基于ISO15693标准RFID信号的测量

随着FRID市场的不断升温，产业对于相关测试仪表的需求不断加大，罗德与施瓦茨RFID信号源和信号分析仪精准稳定的测量，为RFID技术的普及增添了活力。

ISO15693标准介绍

RFID即射频识别技术，广泛应用在非接触式IC卡中。按照作用距离粗略分类，目前非接触IC卡有三种标准：ISO10536、ISO14443和ISO15693。ISO10536标准适合的卡为密耦合类型，它主要是在1992年到1995年间发展的，由于这种IC卡的生产成本高而与接触式IC卡相比优点很少，这种密耦合系统从未得到应用。ISO14443标准适合近耦合类型的卡，作用距离大约为0～10cm。ISO15693标准适合疏耦合类型的卡，作用距离大约为0～1m，可以用于出入检查。这两个标准从频率、动作场强、调制方法上看是完全独立的。

满足ISO15693标准的非接触式IC卡，即VICC(VicinityIntegratedCircuitCard)，其大小尺寸为85.72mm×54.03mm×0.76mm±容差，工作频率fc为13.56MHz，允许偏差7kHz。VICC中包含有一个大面积的天线线圈，能量供应由阅读器的交变磁场来提供。阅读器简称为VCD(VicinityCouplingDevice)。

阅读器到非接触式IC卡的数据传输

这个RFID信号的调制类型为ASK(幅移键控)调制，调制深度为10%和100%。存在两种编码：256选1编码和4选1编码。

在长距离模式下，采用256选1编码，这种编码方式是一种脉冲位置调制，通过控制明确规定在0～255之值范围内的脉冲的时间位置来表示传输的数据之值，在4.833ms时间内可以同时传输8位(1字节)信息，此时间被分成512个时间段，编号为0～511，每个长约9.4us，一个脉冲调制只能在奇数时间段，传输的数据之值n可以容易地从脉冲调制的位置求出：

脉冲调制的位置=2×n+1

在快速模式下，采用4选1编码，这种编码方式也是一种脉冲位置调制，脉冲的时间位置决定它代表的数值，在75.52us时间内可以同时传输2位信息，被分成8个时间段，编号为0～7，每个长约9.4us，一个脉冲调制只能在奇数时间段，传输的数据之值n可以容易地从脉冲调制的位置求出：

脉冲调制的位置=2×n+1

数据通信以帧的形式传输，以SOF(StartOfFrame)帧起始为一帧的开始，以EOF(EndOfFrame)帧结尾为帧的结束标记。帧的实际数据包含标记位、命令代码、参数和数据，并在后面增加CRC校验比特。

非接触式IC卡到阅读器的数据传输

为了从非接触式IC卡向阅读器传输数据，此RFID信号采用负载调制，数据采用曼切斯特编码。使用1个副载波或者2个副载波调制到射频频率上，副载波的数量由阅读器的请求命令所决定，非接触式IC卡总是支持两种方法的，如表1所示，单副载波就是ASK信号，双副载波就是FSK信号。

有两种传输模式对应两种数据速率可供选择，如表2所示，阅读器发送的传输协议的起始域(头标)中的标记位(控制位)来表明。

从非接触式IC卡到阅读器传输数据帧的格式来看，不同的副载波数量情况下帧起始、帧结尾、逻辑0和逻辑1的定义是完全不一样的。

信号源

不管是阅读器还是非接触式IC卡，其对RFID射频信号的接收灵敏度直接决定了它们之间的作用距离。灵敏度度太高，作用距离加大，容易引起数据意外传输，灵敏度太低，作用距离太短，非接触式IC卡的数据不能有效传输到阅读器。因此产生一个符合规范的精度高的RFID信号很重要。

罗德与施瓦茨公司(R&S)的矢量信号源SMJ100A和SMU200A都带有任意波形发生器ARB，用软件Winiqsim将满足标准ISO15693的帧结构、数据、调制方式的基带信号计算生成一个波形文件，矢量信号源的任意波形发生器ARB将它转换成射频信号，射频信号的频率和输出电平可以任意设置。

以阅读器到非接触式IC卡的RFID信号产生为例，Winiqsim设置调制方式，默认设置为有FSK、PSK、QAM等，R&S的Mapwiz软件可以定义任意调制映射方式，如10%的ASK和100%的ASK，以后缀名为imp的文件加载到Winiqsim的用户调制类型之中，加载后，可以清楚看到IQ星座图。也可以设置符号速率、编码方式和基带滤波器。Winiqsim也支持帧信号的编写，如图1，原始数据组合成时隙，然后合并成帧，以此帧重复发送。

RFID信号分析

阅读器和非接触式卡的发射信号质量的好坏，是否存在误码对作用距离产生重要的影响，能够准确分析这种RFID信号的射频特性显得非常有必要。

R&S的频谱分析仪FSQ和FSU的矢量解调功能可以得到RFID信号的星座图，误差矢量幅度EVM、信噪比、频率误差等射频指标，也可以得到此信号的眼图，如图2。

频谱仪将射频信号变为中频后转换为数字基带信号后全部放在内部存储器，通过GPIB卡和网口可以将这些数据读出，进行二次开发，比如可以得到所有帧的数据，判断CRC是否准确等信息，如图3。

随着RFID市场不断升温，阅读器和非接触卡的射频性能测试成了很重要的一环。R&S的矢量信号源和频谱分析仪精确的射频信号测量可以为RFID的成长增添活力。