KR101114158B1 - Ｔｄｒ 구조의 ｒｆｉｄ 트랜시버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID 태그 및 RFID 리더의 전파 특성, 그리고 수신 방식의 특성 상 다양한 주파수 종류 및 규격을 수용하는 멀티 밴드(멀티 모드) 구조를 가지며, 다수의 안테나를 사용하여 인식률을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 신호 처리 구조가 개선된 RFID 리더의 수신단에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 TDR 구조의 RFID 트랜시버는 RFID 태그로부터 RF 신호를 수신하는 1개 이상의 안테나; 상기 안테나와 연결된 1개 이상의 저잡음증폭부; 상기 증폭된 RF 신호의 주파수 대역을 순차적으로 입력시키는 TDR(Time Defined Radio)부; 상기 순차적으로 입력되는 RF 신호를 합산하는 RF합산부; 및 상기 합산된 RF 신호를 변환시키는 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 멀티 밴드의 주파수 신호를 수용함으로써 높은 인식률을 확보하고 확보된 인식률을 안정적으로 유지시킬 수 있는 RFID 수신단을 구현할 수 있고, AD컨버터의 변환 범위를 넓게 활용하여 그 효율을 향상시킬 수 있으며, 신호를 증폭처리함에 있어서 수신단에 유발되는 포화 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＴＤＲ 구조의 ＲＦＩＤ 트랜시버{RFID transceiver of TDR structure}

도 1은 종래의 RFID 리더에 구비되는 RFID 트랜시버의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 일반적인 RFID 태그의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버가 사용되는 RFID 리더의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 5는 TDR부에 의하여 시간 분할된 RF 신호들이 TDR부 및 RF합산부에 의하여 시간축상에서 정렬되고 합산된 주파수 형태를 예시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

200: RFID 리더 220: RFID 송수신부

221: 제2안테나 222: 저잡음증폭부

223: TDR부 224: RF합산부

225: AD컨버터

본 발명은 RFID 리더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RFID 리더의 수신단에 구비되는 RFID 트랜시버에 관한 것이다.

현재, 유비쿼터스(ubiquitous) 네트워크 기술이 많은 이들의 주목을 받고 있는데, 유비쿼터스 네트워크 기술이란 시간과 장소에 구애됨이 없이 다양한 네트워크에 자연스럽게 접속할 수 있도록 하는 기술을 의미한다.

상기 유비쿼터스 네트워크 기술은 텔리메틱스 통신, 근거리 무선 통신, 이동통신 등의 통신 기술을 이용하여 다양한 방식으로 구현가능하며, 이를 이용하면 자동차, 가정, 공공장소 등의 공간에서 자연스러운 접속 환경이 제공되므로 각종 IT정보 및 기술의 활용이 늘어나게 되고 따라서 전반적인 IT산업이 보다 빠른 속도로 발전될 것으로 전망된다.

이러한 유비쿼터스 네트워크 기술의 차세대 기술로서 RFID 기술을 들 수 있으며, 그 중에서 상거래에 도입된 RFID 기술이 대표적이다.

일반적으로, 상거래형 RFID 시스템은 상품에 부착되어 세부정보가 내장된 전자태그, 상기 전자태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 RFID리더, 상기 RFID리더로부터 정보를 수집하여 데이터베이스를 구축하는 정보서버 및 상기 정보서버를 연결하여 광역적으로 네트워크를 구축하는 ONS(Object Name Server) 등으로 이루어지며, 상품에 부착된 상기 전자태그는 상기 RFID리더가 위치되는 지역을 통과하며 RF통신을 이용하여 정보를 전달하게 되므로 상품의 유통, 조립, 가격 변동, 판매 등의 물류/유통 관리가 효율적으로 처리될 수 있는 기반을 제공한다.

한편, 종래의 RFID 리더의 수신단의 경우, ASK(Amplitude Shift keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식을 이용한 포락선 검파를 통하여 구현되는 것이 일반적인데, 종래의 설계 방식에 의하면, 비트 오율이 저하되으로 데이터 인식률이 낮게 형성된다는 단점이 있다.

RFID 리더는 고속으로 이동하는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하고, 외부의 환경 변화에 따라 수신 신호의 변화가 크게 발생된다.

따라서, 이러한 환경 변화를 극복하여 수신 데이터의 에러율을 낮추기 위해서는 RFID 트랜시버의 설계가 중요한 측면으로 인식된다.

도 1은 종래의 RF 리더에 구비되는 RFID 트랜시버(10)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 의하면, 종래의 RFID 트랜시버(10)는 안테나(12), 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(14), 합산기(16) 및 AD(Analog to Digital)컨버터(18)를 포함하여 구성된다.

상기 안테나(12)는 가령, 800 MHz 내지 900 MHz 대역의 무선 채널을 통하여 태그로부터 전송되는 RF 신호를 수신하는데, 이때 RF 신호는 전파 감쇄, 다중 경로 손실, 인터피어런스, 도플러 효과 등의 요인에 의하여 다양한 신호 성분으로 나타난다.

상기 안테나(12)는 전파 환경에 따라 특성이 차별화되는 신호들을 수신하기 위하여 다수개로 구비되며, 각각의 안테나(12)는 다양한 신호들을 수신한다.

즉, 종래의 RFID 수신 방식의 특성 상 신호의 세기가 약하고 인식률이 달라 지게 되므로, 다수개의 안테나(12)를 통하여 각각의 신호를 수용하고, 이를 활용하여 데이터의 인식률을 향상시키는 구조를 가지는 것이다.

상기 저잡음증폭기(14)는 역시 다수개로 구비되어 각각의 안테나(12)와 연결되고, 저잡음 성분을 억제하면서 필터링된 RF 신호를 증폭시킨다.

상기 합산기(16)는 증폭된 RF 신호들을 취합하여 합산하고 이를 AD컨버터(18)로 전달하는데, 이는 최대한의 신호 성분들을 반영하여 데이터의 인식률을 높이기 위한 것이다.

즉, RF 수신단에서 요구되는 신호의 특성은 주파수의 크기가 아니라 위상이므로 이들을 합산하여 위상의 정확도를 높이게 되는데, 결과적으로 실시간 수신되는 RF 신호의 세기가 불규칙하게 되고(가령, 너무 커지게 된다), 상기 AD컨버터(18)가 처리하는 전압 범위의 일부만을 차지하게 되므로 변환 효율이 감소하는 결과를 초래한다.

따라서, AD컨버터(18)가 가지는 동적 처리 범위의 일부만을 사용하게 되며, 이는 AD컨버터(18)의 변환 범위가 더욱 작아짐을 의미한다.

또한, 저잡음증폭기(14)에서 상수 수치를 가지는 이득(gain)이 곱하여져 증폭되면 그 크기가 불규칙한 RF 신호는 수신단 포화 현상을 일으킬 확률이 매우 높아지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 RFID 태그 및 RFID 리더의 전파 특성, 그리고 수신 방식의 특성 상 다양한 주파수 종류 및 규격을 수용하는 멀티 밴드(멀티 모드) 구조를 가지며, 다수의 안테나를 사용하여 인식률을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 신호 처리 구조가 개선된 RFID 트랜시버를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 TDR 구조의 RFID 트랜시버는 RFID 태그로부터 RF 신호를 수신하는 1개 이상의 안테나; 상기 안테나와 연결된 1개 이상의 저잡음증폭부; 상기 증폭된 RF 신호의 주파수 대역을 순차적으로 입력시키는 TDR(Time Defined Radio)부; 상기 순차적으로 입력되는 RF 신호를 합산하는 RF합산부; 및 상기 합산된 RF 신호를 변환시키는 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 TDR 구조의 RFID 트랜시버의 상기 TDR부는 스위칭 제어를 통하여 상기 증폭된 RF 신호의 주파수 대역을 시간축 상의 타임 슬롯들로 나누어 순차적으로 입력시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 TDR 구조의 RFID 트랜시버의 상기 TDR부는 입력 패쓰별로 다른 시간 단위를 할당하여 상기 증폭된 RF 신호들의 주파수 대역을 시간축 상에서 이동시키는 타임시프터(time shifter)로 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버는 RFID 리더에 사용되는 수신단 장치로서, 상기 RFID 리더로 RF 신호를 전송하는 RFID 태그에 대하여 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 일반적인 RFID 태그(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2에 의하면, 상기 RFID 태그(100)는 제1안테나(110), 수신복조부(120), 송신변조부(140), 전원부(130), 태그제어부(150) 및 제1메모리(160)를 포함하여 구성된다.

상기 제1안테나(110)는 상기 무선 채널을 통하여 상기 정보요청신호를 인입시키거나 상기 신호처리된 태그식별정보를 송출시키는데, 보통 다이폴안테나가 사용된다.

상기 전원부(130)는 상기 수신복조부(120), 태그제어부(150) 및 송신변조부(140)로 전원을 공급하는 장치이다.

상기 사용자태그는 상기 제1안테나(110) 및 전원부(130)의 구동방식에 따라 능동(active) 방식과 수동(passive) 방식으로 분류되는데, 능동 방식은 상기 제1안테나(110)가 발진회로를 구비하여 상기 태그식별정보를 송출시키고, 전원부(130)는 배터리를 구비하여 발진회로로 전원을 제공하는 방식이다.

또한, 수동 방식은 전원부(130)가 상기 RFID 리더로부터 송출되는 RF신호의 전파 에너지를 이용하여 전원을 재생시키는 방식이며, 검파기 다이오드가 상기 RF신호를 이용하여 DC전압으로 정류하고 정류된 DC전압은 응답코드를 발생함으로써 송신변조부(140)에 변조 파형을 공급하는 전원으로 사용된다.

상기 RFID 태그(100) 및 RFID 리더가 능동 방식으로 동작시에는 400MHz ~ 900MHz 의 주파수 대역을 가지는 UHF 신호가 사용(여기서는, 433MHz가 사용)되고, 수동 방식으로 동작하는 경우에는 UHF(800MHz ~ 900MHz, 국가별 할당 주파수) 신호가 사용된다.

상기 수신복조부(120)는 상기 인입되는 정보요청신호를 디지털 데이터로 복조하여 상기 태그제어부(150)로 전달하고, 상기 태그제어부(150)는 상기 복조된 정보요청신호의 코드를 분석하여 태그식별정보를 생성한다. 그리고, 상기 태그제어부(150)는 통신프로토콜을 구비하여 상기 RFID 리더와의 무선통신을 제어한다.

상기 제1메모리(160)는 정보코드체계를 저장하고, 상기 태그제어부(150)는 이를 이용하여 상기 태그식별정보를 생성하는데, 상기 정보코드체계는 헤더정보, 관리자식별정보, 오류수정정보, 사용자정보 및 개별식별정보 등으로 구성된다.

상기 송신변조부(140)는 상기 생성된 태그식별정보를 RF신호로 변조하고, 상기 제1안테나(110)를 통하여 상기 변조된 태그식별정보가 송출된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버가 사용되는 RFID 리더(200)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3에 의하면, 상기 RFID 리더(200)는 , 리더복조부(210), RFID송수신부(220), 리더변조부(230), 리더제어부(240) 및 제2메모리(250)를 포함하여 구성된다.

상기 리더제어부(240)는 통신프로토콜을 구비하여 RFID 태그(100)와의 무선통신을 제어하고, 상기 RFID 태그(100)의 위치를 파악하기 위하여 주기적으로 정보요청신호를 송출한다.

상기 리더제어부(240)는 상기 RFID 태그(100)로부터 수신되고 리더복조부 (210)에서 복조된 태그식별정보의 코드를 분석하는데, 이때 데이터 포맷을 변환하고, 필요한 정보를 추출하기 위하여 필터링처리한다.

상기 제2메모리(250)에는 상기 제1메모리(160)와 같이 코드분석체계가 기록되어 있어 상기 리더제어부(240)는 코드 분석시 이를 이용하게 하며, 또한 상기 분석된 태그식별정보를 상기 제2메모리(250)에 저장할 수 있다.

상기 리더복조부(210)는 상기 신호처리된 태그식별정보를 디지털데이터로 복조하여 상기 리더제어부(240)로 전달한다.

상기 RFID송수신부(220)는 신호처리된 태그식별정보를 수신하고, 상기 리더제어부(240)에서 생성된 정보요청신호가 리더변조부(230)를 통하여 무선신호로 변조되면 이를 무선 채널을 통하여 송출한다.

본 발명은 상기 RFID송수신부(220) 중에서 RF수신단의 트랜시버에 관한 것으로서, 이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 RFID 트랜시버에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버(220)의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 4에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 TDR 구조의 RFID 트랜시버(220)는 제2안테나(221), 저잡음증폭부(LNA: Low Noise Amplifier)(222), TDR(Time Defined Radio)부(223), RF합산부(224) 및 AD컨버터(225)를 포함하여 구성된다.

상기 제2안테나(221)는 상기 무선 채널을 통하여 정보요청신호를 송출시키거나 상기 신호처리된 태그식별정보를 수신하는데, 이때, 제1안테나(110) 및 제2안테 나(221)는 상호 감지센서의 기능을 수행하게 된다.

이때, 상기 무선 채널을 거친 RF 신호는 전술한 바와 같이, 전파 감쇄, 다중경로 손실, 인터피어런스, 도플러 효과 등의 원인에 의하여 신호의 세기 또는 위상이 다양해져 다수의 신호로 전달되는 경우가 있다.

이러한 이유로, 전파 환경에 따라 그 특성 및 인식률이 달라지는 점을 감안하여 상기 제2안테나(221)는 다수개로 구비되어 RFID 태그(100)로부터의 다양한 RF 신호를 수신하게 된다.

상기 저잡음증폭부(222)는 상기 제2안테나(221)의 개수 만큼 구비되어, 제2안테나(221)들과 각각 연결되고, 제2안테나(221)로부터 수신된 RF 신호들의 잡음을 억제하여 증폭시키는 기능을 수행한다.

상기 TDR부(223)는 저잡음증폭부(222)로부터 증폭된 RF 신호들의 각 주파수 대역을 시간축 상의 타임 슬롯들로 나누어 순차적으로 입력시킨다.

이러한 TDR부(223)의 기능은 스위칭 제어, 타임시프터(time shifter) 등을 이용하여 구현가능한데, 가령 타임시프터를 이용하는 경우 저잡음증폭부(222)를 통하여 증폭된 RF 신호들에 입력 패쓰별로 다른 시간 단위를 할당하고, 증폭된 RF 신호들의 주파수 대역을 시간축 상에서 이동시키게 된다.

도 4에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 TDR부(223)는 스위칭 제어를 이용하여 RF 신호들을 순서대로 정렬시키고 있다.

상기 RF합산부(224)는 TDR부(223)를 통하여 순차적으로 입력되는 RF 신호들을 합산한다.

도 5는 TDR부(223)에 의하여 시간 분할된 RF 신호들이 TDR부(223) 및 RF합산부(224)에 의하여 시간축상에서 정렬되고 합산된 주파수 형태를 예시한 도면이다.

도 5에 의하면, 상기 RF합산부(224)에 의하여 합산된 RF 신호들(TM, T1, T2, T3)은 종래와는 달리 서로 합쳐지거나 감산되는 등 상호 영향을 주지 않은 채 순서대로 상기 AD컨버터(225)로 전송되고 있음을 알 수 있다.

이러한 동작을 통하여 본 발명에 의한 RFID 트랜시버(220)는 다양한 크기 및 위상의 RF 신호를 수용할 수 있으며, 따라서 리더제어부(240)를 포함한 베이스단은 멀티밴드, 멀티모드로 동작하여 놓치는 신호 없이 수신 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

상기 AD컨버터(225)는 RF합산부(224)에서 합산처리된 RF 신호들을 디지털 신호로 변환시키고, 이를 리더복조부(210)로 전달한다.

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

본 발명에 의한 TDR 구조의 RFID 트랜시버에 의하면, 멀티 밴드의 주파수 신 호를 수용함으로써 높은 인식률을 확보하고 확보된 인식률을 안정적으로 유지시킬 수 있는 RFID 수신단을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, AD컨버터의 변환 범위를 넓게 활용하여 그 효율을 향상시킬 수 있고, 신호를 증폭처리함에 있어서 수신단에 유발되는 포화 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. RFID 태그로부터 RF 신호를 수신하는 1개 이상의 안테나;

   상기 안테나와 연결되고 상기 RF 신호를 증폭하는 1개 이상의 저잡음증폭부;

   상기 증폭된 RF 신호를 시간차를 두고 순차적으로 입력시키는 TDR(Time Defined Radio)부;

   상기 순차적으로 입력되는 RF 신호를 합산하는 RF합산부; 및

   상기 합산된 RF 신호를 변환시키는 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDR 구조의 RFID 트랜시버.
2. 제 1항에 있어서, 상기 TDR부는

   스위칭 제어를 통하여 상기 증폭된 RF 신호의 주파수 대역을 시간축 상의 타임 슬롯들로 나누어 순차적으로 입력시키는 것을 특징으로 하는 TDR 구조의 RFID 트랜시버.
3. 제 1항에 있어서, 상기 TDR부는

   입력 패쓰별로 다른 시간 단위를 할당하여 상기 증폭된 RF 신호들의 주파수 대역을 시간축 상에서 이동시키는 타임시프터(time shifter)로 구비되는 것을 특징으로 하는 TDR 구조의 RFID 트랜시버.

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