¿Cómo argumentar que un tag o un lector es mejor que otro? ¿Qué parámetros hay que medir y cómo debe realizarse? NextPoint presenta dos herramientas indispensables para evaluar el rendimiento de tags y lectores RFID: Tagformance y epcHotspot.

1. Análisis del rendimiento de tags y lectores RFID UHF
Lluis Bueno
NextPoint Solutions
(lluisbueno@nextpoints.com)
1. Introducción
El mercado de la tecnología RFID en la banda UHF Gen2 está empezando a crecer paulatinamente.
En la actualidad, ya hay cientos de fabricantes de tags y lectores, todos ellos manifestando tener los
mejores productos, pero sin argumentos comunes que lo sostengan. ¿Cómo argumentar que un tag o un
lector es mejor que otro? ¿Qué parámetros hay que medir y cómo debe realizarse? En este artículo se
profundiza en dos parámetros de rendimiento de los tags que tanto fabricantes como integradores de
sistemas pueden medir de forma sencilla, y utilizarlos para comparar los diferentes productos del
mercado. Asimismo, se indican varias recomendaciones de medida con lectores, con el fin de evaluar el
mejor rendimiento de uno u otro en diferentes entornos y para identificar diferentes materiales.
2. Medición del rendimiento de tags
En un tag es posible medir diferentes parámetros y a su vez hacerlos de diferentes modos. Sin
embargo, aunque es posible realizar mediciones de las antenas y los circuitos integrados con un
analizador de espectros o un analizador de redes, el rendimiento de un tag únicamente puede medirse
cuando el tag está activo, funcionando, es decir, comunicándose con un lector RFID. Debido al
funcionamiento de la tecnología RFID, el lector (en realidad un transceptor) transmite una señal
modulada que excita y alimenta el tag. Esta señal incorpora un comando al cual responde el tag con otra
señal que es detectada por el lector.
La forma convencional de comparar diferentes tags es utilizar un lector comercial y comparar las
distancias de lectura y los ratios de éxito, con una potencia de transmisión constante. Esta metodología se
ha utilizado tanto en la industria como en el mundo académico, pero es un método que no permite separar
las propiedades del tag de las propiedades del lector y el entorno. Con este método, no es posible
distinguir si la distancia de lectura es limitada por la potencia de respuesta del tag o por la sensibilidad del
lector. Además, la precisión de la potencia y los efectos de propagación multi-trayecto reducen la
fiabilidad de las mediciones.
Por otra parte, es posible realizar mediciones de diversos parámetros, tanto temporales como
espectrales, mediante equipamiento genérico de laboratorio, aunque esta metodología es normalmente
costosa y compleja, ya que requiere de equipos de medida de última generación y de conocimientos de los
protocolos RFID utilizados, mediciones de radiofrecuencia y un software de medida normalmente
desarrollado a medida.
Con el fin de mostrar unos resultados independientes, fiables y que contemplen todos los parámetros
que rodean un sistema RFID, las mediciones en este artículo se han realizado con un sistema de medida
específico para RFID (Tagformance), formado por una unidad de medición, una tarjeta PCI para el PC y
un software de medida.
Figura 1. Sistema Tagformance, compuesto por una unidad de medida y un software específico.

2. 2.1. El primer parámetro: Sensibilidad del tag
En la mayoría de los casos, el factor limitante para la distancia de lectura de un tag es la potencia
entregada al chip. Ya que la potencia máxima radiada de un lector está restringida por normativa, la
potencia entregada al chip a una distancia determinada depende principalmente del diseño del tag (de su
antena y del circuito de adaptación), así como de los factores ambientales. La cantidad de potencia
radiada que se precisa para excitar un tag es lo que se denomina Sensibilidad.
Para medir la sensibilidad del tag se utiliza una fuente de señal conectada una antena que envía un
comando al tag, y se varía la potencia de transmisión para encontrar la mínima potencia con la que el tag
es capaz de responder. Este test puede repetirse con diferentes portadoras de frecuencia para caracterizar
completamente la sensibilidad del tag. Este procedimiento es exactamente el que realizar el sistema
Tagformance cuando se mide la sensibilidad de un tag. Aunque puede utilizarse cualquier comando de
lectura o escritura para activar el tag, el sistema envía un comando Query y espera la respuesta RN16 del
tag, almacenando la potencia requerida por el tag para responder.
Con el fin de independizar los resultados de la distancia entre el lector y el tag y poder así comparar
diferentes tags, la unidad utilizada para la sensibilidad es la intensidad de campo eléctrico (en campo
lejano).
(1)
donde PEIRP es la potencia radiada efectiva, Z es la impedancia en aire libre (377 Ω) y R es la
distancia entre el tag y la antena transmisora. Cuando la sensibilidad se conoce a una determinada
frecuencia, esa misma ecuación puede ser utilizada para calcular la distancia máxima teórica de operación
del tag.
2.2. El segundo parámetro: Señal de retorno o Backscattering
A medida que los diseños de los tags evolucionan, la distancia de trabajo de los tags no está limitada
por la potencia trasmitida al tag, sino por la señal transmitida al receptor del lector. La potencia de señal
mínima que el lector puede detectar y decodificar de forma fiable se representa como la sensibilidad del
lector, medida en dBm. La señal que devuelve el tag deberá siempre superar este valor. El parámetro a
considerar determina cuán eficientemente el tag transforma la potencia radiada en señal backscattering:
ΔRCS (diferencial de sección radar).
Figura 2. Esquema de backscattering en RFID
Para medir el backscattering se utiliza una fuente de señal conectada una antena que envía un
comando al tag, y se mide la intensidad de la respuesta. Este test puede repetirse con diferentes portadoras
de frecuencia y niveles de potencia para caracterizar completamente el tag. El sistema Tagformance
utiliza este procedimiento con una mejora adicional: el sistema de medida utiliza la frecuencia portadora
del transmisor como el oscilador del receptor, lo que permite medir tanto la potencia como la fase de la
señal de retorno. El sistema envía un comando Quero al tag y espera la respuesta RN16, almacenando la
potencia y fase de la señal de respuesta. Sin embargo, la potencia medida depende también de la
geometría de la medición, por lo que se utiliza la siguiente ecuación:
(2)

3. , donde PR es la potencia recibida, G es la ganancia de la antena en recepción, PEIRP es la potencia
transmitida efectiva, R1 es la distancia entre el tag y la antena transmisora, R2 es la distancia entre el tag y
la antena receptora y λ es la longitud de onda de la portadora. De nuevo, cuando la sensibilidad y el
ΔRCS se conocen a una determinada frecuencia, esa misma ecuación puede ser utilizada para calcular la
potencia recibida a una determinada distancia.
2.3. Medición real del rendimiento de un tag
Para ilustrar los parámetros de rendimiento indicados, se muestra un caso práctico de medición para
conocer el rendimiento de tres tags diferentes para identificar objetos metálicos, y definir cuál de ellos es
el más adecuado para esta aplicación. Este tipo de mediciones pueden ser realizadas por un integrador de
sistemas para escoger el tag más adecuado para el proyecto de un cliente, o por un fabricante de tags para
comparar su producto con el de la competencia.
Las mediciones se llevaron a cabo en una cámara anecóica, idónea para realizar mediciones fiables, al
estar completamente aislada de perturbaciones externas y eliminar el efecto de propagación multitrayecto
gracias a sus paredes absorbentes.
Las mediciones se realizaron utilizando el sistema Tagformance, compuesto por una unidad de
medida y el software. Se utilizaron antenas de transmisión y recepción separadas per de idénticas
características (rango de frecuencias 806-960 MHz, impedancia 50 Ω, ganancia 8.0 dBi, ancho de haz 3
dB 75º horizontal, 70º vertical, polarización lineal), soportadas con un poste de madera. Los tags se
ubicaron en un pedestal de poliestireno a 1 metro de las antenas.
Figura 3. Disposición de los elementos para las mediciones en la cámara anecóica
Los tags utilizados, específicos para funcionar sobre metal, fueron:
- Tag 1, tag on-metal global (dimensiones: 155 x 32 x 10 mm)
- Tag 2, tag on-metal para banda ETSI+FCC (dimensiones: 223 x 23 x 8 mm)
- Tag 3, tag on-metal para banda ETSI (dimensiones: 132 x 30 x 8 mm)
El objeto a identificar fue una plancha de aluminio de 200 x 200 x 2 mm, en cuyo centro se fijaba
cada tag.
En primer lugar, se realizaron medidas de la sensibilidad de los tags en el rango de frecuencias de 800
a 1000 Mhz, en pasos de 1Mhz y resolución de potencia de 0.1dB. La siguiente figura muestra una
captura de pantalla del software tras las mediciones, donde se observan las gráficas con los resultados de
intensidad de campo eléctrico en función de la frecuencia. Tag 1 se muestra en rojo, Tag 2 en verde y
Tag 3 en azul.

4. TAG 3
TAG 2
TAG 1
Figura 4. Medición de sensibilidad del tag en función de la frecuencia
La primera percepción es que los anchos de banda de los tres tags son diferentes. Utilizando la
ecuación (1), dada una distancia requerida de 5 metros (p.e.), la sensibilidad teórica requerida es 1.9 V/m.
Con este valor, del gráfico extraemos que el Tag 1 funcionará de 860 a 980 Mhz, Tag 2 de 860 a 930 Mhz
y Tag 3 de 858 a 868 Mhz. Esto nos dice que todos los tags cumplirán el requerimiento en la banda
Europea (865-868Mhz), pero no todos funcionarán en las bandas de Estados Unidos (sólo Tags 1 y 2) ni
Japón (sólo Tag 1). Sin embargo, si sólo se precisa funcionamiento en Europa, el Tag 3 dispone de un
mayor rendimiento, ya que tiene un mayor margen hasta la sensibilidad requerida.
En segundo lugar se realizaron mediciones de la señal de backscattering a una frecuencia fija de
866Mhz y un barrido de la potencia transmitida de 0 a 30 dBm con una resolución de 0.1 dB. La siguiente
figura muestra una captura de pantalla del software tras las mediciones, donde se observan las gráficas
con los resultados del diferencial de la sección radar (ΔRCS) en función de la intensidad de campo
eléctrico. Tag 1 se muestra en morado, Tag 2 en verde y Tag 3 en naranja.
TAG 3
TAG 1
TAG 2
Figura 5. Medición de la señal de backscattering en función de la intensidad de campo a 866Mhz

5. El punto más a la izquierda de cada gráfica muestra la sensibilidad del tag y cuán eficientemente el
tag convierte la potencia en una señal de retorno en el punto umbral. El valor de ΔRCS decrece conforme
el campo eléctrico aumenta, algo típico en cualquier tag. Una vez más, el Tag 3 se comporta de forma
diferente a los otros dos tags y genera una señal de retorno mucho mayor. A partir de la ecuación (2), y
dados una sensibilidad del lector de -80 dBm y una ganancia de la antena de recepción de 8 dBi (valores
típicos de lectores comerciales), una distancia de lectura de 5m y una intensidad de campo de 1.9 V/m, la
ΔRCS es de 62cm2 para el Tag 3 y 17 cm2 para los Tags 1 y 2, lo que corresponde a -49 dBm y -55 dBm
respectivamente. De esto se deduce que el retorno no es un factor limitante en la distancia máxima de
lectura teórica, y que cada uno de los tags cumplirá los requerimientos. Sin embargo, la situación podría
ser muy diferente en un entorno con interferencias.
3. Medición del rendimiento de un lector
Una vez seleccionado el tag idóneo para la aplicación en cuestión, entra en juego la selección del
lector y la ubicación óptima del tag en el elemento a identificar. Las mediciones de los tags se han llevado
a cabo con un sistema de análisis independiente y óptimo para su propósito, pero una vez en el proyecto
real, el lector escogido permitirá aprovechar el rendimiento del tag seleccionado y garantizar el éxito de la
aplicación en función de este y de la ubicación óptima del tag.
Para llevar a cabo este nuevo procedimiento de análisis de ubicación óptima de los tags, existen dos
metodologías:
- Tag Sweeping, basada en ir desplazando el tag a lo largo de la superficie del material, mientras
el lector realiza las lecturas en las diferentes posiciones. Es un método rápido pero aproximado.
- Hotspot Mapping, basada en una malla homogénea de tags ubicada sobre el material. El análisis
resulta más profundo y ofrece un mapa 3D del objeto a identificar.
En ambos casos, el software EPC Hotspot permite realizar las mediciones con todos los lectores
RFID del mercado, analizando la calidad de la señal recibida y proporcionando así un análisis exhaustivo
de las ubicaciones válidas de los tags para los diferentes lectores bajo prueba.
3.1. Análisis a nivel de ítem o caja
Para ambas metodologías (Tag Sweeping o Hotspot Mapping), se requiere de un lector RFID
conectado a una única antena, que puede ser de polarización circular o lineal (en este caso, será
importante mantener la orientación del tag a lo largo de las pruebas). Se recomienda colocar tanto la
antena como el objeto a evaluar sobre unos soportes de material insensible a la radiofrecuencia, como la
madera. Se recomienda ubicar tanto la antena como el objeto a unos 70cm como mínimo del suelo y a
unos 70cm entre ellos. Es muy importante que la distancia entre la antena y el objeto se mantenga
constante durante todas las pruebas.
Figura 6. Disposición genérica para las mediciones a nivel de ítem o caja
3.1.1. Análisis Tag Sweeping
En esta metodología, es necesario utilizar un soporte para el tag que permita moverlo alrededor de
toda la superficie del objeto sin afectar al campo de radiofrecuencia. Cualquier soporte de plástico o
madera es válido.

6. Figura 7. Soporte utilizado para posicionar el tag a lo largo del objeto de prueba
En este análisis, una vez el software EPC Hotspot inicia su procedimiento, mostrará en tiempo real si
el tag es leído perfectamente (verde), con baja calidad (gris) o no es leído (rojo) a medida que
desplazamos el mismo por la superficie del material. De este modo, es posible detectar las ubicaciones
óptimas del tag en el objeto de una forma rápida y sencilla.
Cuando el producto en el interior de la caja bajo prueba es transparente para la radiofrecuencia
(papel, ropa, cereales, etc.), la pantalla se mostrará verde más del 90% del tiempo, lo que significa que el
tag puede ser leído en prácticamente cualquier ubicación y no se precisa de un análisis en detalle.
Cuando el producto en el interior de la caja bajo prueba es opaco para la radiofrecuencia (líquidos,
metales, etc.) la pantalla se mostrará roja , indicando la imposibilidad de leer el tag. En este caso, se
precisa de un análisis en detalle como el Hotspot Mapping.
Figura 8. El software EPC Hotspot muestra un color según la calidad de las lecturas
3.1.2. Análisis Hotspot Mapping
Esta metodología no precisa de hardware adicional, pero requiere que el objeto bajo análisis sea
marcado de forma previa a las mediciones. El objeto se marcará con una malla o cuadrícula de
filas/columnas de 2.5 cm, ya que el software EPC Hotspot mostrará un objeto virtual análogo con esta
misma distribución.
Figura 9. Marcado previo del objeto real haciendo una cuadrícula de 2.5 cm

7. La disposición de la antena y el objeto es la ya indicada anteriormente. Una vez ubicados los
elementos, será necesario seleccionar el tamaño del tag a utilizar en el software y ubicarlo donde EPC
Hotspot nos indique.
Figura 10. Ubicación virtual y real del tag
Una vez el tag está ubicado, el software EPC Hotspot inicia su análisis de medidas con el lector
utilizado, tanto de calidad como de potencia. Para realizar estas mediciones, el software actúa sobre la
potencia del lector y testea el tag sometiéndolo a varios procedimientos de lectura/escritura.
Una vez se han realizado los ciclos correspondientes de este primer paso, el software EPC Hotspot
solicita una reubicación del tag y repite el proceso. Mediante cálculos teóricos y diferentes ubicaciones,
tanto en la cara superior como en la posterior de la caja, EPC Hotspot mostrará un mapa determinando el
rendimiento del tag en cada una de las posibles ubicaciones en el elemento.
Figura 11. El código de colores muestra las ubicaciones preferidas para el tag
3.2. Análisis a nivel de palet o contenedor
Donde los lectores y las antenas sufren mayores diferencias de rendimiento es cuando tienen que leer
el contenido de un palet o contenedor completo. Una vez determinada la posición óptima del tag en cada
ítem, el análisis a nivel de palet o contenedor permitirá conocer qué se lee y qué no, con el fin de
incrementar los ratios de éxito de lecturas.
EPC Hotspot permite crear diferentes tipos de agrupaciones con diferentes tipos de contendores o
palets, con el fin de realizar una representación virtual totalmente fiel a la realidad,

8. Figura 12. EPC Hotspot permite crear el contenedor y añadir tantas capas de ítems/cajas como se desee
Una vez diseñado el contenedor y ubicados los elementos que lo componen, los cuales pueden ser
todos iguales o diferentes, EPC Hotspot es capaz de mostrar los rendimientos de lectura del lector para
cada uno de los ítems del palet. Estos resultados pueden mostrarse como un código de colores que indique
la calidad/cantidad de lecturas de cada artículo o mediante un palet completo donde los ítems leídos van
desapareciendo, con el objeto de detectar posibles cajas con bajo ratio de lectura.
Figura 13. Es posible visualizar la calidad de las lecturas mediante un código de colores (izquierda)
o mediante un palet de contenido dinámico (derecha)
4. Metodología propuesta
En este artículo se han presentado dos herramientas específicamente diseñadas para la evaluación del
rendimiento de tags y lectores, respectivamente. Estas herramientas constituyen en sí mismas una
metodología para la realización de pruebas piloto lejos de los ensayos de prueba y error sujetos a una
percepción subjetiva del éxito y calidad de lectura/grabación de los tags.
En primer lugar, haciendo uso de la herramienta de laboratorio Tagformance, se proponen los
siguientes pasos como metodología para evaluar el rendimiento de los tags:
1. Selección del artículo o caja a identificar con RFID, tal cual lo será en la realidad.
2. Selección de diferentes modelos de tags a evaluar.
3. Medición de los parámetros de sensibilidad y backscattering de cada tag en condiciones óptimas,
es decir, adheridos a una caja de cartón o plástico vacía.
4. Medición de los mismos parámetros con el tag ubicado sobre el elemento a identificar.
5. Comparación con las mediciones en condiciones óptimas y valoración de la elección de un tag u
otro frente a la modificación de parámetros del lector para alcanzar los puntos óptimos deseados.

9. Con el fin de independizar los resultados de las influencias del entorno, se recomienda realizar estas
mediciones siguiendo las pautas anteriormente mencionadas (cámara anecóica, soportes de madera, etc.).
En segundo lugar, la aplicación software epcHotspot permitirá conocer qué lector y con qué
configuración es más apropiado, así como conocer la ubicación óptima del tag seleccionado
anteriormente en una agrupación real del artículo o caja a identificar.
1. Seleccionar la unidad mínima a identificar (artículo o caja).
2. Seleccionar los diferentes modelos de lectores RFID a evaluar.
3. Utilizar el método de Tag Sweeping para evaluar el efecto que el material produce sobre la
calidad de las lecturas en diferentes ubicaciones del tag.
4. En caso de alcanzar un 100% de éxito, no es necesario llevar a cabo análisis más detallados,
puesto que la lectura de agrupaciones del elemento dependerá únicamente de la capacidad de
proceso del lector.
5. En este punto únicamente se descartaría la elección de los lectores que no proporcionen un 100%
de éxito, si alguno de los evaluados sí lo proporciona. En caso de no ser así, todos los lectores,
independientemente de su % de éxito, pasarán al siguiente paso.
6. En caso de detectar zonas de baja lectura sobre el elemento a identificar, llevar a cabo un análisis
Hotspot Mapping, en primer lugar, a nivel unitario, y posteriormente, a nivel de agrupación
(palet o contenedor).
7. Este paso se repetirá con los diferentes lectores para determinar cuál de ellos ofrece un mayor %
de éxito en las lecturas.
De nuevo, con el fin de independizar los resultados de las influencias del entorno, se recomienda
realizar estas mediciones siguiendo las pautas anteriormente mencionadas (mesa de madera a 1 metro del
suelo, soportes de plástico o madera, etc.). No obstante, si las condiciones definitivas del entorno son
conocidas, puede interesar reproducir las pruebas en dicho entorno real, con factores externos que puedan
modificar las condiciones de medida tanto positivamente como negativamente, proporcionando así unos
resultados más cercanos a lo que sería la implantación real.
5. Conclusiones
La sensibilidad del tag depende de la frecuencia y la señal de retorno depende de la potencia
transmitida. Ambos parámetros constituyen una importante base para describir el rendimiento de los tags
RFID UHF pasivos. Los datos medidos con estos procedimientos son enormemente válidos para escoger
el tag más adecuado para una determinada aplicación o comparar diferentes diseños de antena y chips.
Estas mismas mediciones pueden también realizarse en función de otros parámetros como el ángulo de
orientación o la velocidad de transmisión de los datos.
A su vez, para la evaluación del rendimiento de los lectores, un buen software de análisis permite
determinar las ubicaciones óptimas de los tags, tanto a nivel de ítem como de palet, sobre un determinado
material, para de este modo conocer qué lectores proporcionan un mayor ratio de lectura en una mayor
superficie.
La utilización de herramientas comunes y con una metodología bien definida son la clave para poder
ofrecer argumentos sólidos sobre el rendimiento de un sistema RFID completo, más allá de pruebas
empíricas sin ningún procedimiento ordenado.
Referencias
1. Tagformance User Manual
2. Instant EPC Hotpost User Guide
3. J. Voutilainen: Passive UHF RFID tags: What to measure and how? (2007)
4. J. Singh: RFID tag readability issues with palletized loads of consumer goods (2008)