KR101055127B1 - 무선통신시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템은, 적어도 하나의 안테나와; 상기 안테나를 통해 테스트 신호를 송신하는 송수신부와; 상기 테스트 신호 송신에 따라 상기 안테나로 수신된 수신신호의 주파수 대역과, 크기와, 위상 중 적어도 어느 하나를 분석하는 수신신호 분석부와; 상기 분석부의 분석 결과에 따라, 상기 안테나의 설치환경과 관련된 측정값을 연산하는 제어부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 설치환경 최적화를 위한 필드 캘리브레이션을 자체적으로 수행할 수 있다.

네트워크 진단, 반사계수, 지향성, MIMO

Description

무선통신시스템 및 그 제어방법{RADIO FREQUENCY COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD OF CONTORLLING THE SAME}

실시예는 무선통신시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

데이터 송수신 효율을 향상시키기 위한 무선통신시스템으로 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. MIMO 기술은 송수신 양단에 다중안테나를 사용함으로써 한정된 주파수 자원 내에서 채널 용량을 증대할 수 있다.

이러한 MIMO 기술은 근거리 무선통신 시스템, 가령 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에도 적용할 수 있다.

RFID 시스템은 물품에 부착되어 세부정보를 송신하는 RFID 태그와 RFID 태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 송수신 장치로 구성된다. RFID 태그는 송수신 장치가 위치되는 지역을 통과하며 RF통신을 이용하여 정보를 전달하게 되므로 상품의 유통, 조립, 가격 변동, 판매 등의 물류/유통 관리가 효율적으로 처리될 수 있는 기반을 제공한다.

RFID 송수신 장치는 복수개의 안테나를 구비하고, 각 안테나를 고속으로 스 위칭 제어하여 어느 하나의 안테나를 통해 RFID 태그와 무선 통신을 수행한다. 이러한 RFID 송수신장치는 각 안테나의 설치 위치와, 안테나 특성 및 안테나와의 연결 케이블 등의 설치 환경에 따라 다양한 성능의 차이를 나타낸다.

따라서, RFID 송수신장치의 설치 시에는 검사장비를 이용하여 최적의 설치상태를 설정하는 필드 캘리브레이션(Field Calibration)이 필요하다. 캘리브레이션을 진행하는 경우, RFID 송수신 장치에 검사장비를 연결하여 각 안테나를 통해 테스트 신호를 송수신하고, 그에 따른 송수신 출력 및 주파수 특성 등을 측정한다. 측정 값에 따라, 안테나의 위치, 안테나 매칭, 케이블 연결설정 등을 조정함으로써 최적의 성능이 보장되도록 한다.

그런데, 검사장비는 가격이 비싸고, 크기가 커서 운반 및 설치가 용이하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 별도의 검사장비를 연결하여 캘리브레이션을 수행해야 함으로, 캘리브레이션 공정이 복잡하고 시간도 오래 걸리는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는, 설치환경 최적화를 위한 필드 캘리브레이션을 자체적으로 수행할 수 있는 무선통신시스템 및 그 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템은, 적어도 하나 이상의 안테나와; 상기 안테나를 통해 테스트 신호를 송신하는 송수신부와; 상기 테스트 신호 송신에 따라 상기 안테나로 수신된 수신신호의 주파수 대역과, 크기와, 위상 중 적어도 어느 하나를 분석하는 수신신호 분석부와; 상기 분석부의 분석 결과에 따라, 상기 안테나의 설치환경과 관련된 측정값을 연산하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 제어방법은, 적어도 하나의 안테나를 통해 테스트 신호를 송신하는 송신단계와; 상기 송신된 테스트 신호를 소정 안테나로 수신하는 수신단계와; 상기 수신신호의 주파수 대역과, 크기와, 위상 중 적어도 어느 하나를 분석하는 분석단계와; 상기 분석 결과에 따라, 상기 안테나의 설치환경과 관련된 측정값을 연산하는 연산단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 설치환경 최적화를 위한 필드 캘리브레이션을 자체적으로 수행할 수 있는 무선통신시스템 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템 및 그 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템의 제어블럭도로서, RFID 송수신장치에 본 발명을 적용한 경우를 예시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선통신시스템은, 복수개의 안테나(A, B, C, D)와, 각 안테나(A, B, C, D)를 통해 송수신되는 무선신호를 처리하는 무선신호 처리부(10)와, 무선신호 처리부(10)에서 처리된 수신신호를 복조하여 리더 제어부(30)로 출력하고, 리더 제어부(30)가 제공하는 데이터 신호를 변조하여 무선신호 처리부(10)로 출력하는 리더 송수신부(40)와, 각 안테나(A, B, C, D)의 수신신호를 전달 받아 수신신호의 특성을 분석하는 수신신호 분석부(10)와, 측정기능 수행 시 각 안테나(A, B, C, D)를 통해 테스트신호를 송신하는 한편 수신신호 분석부(10)의 감지결과에 기초하여 케이블 손실, 반사계수, 안테나 지향성 등을 산출하는 리더 제어부(30)를 포함한다.

무선신호 처리부(10)는 듀플렉서, 증폭기 등이 집적된 모듈로서, 송수신 신호를 원하는 주파수 대역 신호로 변환할 수 있다. 무선신호 처리부(10)는 커플러 등의 구성을 포함하여, 리더 송수신부(40)로 입력되는 수신신호를 커플링하여 분석 부(10) 측으로 전달할 수 있다.

리더 송수신부(40)는 리더 제어부(30)의 제어에 따라 송수신 신호를 변/복조 한다. 또한, 리더 제어부(30)의 제어에 따라, 측정 기능 수행을 위한 테스트 신호를 생성하여 송신하는 것이 가능하다.

수신신호 분석부(10)는, 제1필터(110), 믹서(112), 제2필터(114), 증폭기(116), 제3필터(118), A/D 컨버터(120)를 포함한다.

수신신호 분석부(10)로 입력된 수신신호는 제1필터(110)를 통해 필터링된 후 믹서(112)로 전달된다. 믹서(112)는 주파수 발진기(LO)(20)가 출력하는 발진신호와 필터링된 수신신호를 합성하고, 합성된 신호는 제2필터(114)에서 잡음이 제거된다. 이에, 제2필터(114)는 저대역 필터(LPF)를 적용할 수 있다.

잡음이 제거된 신호는 증폭기(116)에서 증폭된 후 제3필터(118)에서 필터링하여 A/D 컨버터(120)로 전달된다.

A/D 컨버터(120)는 처리된 신호를 디지털신호로 변환하여 리더 제어부(30)에 전달한다.

이에, 리더 제어부(30)는 변환된 신호의 비트(bit)를 확인하여 수신신호의 주파수 대역과 수신감도, 수신세기, 오류율 등을 판단할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 수신신호 분석부(10)는 수신신호의 특성을 분석할 수 있다.

리더 제어부(30)는, 무선통신시스템은 초기 전원 인가 시 리더 송수신부(40)를 제어하여 테스트 신호를 송신하고, 수신된 신호의 분석 결과를 수신신호 분석부(10)로부터 전달 받는다. 리더 제어부(30)는 수신신호 분석부(10)의 측정 결과를 이용하여 케이블 손실, 반사계수, 안테나 지향성 등을 측정할 수 있으며, 측정 결과를 작업자에게 표시할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선통신시스템의 필드 캘리브레이션 수행 상태도로서, 리더 송수신부(40)와 안테나(A, B, C, D)의 FEM을 연결하는 케이블(200)에 의한 손실을 측정하는 경우를 예시한 것이다.

케이블(200)에 의한 신호 손실을 측정하기 위해서는, 측정 대상 케이블(200)의 양단을 A안테나의 안테나 포트A(port A)와 B안테나의 안테나 포트B(port B)에 연결한다. 수신 측으로 사용할 안테나 포트B(port B)는 수신신호 분석부(10)와 연결되도록 한다.

리더 제어부(30)는 리더 송수신부(40)를 제어하여 안테나 포트A(port A)를 통해 테스트 신호(St)를 송신한다.

안테나 포트A(port A)에서 송신된 테스트 신호(St)는 케이블(200)을 통해 안테나 포트B(port B)로 수신된다. 이에, 수신신호 분석부(10)는 안테나 포트B(port B)에 수신된 수신신호의 출력을 감지하여 리더 제어부(30)에 제공한다.

이에, 리더 제어부(30)는 테스트 신호(St)의 출력(Ref.)과 안테나 포트B에 수신된 신호의 출력을 비교하여 케이블(200)에 의한 손실값을 산출할 수 있다. 리더 제어부(30)는 케이블(200)에 의한 손실값을 보상하여 송신신호의 출력을 설정함으로써, 송수신 성능을 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 무선통신시스템의 필드 캘리브레이션 수행 상태도로서, 안테나(A, B, C, D)의 반사계수를 측정하는 경우를 예시한 것이다.

안테나(A, B, C, D)의 반사계수 측정이 가능한 무선통신시스템은 테스트 신호(St) 생성을 위한 소스(130)와, 소스 신호의 위상을 조절하여 각 주파수대역 별 테스트 신호(St)로 생성하는 PLL 주파수 스윕부(140)를 포함한다. 이러한 소스 및 PLL 주파수 스윕부는 리더 송수신부(40)에 포함될 수 있으며, 또는, 무선통신시스템 내에 별도의 구성으로 구비되는 것도 가능하다.

PLL 주파수 스윕부(140)에서 생성된 주파수대역 별 테스트 신호(St)는 A안테나의 안테나 포트A(port A)를 통해 무선 송신된다.

안테나 포트A(port A)에서 송신된 테스트 신호(St)는 B안테나의 안테나 포트B(port B)로 수신되어 수신신호 분석부(10)로 전달된다.

수신신호 분석부(10)는 B안테나를 통해 해당 신호를 수신하여 반사로 인한 손실값을 측정할 수 있다.

이에, 리더 제어부(30)는 수신신호 분석부(10)의 측정값에 기초하여 해당 안테나(A, B, C, D)의 반사계수를 산출한다. 여기서, 반사계수의 산출식은 다음의 <수식>과 같다.

<반사계수 산출식>

S11 = (1+s11)/(1-s11) = P_OUTPUT - P_INPUT

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템의 제어흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선통신시스템은, 케이블의 손실 측정기능, 안테나(A, B, C, D)의 반사계수 측정기능, 안테나(A, B, C, D)의 지향성 측정기능을 자체적으로 수행할 수 있다.

케이블의 손실 측정기능을 수행하는 경우(S110), 먼저, 무선통신시스템의 A안테나와 B안테나를 측정하고자 하는 케이블로 연결한다(S112). 측정하고자 하는 케이블은 안테나(A, B, C, D)의 FEM과 리더 송수신부(40)를 연결하는 케이블인 것이 가능하다.

케이블이 연결되면 A안테나로 테스트 신호(St)를 송신하고, A안테나에 연결된 케이블을 통해 B안테나로 테스트신호를 수신한다(S114).

B안테나로 수신된 테스트 신호(St)의 크기를 측정하여, 케이블에서 손실된 신호의 크기를 산출한다(S116).

안테나(A, B, C, D)의 반사계수 측정기능을 수행하고자 하는 경우(S210), A안테나를 통해 주파수 스윕 방식으로 테스트 신호(St)를 송신한다(S212). 즉, 각 주파수대역 별로 테스트 신호(St)를 송신한다.

B안테나는 A안테나가 송신한 테스트 신호(St)를 수신하고, 수신된 신호의 출력을 감지하여 반사계수를 산출한다(S214).

안테나의 지향성 측정기능을 수행하는 경우(S310), 작업자는 안테나를 소정 위치에 설치하고 대상물, 예컨대, RFID 태그에 대해 테스트 신호(St)를 송신한 후 그 반사파를 수신한다(S312).

대상물에 반사된 반사파는 수신신호 분석부(10)를 통해 그 출력이 측정되어 제어부로 전달된다(S314).

작업자는 안테나의 설치위치를 변경하고(S316), 변경된 위치에서 대상물에 대해 테스트 신호(St)를 송신한 후 그 반사파를 수신한다(S318).

수신신호 분석부(10)는 해당 반사파의 출력을 측정하여 제어부로 전달한다(S320).

안테나의 설치위치를 계속 변경하여 변경 위치에서의 반사파 출력을 측정하고, 리더 제어부(30)는 반사파 측정값을 이용하여 최적의 안테나 설치위치를 판단한다(S322). 여기서, 대상물에 반사된 반사파의 수신크기는 클수록 수신 감도가 양호한 것으로 판단할 수 있음으로, 반사파 측정값이 가장 큰 위치를 안테나의 지향성이 최적의 상태가 되는 위치로 측정할 수 있다. 이에, 최적의 안테나 간 거리가 산출될 수 있다.

이상의 과정을 통해 측정된 케이블의 손실, 안테나의 반사계수, 최적의 설치위치는 소정의 디스플레이 장치를 통해 작업자에게 표시될 수 있다(S400).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템 및 그 제어방법은 별도의 검사장비를 연결하지 아니하고도, 케이블 손실, 반사계수, 안테나 지향성 등의 특성을 용이하게 측정할 수 있다. 이에, 작업자는 측정 결과에 따라 무선통신시스템을 최적의 상태로 설치할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되 는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템의 제어블럭도.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선통신시스템의 필드 캘리브레이션 수행 상태도.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 무선통신시스템의 필드 캘리브레이션 수행 상태도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신시스템의 제어흐름도.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 안테나와;

   상기 안테나를 통해 테스트 신호를 송신하는 송수신부와;

   상기 테스트 신호 송신에 따라 상기 안테나로 수신된 수신신호의 주파수 대역과, 크기와, 위상 중 적어도 어느 하나를 분석하는 수신신호 분석부와;

   상기 수신신호 분석부의 분석 결과에 따라, 상기 안테나의 케이블 손실, 반사계수 및 안테나 지향성 중 적어도 하나를 산출하는 제어부를 포함하는 무선통신시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 송수신부는,

   발진신호를 출력하는 발진부와;

   상기 발진신호를 각 주파수대역 별 테스트 신호로 변환하는 PLL(Phase Lock Loop) 주파수 스윕부를 포함하는 무선통신시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수신신호 분석부는,

   상기 안테나로 수신된 수신신호를 발진신호와 믹싱하는 믹서와;

   상기 믹서에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 전달하는 A/D 컨버터를 포함하는 무선통신시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 수신신호 분석부의 분석 결과에 기초하여 상기 수신신호가 수신된 안테나의 반사계수를 산출하는 무선통신시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 수신신호 분석부의 분석 결과에 기초하여 상기 안테나의 최적 설치 위치를 산출하는 무선통신시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제어부의 산출 결과가 표시되는 표시부를 포함하는 무선통신시스템.
7. 적어도 하나의 안테나를 통해 테스트 신호를 송신하는 송신단계와;

   상기 송신된 테스트 신호를 소정 안테나로 수신하는 수신단계와;

   상기 수신신호의 주파수 대역과, 크기와, 위상 중 적어도 어느 하나를 분석하는 분석단계와;

   상기 분석 결과에 따라, 상기 안테나의 케이블 손실, 반사계수 및 안테나 지향성 중 적어도 하나를 산출하는 단계를 포함하는 무선통신시스템의 제어방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 송신단계는, 케이블로 상호 연결된 두 개의 안테나의 어느 한 안테나를 통해 테스트 신호를 송신하는 단계를 포함하고;

   상기 수신단계는, 상기 두 개의 안테나 중 다른 안테나에서 상기 케이블을 통해 전달된 상기 테스트 신호를 수신하는 단계를 포함하고;

   상기 분석단계는, 수신신호의 크기를 분석하는 단계를 포함하고;

   상기 산출하는 단계는, 수신신호의 크기와 상기 테스트 신호의 크기를 비교하여 상기 케이블에 의한 손실값을 산출하는 단계를 포함하는 무선통신시스템의 제어방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 송신단계는, 안테나를 통해 주파수대역 별 테스트 신호를 송신하는 단계를 포함하고;

   상기 수신단계는, 상기 테스트 신호를 적어도 하나의 안테나를 통해 수신하는 단계를 포함하고;

   상기 분석단계는, 상기 수신신호의 크기를 분석하는 단계를 포함하고;

   상기 산출하는 단계는, 상기 수신신호의 크기와 상기 테스트 신호의 크기를 비교하여 상기 테스트 신호가 수신된 안테나의 반사계수를 산출하는 단계를 포함하는 무선통신시스템의 제어방법.
10. 소정 위치에 설치된 안테나를 통해 대상물 측에 테스트 신호를 송신하는 단계와;

    상기 대상물에 반사된 테스트 신호를 상기 안테나를 통해 수신하여 상기 수신신호의 크기를 측정하는 단계와;

    상기 설치 위치가 변동된 안테나를 통해 상기 대상물 측에 테스트 신호를 송신하는 단계와;

    상기 대상물에 반사된 테스트 신호를 상기 안테나를 통해 수신하여 수신신호의 크기와 상기 테스트 신호의 크기를 비교하는 단계와;

    상기 안테나의 위치 별 상기 수신신호의 크기를 비교하여 상기 안테나의 최적 설치위치를 산출하는 단계를 포함하는 무선통신시스템의 제어방법.

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