KR100898328B1

KR100898328B1 - Ｒｆｉｄ 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법

Info

Publication number: KR100898328B1
Application number: KR1020070110106A
Authority: KR
Inventors: 김기윤; 이유신; 김석중; 김현도; 조병창; 임세빈; 최형진
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-20
Also published as: KR20090044155A

Abstract

본 발명은 신호의 왜곡 없이 심볼을 정확히 검출할 수 있는 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 심볼 검출 장치는, 입력되는 수신신호에 대하여 각각의 심볼 구간 단위씩 설정된 샘플 단위로 고속 푸리에 변환을 수행하고, 고속 푸리에 변환된 신호를 이용하여 각각의 샘플당 출력되는 심볼의 전력값의 합을 구하고, 심볼의 전력값의 합을 이용하여 심볼을 검출한다.

RFID, 태그, 심볼, 검출, 피크

Description

ＲＦＩＤ 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법{METHOD FOR DETECTING SYMBOL IN RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 자세히는 신호의 왜곡 없이 심볼을 정확히 검출할 수 있는 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency IDentification)는 각 주파수 대역별 RF 신호를 사용하여 개체들을 식별하는 비접촉 또는 무선 주파수 인식 기술로서 유비쿼터스 센서 네트워크(USN:Ubiquitous Sensor Network)의 핵심이 되는 기술분야이다.

RFID 기술은 제2차 세계대전 중에 영국이 자국 전투기 식별(IFF System:Identification of Friend or Foe System)을 위해 개발하여 사용한 것이 최초의 도입 사례로 알려져 있으나, 고가의 태그(Tag) 비용 때문에 널리 활용되기는 어려웠다. 그 후 60년대부터 실용화를 위한 연구개발이 시작되어 60년대 후반부터 70년대까지 물류관리 자동화 등에 일부 응용되기 시작하였고, 90년대 중반부터는 각 응용 분야에 대해 국제표준화기구(ISO:International Standardization Organization)에서 국제표준화가 논의되었다.

RFID는 무선 주파수 시스템으로 반도체칩(태그)과 안테나(Antenna), 리더기(Reader)로 구성되며, 물체나 동물 또는 사람 등을 식별하기 위한 RFID는 전자기 스펙트럼 부분의 무선 주파수 내에 전자기 또는 정전기 커플링 사용을 통합시킨 기술이다. 반도체칩에는 태그가 부착된 상품의 정보가 저장되어 있고, 안테나는 저장된 상품 정보를 무선으로 수 미터에서 수십 미터까지 전송시킨다. 또한, 리더기는 안테나에서 전송된 신호를 수신하여 상품 정보를 해독한다. 상기와 같은 구성상의 특징으로 인하여 태그가 달린 모든 상품은 리더기가 설치된 곳이면 언제 어디서나 자동으로 확인 또는 추적이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 RFID 통신 시스템에서의 리더기의 신호처리 과정과 심볼 검출 방식을 나타낸 도면이다.

RFID 통신 시스템의 리더기는 DC 오프셋부(101), 위상오프셋부(102), 심볼검출부(103)를 포함한다. DC 오프셋부(101)는 수신된 신호에서 발생한 DC 오프셋 제거를 위한 DC 오프셋 보정(Compensation)을 수행한다. DC 오프셋 보정된 신호는 위상 오프셋부(102)로 입력되고, 위상 오프셋부(102)는 DC 오프셋부(101)로부터 수신한 신호를 위상(Phase) 오프셋 보상한다. 심볼검출부(103)는 위상 오프셋 보상까지 완료된 신호를 수신하여 양(+)의 피크(Peak) 개수를 통한 심볼을 검출하는 방식인 피크 지점 기반 심볼 검출(Symbol Detection Based On Peak Postion)을 수행한다.

도 2는 종래 기술에 따른 RFID 통신 시스템에서의 리더기의 피크 지점 기반 심볼 검출 방식의 일예를 도시한 도면이다.

(a)는 심볼이 0인 경우의 하나의 심볼 구간(Symbol Duration)을 나타낸 그래프이고, (b)는 심볼이 1인 경우의 하나의 심볼 구간을 나타낸 그래프이다.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하여 보면 RFID 통신 시스템에서 사용되는 BFSK(Binary Frequency Shift Keying) 변조 방식의 태그 응답신호는 이상적인 경우에는, 심볼 0인 경우 하나의 심볼 구간(Symbol Duration(L)) 동안 정현파가 한 번 나타나고, 심볼 1인 경우에는 정현파가 두 번 나타나는 특징을 보인다. 따라서, 심볼 0인 경우 하나의 심볼 구간 동안 양(+)의 피크(1st peak)가 한 번 나타나고, 심볼 1인 경우 2번의 양의 피크(1st peak, 2nd peak)가 나타나게 된다.

위와 같은 특징을 이용하여 태그 응답신호로부터 하나의 심볼 구간 동안에 수신 신호의 피크 지점을 검출하고, 검출된 피크 지점의 개수를 이용하여 심볼을 검출할 수 있다. 양의 피크 검출은 각 샘플 크기를 비교하여 알아낼 수 있다. 양의 피크는 샘플 신호 크기의 증감에 따른 변환 지점을 양의 피크 검출을 위한 샘플로 한다.

도 3은 종래 기술에 따른 RFID 통신 시스템에서의 피크 지점 기반 심볼 검출 방식의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 3을 통하여 종래의 피크 지점의 개수를 기반으로 심볼을 검출하는 방식에서 발생할 수 있는 에러 요인을 알 수 있다. RFID 리더기로 수신된 태그 응답 신호는 잡음 및 심볼 구간의 변화 등에 의하여 신호가 왜곡될 수 있으므로 도 3와 같이 하나의 심볼 구간 동안 다수의 피크가 검출될 수 있다. (a)와 (b)에서 모두 3개의 피크(1st peak, 2nd peak, 3rd peak)가 검출되고 있다. 이와 같이, 양의 피크 개수 를 통해 심볼을 검출하는 방식으로는 도 3에서 나타나는 바와 같이 심볼 에러를 극복하기 어렵다.

종래의 방식에서는 위상 오프셋부(101)에서 수신신호(

)의 Inphase 성분

(아래 수학식 1) 또는 Quadrature 성분

(아래 수학식 2)의 합과 차의 절대값이 큰 쪽을 이용하여 위상 오프셋을 제거하였다.

상기와 같은 종래 기술에서는

과

중 그 값이 큰 것을 선택한다. 이를 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3을 이용하여 Inphase 성분과 Quadrature 성분의 합(아래 수학식 4) 와 차(아래 수학식 5)의 출력 특성을 분석해보면 다음와 같다.

이때,

와

는 Φ에 따라 도 4의 그래프와 같은 출력 특성을 가진다.

도 4는 종래기술에 따른 RFID 통신 시스템에서의 출력 특성을 도시한 그래프이다. 도 4에서 보는 바와 같이, Inphase 성분과 Quadrature 성분의 합 또는 차의 절대값의 범위는 아래 수학식 6과 같고, 전력값은 아래 수학식 7과 같은 범위를 가지기 때문에

은 항상 최대 전력을 가질 수 있는 것이 아니다.

일반적으로 RFID 통신 시스템에서는 송수신 간의 오실레이터 부정합에 의한 고정 주파수 오프셋이 발생하지 않는다. 다만, 태그 칩 내의 신호 생성 과정과 신호의 전송 과정에서 시간에 독립적인 고정 위상 오프셋이 발생할 수 있다. 그로 인하여 태그로부터 전송되는 신호는 진폭이 일정하게 유지되지 않는다. 또한, 잡음이나 심볼 구간의 변화로 인해 신호가 왜곡될 수 있으므로 정확한 동기를 통한 심볼 검출 방법이 요구된다.

본 발명의 목적은 신호의 왜곡 없이 심볼을 정확히 검출할 수 있는 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 장치는, 입력되는 수신신호에 대하여 각각의 심볼 구간 단위씩 설정된 샘플 단위로 고속 푸리에 변환을 수행하고, 상기 고속 푸리에 변환된 신호를 출력하는 고속푸리에변환부와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호를 수신하고, 각각의 샘플당 출력되는 심볼의 전력값의 합을 이용하여 심볼을 검출하는 심볼검출부를 포함한다.

본 발명에 따른 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법은, 입력되는 수신신호에 대한 I(Inphase) 성분과 Q(Quadrature) 성분의 각각의 태그 응답 신호를 출력하는 과정과, 상기 출력된 태그 응답 신호를 이용하여 심볼 구간 단위로 하나의 샘플씩 고속 푸리에 변환하고, 그에 따른 변환값을 출력하는 과정과, 상기 고속 푸리에 변환되어 출력된 신호를 이용하여 심볼 0과 심볼 1에 대한 각각의 전력합을 구하는 과정과, 상기 심볼 0과 심볼 1에 대한 각각의 전력합을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 0 또는 1의 심볼값을 출력하는 과정을 포함한다.

본 발명에 따르면, 신호의 왜곡 없이 심볼을 정확히 검출할 수 있는 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 신호의 왜곡이 발생하더라도 심볼 '0'과 '1'에 대한 주파수 특성만을 관찰하여 심볼을 판별할 수 있으므로 심볼 검출 성능을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 우수한 심볼 검출 성능을 구현하여 RFID 리더의 수신 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 DC 오프셋을 제거하고 위상 오프셋을 보상하는 단계 없이 심볼을 검출할 수 있고, 그에 따라 심볼 검출 방법을 피크 지점 기반의 심볼 검출 방법보다 단순화시킬 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 장치를 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 장치는 FFT(Fast Fourier Transform)부(601)와 심볼검출부(602)를 포함한다.

심볼 검출 장치는 RFID 신호를 수신하고, FFT부(601)는 수신한 모든 신호 영역에 대하여 일정 샘플 단위로 한 샘플씩 이동하면서 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행한다. 이와 같이 한 샘플씩 이동하면서 고속 푸리에 변환을 수행하는 것을 '무빙(Moving) FFT'라 하기로 한다. 고속 푸리에 변환된 신호는 심볼검출부(602)로 입력되고, 심볼검출부(602)는 입력된 신호 중 심볼을 검출한 다. 심볼검출부(602)는 심볼의 진폭(Amplitude)이 ±1인 지점에서의 전력값의 합과, ±2인 지점의 전력값의 합을 비교하여 샘플당 심볼을 검출한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 심볼 검출 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 심볼 검출 장치는 심볼 검출 장치로 수신되는 신호(

)에 대한 태그 응답신호인 Inphase 성분

와 Quadrature 성분

를 다음 수학식 8과 같이 복소수 형태로 출력한다. 또한, 심볼 검출 장치의 FFT부(601)는 심볼 구간 단위(N)로 한 샘플씩 무빙 FFT를 수행한다. 그에 따른 FFT 출력은 아래 수학식 9와 같이 나타나다.

심볼 '0'에 대한 FFT 출력은 ±1지점에서 나타나며, 전력합

은 아래 수학식 10과 같다. 마찬가지로, 심볼 '1'에 대한 FFT 출력은 ±2지점에서 나타나고 전력합

은 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

심볼 검출 장치는 FFT 출력 전력

와

을 비교하여 아래 수학식 12와 같이 비트

를 결정하여 연속된 0과 1의 개수를 카운트한다.

................(1)

.................(2)

다음, 심볼 검출 장치는

인 지점(i)를 심볼의 경계(

, 이하

라 하기로 한다)로 설정한다. 아래 도 8에서 보는 바와 같이, 경계 지점에서부터 심볼 구간의 절반(N/2) 샘플 이후의 지점에서 심볼 '0'과 '1'의 FFT 출력 전력값의 합의 차이가 상대적으로 크게 발생함을 알 수 있다. 따라서, 경계지점에서 심볼 구간의 절반(N/2) 샘플 이후의 지점을 심볼의 검출 지점(

, 이하

라 하기로 한다)으로 설정한다. 이때, 심볼(S)의 심볼 검출 지점을

값으로 결정한다. 그에 대한 식은 아래 수학식 13과 같다.

심볼이 교차되지 않는 연속적인 심볼 전송열(예를 들어, '000…', '111…')의 경우, 초기 심볼 검출 지점으로부터 매 N 샘플 간격마다 심볼을 결정한다. 심볼 '0'에 대한 검출은 아래 수학식 14를 이용하여 구할 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법에 따른 심볼 '0'과 '1'에 대한 주파수 영역에서의 전력 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6은 심볼 검출 지점에서의 심볼 '0'과 '1'의 주파수 특성을 나타낸 것이다. 심볼 '0'에 대한 FFT 출력은 ±1지점에서 나타나고, 심볼 '1'에 대한 FFT 출력은 ±2지점에서 나타난다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 FFT 방법을 도시한 도면이다. 도 7은 도 5의 블록도에서 심볼 구간 단위(N)로 한 샘플씩 이동하며 FFT를 수행하는 과정인 무빙 FFT를 나타내고 있다. 이와 같은 과정을 통하여 심볼 검출 장치는 일정 샘플 단위 동안 심볼 '0'과 심볼 '1'에 대한 주파수 특성을 비교한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법에 따른 심볼 '0'과 심볼 '1'의 FFT 출력 전력의 특성을 나타낸 그래프이다.

도 8은 시간 영역(Time Domain)에서의 이상적인 신호 파형(예를 들어, 심볼 0, 1, 0, 0, 1)을 도 5의 심볼 검출 장치에서 심볼 구간 단위(N)씩 무빙 FFT를 수행하여 심볼 '0'과 심볼 '1'의 주파수 영역 전력값을 나타낸 것이다.

8을 참조하여 설명하면, 심볼 검출 장치는 N의 정수배의 샘플 인덱스(Sample Index)(예를 들어, 0, N, 2N,…)에서의 전력 비교를 통하여 심볼의 검출이 가능하다.

위와 같이, 본원 발명에서는 신호의 왜곡이 발생하더라도 심볼 검출 방법에 있어 신호의 피크 지점 개수에 의존하지 않고 심볼 '0'과 '1'에 대한 주파수 특성만을 관찰하여 심볼을 검출할 수 있다.

도 4는 종래기술에 따른 RFID 통신 시스템에서의 출력 특성을 도시한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 FFT 방법을 도시한 도면이다.

Claims

삭제
RFID 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법에 있어서,

입력되는 수신신호에 대한 I(Inphase) 성분과 Q(Quadrature) 성분의 각각의 태그 응답 신호를 출력하는 과정과,

상기 출력된 태그 응답 신호를 이용하여 심볼 구간 단위로 하나의 샘플씩 고속 푸리에 변환하고, 그에 따른 변환값을 출력하는 과정과,

상기 고속 푸리에 변환되어 출력된 신호를 이용하여 심볼 0과 심볼 1에 대한 각각의 지점에서의 전력합을 구하는 과정과,

상기 심볼 0에 대한 각각의 지점에서의 전력합과 심볼 1에 대한 각각의 지점에서의 전력합을 서로 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 0 또는 1의 심볼값을 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 심볼 검출 방법.
제2항에 있어서,

상기 변환값을 출력하는 과정은, 아래 수학식을 이용하여 상기 심볼 구간 단위로 하나의 샘플씩 이동하여 고속 푸리에 변환을 수행하고, 상기 고속 푸리에 변환이 수행된 변환값을 출력하는 과정임을 특징으로 하는 심볼 검출 방법.

N은 각 샘플의 인덱스(Index)이고, Rx_complex는 입력되는 수신신호를 복소수 형태로 나타낸 것임.