KR100765204B1

KR100765204B1 - Ｒｆｉｄ 리더기의 복조 시스템

Info

Publication number: KR100765204B1
Application number: KR1020060039773A
Authority: KR
Inventors: 이선규
Original assignee: 이선규
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-10-09

Abstract

본 발명은, 태그로부터 수신되는 ASK 변조된 RF 신호를 수신하여 데이터로 복조하는 RFID 리더기의 복조 시스템에 있어서, 수신 안테나를 통해 리더기에 수신되는 ASK 변조된 RF 신호를 증폭하는 LNA; 상기 변조된 RF 신호와 동일한 주파수를 가지지만, 상호 90°의 위상차를 가지는 2개의 CW 신호를 발생시키는 클록 발생부; 상기 90°의 위상차를 가지는 CW 신호 중 어느 하나와 LNA에서 증폭된 RF 신호를 입력 받아서 믹스하는 2개의 믹서; 상기 각 믹서에서 발생되는 신호(I-1, Q-1)에 대해 고주파를 제거하는 LPF; 상기 LPF를 통과한 각 신호(I-2, Q-2)를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부를 통과한 각 신호(I, Q)를 함께 입력 받아서 최종 데이터를 연산하는 데이터 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더기의 복조 시스템에 관한 것이다.

Description

ＲＦＩＤ 리더기의 복조 시스템{Demodulation system of RFID reader}

도 1은 일반적인 RFID 리더기의 복조 시스템을 나타내는 블록도.

도 2는 종래 기술에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템을 나타내는 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템을 나타내는 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

30; 리더기 32; 수신 안테나

33; LNA 34; 클록 발생부

35a, 35b; 믹서 36a, 36b; LPF

37a, 37b; 증폭부 38; 데이터 연산부

39; CPU

본 발명은 RFID 리더기의 복조 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나를 통해 수신되는 태그의 반송파를 동일한 주파수의 클록신호로 믹스하여 IF(중간 주파수)가 제로(Zero)가 되도록 함으로써, 비교적 원거리에서도 리더기와 태그 사이에 데이터 교환이 이루어질 수 있도록 하는 RFID 리더기의 복조 시스템에 관한 것이다.

현재 RFID 기술은 전자상거래, 신용카드, 휴대폰, ID 태그, 교통카드, 그리고 물류 시스템을 비롯한 다양한 응용분야에서 많은 관심을 끌고 있다. 이러한 RFID는 물건 또는 사람 등을 식별하기 위해 전자기 스펙트럼 부분의 무선 주파수 내에 전자기 또는 정전기 커플링 사용을 통합시킨 기술이다. RFID는 바코드를 대체할 기술로서 산업계에서의 사용이 점차 늘고 있는 추세이다.

RFID 시스템은 기본적으로 식별 대상에 부착되는 태그(또는 트랜스폰더)와 상기 태그의 정보를 읽는 리더기로 구성된다. 리더기와 태그는 각각 안테나를 통해 RF 신호에 자신의 정보를 실어서 상대방에게 전송함으로써 상호 데이터를 주고 받게 된다. 한편, 태그에는 전원을 내장하는 능동형과 전원을 내장하지 않고 리더기에서 공급받는 수동형으로 구분된다. 상기 능동형 태그는 고가의 비용이 발생하므로, 대형 물류 또는 사람이나 동물 등의 위치 추적 등에 사용되고, 수동형 태그는 저가의 비용이 발생하므로 신용카드와 소형 물류 등에 많이 사용된다.

한편, 저주파 RFID 시스템(30kHz ~ 500kHz)은 비교적 짧은 전송 영역에서 사용되며, 고주파 RFID 시스템(850MHz ~ 950MHz 및 2.4GHz ~ 2.5GHz)은 비교적 먼 거리의 전송 능력을 제공한다.

이하에서는 종래의 고주파 RFID 시스템에 대해 살펴본다.

도 1에는 일반적인 RFID 리더기의 복조 시스템이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, RFID 시스템은 식별 대상에 부착되는 태그(10)와 상기 태그(10)의 정보를 읽는 리더기(20)로 이루어지고, 리더기에는 신호를 전송하는 송신 안테나(21)와 신호를 수신하는 수신 안테나(22)가 포함된다. 이때 상기 송신 안테나(21)와 수신 안테나(22)는 하나의 안테나로 통합될 수도 있다.

한편, 태그(10)에는 내장 전원이 없기 때문에 리더기(20)에서 전원을 공급해주어야 한다. 이처럼 전원 공급을 위해 리더기(20)에서 태그(10)에 CW(continuous wave) 신호를 송신 안테나(21)를 통해 전송하게 된다. 여기서 상기 CW 신호는 정보 전달 목적이 아니라 태그에 전원을 공급하기 위한 신호로서, 진동 진폭이 일정하여 변조를 전혀 받지 않는 전파를 나타낸다. 그리고 상기 CW 신호를 받은 태그(10)는 그 CW 신호에 자신의 데이터를 실어서 ASK(amplitude shift keying) 변조된 신호를 다시 리더기(20)로 전송하고, 리더기(20)는 수신 안테나(22)를 통해 상기 ASK 변조 신호를 수신하게 된다.

한편, 상기 리더기(20)의 송신 안테나(21)를 통해 외부로 전송되는 CW 신호 중 일부는 리더기(20)의 수신 안테나(22)를 통해 수신된다. 따라서 CW 신호와 ASK 변조 신호를 동시에 수신하는 리더기(20)는 상기 각 신호를 믹스(mix)하여 ASK 변조 신호를 데이터로 복조하게 된다.

그리고 도 2에는 종래 기술에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템에 대한 회로도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 900MHz의 ASK 변조된 RF 신호가 수신 안테나(22)를 통해서 리더기(20)에 수신되어 믹서(mixer)(25)에 입력되면, 클록 발생부(24)에서 상기 ASK 변조된 RF 신호와 동기를 이룬 890MHz의 CW 신호를 발생시켜서 믹서(25)에 입력한다.

그리고 믹서(25)에서 상기 900MHz의 ASK 변조된 RF 신호와 890MHz의 CW 신호를 믹스하면, 900MHz 반송파가 10MHz의 중간 주파수(intermediate frequency)인 IF 1로 변하게 된다. 이때 상기 IF 1 신호는 여러 가지 주파수를 가지므로, LPF(low pass filter)(26)를 통과시켜서 고주파를 제거하여 IF 1을 IF 2로 바꾸고, 다시 IF 증폭부(27)를 통해 상기 IF 2 신호를 증폭하여 IF 3으로 바꾼다. 그리고 검파기(28)를 통해 상기 IF 3 신호를 데이터로 복조한 후 CPU(29)로 보내서 데이터를 읽게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 RFID 리더기의 복조 시스템은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

태그(10)에서 반송되는 ASK 변조된 RF 신호에 비해 송신 안테나(21)에서 곧바로 수신 안테나(22)로 보내는 CW 신호의 세기가 너무 강해서, 비교적 근거리에서만 태그(10)의 정보를 읽을 수 있게 된다. 즉, 거리가 일정 거리 이상이 되면, CW 신호에 비해 태그(10)에서 보내는 ASK 변조된 RF 신호의 세기가 상대적으로 너무 약해져서, 데이터 복원이 이루어지지 않게 된다.

따라서 RFID 시스템을 물류 시스템에 적용하기 위해서는 소정거리, 예를 들면 5Meter 정도 내에서는 리더기와 태그의 데이터 교환이 이루어질 수 있어야 하는데, 종래 기술에 의할 경우, 대략 50Cm를 벗어나기 힘들어서, 아직까지 RFID 시스템을 물류 시스템에 적용하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비 교적 먼 거리에서도 리더기와 태그 사이의 데이터 교환이 이루어질 수 있도록 하여 물류 시스템에 적용 가능한 RFID 리더기의 복조 시스템을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템은, 태그로부터 수신되는 ASK 변조된 RF 신호를 수신하여 데이터로 복조하는 RFID 리더기의 복조 시스템에 있어서, 수신 안테나를 통해 리더기에 수신되는 ASK 변조된 RF 신호를 증폭하는 LNA; 상기 변조된 RF 신호와 동일한 주파수를 가지지만, 상호 90°의 위상차를 가지는 2개의 CW 신호를 발생시키는 클록 발생부; 상기 90°의 위상차를 가지는 CW 신호 중 어느 하나와 LNA에서 증폭된 RF 신호를 입력 받아서 믹스하는 2개의 믹서; 상기 각 믹서에서 발생되는 신호(I-1, Q-1)에 대해 고주파를 제거하는 LPF; 상기 LPF를 통과한 각 신호(I-2, Q-2)를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부를 통과한 각 신호(I, Q)를 함께 입력 받아서 최종 데이터를 연산하는 데이터 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 각 믹서에서 발생되는 IF 신호(I-1, Q-1)는 0Hz가 되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 데이터 연산부는 입력되는 각 데이터로부터 아래의 수식을 이용하여 최종 데이터를 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 변조된 RF 신호는 900MHz 또는 2.4GHz 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템의 회로도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 900MHz의 ASK 변조된 RF 신호가 수신 안테나(32)를 통해서 리더기(30)에 수신되고, 상기 수신된 RF 신호는 LNA(Low Noise Amplifier)(33)를 통해 증폭된다. 그리고 상기 LNA(33)를 통해 증폭된 900MHz의 ASK 변조된 RF 신호는 2개의 믹서(35a, 35b)에 각각 입력된다.

그리고 클록 발생부(34)에서도 900MHz의 CW 신호를 상기 2개의 믹서(35a, 35b)에 입력하는데, 이때 상기 2개의 믹서(35a, 35b)에 입력되는 각 CW 신호는 동일한 주파수를 가지지만, 동시에 상호 90°의 위상차를 가지는 2개의 CW 신호로 구분된다. 즉, 각 믹서(35a, 35b)에 입력되는 ASK 변조된 RF 신호는 동일한 위상과 주파수를 가지지만, CW 신호는 동일한 주파수와 90°의 위상차를 가지게 된다.

그리고 각 믹서(35a, 35b)에서 ASK 변조된 RF 신호와 CW 신호를 믹스하면, 입력된 각 RF 신호와 CW 신호가 상호 동일한 주파수를 가지고 있어서, 0Hz의 IF(intermediate frequency)가 발생하게 된다. 즉, 각 믹서(35a, 35b)에서 동일한 주파수의 변조된 RF 신호와 CW 신호를 믹스하면, RF 신호는 제거되고 데이터 신호만 남게 된다. 다만, 각 믹서(35a, 35b)에 입력되는 CW 신호의 위상이 다르기 때 문에, 각 믹서(35a, 35b)에서 발생되는 데이터 신호는 다른 방식(예를 들면 양의 값 또는 음의 값)으로 나타나고, 본 발명에서는 이처럼 각 믹서를 통과한 데이터 신호를 각각 I-1과 Q-1로 나타낸다.

한편, 각 믹서(35a, 35b)에서 발생된 I-1과 Q-1에는 RF 신호가 제거된 데이터 신호 이외에도 여분의 고주파 RF 신호가 남게 되므로, 상기 I-1과 Q-1은 각각 LPF(low pass filter)(36a, 36b)를 거치면서 고주파가 제거되어 순수한 데이터 신호만 남게 되고, 이처럼 LPF(36a, 36b)를 거친 데이터 신호를 본 발명에서는 각각 I-2과 Q-2로 나타낸다.

그리고 상기 I-2과 Q-2는 크기가 작으므로 증폭부(37a, 37b)를 거치면서 증폭된다. 그리고 본 발명에서 상기 증폭부(37a, 37b)를 통해 증폭된 데이터 신호를 각각 I와 Q로 나타낸다.

그리고 상기 I와 Q의 데이터 신호는 데이터 연산부(38)에 함께 입력되고, 상기 데이터 연산부(38)는 상기 입력된 I와 Q를 연산하여 최종 데이터를 추출한 후, 그 최종 데이터를 CPU(39)로 보내게 된다. 그리고 이러한 데이터 연산부로는 디지털 신호를 하드웨어적으로 처리할 수 있는 집적회로인 DSP(digital signal processor)가 사용될 수 있다.

한편, 수신 안테나(32)를 통해 수신되는 ASK 변조된 RF 신호가 SSB(single side band)인 경우에는 상기 데이터 연산부(38)에서 I와 Q-를 그대로 더하기로 처리하면 된다. 그러나 수신되는 RF 신호가 DSB(double side band)인 경우에는 상기 I와 Q가 각각 "+,+", "+,-", "-,+", "-,-"의 값을 가질 수 있으므로, 이를 해결하 기 위해 데이터 연산부(38)에서는 상기 입력되는 I와 Q의 값을 다음과 같이 연산한다.

이처럼 데이터 연산부(38)에서 상기 수식에 따라 최종 데이터를 연산하게 되면, 데이터 값이 항상 양의 값이 되고, 따라서 DSB의 경우에도 SSB의 경우와 동일한 데이터가 된다.

한편, 도 3에서는 900MHz의 RF 신호에 대해 언급하였으나, 본 발명에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템은 2.4GHz에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 RFID 리더기의 복조 시스템에 의하면, 변조된 RF 신호와 CW 신호가 동일한 주파수를 가지고 있어서, 상기 변조된 RF 신호와 CW 신호가 믹스되면서 IF(intermediate frequency)가 0Hz로 되므로, 리더기의 송신 안테나에서 수신 안테나로 곧바로 전송되는 CW 신호의 영향을 덜 받게 되고, 따라서 비교적 먼 거리에서도 리더기와 태그 사이에 정확한 데이터 교환이 이루어질 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 데이터 연산부에서 각 데이터를 연산할 때 아래의 수식을 이용함으로써 SSB의 경우나 DSB의 경우 모두 동일한 데이터 값을 얻을 수 있게 된다.

Claims

태그로부터 수신되는 ASK 변조된 RF 신호를 수신하여 데이터로 복조하는 RFID 리더기의 복조 시스템에 있어서,

수신 안테나를 통해 리더기에 수신되는 ASK 변조된 RF 신호를 증폭하는 LNA;

상기 변조된 RF 신호와 동일한 주파수를 가지지만, 상호 90°의 위상차를 가지는 2개의 CW 신호를 발생시키는 클록 발생부;

상기 90°의 위상차를 가지는 CW 신호 중 어느 하나와 LNA에서 증폭된 RF 신호를 입력 받아서 믹스하는 2개의 믹서;

상기 각 믹서에서 발생되는 신호(I-1, Q-1)에 대해 고주파를 제거하는 LPF;

상기 LPF를 통과한 각 신호(I-2, Q-2)를 증폭하는 증폭부;

상기 증폭부를 통과한 각 신호(I, Q)를 함께 입력 받아서 최종 데이터를 연산하는 데이터 연산부;를 포함하고,

상기 2개의 믹서에서 발생되는 IF 신호(I-1, Q-1)는 0Hz가 되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더기의 복조 시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 데이터 연산부는 입력되는 각 데이터로부터 아래의 수식을 이용하여 최종 데이터를 연산하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더기의 복조 시스템.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 변조된 RF 신호는 900MHz 또는 2.4GHz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 RFID 리더기의 복조 시스템.