KR101091164B1

KR101091164B1 - Ｐｎ 코드 발생을 개선한 능동형 ｒｆｉｄ 장치

Info

Publication number: KR101091164B1
Application number: KR1020080116308A
Authority: KR
Inventors: 차종섭; 명승일; 이형섭; 모상현; 채종석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2011-12-09
Also published as: US8401053B2; US20100127831A1; KR20100057317A

Abstract

원 송신기와 별도로 추가 송신기를 갖는 RFID 장치가 개시된다. 능동형 RFID 장치는 ISO/IEC 24730-2 또는 ISO/IEC 18185-5 type B에서 제안하고 있는 직접 수열 스펙트럼 확산(Direct Sequence Spread Spectrum)을 생성하기 위한 제1PN 코드 발생기를 구비하는 제1송신기; 및 PN 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 AND 연산한 후 쉬프트시키고, 쉬프트된 비트들 중 특정 비트를 XOR 연산하며, 상기 쉬프트된 비트와 상기 XOR 연산된 비트를 다시 XOR 연산 처리하는 제2PN 코드 발생기를 구비하는 제2송신기;를 포함한다. 이에 의해 기존 PN 코드 이외의 또 다른 코드를 추가할 경우 자기 코드를 변별할 수 있는 자기 상관 특성뿐만 아니라 다른 코드에 대한 변별 능력을 제공하는 상호 상관 특성이 모두 우수한 PN 코드의 생성이 가능하다.

Description

ＰＮ 코드 발생을 개선한 능동형 ＲＦＩＤ 장치{Active RFID apparatus with improved PN code generation}

본 발명은 능동형 RFID 시스템에 관한 것으로, 특히 ISO/IEC 24370-2 또는 18185-5 type B에 따른 RFID 송수신기의 PN 코드 발생기에 관한 것이다.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2008-S-040-01, 실시간 위치추적 기술개발]

RFID 시스템은 리더(Reader), 안테나, 태그(Tag) 세 가지로 구성되어 사람, 차량, 상품, 교통카드 등을 비접촉으로 인식하는 기술이다. 태그 내 신호 발진기의 존재 여부에 따라 능동형 방식 또는 수동형 방식으로 분류하기도 하지만, 보통 태그의 전원으로서 배터리가 요구되는 능동형 방식과 배터리가 요구되지 않는 수동형 방식으로 구분된다. 능동형 방식은 수십 미터의 원거리 통신을 가능하게 한다.

한편, RFID 태그, 리더기에는 PN 코드 발생기가 구현된다. 그리고 보다 나은 시각 동기를 제공하는 것과 같은 목적으로 송신기를 추가 운용하는 경우가 있는데, 이때는 기존 PN 코드를 발생시키는 PN 코드 발생기 이외에 추가 송신기용 PN 코드 발생기가 더 요구된다. 이처럼 기존 PN 코드 이외에 또 다른 PN 코드를 추가해야 하는 경우에는 자기 상관(autocorrelation) 특성뿐만 아니라 상호 상관(cross-correlation) 특성이 모두 우수한 PN 코드를 생성하는 기술적 방안이 요구된다.

기존 PN 코드 이외의 또 다른 코드를 추가할 경우 자기 코드를 변별할 수 있는 자기 상관 특성뿐만 아니라 다른 코드에 대한 변별 능력을 제공하는 상호 상관 특성이 모두 우수한 PN 코드를 생성하는 기술적 방안 제공을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 원 의사잡음(PN) 코드 발생기와 별도의 PN 코드 송신기를 갖는 RFID 장치에 있어서, 별도의 PN 코드 발생기는, PN 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 AND 연산하는 가산부; 가산부에서 출력되는 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이부; 비트 천이부로부터 출력되는 비트들 중 특정 비트를 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산부; 및 비트 천이부에서 출력되는 비트와 XOR 연산부에서 출력되는 비트를 XOR 연산하는 제 2 XOR 연산부;를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 따라 별도의 PN 코드 발생기에서 이용되는 초기값은 Ox1D9, Ox115, Ox11F, Ox123, Ox131, Ox171, Ox1B5 중 어느 하나이다.

본 발명의 일 양상에 따라 원 PN 코드 발생기는, PN 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 가산하는 제 1 가산부; 가산부에서 출력되는 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이부; 비트 천이부로부터 출력되는 비트들 중 특정 비트를 AND 연산하는 제 2 가산부; 및 비트 천이부에서 출력되는 비트들 중에서 적어도 하나의 비트와 가산부에서 출력되는 비트를 XOR 연산하는 XOR 연산부;를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 따라 원 PN 코드 발생기는, 의사잡음(PN) 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 AND 연산하는 가산부; 가산부에서 출력되는 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이부; 비트 천이부로부터 출력되는 비트들 중 특정 비트를 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산부; 및 비트 천이부에서 출력되는 비트들 중에서 적어도 하나의 비트와 XOR 연산부에서 출력되는 비트를 XOR 연산하는 제 2 XOR 연산부;를 포함한다.

제안된 PN 코드 발생기를 통해 얻어진 코드를 ISO/IEC 24370-2 또는 18185-5에 따른 RFID 송수신기에 적용하는 경우, 특히 보아 나은 시각 동기를 제공하는 것과 같은 목적으로 하나의 송신기를 추가 운용할 때, 자기 상관 및 상호 상관 특성이 모두 좋아져 자기 코드뿐만 아니라 서로 다른 코드를 구분하는 변별력이 우수해지는 효과를 창출한다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 전형적인 직접 수열 확산 스펙트럼(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) 복조 과정을 보여주는 예시 블록도이다.

도시된 바와 같이, A/D 변환기(100), 데시메이터(Decimator)(110), 상관 기(120), 프레임 복조기(Deframer)(130), PN 코드 발생기(140), 및 CRC 검사기(150)를 포함한다. 먼저 A/D 변환기(100)는 RF 단으로부터 출력된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한다. 이렇게 변환된 신호는 동기 및 복조과정을 위해 8배 과표본한 I, Q 각각의 수신 신호들 중에서 일부 신호를 통해 코드 획득 및 상관 해석을 위해 데시메이터(110)에서 그 일부 신호를 선택하기 위한 위치를 결정한다. 결정된 신호는 상관기(120)를 통해 PN 코드 발생기(140)로부터 받은 정보와 함께 상관 값을 구하여 그 특성을 비교한다. 상관 특성이 특정 임계치보다 크면 수신하고자 하는 신호임을 판별한 후 신호에 삽입되어 있던 PN 코드를 역확산 과정에 의해 제거함으로써 원래의 신호를 복조하게 된다. 원래의 신호 복조는 프레임 복조기(130)에서 수행되며, 복조된 신호는 CRC 검사기(150)를 통해 복조된 신호의 정상 여부를 판별한다. DSSS 신호의 변복조 과정에서 중요한 요소 중 하나는 확산 및 역확산에 필요한 PN 코드이다. 어떤 코드를 사용하느냐에 따라 확산 이득(processing gain), 다른 신호에 의한 간섭 대처 능력 등이 다르게 된다. 따라서 상관 특성이 좋은 코드를 사용하는 것이 바람직하다.

도 2는 ISO/IEC 24370-2 또는 18185-5 type B에서 제안하고 있는 DSSS를 생성하기 위한 PN 코드 발생기 구조도이다.

PN 코드 발생기는 코드 생성을 위한 초기값을 나타내는 부분(200), 초기값과 궤환된 값을 AND 연산하는 제1가산부(210), 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이기(220), 특정 비트들의 값을 AND 연산하는 제2가산부(230), 특정 비트들의 값을 XOR 연산하는 XOR 연산부(240)로 구성된다. 이렇게 구성된 PN 코드 발생기에서 생성된 길이가 511개인 PN 코드의 상관 특성은 도 5와 같다. 즉, 코드가 일치되는 시점에서 최대값인 511개 크기의 상관 특성을 얻을 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 일정한 상관 특성값(대략 -33 ~ +31)을 갖게 되어 상대적으로 코드의 구분 능력이 떨어지는 결과를 초래한다.

일반적으로 코드 변별력이 좋은 코드라 하면 정확하게 일치할 때는 코드 길이에 해당되는 최대값을, 그렇지 않은 경우 0에 근사한 상관값을 갖는다. 이런 코드의 경우 상관 특성이 좋아 자기 코드를 얻을 확률이 높아지게 된다. 도 2에 제시된 PN 발생기를 통해 얻어진 코드의 경우 511개의 코드 길이에서 31개의 코드가 일치하는 구간이 수십 군데 존재하여 다른 신호에 대한 간섭이 일어날 확률이 커진다. 따라서 자기 코드를 찾아 복조하는데 그만큼의 어려움이 존재한다.

도 3은 능동형 RFID 태그 및 리더기를 위한 개선된 PN 발생기 구조도이다.

PN 코드 발생기는 코드 생성을 위한 초기값을 나타내는 부분(300), 초기값과 궤환된 값을 AND 연산하는 가산부(310), 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이기(320), 특정 비트들의 값을 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산부(330), 특정 비트들의 값을 XOR 연산하는 제 2 XOR 연산부(340)로 구성된다. 이렇게 구성된 PN 코드 발생기의 자기 상관 특성은 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 통해 확인할 수 있듯이, 도 5에 비해 코드 변별력이 좋아졌음을 확인할 수 있다. 도 2와 도 3의 경우 모두 송신기가 하나 존재할 경우 자기 상관 특성이 좋은 PN 코드 발생기에 관한 것이다.

한편, 어떤 시스템에서는 보다 나은 성능을 제공하기 위한 수단으로 송신기를 추가로 구현하는 경우, 자기 상관 특성뿐만 아니라 상호 상관 특성도 좋아야 한다. 그러나 자기 상관 및 상호 상관 특성이 모두 좋은 PN 코드를 찾는 것은 쉽지 않다.

이에 본 발명의 일 양상에 따라 일 예로 능동형 RFID 태그에 도 2 또는 도 3에 제시된 PN 코드 발생기를 적용하고 추가로 또 다른 코드를 발생시키기 위해 도 4에 제시된 PN 코드 발생기를 사용하여 자기 상관 및 상호 상관 특성을 개선하고자 한다.

도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 PN 발생기의 구조도이다.

PN 코드 발생기는 코드 생성을 위한 초기값을 나타내는 부분(400), 초기값과 궤환된 값을 AND 연산하는 가산부(410), 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이기(420), 특정 비트들의 값을 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산부(430), 특정 비트들의 값을 XOR 연산하는 제 2 XOR 연산부(440)로 구성된다. 도 4에서는 도 3에서 이용된 초기값(Ox1CB) 대신 다른 초기값을 사용하여 자기 상관 및 상호 상관 특성이 모두 좋아지는 코드를 생성한다. 도 4에 제시한 초기값, 즉 Ox1D9 이외에도 두 상관 특성이 좋도록 구성할 수 있는 초기값으로는 Ox115, Ox11F, Ox123, Ox131, Ox171, Ox1B5 등이 있을 수 있다.

비트 천이기(420)는 플립플롭들과 XOR 연산기들로 구성된다. 그리고 제 1 XOR 연산부(430)는 제 1 XOR 연산기(431)와 제 2 XOR 연산기(432)를 포함한다. 제 1 XOR 연산기(431)는 비트 천이기(420)의 특정한 2개의 플립플롭으로부터의 출력 비트를 입력받아 XOR 연산하여 출력한다. 그리고 제 2 XOR 연산기(432)는 비트 천이기(420)의 다른 특정한 2개의 플립플롭으로부터의 출력 비트를 입력받아 XOR 연산하여 출력한다. 제 2 XOR 연산부(440)는 제 3 XOR 연산기(441)와 제 4 XOR 연산기(442)를 포함한다. 제 3 XOR 연산기(441)는 제 1 XOR 연산기(431)와 제 2 XOR 연산기(432)의 출력 비트를 입력받아 XOR 연산하여 출력한다. 그리고 제 4 XOR 연산기(442)는 비트 천이기(420)의 특정한 1개의 플립플롭과 제 3 XOR 연산기(441)의 출력 비트를 입력받아 XOR 연산하여 최종적으로 PN 코드를 발생시킨다.

도 4의 PN 코드 발생기로부터 발생된 PN 코드의 자기 상관 특성은 도 7에 나타내었다. 제안된 PN 코드의 자기 상관 특성은 511개의 코드가 정확히 일치하는 경우 511의 최대값을 얻지만 한 개라도 코드가 벗어나면 일치하는 경우가 없기 때문에 -1의 값으로 나타나 코드 분별력이 좋다.

또한 도 7에 제안된 PN 코드와 도 5에 나타낸 PN 코드와의 상호 상관 특성을 도 8에 나타내었고, 도 7에 제안된 PN 코드와 도 6에 나타낸 PN 코드와의 상호 상관 특성을 도 9에 나타내었다. 도 8 및 도 9를 통해 확인할 수 있듯이, 도 7 제안된 PN 코드는 도 3 및 도 4의 PN 코드와의 상호 상관 특성도 좋아 서로 다른 코드를 분별하는데 용이하다. 따라서 도 4에 제안된 PN 코드 발생기와 도 3에서 제시한 PN 코드 발생기를 서로 다른 두 개의 능동형 RFID 태그에 적용할 경우 자기 상관 및 상호 상관 특성이 모두 좋은 효과를 얻을 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 전형적인 직접 수열 확산 스펙트럼(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) 복조 과정을 보여주는 예시 블록도.

도 2는 ISO/IEC 24370-2 또는 18185-5 type B에서 제안하고 있는 DSSS를 생성하기 위한 PN 코드 발생기 구조도.

도 3은 능동형 RFID 태그 및 리더기를 위한 개선된 PN 발생기 구조도.

도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 RFID 장치의 추가 PN 발생기의 구조도.

도 5는 도 2의 PN 코드 발생기에 따른 자기 상관 특성도.

도 6은 도 3의 PN 코드 발생기에 따른 자기 상관 특성도.

도 7은 도 4의 PN 코드 발생기에 따른 자기 상관 특성도.

도 8은 도 4의 PN 코드 발생기에 의해 발생된 PN 코드와 도 2의 PN 코드 발생기에 의해 발생된 PN 코드와의 상호 상관 특성도.

도 9는 도 4의 PN 코드 발생기에 의해 발생된 PN 코드와 도 3의 PN 코드 발생기에 의해 발생된 PN 코드와의 상호 상관 특성도.

Claims

ISO/IEC 24730-2 또는 ISO/IEC 18185-5 type B에서 제안하고 있는 직접 수열 스펙트럼 확산(Direct Sequence Spread Spectrum)을 생성하기 위한 제1PN 코드 발생기를 구비하는 제1송신기; 및

PN 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 AND 연산한 후 쉬프트시키고, 쉬프트된 비트들 중 특정 비트를 XOR 연산하며, 상기 쉬프트된 비트와 상기 XOR 연산된 비트를 다시 XOR 연산 처리하는 제2PN 코드 발생기를 구비하는 제2송신기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제1항에 있어서,

상기 초기값은, Ox1D9, Ox115, Ox11F, Ox123, Ox131, Ox171, Ox1B5 중 어느 하나임을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
원 의사잡음(PN) 코드 발생기와 별도의 PN 코드 발생기를 갖는 RFID 장치에 있어서, 상기 별도의 PN 코드 발생기는 :

PN 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 AND 연산하는 가산부;

상기 가산부에서 출력되는 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이부;

상기 비트 천이부로부터 출력되는 비트들 중 특정 비트를 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산부; 및

상기 비트 천이부에서 출력되는 비트와 상기 XOR 연산부에서 출력되는 비트를 XOR 연산하는 제 2 XOR 연산부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제3항에 있어서,

상기 초기값은, Ox1D9, Ox115, Ox11F, Ox123, Ox131, Ox171, Ox1B5 중 어느 하나임을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제4항에 있어서,

상기 제 1 XOR 연산부는, 상기 비트 천이부에서 출력되는 두 비트를 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산기 및 제 2 XOR 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제5항에 있어서,

상기 제 2 XOR 연산부는, 상기 제 1 XOR 연산기와 상기 제 2 XOR 연산기로부터 출력되는 비트를 XOR 연산하는 제 3 XOR 연산기, 및 상기 쉬프트된 하나의 비트와 상기 제 3 XOR 연산기로부터 출력되는 비트를 XOR 연산하는 제 4 XOR 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제4항에 있어서,

상기 원 PN 코드 발생기는, ISO/IEC 24730-2에서 제안하고 있는 직접 수열 스펙트럼 확산(Direct Sequence Spread Spectrum)을 생성하기 위한 PN 코드 발생기임을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제4항에 있어서,

상기 원 PN 코드 발생기는, ISO/IEC 18185-5 type B에서 제안하고 있는 직접 수열 스펙트럼 확산(Direct Sequence Spread Spectrum)을 생성하기 위한 PN 코드 발생기임을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제4항에 있어서, 상기 원 PN 코드 발생기는 :

PN 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 가산하는 제 1 가산부;

상기 가산부에서 출력되는 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이부;

상기 비트 천이부로부터 출력되는 비트들 중 특정 비트를 AND 연산하는 제 2 가산부; 및

상기 비트 천이부에서 출력되는 비트들 중에서 적어도 하나의 비트와 상기 가산부에서 출력되는 비트를 XOR 연산하는 XOR 연산부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제9항에 있어서,

상기 원 PN 코드 발생기에서 이용되는 초기값은 Ox1CB임을 특징으로 하는 능 동형 RFID 장치.
제4항에 있어서, 상기 원 PN 코드 발생기는 :

의사잡음(PN) 코드를 생성하기 위해 초기값과 궤환값을 AND 연산하는 가산부;

상기 가산부에서 출력되는 비트를 쉬프트시키기 위한 비트 천이부;

상기 비트 천이부로부터 출력되는 비트들 중 특정 비트를 XOR 연산하는 제 1 XOR 연산부; 및

상기 비트 천이부에서 출력되는 비트들 중에서 적어도 하나의 비트와 상기 XOR 연산부에서 출력되는 비트를 XOR 연산하는 제 2 XOR 연산부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.
제11항에 있어서,

상기 원 PN 코드 발생기에서 이용되는 초기값은 Ox1CB임을 특징으로 하는 능동형 RFID 장치.