KR101241734B1 - Ｒｆｉｄ 송수신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 RFID 송수신 시스템은 위상 차이를 가지는 수신신호를 위상변환하여 I(In-phase)신호 및 Q(Quadrature-phase)신호로 분리하는 신호분리부; 상기 I신호를 소정 위상차를 가지는 I+신호 및 I-신호로 합성하는 제1믹서부; 상기 Q신호를 소정 위상차를 가지는 Q+신호 및 Q-신호로 합성하는 제2믹서부; 상기 I신호를 상기 제1믹서부로 스위칭시키거나 상기 Q신호를 상기 제2믹서부로 스위칭시키는 스위치부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 다양한 수신각으로 수신되는 신호라도 차별적으로 처리할 수 있으며, 송신신호를 원형편파 성분으로 전송할 수 있으므로 신호의 인식률이 향상되고 통신이 안정적으로 유지되는 효과가 있다. 또한, 높은 분해 속도로 송수신 신호를 처리할 수 있으므로 신호의 인식률이 향상되고, 전파 에너지의 공급이 안정적으로 이루어지며, 수신감도, 신호 인식거리를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

ＲＦＩＤ 송수신 시스템{Radio Frequency IDentification tranceiver system}
도 1은 일반적인 RFID 태그가 신호를 송신하는 경우 송신 각도 및 위치에 따른 인식 방향성을 모식화한 도면.
도 2는 일반적인 RFID 태그가 신호를 송신하는 경우 직접 거리에 따른 태그 인식률의 차이를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 송수신 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템이 송수신하는 신호가 좌측선형편파 및 우측선형편파로 진행하는 형태를 모식화한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: RFID 송수신 시스템
105: 안테나 110: 신호분리부
115: 제1스위치부 120: 제2스위치부
125: 제1리미터 130: 제2리미터
135: 변조부 140: 제1믹서부
145: 제2믹서부 150: 위상동기회로부
155: 비교기 160: 제어부
본 발명은 RFID 송수신 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 기술로서 RFID 기술을 들 수 있으며, 그 중에서 상거래에 도입된 RFID 기술이 대표적이다.
일반적으로, 상거래형 RFID 시스템은 상품에 부착되어 세부정보가 내장된 태그, 태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 리더로 이루어지며, 상품에 부착된 태그는 리더가 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, 상기 태그가 이동됨에 따라 신호의 위상(Phase) 및 에너지 전달 위치가 변화되고, 이는 리더 상의 태그 인식률을 저하시키는 요인이 된다.
도 1은 일반적인 RFID 태그가 신호를 송신하는 경우 송신 각도 및 위치에 따른 인식 방향성을 모식화한 도면이다.
도 1에 의하면, 태그들(21, 22)은 각각 다른 위치에서 이동되면서 리더(10) 와 통신을 수행하는데, 이때, 태그들(21, 22)로부터 송신되는 신호는 리더(10)에 각각 다른 수신각(θ1, θ2)을 가지고 수신된다.
일반적으로, 안테나는 종류에 따라 고유의 편파(Polarization; 전자기파의 진행방향에 대한 전계 필드(Electric field)의 극성 방향을 의미함)를 가지는데, 편파 방향이 틀어지는 경우 송수신 성능이 저하되며, 가령, 편파 방향이 직교하는 경우에는 신호 교류가 불가능하게 된다.
따라서, 다른 수신각(θ1, θ2)을 가지는 신호들은 인식률이 상이해질 수 밖에 없으며, 신호의 복원이 안정적으로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
도 2는 일반적인 RFID 태그가 신호를 송신하는 경우 직접 거리에 따른 태그 인식률의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 의하면, 태그들(21, 22, 23)은 리더(10)로부터 각각 다른 거리(x1, x2, x3) 상에 위치되며, 따라서 태그들(21, 22, 23)과 리더(10) 사이에 전송되는 신호는 상이한 전력 수치 및 전송 속도를 가진다.
가령, 태그(21, 22, 23)로부터 전송된 900 MHz 대역의 캐리어 신호가 리더(10)까지 도달하는데 걸린 시간이 14.5ms인 경우, 태그(21, 22, 23)들이 이동되는 속도는 캐리어 신호가 리더(10)에 도착되어 처리되는 속도보다 빠르므로 신호처리가 어려워진다.
따라서, 여러 위치에서 이동되는 태그들(21, 22, 23)의 신호를 처리하기 위해서, 리더는 보다 높은 "시간당 신호 분해력"을 가져야 하며, 또한 전력 수치가 상이해지므로 에너지 공급률이 불규칙해지는 문제점이 생긴다.
본 발명은 이동체와 RFID신호를 송수신하는 경우, 수신각을 고려하여 신호를 차별적으로 처리하고, 거리에 따른 전송속도의 영향 없이 높은 신호 분해력으로 신호를 처리할 수 있는 인식률이 향상된 RFID 송수신 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 RFID 송수신 시스템은 위상 차이를 가지는 수신신호를 위상변환하여 I(In-phase)신호 및 Q(Quadrature-phase)신호로 분리하는 신호분리부; 상기 I신호를 소정 위상차를 가지는 I+신호 및 I-신호로 합성하는 제1믹서부; 상기 Q신호를 소정 위상차를 가지는 Q+신호 및 Q-신호로 합성하는 제2믹서부; 상기 I신호를 상기 제1믹서부로 스위칭시키거나 상기 Q신호를 상기 제2믹서부로 스위칭시키는 스위치부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 RFID 송수신 시스템에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명의 실시예에서 상기 RFID 송수신 시스템은 900MHz 대역의 캐리어 신호를 이용하는 RFID 리더인 것으로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(100)은 안테나(105), 신호분리부(110), 제1스위치부(115), 제2스위치부(120), 제1리미터(Limiter)(125), 제2리미터(130), 변조부(135), 제1믹서부(140), 제2믹서 부(145), 위상동기회로부(150), 비교기(155) 및 제어부(160)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에서, 상기 안테나(105)는 듀얼형 패치 안테나로 구비되며, 신호분리부(110)에서 분리된 신호를 좌측원형편파(LHCP; Left Hand Circular Polarization), 우측원형편파(RHCP; Right Hand Circular Ploarization) 형태로 송신하거나 상기 두가지 형태의 신호를 수신하여 신호분리부(110)로 전달할 수 있다.
이렇게 두가지의 원형편파 형태로 신호가 송수신되는 경우, 두개의 신호는 상호 영향을 주지 않으면서 빔패턴을 형성하고, 도 1을 참조하여 언급한 것처럼 다양한 수신각을 가지는 신호들을 수신할 수 있게 되므로 하나의 신호만으로 통신을 하는 경우보다 신호 인식률을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(100)이 송수신하는 신호가 좌측선형편파 및 우측선형편파로 진행하는 형태를 모식화한 도면이다.
도 4의 (a) 도면은 좌측원형편파의 진행 방향을 도시한 것이고, 도 4의 (b) 도면은 우측원형편파의 진행 방향을 도시한 것인데, 상기 안테나(105)는 두가지 형태의 신호를 동시에 송수신할 수 있다.
따라서, 하나의 주파수 대역에서 두 개 이상의 채널을 통하여 신호를 송수신할 수 있고, 원형편파 형태의 신호는 장애물 잡음에 강하여 건물 투과성이 높고 다중반사간섭의 영향이 적으므로 신호 손실이 적게되는 효과가 있다.
상기 신호분리부(110)는 위상 차이를 가지는 수신신호, 가령 다양한 원형편파 성분의 신호를 위상변환하여 분리하는데, 본 발명의 실시예에서는 0°와 180° 의 위상을 가지는 신호(이하, "I(In-phase)신호" 및 "Q(Quadrature-phase)신호"로 지칭함)로 분리하는 것으로 한다.
또한, 상기 신호분리부(110)는 송신신호가 전달되면 송신신호의 위상을 변환하여 신호를 분리시키고, 두개의 라인을 통하여 안테나(105)로 전달한다. 이렇게 안테나(105)로 분기된 송신신호들은 상이한 원형편파성분의 신호로 송신될 수 있다.
상기 신호분리부(110)는 서큘레이터, 벌룬회로, 결합기 등 다양한 회로로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 신호 분리 기능이 우수한 브랜치 라인 결합기(Coupler)를 사용하는 것으로 한다.
상기 브랜치 라인 결합기(110)는 4개의 포트를 구비하여 특정 포트로 입력되는 신호의 위상을 변환/분리시키는 방향성 신호전달특성을 가지는 소자로서, 한쌍의 단자는 안테나(105)와 두개의 라인을 통하여 연결되고, 다른 한쌍의 단자는 각각 제1스위치부(115) 및 제2스위치부(120)와 연결된다.
브랜치 라인 결합기(110)는 두 개의 전송 선로를 두개의 브랜치 라인으로 연결한 형태로서 직접 커플링(Direct coupling) 방식을 이용한 결합이고, 마이크로스트립 라인으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 상기 안테나(105)를 통하여 우측원형편파 신호 및 좌측원형편파 신호가 수신되면, 상기 브랜치 라인 결합기(110)는 두 신호 사이에 180°의 위상 차이를 두어 분리하고 분리된 신호를 각각 제1스위치부(115) 및 제2스위치부(120)로 전달한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1스위치부(115)를 통하여 0°의 위상을 가지는 신호, 즉 I신호(수신신호의 측면)와 우측원형 편파신호(송신신호의 측면)가 전달되고, 상기 제2스위치부(120)를 통하여 180°의 위상을 가지는 신호, 즉 Q신호(수신신호의 측면)와 좌측원형 편파신호(송신신호의 측면)가 전달되는 것으로 한다.
상기 제1스위치부(115)와 제2스위치부(120)는, 예를 들어 SPDT(Single Pole Double Throw)와 같은 반도체 소자로 구비될 수 있는데, 제1스위치부(115)는 제1신호 경로를 제1리미터(125)로 연결시키고, 제2신호 경로를 변조부(135)로 연결시킨다.
또한, 제2스위치부(120)는 제1신호 경로를 제2리미터(130)로 연결시키고, 제2신호 경로를 변조부(135)로 연결시킨다. 따라서, 상기 제1스위치부(115) 및 제2스위치부(120)의 제1신호 경로는 수신신호를 처리하기 위한 경로이고, 제2신호 경로는 송신신호를 처리하기 위한 경로이다.
우선, 수신신호의 처리 경로에 대하여 살펴보면, 상기 제1스위치부(115)는 제1리미터(125)로 I신호를 전달하고, 제2스위치부(120)는 제2리미터(130)로 Q신호를 전달한다.
상기 제1리미터(125)와 제2리미터(130)는 다이오드를 포함하여 이루어지며 스위칭시 섞인 I신호의 외부신호와 Q신호의 외부신호 대역을 제한(Limitting)시킨다.
상기 제1믹서부(140)는 제1리미터(125)로부터 I신호가 전달되면 위상동기회 로부(150)로부터 전달된 발진주파수신호와 합성하여 90°의 위상차를 가지는 I+신호 및 I-신호를 생성하고, 제2믹서부(145)는 제2리미터(130)로부터 Q신호가 전달되면 발진주파수신호와 합성하여 90°의 위상차를 가지는 Q+신호 및 Q-신호를 생성한다.
상기 제1믹서부(140)는 I+신호 및 I-신호 중 어느 하나의 신호를 비교기(155)로 전달하고, 다른 하나의 신호는 제어부(160)로 전달한다.
그리고, 제2믹서부(145)는 Q+신호 및 Q-신호 중 어느 하나의 신호를 비교기(155)로 전달하고, 다른 하나의 신호는 제어부(160)로 전달한다.
상기 비교기(155)는 I신호와 Q신호의 위상을 비교하여 위상비교신호를 생성하는데, 위상비교신호는 제어부(160)가 I신호와 Q신호를 단일신호로 처리하는데 이용되므로, I+신호 및 I-신호는 각각 Q+신호, Q-신호 중 어느 신호와도 비교될 수 있다.
예를 들어, 제1믹서부(140)는 I+신호를 제어부(160)로 전달하고, I-신호는 비교기(155)로 전달할 수 있으며, 제2믹서부(145)는 Q+신호를 제어부(160)로 전달하고 Q-신호는 비교기(155)로 전달할 수 있다.
상기 제어부(160)는 비교기(155)로부터 전달된 위상비교신호에 의하여 I+신 호와 Q+신호의 위상을 동기화(보상)하고 두 신호를 디지털신호로 변환하여 단일신호로 처리한다.
이처럼, I신호와 Q신호는 다른 수신경로를 통하여 처리되고, 제어부(160)에 의하여 단일신호로 처리되므로 어느 하나의 신호 또는 두 신호가 불안정한 상태에 있다고 하여도 상호 보완되어 보다 완전한 상태의 신호로 복원될 수 있다.
따라서, 신호 인식률이 향상되는 효과가 생긴다.
상기 제어부(160)는 통신 프로토콜을 구비하여 태그와의 무선 통신을 제어하고, 디지털 신호를 해석하여 태그정보를 메모리에 저장하여 관리하는데, 태그로부터 수신된 기기식별정보의 코드를 분석하기 위하여, 데이터 포맷을 변환하고 필터링 연산을 처리한다.
상기 변조부(135)는 위상동기회로부(150)로부터 발진주파수신호를 공급받고 제어부(160)로부터 디지털신호를 전달받으며, 전달된 두 신호를 합성하여 RF신호로 변조시킨다.
상기 변조된 신호는 제1스위치부(115)의 제2신호 경로 또는 제2스위치부(120)의 제2신호 경로를 통하여 수신분리부(110)로 전달되고, 수신분리부(110)는, 앞서 설명한 것과 같이, 변조된 신호를 분리하여 안테나(105)로 전달한다.
상기 제어부(160)는 제1스위치부(115) 및 제2스위치부(120)로 제어신호를 전달하여 스위칭 동작이 주기적으로 이루어지도록 하는데, 이때 제1스위치부(115)가 신호분리부(110)를 변조부(135)와 연결시킨 상태라면 제2스위치부(120)는 신호분리부(110)를 제2리미터(130)와 연결시킴으로써 신호 경로를 차별화시키는 것이 좋다.
이와 같이, 스위칭 구조에 의하여 송수신 신호를 동시에 처리할 수 있으므로 리더 제품에 이용되는 부품의 수를 최소화하고 신호 분해 속도를 높일 수 있다.
따라서 다양한 위치에서 빠르게 이동되는 태그로부터 신호가 수신되더라도 태그의 이동속도 보다 빠른 속도록 신호를 복원/처리할 수 있으며 태그 인식률을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 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 RFID 송수신 시스템에 의하면, 다양한 수신각으로 수신되는 신호라도 차별적으로 처리할 수 있으며, 송신신호를 원형편파 성분으로 전송할 수 있으므로 신호의 인식률이 향상되고 통신이 안정적으로 유지되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 태그의 위치차이에 따른 신호의 전송속도보다 높은 분해 속도로 송수신 신호를 처리할 수 있으므로 신호의 인식률이 향상되고, 전파 에너지의 공급이 안정적으로 이루어지며, 수신감도, 신호 인식거리를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 위상 차이를 가지는 수신신호를 위상변환하여 I(In-phase)신호 및 Q(Quadrature-phase)신호로 분리하는 신호분리부;
    상기 I신호를 소정 위상차를 가지는 I+신호 및 I-신호로 합성하는 제1믹서부;
    상기 Q신호를 소정 위상차를 가지는 Q+신호 및 Q-신호로 합성하는 제2믹서부;
    상기 I신호를 상기 제1믹서부로 스위칭시키거나 상기 Q신호를 상기 제2믹서부로 스위칭시키는 스위치부; 및
    상기 스위치부로 제어신호를 전달하여 스위칭 동작을 동기화시키는 제어부를 포함하는 RFID 송수신 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호분리부는
    결합기를 포함하여 이루어지는 RFID 송수신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    신호를 송수신하는 안테나; 및 상기 제어부로부터 디지털 송신신호를 전달받아 변조하는 변조부를 더 포함하고,
    상기 스위치부는 상기 I신호를 상기 제1믹서부로 스위칭시키거나 상기 변조된 송신신호를 상기 신호분리부로 스위칭시키는 제1스위치부; 및
    상기 Q신호를 상기 제2믹서부로 스위칭시키거나 상기 변조된 송신신호를 상기 신호분리부로 스위칭시키는 제2스위치부를 포함하는 RFID 송수신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호분리부는 상기 변조된 송신신호의 위상을 변환하여 분리하고,
    상기 안테나는 상기 분리된 신호를 좌측원형편파 및 우측원형편파 형태로 송신하는 RFID 송수신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상 차이를 가지는 수신신호는 좌측원형편파 및 우측원형편파 신호를 포함하는 RFID 송수신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1믹서부로부터 I+신호 및 I-신호 중 어느 하나의 신호를 전달받고, 상기 제2믹서부로부터 Q+신호 및 Q-신호 중 어느 하나의 신호를 전달받아 위상을 비교함으로써 위상비교신호를 생성하는 비교기를 더 포함하는 RFID 송수신 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 I+신호 및 I-신호 중 상기 비교기로 전달되지 않은 나머지 신호와 상기 Q+신호 및 Q-신호 중 상기 비교기로 전달되지 않은 나머지 신호를 상기 위상비교신호에 의하여 위상보상하고, 단일신호로 처리하는 RFID 송수신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 패치 안테나를 더 포함하는 RFID 송수신 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1믹서부 전단, 상기 제2믹서부 전단 중 하나 이상의 위치에 외부신호를 제거하는 리미터가 더 포함되는 RFID 송수신 시스템.
  10. 삭제
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