电子标签的发射功率电平。
在使用辅助标签完成读写器灵敏度测试之后，置被测标签于辅助标签所在位置或相当位置，读写器发送读取信号，由于辅助标签灵每文度通常高于被测标签， 一般情况，读写器不能正确识读，此时逐步增大读写器发射功率PTT，直到读写器正确识读标签返回数据，若此时的读写器发射功率为P'n。 保持同样的发射功率发射，在与被测电子标签相同或相当位置，检测接收电 平P,R即为被测电子标签的最低接收功率电平为P' IRMIN。
B.有源标签
有源标签的接收与发射都是由有源器件构成的。接收灵敏度高，发射功 率也大。而且可^T测，事实上有源标签可以等同于本测试系统中的辅助标签。 因此，测试与普通无线电收发设备的检测一样简单。
让有源标签以较大的功率发射，即确保反向信道可靠传输的条件下，检 测由读写器发送，并经被测标签返回读写器接收端的读取信号，找到读写器 可正确识读返回数据的读写器最低发射功率。此时的标签接收电平即为被测 电子标签的读取信号接收灵敏度。
6) 被测电子标签的读取信号接收灵敏度工作点发射功率
无源标签可认为被测电子标签的读取信号接收灵敏度工作点发射功率 等于标签的最低接收功率电平为P'IRMIN 。
有源标签应该是可控参数。可用普通仪器直接检测其工作能力范围。
7) 标签射频增益
按照定义利用以上已测得有关数据即可计算获得。
8) 正反向路径设备能力对称度
按照定义利用以上已测得有关数据即可计算获得。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任 何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的权利要求保护范围之内。
ii
权利要求
1.本发明提出的用RFID无线写入通信模型和读取通信模型定义空中接口参数的方法，和对所定义参数的检测方法。
2. 基于权利要求1， 在RFID系统中为电子标签建立的电子标签写入信号 接收灵敏度定义和测试方法。
3. 基于权利要求l,引入专用的辅助电子标签，通过对信道设备和系统参 数测试，通过推算，来确定RFID通信模型空中接口参数的方法。
4. 基于权利要求l,为电子标签建立的电子标签读取信号接收灵敏度(和 接收机灵敏度)，发射功率，射频增益定义及测试方法。
5. 基于权利要求l,为射频识别(RFID)读写器建立的读写器接收灵敏度 (和接收机灵每1度)定义及测试方法。
6. 基于权利要求l,本发明适用于无源标签，半无源标签，有源标签，同 步标签，异步标签，组合标签及智能标签等。
7. 基于权利要求l，本发明给出的为RFID系统工程应用设计需求引入RFID 通信模型空中接口正反向路径设备能力对称度的定义和测试方法。
8. 本发明给出的RFID通信模型空中接口参数定义和测试方法适用于手提 式，固定式，车载式， 一体式和分体式等类型读写器。
9. 基于权利要求l,本发明所提出的有关RFID通信模型，参数定义，测试 方法适用于UHF (超高频)和MW (樣b皮)，及所有远区电;兹场环境运行的RFID 空中接口。
10. 基于权利要求l，本发明所提出的有关RFID通信模型，参数定义，测 试方法适用于读写器先讲和标签先讲的RFID系统。
全文摘要
本发明RFID通信模型空中接口参数测试方法涉及射频识别(RFID)，现有雷达模型空中接口参数定义和测试方法。其主要关注波形，时间，雷达截面等参数。本发明提出RFID写入和读取两种通信模型(读取模型如图)，关注系统设备能力相关参数。包括标签写入和读取灵敏度，发射功率，收发增益，读写器接收灵敏度，上下行信道对称度等参数定义和测试方法。本发明提出引用辅助电子标签。通过参数测试，经推算确定被测电子标签和读写器参数的方法。本发明适用于远区电磁场工作的RFID空中接口。包括UHF，MW各频段产品质量考核，设计改进，应用工程设计。
文档编号G06K7/00GK101685492SQ20081019891
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者刘礼白 申请人:中国电子科技集团公司第七研究所