1.物聯網簡介
物聯網IOT（Internet of Things）技術是一項復雜的應用技術，它不僅涵蓋了微波技術與電磁學理論，而且還涉及通信原理以及半導體集成電路等技術，是一項多學科融合的新興應用技術。目前，IOT技術已成為一個新的經濟增長點，它廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。因此，研發物聯網技術有著巨大的經濟效益和社會意義，對物聯網測試技術的研究也是物聯網應用不可或缺的一個環節。
2.物聯網原理及應用
目前，根據不同的應用場合，物聯網涵蓋的無線技術包括射頻識別RFID、近場通信NFC、ZigBee、WLAN、車聯網802.11p等。
2.1 RFID
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。
RFID按應用頻率的不同分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）、微波（MW），相對應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源RFID、有源RFID以及半有源RFID。無源RFID讀寫距離近，價格低；有源RFID可以提供更遠的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠距離讀寫的應用場合。
RFID技術的基本工作原理并不復雜：電子標簽進入磁場后，接收讀寫器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息；讀寫器讀取信息并解碼后，送至計算機控制端進行有關數據處理。
圖 1 RFID系統工作原理圖
2.2 NFC
NFC（Near Field Communication）由RFID及互聯互通技術整合演變而來，主要推廣公司有NOKIA、SONY和NXP。近場通信是一種短距高頻的無線電技術，在13.56MHz頻率運行于20厘米距離內。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、非接觸卡和點對點功能整合在一起，為消費者的生活方式開創了不計其數的全新機遇。這是一個開放接口平臺，可以對無線網絡進行快速、主動設置，也是虛擬連接器，服務于現有蜂窩狀網絡、藍牙及無線802．1l設備。
NFC具有三種工作模式：
1） 卡模擬模式；
2） 讀寫模式；
3） 點對點通信模式。
NFC具有兩種通信方式：被動通信和主動通信。值得注意的是，通信方式與工作模式沒有必然的關系。
1） 被動通信
被動通信是指由NFC通信的一方產生射頻場，另一方從射頻場中獲取能量，并通過負載調制的方式與產生射頻場的一方通信。被動通信方式常用于卡模擬模式和讀寫模式中。
2） 主動通信
主動通信方式是指射頻場由NFC通信雙方交替產生，即通信雙方在需要通信時產生自己的射頻場。主動通信方式主要用于點對點通信模式中。
2.3 ZigBee
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據國際標準規定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗及低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。
根據IEEE 802.15.4標準，ZigBee工作的頻段是免費開放的，分別為2.4GHz（全球）、915MHz（美國）和868MHz（歐洲），根據頻段不同，采用了不同的技術，如下表所示：
表 1IEEE 802.15.4頻帶寬度、調制類型和脈沖成型濾波器
在3個不同頻段，都采用相位調制技術，2.4GHz采用較高階的OQPSK調制技術以達到250kbit/s的速率，并降低工作時間，以減少功率消耗。相比較2.4GHz頻段，868MHz/ 915MHz為低頻段，采用BPSK的調制技術，無線傳播的損失較少，傳輸距離較長。
3. 物聯網測試需求
根據物聯網使用的無線技術，目前其測試需求主要體現在如下幾個方面：
· RFID測試
· NFC測試
· Zigbee測試
由于物聯網產品是一種無線電收發設備，所以在實際測試過程中需要采用一些專用的測試來進行測試工作。對于無線電收發設備來說，常用的測試設備主要包括測量接收機、頻譜分析儀、信號源、綜測儀和示波器等。另外，測試天線在無線電發射設備的測試過程中具有重要的作用，離開了天線的輔助，就無法進行正常的測試工作，可見測試天線也是非常重要的一種測試輔助設備。概括說來，物聯網的測試需求主要包括如下幾個方面。
3.1 射頻測試需求
2007年4月，我國發布了對RFID讀寫器設備射頻指標進行型號核準測試的技術規范。對于UHF的RFID射頻測試，如今國際上并沒有專門的標準來對其進行描述，它一般包含在協議一致性標準中。目前，UHF頻段的RFID射頻測試可以參考的標準是我國《800/900MHz頻段射頻識別（RFID）技術應用規定（試行）》。其中，規定的測試項目包括載波頻率容限、占用帶寬、發射功率、鄰道功率泄露比、雜散發射和最大駐留時間等。另外，根據EPC Global標準Version1.0.2的測試規范，其測試項目還包括：讀寫器數據編碼、射頻包絡、射頻開關時間、前同步碼和幀同步信息等。
由于NFC的Analog部分延續ISO 14443及ISO 15693射頻標準，因此，NFC的射頻測試需求可參照ISO/IEC 10373-6及ISO/IEC 10373-7。NFC射頻測試需要專用測試天線輔助，并且測試點位置、測試功率等參數在測試標準中有詳細規定。
ZigBee物理層使用標準的低功耗局域網協議進行定義。一般，對其發射機和接收機進行常規射頻測試即可。
3.2 協議測試需求
對于RFID技術來說，讀寫器和標簽作為無線通信的雙方，它們之間必須遵守相互約定的通信協議，否則通信將無法進行。RFID空中接口實際上就是指標簽和讀寫器之間的無線傳輸規范、它涉及的范圍很廣，主要包括無線資源管理、無線鏈路控制、媒質接入控制和物理層等。目前，世界范圍廣泛采用的UHF頻段RFID空口協議標準主要采用ISO/IEC 18000系列，其測試標準分別對應ISO/IEC 18047系列。
3.3 性能測試需求
隨著RFID系統的廣泛應用，RFID系統的性能測試成為RFID應用單位和系統集成商非常關心的一個重要問題，RFID應用系統性能的優劣直接影響到應用場景的RFID設備的部署和成本投入，以及系統應用客戶的滿意度問題。根據RFID的系統組成，對于RFID系統進行評估時可分為系統整體性能測試、標簽性能測試和讀寫器性能測試3個方面，主要測試標準分別對應（ISO-IEC18046-1/2/3）
4. 物聯網測試解決方案
R&Sa物聯網測試系統可以根據標準對被測RFID讀卡器或標簽、NFC設備、Zigbee發射機或接收機進行全面的測試。
針對RFID讀卡器或標簽，R&Sa物聯網測試系統適用于860～960MHz UHF頻段，對其射頻、協議、性能進行測試；
針對NFC設備，R&Sa物聯網測試系統適用于13.56MHz頻段，對其射頻、調制特性進行測試。
針對Zigbee發射機或接收機，R&Sa物聯網測試系統適用于2.4GHz頻段，對其射頻、調制特性進行測試；
4.1物聯網測試系統組成
R&Sa物聯網測試系統的核心設備是協議處理單元，結合數字基帶接口EX-IQ-BOX、信號源SMBV100A、頻譜分析儀FSV、矢量網絡分析儀ZNB、供電電源NGMO、示波器RTO、射頻切換單元Switching Unit、測試軟件以及天線等附件組成，完成物聯網產品的測試。并且可以配合轉臺，在暗室中進行射頻及性能測試。下圖為物聯網測試系統結構框圖。
圖 2物聯網測試系統結構框圖
4.2 物聯網測試項目
1） 射頻測試
RFID射頻測試共包含6個測試項，均為讀寫器射頻指標測試，參考的標準為射頻測試部分所參考的標準為《800/900MHz頻段射頻識別（RFID）技術應用規定（試行）》。具體支持的測試項目包括：載波頻率容限；占用帶寬；發射功率；鄰道功率泄漏比；雜散發射；駐留時間；頻譜模板。
NFC射頻測試項目較多，參考標準為《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》。具體支持的測試項目較多，此處不再詳細描述。
ZigBee射頻測試包含11個測試項目，均為收發信機常規測試項目，參考的標準為《IEEE Standard 802.15.4 for Information technology—Telecommunications and information exchange between systems—Local and metropolitan area networks—Specific requirements》。具體支持的測試項目包括：發射機信道功率；發射機時域功率；發射機占用帶寬；發射機鄰道功率泄露比；發射機上升時間及下降時間；發射機調制特性；發射機發射雜散；發射機信號峰均比；接收機靈敏度；接收機阻塞測試；接收機鄰道選擇性測試。
2） 協議測試
RFID協議測試共包含14個測試項，其中標簽有10項測試，讀寫器有4項測試，測試依據的標準主要是EPCglobal在UHF頻段的RFID空中接口協議EPCglobal C1G2，標準為《EPCglobal Class-1 Generation-2 UHF RFID Conformance Requirements》，ISO組織接受其為ISO/IEC18000-6C標準，頒布ISO/IEC 18047-6。包含的測試項目有：標簽頻率范圍；標簽解調能力；標簽鏈路頻率；標簽鏈路頻率容差；標簽T1時間；標簽鏈路占空比；標簽反射信號前導碼；標簽防碰撞能力；標簽存儲內容；標簽狀態轉移能力；讀寫器前導碼時間；讀寫器包絡；讀寫器T2時間；讀寫器數據編碼。
3） 性能測試
RFID性能測試共包含15個測試項，其中標簽有11項測試，讀寫器有4項測試，測試依據的標準主要是18046-3：《信息技術 射頻識別設備性能測試方法 第3部分：標簽性能測試方法》，《信息技術自動識別和數據采集技術射頻識別設備性能測試方法》。標簽最大識別距離；標簽最大讀距離；標簽最大寫距離；識別電磁場閾值；讀電磁場閾值；寫電磁場閾值；靈敏度降級；最大工作電磁場；生存電磁場；干擾抑制；標簽天線方向圖；讀寫器靈敏度；讀寫器BER；讀寫器天線方向圖測試；讀寫器干擾抑制。
4.3 物聯網自動測試平臺
R&Sa物聯網測試平臺可控制儀表自動完成射頻、協議和性能測試，并對測試過程進行監控，向用戶顯示測試結果并自動生成測試報告。其測試界面如下圖所示。
圖 3物聯網自動測試平臺界面
R&Sa物聯網測試平臺提供的功能如下圖所示。
圖 4物聯網自動測試平臺功能
4.4物聯網測試實例
基于R&Sa物聯網測試系統，可以方便的完成RFID、NFC及ZigBee測試。下圖所示為物聯網測試系統實拍圖及RFID測試結果。
圖 5物聯網測試系統實拍圖及RFID測試結果
5. 小結
R&Sa物聯網測試系統作為物聯網產品的專用測試設備，具有操作簡單，針對性強以及測試準確等優點，可以大大減少物聯網產品的開發、認證和生產的時間，同時配合R&S公司強大的技術實力和優異的儀表性能，可以保證測試性能的準確性，進一步提升產品質量。因此，物聯網測試系統可以廣泛應用于物聯網產品的開發、生產、認證等各個環節和領域。
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