KR101784683B1 - 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

열차위치를 검시하는 시스템에 있어서 그 기본 정보를 제공하는 RFID태그는 열차선로에 설치되며, 그 자체로서, 전원장치를 보유하지 않아 RFID리더기에서 무선으로 전력을 전송받아 동작하게 된다. 이에 따라 본 발명은, 한 번에 여러 주파수 성분의 에너지를 전달하여 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

Description

효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR TRAIN POSITION DETECTION BY USING EFFICIENT WIRELESS POWER TRANSMISSION AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 효율적인 무선전력 전송을 이용한 고 정밀 열차위치검지시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는 열차 내에 설치된 단말기가 선로에 설치된 RFID트랜스폰더를 통해서 열차의 위치검지를 수행함에 있어서, 상기 단말기는 선로에 설치된 RFID태그의 신호를 수신 받아, 수신된 정보를 바탕으로 열차의 위치를 검지하게 된다. 다만, RFID태그는 자체적으로 전원장치를 보유하지 않아 일정 이상의 전력이 전달되지 못하면 정상 동작이 불가능하므로 RFID태그는 상기 열차내의 단말기에 설치된 RFID리더기로부터 일정 이상의 전력을 전송받아 동작하게 된다. 이에 따라 본 발명은, 한 번에 여러 주파수 성분의 에너지를 전달하여 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

열차를 안전하게 운행하기 위해서는 열차 선로의 전체 궤도 내에서 운행되는 모든 열차의 위치를 정확하게 파악하는 것이 필수적이다. 열차의 위치를 정확하게 파악하기 위해 열차는 선로에 설치되어 있는 RFID태그와 항상 신호를 송수신하고 있으며, 상기 RFID태그는 자신의 고유의 식별번호를 저장하고 있어, 이를 수신 받은 열차는 상기 식별번호정보를 이용하여 열차의 정확한 위치를 파악하게 된다.

다만, RFID태그는 자체적으로 전원 장치를 보유하지 않으며, 상기 열차 내에 설치된 단말기의 RFID리더기에서 무선으로 전력을 전송받아 동작하는 구조를 가진다. RFID태그는 일정 이상의 전력이 전달되어야만 정상 동작이 가능하며, 이에 따라 RFID 리더기는 약속된 최소한의 전력을 RFID태그에 꾸준히 전달하여야 한다.

열차를 제어하기 위한 것일 뿐만 아니라, 사고방지, 화물운송, 열차운행감시 등 철보교통 분야에서 활용 가능한 기초정보가 되는 정확하고 신뢰성 있는 열차의 위치정보를 파악하기 위해서는 선행적으로 열차와 선로에 설치된 각각의 RFID태그의 정보 송수신이 끊임없이 되어야 하며, 이를 위해 열차 내에 설치된 단말기의 RFID리더기로부터 상기 RFID태그로의 꾸준한 전력 전달이 필수적이다.

종래에는 열차 내에서 선로에 설치되어 있는 RFID태그로 전력 신호를 송신하는 방법은 증폭기를 하나의 톤(Tone)신호만을 이용하여 에너지를 전달하는 방법이 사용 되었다. 상기 하나의 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하는 방법에 있어, RFID태그의 구조가 간단해질 수 있으며, 이는 선로 내에 복수의 RFID태그를 설치함에 있어 비용적면에서 어느 정도 효과를 볼 수 있다. 그러나 상기 증폭기를 하나의 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하는 방법은 많은 양의 에너지를 전달하기 어렵고, 충분한 전력을 송신 받지 못한 선로 내의 RFID태그들은 작동 되지 않을 수 있고, 이에 따라 선로 내 설치되어 있는 각 RFID태그의 고유의 식별번호를 꾸준하게 수신할 수 없어, 이를 토대로 열차의 정확한 위치를 파악함에 있어 오히려 더 비효율적이다 할 수 있다.

따라서 본 발명은 여러 주파수 성분의 에너지를 한 번에 전달하여 하나의 주파수 성분인 원톤 신호를 보내는 것보다 효율적인 에너지 전송이 되도록 한다.

다음으로 본 발명의 기술 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저, 한국등록특허 제1343573호(2013.12.20)는 자기장을 이용한 무선 전력 송신에 관한 것으로써, 자기장 통신 기술을 이용해 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 무선 전력 송신을 감지하고 제어하는 것에 관한 기술이 기재 되어 있다.

또한 한국공개특허 제2009-0050457호(2009.05.20)는 전력 전송 네트워크 시스템에 관한 것으로써, 송신 장치와 수신 장치의 사이에서 무선으로 송수신되는 전력 신호를 이용하여 배터리를 충전하기 위한 프로토콜을 규정함으로써, 송신장치와 수신장치의 사이에서 무선으로 송수신 되는 전력 신호의 흐름이 효율적으로 이루어지게 하여 배터리의 충전을 원활하게 이루어지도록 하는 것에 관한 기술이 기재 되어 있다.

또한 한국등록특허 제1006187호(2011.01.07)는 무선공명전력충전시스템에 관한 것으로써, 유도전력전송장치와 이격되어 위치되는 무선전력수신장치에 무선으로 전력신호가 전송되도록 하되 공명전력신호로 변환되어 전송되도록 하기 위한 공명전력전송장치가 구비되는 무선공명전력충전시스템에 있어서, 공명전력전송장치는 유도전력전송장치에서 발신되는 유도자기장을 수신받아 공명전력신호로 변환하여 발신하고, 발되는 공명전력신호를 수신받아 유도자기장으로 변환하여 발신하도록 하여 무선전력수신장치에서 유도기전력으로 수신받아 충전되도록 하는 데에 관한 기술이 기재되어 있다.

상기 선행 기술들은 모두 무선 통신을 통하여 전력 신호를 전송하고, 상기 전력 신호를 수신 받아, 이를 이용하여 전력을 발생시켜 에너지를 사용함에 있어 본 발명과의 일부 기술 분야에 대해서는 유사점이 있으나, 본 발명과 같이 RFID리더기에서 하나의 주파수 성분인 원 톤 신호를 이용하여 보내는 것보다 여러 주파수 성분의 멀티 톤(Multitone)신호를 한 번에 전송함으로 인해, 효율적인 에너지 전송의 효과를 얻고자 하는 기술적 특징에 대해서는 기재하거나 시사하고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 열차 내에 설치된 단말기와 선로에 설치된 RFID태그와의 신속하고 꾸준하게 송수신할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 열차 내에 설치된 단말기가 선로에 설치된 복수의 RFID태그에 전력신호를 하나의 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하는 것이 아닌 많은 양의 에너지를 전달하기 위해 여러 주파수 성분의 멀티톤 신호를 전달하여 하나의 주파수 성분인 원톤 신호를 보내는 것보다 효율적인 에너지 전송을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템은 전력신호를 송신하기 위해 열차 내에 설치되어 RFID태그에 전력신호를 송신하는 RFID리더기는, 여러 주파수 성분의 멀티톤 전력 신호를 생성하고 송신하는 멀티톤전력송신모듈; 및 열차의 선로 내에 설치되어 자신의 고유식별번호를 송신하는 RFID태그로부터의 정보를 수신하고 식별번호는 검출하는 RFID수신모듈;로 구성되어있다. 상기 멀티톤전력송신모듈에서 적어도 2개 이상의 주파수 성분의 멀티톤 전력 신호를 생성하여 선로에 설치되어 있는 RFID태그에 송신하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티톤전력송신모듈는 적어도 2개 이상의 각 주파수에 따른 전력 신호를 생성하기 위해 적어도 2개 이상의 오실레이터(Oscillator); 상기 오실레이터에서 생성한 전력신호를 멀티톤 전력 신호로 생성하기 위한 멀티톤전력신호생성기; 상기 멀티톤 전력신호 생성기에서 생성한 멀티톤 전력 신호를 하나의 신호로 결합하기 위한 멀티톤전력신호결합기; 및 상기 결합기를 통해 생성한 전력 신호를 송신하기 위한 멀티톤전력신호송신기;를 포함하여 상기 멀티톤 전력신호를 선로에 설치되어 있는 RFID태그에 송신하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티톤전력신호생성기는 상기 전력 신호를 여러 주파수 성분의 에너지를 전달하기 위해 상기 오실레이터에서 생성되는 신호들을 적어도 2개 이상의 신호들로 합성할 수 있으며, 이는 미리 합성되는 신호의 개수를 지정하여 설정할 수 있다.

또한 상기 결합기는 멀티톤전력신호생성기로부터 합성 되어 나오는 적어도 하나 이상의 전력신호들을 연결하여 하나의 신호로 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 RFID수신모듈은 RFID수신기 및 RFID검출리고 구성되어 지며, 또한 상기 RFID수신기는 RFID태그로부터 전송되는 해당 RFID태그의 고유식별번호를 포함하는 아날로그신호형태의 태그신호를 수신 받으며, 상기 RFID검출기는 상기 수신된 태그신호에서 고유식별번호를 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한 선로에 설치되어 상기 생성한 전력신호를 수신 받아 에너지를 생성하고, 이를 이용하여 자신의 고유식별번호를 아날로그신호형태의 태그신호를 송신하는 RFID태그는 상기 생성한 전력신호를 수신하여 에너지를 생성하는 멀티톤전력수신모듈; 및 RFID송신모듈로 구성되어 있는 것을 특징으로한다. 또한 상기 RFID송신모듈은 상기 RFID태그의 고유식별번호를 읽어오는 프로세서; 상기 읽어온 고유식별번호를 아날로그신호로 변조하는 DAC(Digital-to-Analog Conversion); 상기 변조한 아날로그신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭된 아날로그신호를 송신하는 송신기;를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티톤전력수신모듈은, 수신 안테나로부터 상기 RFID리더기로부터 전력신호를 수신하고, 수신한 멀티톤 전력신호를 각각 하나의 주파수를 가지는 신호로 필터링하기 위한 적어도 1개 이상의 필터; 상기 필터링 된 각 신호를 교류에서 직류로 변환하기 위한 적어도 2개 이상의 정류기; 및 상기 정류기를 통하여 생성된 각 직류신호를 합성하여 RFI태그에 전원을 공급하는 에너지합성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 필터는 밴드패스필터(Band-Pass Filter)이며, 특정 대역에 내 특정 주파수 사이의 신호만 통과시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 정류기는 전파정류기를 말하며, 전파정류 방식은 중간 탭 전파 정류 방식, 브리지 전파 정류 방식, 및 양 전원 브리지 전파 정류 방식이 있으며 본 발명은 상기 전파정류기의 방식에 제한을 두지 않는다. 또한 상기 정류회로는 신호의 + 부분과 - 부분을 모두 뽑아 사용함으로써, 에너지효율을 극대화 시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 에너지합성부는 변환된 직류신호를 합성하여, 이를 RFID태그에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 프로세서는 상기 에너지 합성부로부터 에너지를 공급받아 구동되어지며, 해당 RFID태그의 고유식별번호를 읽어오며, 상기 DAC는 프로세서에서 읽어온 상기 RFID태그의 정보를 아날로그신호로 변경하며, 상기 증폭기는 DAC를 통해 생성한 아날로그신호를 증폭하고, 상기 송신기는 상기 아날로그신호를 열차 내에 설치되어 있는 RFID리더기로 송신하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RFID리더기에서 생성한 멀티톤 전력신호를 RFID태그로 송신하는 방법은, 적어도 2개 이상의 오실레이터를 이용하여 각 주파수에 따른 신호를 생성하여, 상기 생성한 신호를 각각 결합하는 멀티톤 전력 신호 생성단계; 상기 생성된 멀티톤 전력신호를 하나의 신호로 연결하여 결합하는 멀티톤 전력신호 결합단계; 및 결합한 멀티톤 신호를 RFID태그로 송신하는 멀티톤전력신호 송신단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 멀티톤 전력신호 생성단계는 적어도 2개 이상의 신호를 결합하며, 이는 미리 설정하거나, 자체 혹은 네트워크로부터의 명령에 의해 상기 설정을 수정 또는 변경할 수 있는 방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 RFID태그에서 RFID신호를 송신하는 방법은, 복수의 주파수를 포함하고 있는 멀티톤 전력신호를 수신하는 수신단계; 각 주파수 마다 필터링(BPF)을 수행하는 필터링 단계; 상기 필터링된 신호에 대해서 교류를 직류로 변환하는 정류단계; 상기 변환한 직류신호를 합성하여 태그하여 태그에 전원을 공급하는 에너지 합성 단계; 및 공급받은 전력을 이용하여 RFID태그신호를 전송하는 태그신호 전송단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 필터링 단계는, 상기 멀티톤 전력신호를 각 주파수마다 필터링 함에 있어 밴드패스필터(BPF)의 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 정류단계는, 상기 필터링 된 신호를 교류에서 직류로 변환함에 있어 + 부분과 - 부분을 모두 뽑아 사용하는 전파정류회로를 사용하며, 전파정류 회로를 구성하는 방식에 있어서는 그 제한이 없다.

이와 같이 구성된 본 발명은 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 열차 내에 설치되어 있는 RFID리더기는 전원장치를 보유하지 않는 설로에 설치되어 있는 RFID태그의 효율적인 구동을 위해 하나의 주파수만을 이용한 원 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하지 않고 여러 주파수 성분을 이용한 멀티톤 신호를 이용하여 상기 하나의 주파수 성분인 원 톤 신호를 전송하는 것 보다 많은 양의 에너지를 전달할 수 있는 효율적인 에너지 전송이 되도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 전력 신호를 송신하는 RFID리더기와 상기 전력 신호를 수신하는 RFID태그에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지 시스템에서 RFID리더기와 RFID태그의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 멀티톤전력신호를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 RFID리더기에 의한 멀티톤 전력신호를 RFID태그로 전송하기위한 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 RFID리더기에서 송신 받은 멀티톤 전력신호를 직류신호로 변환하고, 직류신호를 합성하여 에너지를 공급하고 RFID태그에서 태그신호를 전송하기 위한 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

다만, 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명에서는 RFID이외에 이와 실질적으로 동등한 역할을 수해하는 다른 기술을 이용하여 태그를 생성하는 것을 모두 포함하며, RFID는 태그를 설명하기 위한 일 실시예에 해당 할 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 전력신호를 송신하는 RFID리더기와 상기 전력신호를 수신하는 RFID태그에 대해 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 철로에 설치되어 있는 RFID태그(200)는 열차에 설치된 RFID리더기(100)로부터 멀티톤 전력 신호를 수신 받는다. 상기 RFID태그(200)는 자체적으로 전원장치를 보유하지 않으며, 상기 RFID리더기(100)로부터 무선으로 전력을 전송받아 동작하는 구조를 가진다. 이때 RFID태그(200)는 일정 이상의 전력이 전달되어야만 정상적으로 동작이 가능하며, 이에 따라 RFID리더기(100)는 RFID태그(200)가 동작하기 위한 최소한의 전력을 꾸준히 전달하여야 한다. 종래에는 증폭기를 하나의 주파수만을 이용한 하나의 원 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하여 많은 양의 에너지를 전달하기 어렵고 이로 인해 RFID태그(200)의 동작에 필요한 최소한의 전력 에너지를 수신 받지 못해, RFID태그(200)가 작동하지 않아 열차위치검치에 필요한 RFID태그(200)의 고유 식별 번호 및 설치위치(절대좌표)를 열차 내에 설치되어 있는 RFID리더기(100)가 수신 받지 못하는 상황이 발생하여 정밀한 열차위치를 검지할 수 없는 경우가 발생 할 수도 있다.

따라서 본 발명에서는, 하나의 주파수만을 이용한 원 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하는 것이 아닌 여러 주파수를 이용한 멀티 톤 신호를 이용하여 상기 원 톤 신호를 이용한 방법보다 더 효율적인 에너지 전송이 되도록 하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 RFID리더기(100)와 RFID태그(200)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전력신호를 송신하기 위해 열차 내에 설치되어 있는 RFID리더기(100)는 여러 주파수 성분의 멀티톤 전력 신호를 생성하고 송신하는 멀티톤전력송신모듈(110); 및 열차의 선로 내에 설치되어 자신의 고유식별번호를 아날로그신호형태의 태그신호를 송신하는 RFID태그(200)로부터의 정보를 수신하고 상기 태그신호로부터 해당 RFID태그의 고유식별번호를 추출하는 RFID수신모듈(120);을 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 RFID수신모듈(120)은 상기 RFID태그(200)로부터 태그신호를 수신하는 RFID수신기(121); 및 상기 RFID수신기(121)에서 수신한 태그신호에서 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호를 추출하는 RFID검출기(122);를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 열차에 설치된 RFID리더기(100)와 선로에 설치된 RFID태그(200)를 통칭하여 RFID트렌스폰더(RFID Transponder)라고 한다.

또한 상기 멀티톤전력송신모듈(110)는 적어도 2개 이상의 주파수 성분의 멀티 톤 전력 신호를 생성하여 선로에 설치되어 있는 RFID태그에 송신하는 역할을 한다.

또한 상기 멀티톤전력송신모듈(110)는, 적어도 2개 이상의 서로 다른 주파수를 가지는 전력신호를 생성하기 위해 적어도 2개 이상의 오실레이터(Oscillator) (111); 상기 오실레이터(111)에서 생성한 전력신호를 멀티톤전력신호로 생성하기위한 멀티톤전력신호생성기(112); 상기 생성한 멀티톤 전력 신호를 하나의 신호로 결합하기 위한 멀티톤전력신호결합기(113); 및 상기 결합기를 통해 생성한 신호를 송신하기 위한 멀티톤전력신호송신기(114);로 구성될 수 있다.

또한 상기 오실레이터(111)는 적어도 2개 이상으로 구성될 수 있으며, 각각의 오실레이터(111)는 서로 다른 주파수를 가지는 전력신호를 생성해낸다. 또한 본 발명에서는 상기 오실레이터(111)에서 랜덤한 신호를 생성함에 있어, 같은 주파수를 생성할 수 있는 것을 고려하기로 한다. 즉, 상기 멀티 톤 생성기(112)를 통해 주파수 성분이 서로 다른 신호를 합성하는 이유는 더욱 효율적인 에너지 전송을 하기 위함이다. 따라서 같은 주파수를 가지는 신호라고 하더라도 진폭이 틀리다면 두 신호가 합성 된 후 좀 더 큰 진폭을 가지게 되고 이는 원 톤 신호를 이용한 에너지 전달보다 더 많은 양의 에너지를 전달 할 수 있다.

또한 상기 멀티톤전력신호생성기(112)는 2개 이상의 신호를 합성하여, 멀티 톤 전력신호를 생성하며, 상기 합성 되는 신호의 개수는 미리 설정하거나 사후 변경 또는 수정 할 수 있다.

또한 상기 멀티톤전력신호결합기(113)는 상기 멀티톤생성기(112)에서 생성한 하나 이상의 멀티톤 전력신호를 연결하여 하나의 신호로 결합한다. 이렇게 결합한 전력신호는 멀티톤전력신호송신기를 통해 RFID태그(200)로 송신하게 된다.

또한 상기 RFID수신기(121)은 RFID태그(200)으로부터 RFID태그(200)의 고유식별번호를 아날로그신호 형태인 태그신호를 수신 받고, 상기 RFID검출기(122)는 상기 수신 받은 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호를 태그신호에서 추출하게 된다.

또한 상기 RFID리더기(100)에서 송신되는 멀티톤 전력신호를 수신 받아 에너지를 합성하여 RFID태그(200)에 공급하는 RFID태그(200)는, 상기 전력신호를 수신받아 해당 RFID태그(200)에 전원을 공급하는 멀티톤전력수신모듈(210) 및 상기 공급받은 전원을 이용하여 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호를 태그신호로 송신하는 RFID송신모듈(220)을 포함하여 구성 될 수 있다.

또한 상기 멀티톤전력수신모듈(210)은 상기 수신 받은 멀티톤 전력신호를 각 주파수에 따라 분류하는 적어도 2개 이상의 필터(211); 상기 필터(211)로부터 주파수 별로 나누어진 전력신호를 교류에서 직류로 전환하기 위한 적어도 2개 이상의 정류기(212); 및 상기 직류로 전환된 직류신호를 합성하고 해당 RFID태그(200)에 전원을 공급하기위한 에너지합성부(213)로 구성되어 질 수 있다.

또한 상기 RFID송신모듈(220)은 프로세서(221); 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호인 RFID(222); 디지털 신호를 아날로그신호로 변조하는 DAC(223); 상기 변조한 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기(224); 및 상기 증폭한 아날로그 신호를 송신하는 송신기(225);로 구성되어 질 수 있다. 상기 필터(211)는 적어도 1개 이상으로 구성되어 지며, 상기 필터기(211)는 특정한 주파수 영역만 통과시키도록 낮은 주파수와 높은 주파수 신호를 차단하는 필터(BPF)로 구성되며 대역폭은 상기 차단되는 높은 주파수와 낮은 주파수의 차이다.

또한 상기 정류기는 적어도 2개 이상으로 구성되어 지며, 상기 필터(211)를 통해 나오는 교류를 직류로 전환한다. 일반적으로 전기 에너지는 교류로 전송되는데 교류는 + 와 - 의 전기가 번갈아 흐르는데, 어느 한 쪽만을 흐르게 하는 정류방식을 반파정류, + 와 - 어느 한쪽을 반전시킴으로써 전 교류를 직류로 변환하는 방식을 전파정류라고한다. 이때, 상기 반파정류는 원래 수신 받은 에너지의 절반은 무조건 날려버리며, 상기 정파정류는 +와 - 또는 어느 한쪽을 반전시킴으로써 입력받은 에너지를 100%사용할 수 있다.(물론, 무선 통신 시 생기는 에너지 손실은 제외하고 생각한다.) 상기 정류기는 전파정류회로를 사용한다.

상기 정류기(212)를 통해 얻을 수 있는 직류에는 맥류가 많이 포함되어 있을 수 있으므로 발명에서는 축전기와 초크코일, 또는 축전기와 저항으로 구성된 일종의 저역 필터를 이용해 맥류를 제거 할 수 있는 것을 고려한다.

또한 상기 에너지합성부(213)는, 상기 정류기(212)를 통해 생성된 직류 신호를 합성하여 RFID태그(200)에 전원을 공급한다.

또한 상기 프로세서(221)는 상기 에너지합성부(213)로부터 에너지를 공급받고, 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호인 RFID(222)를 읽어오며, 상기 DAC(223)는 상기 프로세서(221)로부터 읽어온 디지털신호정보를 아날로그신호로 변조하며, 또한 상기 증폭기(224)는 상기 DAC(223)에서 변조한 아날로그신호를 증폭하고, 상기 송신기(225)는 상기 증폭기(224)를 통해 증폭된 아날로그신호를 RFID리더기(100)로 송신한다.

여기서 RFID리더기는(100) 상기 수신한 아날로그정보인 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호를 바탕으로 현재 열차의 위치를 검지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 멀티톤신호를 설명하기 위한 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 도 3(a)는 하나의 주파수를 가지는 신호를 보여주고 있는데 반해, 또 3(a)는 서로 다른 주파수를 가지고 있는 신호 f1, f2fn의 신호가 멀티톤전력신호생성기(112)를 통해 하나의 신호로 생성되고 하나의 멀티 톤 신호에의 주파수 성분 f1,f2fn을 보여주고 있다. 표에서 보여지고 있는 X축은 시간(t)를 나타내고 있으며, Y축은 전압(v)를 나타내고 있다. 상기 보여 지고 있는 신호 f0,f1,f2fn은 같은 시간동안의 신호의 주기를 나타내고 있다. 즉 도 3(a)는 하나의 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하게 되므로 많은 양의 에너지를 한 번에 전달하기 어렵고, 도 3(b)의 경우, 서로 다른 주파수의 신호들(f1, f2, fn)이 멀티 톤 생성기(112)를 통해 하나의 신호로 합성되고 이는 같은 상기 합성된 신호 또는 도 3(a)의 X축 시간(t)과 같지만 합성된 서로 다른 주파수들이 n개가 있으므로, n개의 주파수 성분의 에너지를 전달하여 하나의 주파수 성분인 원 톤 신호를 보내는 것보다 효율적이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 RFID리더기(100)에 의한 멀티톤 전력신호를 RFID태그(200)로 전송하기위한 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, RFID리더기(100)은 멀티톤전력송신모듈(110)의 오실레이터(111)을 이용하여 각 주파수에 따른 신호를 생하여, 멀티톤전력신호생성기에서 적어도 2개 이상의 전력신호를 합성한다(S110). 또한 상기 오실레이터(111)는 적어도 2개 이상으로 구성되며, 멀티 톤 생성기 또한 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.

이어서 생성된 적어도 하나 이상의 멀티톤 전력신호를 연결하여 하나의 신호로 결합한다(S120). 다음으로 결합한 멀티 톤 신호를 RFID태그로 전송된다(S130).

또한 RFID태그(200)는 상기 RFID리더기(100)로부터 상기 멀티톤전력신호를 수신받아 RFID태그(200)에 전원을 공급하고, 공급받은 전원에 의해 구동되어지면서 해당 RFID태그(200)는 자신의 고유식별번호(222)를 아날로그신호형태인 태그신호로 RFID리더기(100)에 전송하게 된다.

이에 RFID리더기는(100) 상기 태그신호를 수신 받아 해당 RFID태그(200)의 고유식별번호(222)를 추출하고 이 정보를 바탕으로 열차의 위치검지를 하게 된다(S140).

본 발명에서는 하나의 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하는 것이 아닌 적어도 두 개 이상의 주파수에 따른 신호를 생성하여 이를 합성하여 멀티 톤 신호를 이용하여 에너지를 전달함으로써, 원 톤 신호를 이용하여 에너지를 전달하는 것보다 효율적인 에너지 전송이 이루어지도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율적인 무선전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템에서 RFID리더기(100)에서 송신 받은 멀티톤 전력신호를 직류신호로 변환하고, 직류신호를 합성하여 에너지를 공급하고 RFID태그(200)에서 태그신호를 전송하기 위한 과정을 나타낸 흐름도이다.

우선 RFID태그(200)는 복수의 주파수를 포함한 전력 전송 신호를 수신한다(S210). 이후 수신한 멀티 톤 전력 신호를 각 주파수 마다 필터링을 수행한다(S220). 이때 상기 필터(211)는 BPF필터로써, 특정 주파수만 선택적으로 필터링한다. 그 다음으로 상기 필터링된 신호에 대해서 정류회로를 통해서 교류를 직류로 변환한다(S230). 상기 정류회로는 전파정류회로로써, + 영역과 -영역을 모두 사용함으로써, 수신되는 에너지를 모두 사용할 수 있다. 그다음으로 상기 직류로 변환한 직류신호를 합성하여 해당 RFID태그(200)에 전원을 공급한다(S240). 마지막으로 공급받은 전원을 이용하여 RFID태그(200)는 해당 RFID태그(200)의 식별번호를 아날로그신호와 함께 RFID리더기(100)에 전송한다(S250).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 열차 내에 설치되어 있는 RFID리더기는 전원장치를 보유하지 않는 설로에 설치되어 있는 RFID태그의 효율적인 구동을 위해 하나의 주파수만을 이용한 원 톤 신호만을 이용하여 에너지를 전달하지 않고 여러 주파수 성분을 이용한 멀티톤 신호를 이용하여 상기 하나의 주파수 성분인 원 톤 신호를 전송하는 것 보다 많은 양의 에너지를 전달할 수 있는 효율적인 에너지 전송이 되도록 할 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : RFID리더기 110 : 멀티톤전력송신모듈
111 : 오실레이터 112 : 멀티톤전력신호생성기
113 : 멀티톤전력신호결합기 114 : 멀티톤전력신호송신기
120 : RFID수신모듈 121 : RFID수신기
122 : RFID검출기 200 : RFID태그
210 : 멀티톤전력수신모듈 211 : 필터
212 : 정류기 213 : 에너지합성부
220 : RFID송신모듈 221 : 프로세서
222 : RFID 223 : DAC
224 ; 증폭기 225 : 송신기

Claims (10)

1. 복수의 주파수에 대한 전력신호를 주파수 영역에서 생성하여 멀티톤 전력신호를 송신하는 멀티톤전력송신모듈;
   태그로부터 신호를 수신하고 식별번호를 검출하는 태그수신모듈;
   상기 송신한 멀티톤 전력신호를 각 주파수별로 수신하여 태그에 전력을 공급하는 멀티톤 전력수신모듈; 및
   상기 수신한 전력을 이용하여 식별번호를 포함하는 태그신호를 송신하는 태그송신모듈;를 포함하며,
   상기 멀티톤전력송신모듈은,
   복수의 오실레이터로 서로 다른 복수의 주파수에 대한 신호를 생성하고, 생성된 복수의 주파수 각각에 대한 멀티톤 전력신호를 주파수 영역에서 생성하고, 상기 생성된 멀티톤 전력신호를 주파수 영역에서 결합하고, 상기 결합한 멀티톤 전력신호를 태그로 송신하며,
   상기 멀티톤 전력수신모듈은,
   상기 결합하여 송신한 멀티톤 전력신호를 복수의 각 주파수별로 필터링하며, 상기 필터링된 각 주파수 성분에 대해서 별도의 정류기를 통해서 교류 전력을 직류전력으로 변환하며, 상기 변환한 각 직류전력의 에너지를 합성하여 태그에 전력을 공급하며,
   복수의 주파수 성분에 대한 멀티톤 전력신호를 송신함으로써 고효율의 전력송신이 가능한 것을 특징으로 하는 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지시스템.
2. 복수의 서로 다른 주파수에 대한 전력신호를 생성하는 복수의 오실레이터;
   복수의 서로 다른 주파수에 대한 각 전력신호를 주파수 영역으로 변환하여 멀티톤 전력신호를 생성하는 멀티톤전력신호생성기;
   상기 생성된 멀티톤 전력신호를 주파수 영역에서 결합하는 멀티톤전력신호결합기;
   상기 결합한 멀티톤 전력신호를 태그로 송신하는 멀티톤전력신호송신기;
   상기 태그로부터 태그신호를 수신하는 태그신호수신기; 및
   상기 수신한 태그신호로부터 식별번호나 열차의 위치정보를 검출하는 태그검출기;를 더 포함하며,
   복수의 주파수 성분에 대한 멀티톤 전력신호를 송신함으로써 고효율의 전력송신이 가능한 것을 특징으로 하는 태그신호 리더기.
3. 삭제
4. 멀티톤 전력신호를 수신하여 각 주파수별로 필터링하여 해당 주파수의 전력신호를 추출하는 복수의 필터;
   상기 필터링하여 추출한 각 주파수의 전력신호에 대해서, 각 주파수별로 선택된 주파수의 교류신호를 직류신호로 변환하는 정류기;
   상기 변환한 직류신호를 합성하여 태그에 전력을 공급하는 에너지합성부; 및
   상기 에너지합성부에서 공급받은 전력을 이용하여 식별번호를 포함하는 태그신호를 송신하는 태그송신모듈;을 포함하며,
   복수의 주파수 성분에 대한 멀티톤 전력신호를 수신함으로써 고효율의 전력수신이 가능한 것을 특징으로 하는 태그.
5. 삭제
6. 복수의 주파수에 대한 전력신호를 주파수 영역에서 생성하여 멀티톤 전력신호를 송신하는 멀티톤 전력 송신 단계;
   상기 송신한 멀티톤 전력신호를 각 주파수별로 수신하여 태그에 전력을 공급하는 멀티톤 전력 수신 단계;
   상기 공급된 전력을 이용하여 식별번호를 포함하는 태그신호를 송신하는 태그송신 단계; 및
   상기 송신한 태그신호를 수신하고 식별번호를 검출하는 태그수신 단계;를 포함하며,
   상기 멀티톤 전력 송신 단계는,
   복수의 오실레이터로 서로 다른 복수의 주파수에 대한 신호를 생성하고, 생성된 복수의 주파수 각각에 대한 멀티톤 전력신호를 주파수 영역에서 생성하고, 상기 생성된 멀티톤 전력신호를 주파수 영역에서 결합하고, 상기 결합한 멀티톤 전력신호를 태그로 송신하며,
   상기 멀티톤 전력 수신 단계는,
   상기 결합하여 송신한 멀티톤 전력신호를 복수의 각 주파수별로 필터링하며, 상기 필터링된 각 주파수 성분에 대해서 별도의 정류기를 통해서 교류 전력을 직류전력으로 변환하며, 상기 변환한 각 직류전력의 에너지를 합성하여 태그에 전력을 공급하며,
   복수의 주파수 성분에 대한 멀티톤 전력신호를 송신함으로써 고효율의 전력송신이 가능한 것을 특징으로 하는 효율적인 무선 전력 전송을 이용한 열차위치검지방법.
7. 삭제
8. 복수의 오실레이터로 복수의 서로 다른 주파수에 대한 전력신호를 생성하는 단계;
   상기 생성된 복수의 서로 다른 주파수에 대한 각 전력신호를 주파수 영역으로 변환하여 멀티톤 전력신호를 생성하는 멀티톤 전력신호 생성 단계;
   상기 생성된 멀티톤 전력신호를 주파수 영역에서 결합하는 멀티톤 전력신호 결합 단계;
   상기 결합된 멀티톤 전력신호를 태그로 송신하는 멀티톤 전력신호 송신 단계;
   상기 태그로부터 태그신호를 수신하는 태그신호수신 단계; 및
   상기 수신한 태그신호로부터 식별번호나 열차의 위치정보를 검출하는 태그검출 단계;를 포함하며,
   복수의 주파수 성분에 대한 멀티톤 전력신호를 송신함으로써 고효율의 전력송신이 가능한 것을 특징으로 하는 태그신호 판독방법.
9. 삭제
10. 멀티톤 전력신호를 수신하고 복수의 필터를 사용하여 각 주파수별로 필터링하여 해당 주파수의 전력신호를 추출하는 필터링 단계;
    상기 필터링하여 추출한 각 주파수의 전력신호에 대해서, 복수의 정류기를 이용하여 각 주파수별로 선택된 주파수의 교류신호를 직류신호로 변환하는 정류 단계;
    에너지합성부를 통해서 상기 변환한 직류신호를 합성하여 태그에 전력을 공급하는 에너지합성 단계; 및
    상기 에너지합성부에서 공급받은 전력을 이용하여 식별번호를 포함하는 태그신호를 송신하는 태그송신 단계;를 포함하며,
    복수의 주파수 성분에 대한 멀티톤 전력신호를 수신함으로써 고효율의 전력수신이 가능한 것을 특징으로 하는 태그신호 송신방법.

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