KR101209952B1 - Ｒｆｉｄ 송신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 RFID 송신 시스템은 변조지수(Modulation index)를 조정하여 제어신호를 생성하는 제어부; 발진주파수신호를 생성하고 상기 제어부의 디지털 신호를 중간주파신호로 변조하는 베이스밴드부; 상기 발진주파수신호 및 상기 중간주파신호를 RF신호로 합성하는 믹서; 및 상기 믹서에 연결되고 상기 제어신호에 의하여 반사계수를 조정함으로써 상기 RF신호의 변조깊이를 조절하는 반사계수조정부를 포함한다.
본 발명에 의하면, PIE 포맷에 따른 RF신호의 변조 깊이를 조절할 수 있으며, 송수신 환경에 따라 태그의 인식 거리를 적은 오차로 정밀하게 조정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 인식 거리의 제어가 용이해짐에 따라 태그 응답 특성이 향상되고, 태그에서 요구하는 전력을 손실없이 전달할 수 있으며, 안정적으로 태그와의 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＲＦＩＤ 송신 시스템{Radio Frequency IDentification transmitting system}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템의 베이스밴드부에서 처리되는 베이스밴드신호를 측정한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템에서 변조 지수에 따라 변화되는 태그의 응답특성을 측정한 데이터 테이블.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템에서 변조된 RF신호의 포락선 및 변조 지수(Modulation index) 형태를 예시한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템의 베이스밴드부(110)에서 처리되는 디지털신호 파형을 측정한 그래프 및 PIE 포맷의 기호를 도시한 데이터 구조도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템에서 사용되는 PR-ASK 변조 규격의 RF신호 포락선 형태를 도시한 그래프 및 파라미터를 정의한 데이터 테이블.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템에서 조절되는 RF신호의 포락선 형태를 비교 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: RFID 송신 시스템 105: 제어부
110: 베이스밴드부 112: 위상동기회로부
115: 스위치부 120: 제1믹서
125: 제2믹서 130: 반사계수조정부
135: 신호합성부 140: 필터부
145: 안테나
본 발명은 송신 신호의 인식거리 조절이 용이한 RFID 송신 시스템에 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.
이러한 유비쿼터스 네트워크 기술의 예로 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 RFID리더로 이루어지며, 상품에 부착된 전자태그는 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, 종래 RFID 송신 시스템의 경우, 포락선 검파를 통한 ASK(Amplitude Shift keying) 변조(modulation) 방식을 이용하여 구현되는 것이 일반적인데, 이러한 변조 방식의 종류에 따라 태그(Tag)로의 에너지 공급 구조가 다양하게 구현될 수 있으며, RFID 리더의 송수신단 구조 역시 다양하게 구현가능한 것으로서, 다양한 구조적 특성 차이를 보인다.
종래에는 각 변조 방식에 이용가능한 포락선 검파 규격이 정립되지 않아 시스템별로 상이한 제어 구조를 가졌으며, 변조 방식의 종류 및 변조 제어 기준의 차이로 인하여 일정한 수준 이상의 기능을 제공하는 규격화된 RFID 송신 시스템을 구현하는데 어려움이 있었다.
가령, 리더와 같은 RFID 송신 시스템은 고속으로 이동하는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하게 일어나는 점, 송수신 시 동일한 주파수 대역을 사용하므로 RF단이 베이스밴드단에 의존하게 되는 점, 변조시 I/Q 신호의 분리 및 합성 방식에 따라 위상 반전과 같은 신호 왜곡, 인식 거리, 에러율 등이 차별적으로 일어날 수 있는 점 등의 요인으로 인하여 규격화된 변조 방식에 기초한 RFID 리더의 설계는 중요한 측면으로 인식되고 있다.
특히, 종래 RFID 송신 시스템은 송수신 환경에 따라 송신 신호의 전력을 차별화함으로써 태그의 인식 거리를 조절하는 방식이었으나, 송신 신호의 전력을 선 형적으로 증가시키더라도 인식 거리가 비례적으로 증가되지 않으며 불규칙적으로 변화되므로 인식 거리를 조절하는데 큰 오차가 발생된다.
따라서, 태그로 안정적인 에너지 공급이 어렵고 높은 태그 인식률을 확보할 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한, UHF RFID Passive 방식에서는 리더가 30dBm 큰 전력으로 태그 에너지를 공급하기 때문에 TX 피드백 신호 레벨이 RX 복조부 부분에서 고전력 DC 오프셋(high DC offset) 레벨 변화에 따른 I/Q 미스매칭(mismatching)이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 규격화된 변조 제어 구조에 의하여, 송신신호의 인식거리를 정밀하게 조절할 수 있으며, 태그로 안정적인 에너지 공급이 가능하고 태그 인식률을 향상시킬 수 있고 안정적으로 태그와 통신할 수 있는 RFID 송신 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 RFID 송신 시스템은 변조지수(Modulation index)를 조정하여 제어신호를 생성하는 제어부; 발진주파수신호를 생성하고 상기 제어부의 디지털 신호를 중간주파신호로 변조하는 베이스밴드부; 상기 발진주파수신호 및 상기 중간주파신호를 RF신호로 합성하는 믹서; 및 상기 믹서에 연결되고 상기 제어신호에 의하여 반사계수를 조정함으로써 상기 RF신호의 변조깊이를 조절하는 반사계수조정부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 RFID 송신 시스템에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명의 실시예에서 상기 RFID 송신 시스템은 리더에 구현된 것으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)은 제어부(105), 위상동기회로부(112)를 포함한 베이스밴드부(110), 스위치부(115), 제1믹서(120), 제2믹서(125), 반사계수조정부(130), 신호합성부(135), 필터부(140) 및 안테나(145)를 포함하여 이루어진다.
우선, 상기 제어부(105)는 통신프로토콜을 구비하여 태그와의 무선통신을 제어하고, 태그의 위치를 파악하기 위하여 주기적으로 정보요청신호를 송출한다.
또한, 제어부(105)는 태그로부터 수신되고 베이스밴드부(110)에서 복조된 태그식별정보의 코드를 분석하는데, 이때 데이터 포맷을 변환하고, 필요한 정보를 추출하기 위하여 디지털 신호 처리를 수행한다.
이러한 제어부(105)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)회로나 DSP(Digital Signal Processing)회로를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 제어부(105)에서 처리된 디지털 신호는 I(In-phase) 신호 및 Q(Quadrature-phase) 신호와 같은 직교 성분의 두 신호로 분리된 상태로서 그 크기는 위상 함수로 표현된다.
상기 베이스밴드부(110)는 직교성분의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조 하는데, DAC(Digital to Analog Converter)와 같은 변조회로를 포함한다.
상기 베이스밴드부(110)는 ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C 등과 같은 UHF RFID Protocol에 따른 PIE(Pulse-Interval Encoding) 신호 규격에 따라 변조를 수행하며, 이러한 변조 규격에 의하여 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)은 DSB-ASK(Double SideBand-Amplitude Shift Keying), SSB-ASK(Single SideBand-Amplitude Shift Keying), PR-ASK(Phase Reversal-Amplitude Shift Keying) 등의 변조 방식을 모두 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)의 베이스밴드부(110)에서 처리되는 베이스밴드신호를 측정한 그래프인데, (a) 도면은 변조된 I신호를 측정한 것이고, (b) 도면은 변조된 Q신호를 측정한 것이다.
상기 위상동기회로부(112)는 발진주파수신호를 공급하며, 상기 스위치부(115)는 발진주파수신호를 제1믹서(120)와 제2믹서(125)로 분배하는데, 가령 SPDT(Single Pole Double Throw)와 같은 스위치 소자로 구비될 수 있다.
본 발명에 의한 RFID 송신 시스템(100)은 다양한 RFID 주파수 대역을 처리할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 UHF 대역의 신호를 처리하는 것으로 한다.
따라서, 상기 위상동기회로부(112)는 900 MHz 대역의 발진주파수신호를 생성하여 공급한다.
상기 제1믹서(120)는 변조된 베이스밴드신호, 즉 베이스밴드 I신호를 발진주파수신호와 믹싱하여 RF I 신호로 변환하고, 제2믹서(125)는 베이스밴드 Q신호를 발진주파수신호와 믹싱하여 RF Q 신호로 변환한다.
상기 반사계수조정부(130)는 제1믹서(120) 및 제2믹서(125)와 연결되고, 믹싱 과정 중 신호의 임피던스에 영향을 주어 PIE 신호 규격의 변조 깊이가 조정되도록 하는데, 이렇게 변조 깊이가 조정됨에 따라 변조 지수(Modulation index) 역시 조정될 수 있으며, 변조 지수에 대한 태그의 응답 특성이 변화되어 인식 거리(Detector range)가 선형적으로 증가되거나 감소될 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 변조 지수의 제어에 의하여 태그 인식 거리의 선형적 제어가 가능해진다.
상기 반사계수조정부(130)는 가변저항으로 구현될 수 있으며, 저항 수치는 제어부(105)로부터 전달되는 제어신호에 의하여 가변될 수 있다.
상기 제어부(105)는 송수신 환경에 따른 태그 인식 거리를 조정하기 위하여 인식 거리별로 할당된 PIE 포맷의 변조 지수를 정의하며, 변조 지수에 따른 제어신호를 생성하여 반사계수조정부(130)로 전달한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)에서 변조 지수에 따라 변화되는 태그의 응답특성을 측정한 데이터 테이블이다.
도 3을 참조하면, 종래 전력 수치의 제어 방식에 의하여 태그의 인식거리가 변화된 것을 측정한 테이블(우측)과 본 발명에 의하여 태그의 인식거리가 변화된 것을 측정한 테이블(좌측)이 도시되어 있는데, 우측 테이블에 의하면 전력 수치가 변화되는 것과 상관없이 인식거리가 불규칙적으로 변화되는 것을 확인할 수 있으며, 좌측 테이블을 보면 변조 지수가 변화됨에 따라 인식거리가 선형적으로 제어됨을 확인할 수 있다.
도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 의하면, 변조지수를 조정함으로써 인식거리를 약 ±10mm의 오차범위로 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 신호합성부(135)는 제1믹서(120)와 제2믹서(125)로부터 각각 RF I신호와 RF Q신호를 전달받아 하나의 RF신호로 합성하고 합성된 RF신호의 잡음 성분은 필터부(가령, 쏘우(SAW)필터와 같은 대역통과필터로 구비될 수 있음)(140)를 통하여 제거된다.
이렇게 인식 거리가 조정된 RF신호는 안테나(145)를 통하여 태그로 전달되며, 따라서 안정적으로 에너지 공급이 이루어지고 태그의 인식률이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)에서 변조된 RF신호의 포락선 및 변조 지수(Modulation index) 형태를 예시한 그래프이다.
도 4의 (a) 도면은 DSB-ASK 또는 SSB-ASK 변조 방식의 경우 검파되는 RF신호의 포락선 형태(A)를 예시한 그래프인데, 표시 부호 "B"와 표시 부호 "C"는 RF 신호의 변조 지수 영역을 의미한다.
상기 변조 지수란 변조된 신호에 의하여 주파수, 위상폭, 위상크기 등의 수치가 변화하는 정도를 나타내며, 위상 변조파에서는 최대 위상 편이(라디안으로 표시)를 의미하고, 주파수 변조파에서는 최대 주파수 편이(偏移)를 변조 신호 주파수로 나눈값을 의미한다.
예를 들어, 상기 변조 지수는 "(B?C)÷(B＋C)"의 수식으로 계산가능하다.
또한, 도 2의 (b) 도면은 PR-ASK 변조 방식의 경우 검파되는 RF 신호의 포락 선 형태를 예시한 그래프로서, 표시 부호 "D"와 표시 부호 "F"는 직교성분신호로 분리된 RF신호의 영역을 의미한다.
그리고, 표시 부호 "E"는 직교성분신호가 위상 천이되는 구간을 의미하고, 표시 부호 "G"는 포락선의 최대 전계 크기를 의미하며, 표시 부호 "H"는 포락선의 상승 및 하강이 일어나는 사이의 구간을 의미한다.
여기서, 변조 깊이는 도 2의 (a)의 경우, "(B-C)/B"로 계산되고, 도 2의 (b)의 경우, "(G-H)/G"로 계산된다.
상기 반사계수조정부(130)는 포락선의 움푹한 영역, 즉 신호처리가 오프(off)되는 구간의 반사계수를 조정함으로써 변조 깊이를 조정할 수 있으며, 움푹한 영역의 포락선이 외부로 확장되는 경우 인식 거리가 늘어난다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)의 베이스밴드부(110)에서 처리되는 디지털신호 파형을 측정한 그래프 및 PIE 포맷의 기호를 도시한 데이터 구조도이다.
도 5의 (a)도면과 도 4의 (a)도면을 비교하여 보면, 변조 깊이가 조정되어 디지털 신호의 형태가 손상되지 않은채 RF신호의 포락선("1", "2", "3", "4"로 표기된 부분)으로 구현됨을 알 수 있다.
또한, 도 5의 (b)도면을 참조하면, "Tari"라는 기호가 표시되어 있는데, "Tari"는 태그로 송출되는 신호의 기준 주기(Reference time interval)를 의미하며, 6.25μs 내지 25μs의 수치를 가진다. 기호 "PW"는 직교성분신호의 선택 구간이 가지는 펄스폭(Pulse Width)을 의미하며, 상기 펄스폭은 RF 변조신호 펄스의 50 ％ 내외 지점에 위치되는 것이 바람직하다. 상기 반사계수조정부(130)의 조정 동작은 최소한 상기 펄스폭 영역에서 이루어져야 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)에서 사용되는 PR-ASK 변조 규격의 RF신호 포락선 형태를 도시한 그래프 및 파라미터를 정의한 데이터 테이블이다.
도 6의 (a)도면에 도시된 PR-ASK 변조 규격은, 반사계수가 이용되는(변조 깊이가 조정되는) 직교성분신호의 기준 구간(포락선의 골짜기 영역들)을 확대 도시한 것으로서, 그래프에 표시된 기호들은 도 6의 (b)도면에 정의되어 있다.
도 6의 그래프에서, x축은 시간축을 의미하고 y축은 전계 강도(Electric field strength) 축을 의미한다.
상기 제어부(105)는 PR-ASK 변조 포맷에 따라 펄스폭(PW) 구간, 즉 0.265 Tari 내지 0.525 Tari(μs) 동안의 포락선 수치에 따라 반사계수조정부(130)의 동작을 제어한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송신 시스템(100)에서 조절되는 RF신호의 포락선 형태를 비교 도시한 도면이다.
도 7의 (a)도면을 보면, 변조 지수가 100％로 변화된 경우 포락선 형태가 도시되어 있는데, 이때 약 3.4m의 태그 인식 거리가 확보되고, 도 7의 (b)도면은 변조 지수가 18％로 변화된 경우 포락선 형태로서, 이때 약 4.2m의 태그 인식 거리가 확보될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시 일 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 RFID 송신 시스템에 의하면, PIE 포맷에 따른 RF신호의 변조 깊이를 조절할 수 있으며, 송수신 환경에 따라 태그의 인식 거리를 적은 오차로 정밀하게 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 인식 거리의 제어가 용이해짐에 따라 태그 응답 특성이 향상되고, 태그에서 요구하는 전력을 손실없이 전달할 수 있으며, 안정적으로 태그와의 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, UHF RFID Passive 방식에서는 리더가 30dBm 큰 전력으로 태그 에너지를 공급하기 때문에 TX 피드백 신호 레벨이 RX 복조부(demodulator) 부분에 고전력 DC 오프셋(high DC offset) 레벨 변화에 따른 I/Q mismatching 이 발생하는데, 본 발명에 의하면 안정적으로 태그와의 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 변조지수(Modulation index)를 조정하여 제어신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어부의 디지털 신호를 중간주파신호로 변조하는 베이스밴드부;
    발진주파수신호 및 상기 중간주파신호를 RF신호로 합성하는 믹서; 및
    상기 믹서에 연결되고 상기 제어신호에 의하여 반사계수를 조정함으로써 상기 RF신호의 변조깊이를 조절하는 반사계수조정부를 포함하는 RFID 송신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 믹서는 I신호 및 Q신호 상태인 중간주파신호를 각각 처리하는 제1믹서 및 제2믹서를 포함하고,
    상기 제1믹서 및 상기 제2믹서에서 처리된 RF신호를 단일 신호로 합성하는 신호합성부를 포함하는 RFID 송신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발진주파수신호를 상기 제1믹서 및 제2믹서로 분배하는 스위치부를 포함하는 RFID 송신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변조지수에 따른 변조깊이의 변화율에 대응하여 송신신호의 감지 거리 가 선형적으로 조절되는 RFID 송신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스밴드부는 상기 발진주파수신호를 생성하는 위상동기회로부를 포함하고,
    상기 반사계수조정부는 가변 저항을 포함하여 이루어지는 RFID 송신 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 베이스밴드부, 상기 믹서 및 상기 반사계수조정부는
    DSB-ASK(Double SideBand-Amplitude Shift Keying), SSB-ASK(Single SideBand-Amplitude Shift Keying), PR-ASK(Phase Reversal-Amplitude Shift Keying) 중 어느 하나의 변조 방식을 이용하여 송신 신호를 처리하는 RFID 송신 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 변조 지수는
    ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C의 UHF RFID 프로토콜 중 어느 하나의 프로토콜에 따른 PIE(Pulse-Interval Encoding) 포맷인 RFID 송신 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 믹서는
    필터를 포함한 안테나단과 연결되는 RFID 송신 시스템.
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