引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID 技術(shù)被大量應(yīng)用于各行各業(yè)，如旅游業(yè)星級(jí)酒店和景區(qū)中。客人可通過持有 RFID 標(biāo)簽卡通過景區(qū)門禁。RFID 系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別功能，通道門識(shí)別信息后將自動(dòng)打開，否則自動(dòng)報(bào)警，關(guān)閉門禁。不同廠家生產(chǎn)的 RFID 讀寫器和標(biāo)簽必須要保證產(chǎn)品通信協(xié)議的一致性與互用性，因此對(duì)標(biāo)簽協(xié)議進(jìn)行測(cè)試非常必要，但若均采用實(shí)測(cè)方式，不僅費(fèi)事費(fèi)力，還浪費(fèi)財(cái)物，基于此，文中提出了 RFID 協(xié)議一致性的聯(lián)合仿真分析研究方案。在該方案中，RFID 測(cè)試儀基于 RF 收發(fā)器、FPGA 完成基帶信號(hào)的處理，實(shí)時(shí)對(duì)RFID 標(biāo)簽收發(fā)的命令進(jìn)行仿真和解調(diào)。根據(jù)合格的仿真結(jié)果，廠家能更好地研發(fā)基于旅游業(yè)的新型 RFID 產(chǎn)品，為智慧旅游發(fā)展提供保障，為景區(qū)客人提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1 RFID系統(tǒng)簡(jiǎn)介

RFID 技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 40 年代的雷達(dá)改造技術(shù)，當(dāng)時(shí)使用該項(xiàng)技術(shù)來分辨敵我雙方的飛機(jī)。到了 21 世紀(jì)，RFID 技術(shù)被應(yīng)用于各行各業(yè)，如旅游業(yè)、制造業(yè)等，其結(jié)構(gòu)主要包括讀寫器、電子標(biāo)簽和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等，其中電子標(biāo)簽內(nèi)部含有芯片，不僅儲(chǔ)存的信息量大 [1-2]，信息處理速度快， 還可以避免外部環(huán)境的污染，安全性能好。讀寫器還可遠(yuǎn)距離識(shí)別標(biāo)簽，方便快捷。

2 RFID系統(tǒng)工作原理

RFID 系統(tǒng)采用射頻識(shí)別技術(shù)完成對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)信息的讀取。

（1） 讀寫器的軟件向讀寫器發(fā)出讀寫命令，通過天線向電子標(biāo)簽發(fā)射射頻信號(hào)，建立特定的通信 ；

（2） 電子標(biāo)簽天線接收信號(hào)，該信號(hào)通過射頻前端電路進(jìn)入電子標(biāo)簽的控制部分，控制部分對(duì)數(shù)據(jù)流做各種邏輯處理[3-5] ；

（3） 電子標(biāo)簽通過天線把內(nèi)部信號(hào)發(fā)射給讀寫器，讀寫器把信號(hào)傳送給系統(tǒng)高層，讀取識(shí)別信息，高層再對(duì)信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。

3 RFID協(xié)議一致性仿真

RFID 利用讀寫器發(fā)射給標(biāo)簽的射頻信號(hào)，通過標(biāo)簽反射回波信號(hào)，接收獲取標(biāo)簽中儲(chǔ)存的信息。其中，信息調(diào)制由標(biāo)簽芯片來完成，因此不同商家的 RFID 通信協(xié)議是否一致， 關(guān)系到信息的接收是否暢通。

3.1 RFID協(xié)議一致性工作原理

研究測(cè)試標(biāo)簽在全頻段范圍（860 ～ 960 MHz）響應(yīng)射頻信號(hào)，以及響應(yīng)信號(hào)是否占用有限帶寬。協(xié)議一致性仿真測(cè)試包括標(biāo)簽處理時(shí)間測(cè)試、標(biāo)簽內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測(cè)試、標(biāo)簽指令測(cè)試、標(biāo)簽狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換以及讀卡器協(xié)議處理時(shí)間測(cè)試，分別從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、協(xié)議處理準(zhǔn)確性等方面進(jìn)行研究，保障系統(tǒng)協(xié)議的一致性與高效性 [6-8]。同時(shí)設(shè)置標(biāo)簽與測(cè)試天線的距離為 3m，測(cè)試系統(tǒng)發(fā)射功率為 PHS，記錄標(biāo)簽反射功率為 PI， 標(biāo)簽散射截面 RCS 的計(jì)算公式為 ：

式中 ：d表示天線標(biāo)簽的距離 ；Gr表示天線測(cè)試增益 ；λ表示載波波長(zhǎng) ；K表示修正因子。

3.2 協(xié)議一致性的測(cè)試方法

進(jìn)入仿真軟件環(huán)境，運(yùn)用虛擬儀器，通用矢量信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，矢量信號(hào)分析設(shè)備捕獲和采集信號(hào)，依靠SSE 高性能開展匯編技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，在 X86 架構(gòu)的 CPU 上完成 RFID 等射頻技術(shù)和低功率無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)仿真分析和測(cè)量解分析 [9-10]。使用 RFID 仿真器和無線信道仿真器對(duì)RFID 的協(xié)議參數(shù)、非協(xié)議參數(shù)和指令控制等接口進(jìn)行仿真分析，分析物理層與協(xié)議層，實(shí)現(xiàn)協(xié)議信號(hào)的產(chǎn)生和通信，同時(shí)還可以測(cè)得標(biāo)簽被激活的最小發(fā)送功率 EIRP（dBm）（靈敏度），再根據(jù)發(fā)送天線的距離 d，利用 Friis 公式算出標(biāo)簽前向最大激活距離 ：

式中 ：EIRP表示標(biāo)簽被激活的最小發(fā)送功率 ；d表示發(fā)送天線的距離。

系統(tǒng)具有完成讀卡器仿真和標(biāo)簽仿真的雙模功能。測(cè)試流程如圖 1 所示。

3.3 協(xié)議一致性的仿真結(jié)果分析

針對(duì)某 5A 級(jí)景區(qū)門禁系統(tǒng)的 RFID 協(xié)議一致性進(jìn)行仿真測(cè)試分析。信號(hào)工作于 UHF 頻段，協(xié)議測(cè)試基于 ISO18000- 6C，將標(biāo)簽或者閱讀器的命令解調(diào)，并仿真返回的比特流。將RFID 測(cè)量和仿真系統(tǒng)相結(jié)合來完成協(xié)議的一致性測(cè)試。使用FPGA 進(jìn)行實(shí)時(shí)基帶處理，在仿真標(biāo)簽閱讀的同時(shí)完成物理層測(cè)量。標(biāo)簽協(xié)議一致性區(qū)域放大圖如圖 2 所示。根據(jù)標(biāo)簽返回波形和標(biāo)簽命令解析，可以分析得出讀寫器和標(biāo)簽的協(xié)議一致性已達(dá)標(biāo)，滿足使用要求。

4 結(jié) 語

使用本 RFID 產(chǎn)品協(xié)議一致性仿真測(cè)試方案，能夠測(cè)試不同廠家的 RFID 協(xié)議一致性情況。本方案使用虛擬儀器，通過矢量信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，由矢量信號(hào)分析設(shè)備捕獲和采集信號(hào)，依靠 SSE 開展指標(biāo)測(cè)試仿真，完成 RFID 等射頻技術(shù)和低功率無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)仿真分析和測(cè)量分析。方便旅游業(yè)選擇不同的 RFID 產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)互通、互用，為游客提供高質(zhì)量的服務(wù)奠定基礎(chǔ)，為廠家研發(fā) RFID 產(chǎn)品提供支撐保障，并能為物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來一定的幫助。