KR101927133B1 - 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그 - Google Patents

가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백스캐터 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백스캐터 통신 시스템에 적용되는 태그가 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 무선 신호를 흡수하거나 반사함으로써, 단말이 처리할 수 있는 백스캐터 데이터의 비트 수를 확장하여 통신 속도를 향상시킬 수 있는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 액세스 포인트, 단말, 태그를 포함하는 백스캐터 통신 시스템의 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법은, 상기 태그가, 상기 액세스 포인트로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하는 단계, 및 복수의 전력 레벨로 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계를 포함하여 이뤄질 수 있다.

Description

가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그{METHOD AND TAG FOR BACKSCATTERING COMMUNICATION USING VARIABLE POWER LEVEL}
본 발명은 백스캐터 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백스캐터 통신 시스템에 적용되는 태그가 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 무선 신호를 흡수하거나 반사함으로써, 단말이 처리할 수 있는 백스캐터 데이터의 비트 수를 확장하여 통신 속도를 향상시킬 수 있는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
차세대 정보 통신 기술로 주목 받고 있는 사물인터넷(IoT; Internet of Things)은 모든 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 네트워크를 통해 연결함으로써, 사용자의 조작 없이도 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 송수신할 수 있는 지능형 기술 및 서비스를 의미한다.
이러한 사물인터넷 기술은 크게 센서, 통신, 신호처리 모듈 등으로 나눌 수 있는데, 타겟 서비스나 적용 기술에 따라서 그 구성이 달라질 수 있다.
또한, 사물인터넷 기술을 구현하기 위한 무선 통신 방법으로는 RFID(Radio Frequency IDentification), NFC(Near Field Communication), Zigbee, BLE(Bluetooth Low Energy), LTE(Long-Term Evolution), Wi-Fi 등 다양한 표준을 적용하고 있는데, 이러한 표준들에는 각각 장단점이 있기 때문에 IoT 서비스에 따라서 선택적으로 사용하거나 두 개 이상의 통신 방법이 사용되기도 한다.
하지만, 이러한 통신 방법 모두 통신방법에 따라 개별적인 인프라 장치가 필요하며 그에 따른 추가 비용이 발생한다.
더하여, 사물인터넷에 적용되는 센서 노드와 같은 각종 태그는 다양한 장소 및 위치에 설치되어 주변 환경 모니터링을 수행하거나 지정된 동작을 수행하게 되는 데, 원활한 전원 공급이 어려울 수 있는 환경에서는 전원 공급에 의한 제약이 발생되게 된다. 이에, 태그 등 각종 사물인터넷 기기에 배터리를 탑재하여 전원 공급의 문제를 해결하고자 하나, 배터리 수명의 한계가 있으며, 주기적으로 교체해야 한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 무선 신호를 이용하여 태그를 동작시키며, 무선 신호의 후방산란(Backscatter) 방식을 이용하여 정보를 송수신할 수 있는 백스캐터 통신 시스템이 개발되고 있다.
그러나 기존의 백스캐터 통신 시스템에 적용되는 태그의 경우, 수신되는 무선 신호를 간헐적으로 반사하여 0 또는 1의 백스캐터 데이터를 전송하였다. 즉, 패킷 단위로 수신되는 무선 신호 하나를 흡수할 경우, 태그를 리딩하는 단말은 이를 0의 백스캐터 데이터로 처리하며, 반사할 경우 1의 백스캐터 데이터로 처리하는 방식으로, 무선 신호 한 개당 하나의 비트만을 전송함으로써, 표현할 수 있는 범위가 한정되어 있으며, 아울러 신속한 통신 속도의 제공이 어렵다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-15902095호 2016년 01월 25일 등록(명칭: 중계 리더기를 포함하는 Wi-Fi 백스캐터 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 특히, 백스캐터 통신 시스템에 적용되는 태그가 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 무선 신호를 흡수하거나 반사함으로써, 단말이 처리할 수 있는 백스캐터 데이터의 비트 수를 확장하여 통신 속도를 향상시킬 수 있는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그를 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법은 액세스 포인트, 단말, 태그를 포함하는 백스캐터 통신 시스템에 있어서, 상기 태그가, 상기 액세스 포인트로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 무선 신호에 대응하여 전력 레벨을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 전력 레벨에 따라 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계;를 포함하여 이뤄질 수 있다.
이때, 상기 결정하는 단계는 상기 수신된 무선 신호의 수신신호세기, 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비 중 적어도 어느 하나가 조절되도록 전력 레벨을 결정할 수 있다.
이때, 상기 결정하는 단계는 상기 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보에 따라 전력 레벨을 결정하거나, 센싱된 센서 정보의 전압 및 전류에 따라 전력 레벨을 결정하거나, 기 저장된 변조 패턴에 따라 대응하는 전력 레벨을 결정할 수 있다.
아울러, 상기 태그가 하나의 안테나 및 상기 안테나에 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 및 상기 복수 개의 커패시터 각각의 연결을 스위칭하는 복수 개의 스위치를 포함하여 구성되는 경우, 상기 단말로 전송하는 단계는 상기 복수 개의 커패시터 중 상기 결정된 전력 레벨에 대응하는 커패시터를 확인하는 단계; 및 상기 확인된 커패시터에 연결된 스위치의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계;를 포함하여 이뤄질 수 있다.
아울러, 상기 태그가 서로 다른 특성의 복수 개의 안테나 및 상기 안테나 각각에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하여 구성되는 경우, 상기 단말로 전송하는 단계는 상기 복수 개의 안테나 중 상기 결정된 전력 레벨에 대응하는 안테나를 확인하는 단계; 및 상기 확인된 안테나에 연결된 스위치의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계;를 포함하여 이뤄질 수 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 태그는 적어도 하나 이상의 안테나를 포함하는 안테나부; 및 상기 안테나부를 통해 액세스 포인트로부터 송출되는 무선 신호가 수신되면, 수신된 무선 신호에 대응하여 가변적으로 조절된 전력 레벨에 따라 상기 수신된 무선 신호를 후방산란시켜 상기 안테나부를 거쳐 송출되도록 제어하는 변조부;를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 안테나부가 하나의 안테나를 포함하는 경우, 상기 변조부는 상기 안테나에 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 및 상기 복수 개의 커패시터 각각의 연결을 스위칭하는 복수 개의 스위치를 포함하며, 가변적으로 조절된 전력 레벨에 대응하는 커패시터의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 반사시킬 수 있다.
또한, 상기 안테나부가 서로 다른 특성의 복수 개의 안테나를 포함하는 경우, 상기 변조부는 상기 안테나 각각에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하며, 가변적으로 조절된 전력 레벨에 대응하는 안테나의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 반사시킬 수 있다.
또한, 상기 전력 레벨을 조절하기 위한 제어 처리부;를 더 포함하며, 상기 제어 처리부는 상기 안테나부를 통해 수신된 무선 신호의 수신신호세기, 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비 중 적어도 어느 하나가 조절되도록 전력 레벨을 결정하고 결정된 전력 레벨에 따른 동작이 이뤄지도록 상기 변조부를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어 처리부는 상기 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보에 따라 전력 레벨을 결정하거나, 센싱된 센서 정보의 전압 및 전류에 따라 전력 레벨을 결정하거나, 기 저장된 변조 패턴에 따라 대응하는 전력 레벨을 결정할 수 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 액세스 포인트로부터 수신되는 무선 신호를 흡수 또는 반사하여 단말로 백스캐터 데이터를 전송하고자 하는 태그에 있어서, 상기 태그는 상기 단말로 전송하고자 하는 백스캐터 데이터의 비트 수에 따라 복수 개의 안테나 또는 하나의 안테나에 연결되는 복수 개의 커패시터를 포함하며, 상기 액세스 포인트로부터 무선 신호가 수신되면, 상기 수신된 무선 신호에 대응하는 전력 레벨을 가변적으로 조절하여, 상기 복수 개의 안테나 중 해당되는 안테나를 통해 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하거나 상기 복수 개의 커패시터 중 해당되는 커패시터를 경유하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 백스캐터 통신 시스템에 적용되는 태그가 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 무선 신호를 흡수하거나 반사함으로써, 단말이 처리할 수 있는 백스캐터 데이터의 비트 수를 확장하게 된다.
아울러, 본 발명에 따라 백스캐터 데이터의 비트 수를 확장시킬 수 있어, 태그가 더 많은 정보를 전송할 수 있으며, 이를 통해 통신 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백스캐터 통신 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태그에서의 동작을 보다 더 구체적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 백스캐터 통신 방법을 설명하기 위한 데이터 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태그의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태그의 구성에 대한 예시도이다.
본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
이하의 설명 및 특허청구범위에서 본 발명에 따른 백스캐터 통신 시스템은 와이파이(Wi-Fi) 무선 신호를 이용하는 것을 가정하여 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 백스캐터 통신 시스템은 와이파이 무선 신호에 한정되는 것은 아니며, RFID, Zigbee 등 다양한 무선 신호를 본 발명의 백스캐터 통신 시스템에 적용할 수 있다.
그러면 이제, 본 발명의 실시 예에 따른 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 백스캐터 통신 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 백스캐터 통신 시스템은 액세스 포인트(100), 단말(200) 및 태그(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
액세스 포인트(100)(AP, Access Point)는 무선 신호를 송출하며, 주변 기기의 무선 네트워크의 연결을 지원하는 것으로, 본 발명의 액세스 포인트(100)는 예컨대 와이파이 무선 신호를 브로드캐스팅하여 송출할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 액세스 포인트(100)는 송출된 무선 신호를 이용하여 연결된 단말(100)의 무선 네트워크의 접속을 지원하는 과정을 수행할 수 있다.
단말(200)은 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 수신하고, 이에 따라 액세스 포인트(100)와의 연결 절차에 따라 채널이 설정되면, 설정된 채널을 통해 무선 네트워크에 접속하여 데이터를 송수신할 수 있는 사용자의 장치를 의미한다. 이러한 단말(200)은 통상의 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등과 같이 무선 인터넷 통신 모듈, 예컨대 와이파이(Wi-Fi) 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 태그(300)를 태깅할 수 있는 일종의 리더기(reader)라 지칭될 수 있다.
반면, 태그(300)는 별도의 전원 공급 장치(배터리)가 존재하지 않는 무 전지의 수동형 태그(passive tag)로, 액세스 포인트(100)로부터 무선 패킷을 수신하여 이를 에너지 하베스팅(energy harvesting), 즉 수신된 무선 신호를 이용하여 소량의 에너지를 충전하여 동작할 수 있는 장치를 의미한다. 이러한 본 발명의 태그(300)는 센서 노드의 형태로 구현될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 태그(300)는 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 흡수하거나 반사할 수 있으며, 반사의 경우 수신된 무선 신호를 후방산란(백스캐터, backscatter) 변조하여 반사시켜 단말(100)로 전송하게 된다.
그러나, 종래의 백스캐터 통신에 적용되는 태그(300)는 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 안테나를 통해 수신하고, 간헐적 반사를 통해 0 또는 1 레벨 변조하여 단말(200)로 전송하였다. 이 경우, 패킷 단위로 수신되는 무선 신호 한 개당 하나의 비트만을 전송할 수 있어, 정보의 고속 전송은 어렵다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에서는 상술한 문제점을 개선하기 위하여, 태그(300)가 단순히 간헐적으로 반사를 수행하는 것이 아니라, 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 반사시켜 단말(200)로 전달함으로써, 보다 더 다양한 비트의 정보를 단말(200)로 전달할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 태그(300)에서의 무선 신호의 흡수 또는 반사에 대해 도 2를 참조하여 보다 더 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태그에서의 동작을 보다 더 구체적으로 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 액세스 포인트(100)는 일정 반경 내로 무선 신호를 송출한다. 이때 송출되는 무선 신호는 패킷 단위로 송출될 수 있다.
액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호는 액세스 포인트(100)의 커버리지 내에 위치하고 있는 단말(200) 및 태그(300)가 각각 수신할 수 있다.
태그(300)는 패킷 단위로 수신된 무선 신호를 100% 후방산란 반사시켜 반사된 무선 신호를 전송할 수 있으며, 단말(200)은 태그(300)가 전달하는 무선 신호를 수신하게 된다.
그리고 본 발명의 단말(200)은 액세스 포인트(100)로부터 수신된 무선 신호와 태그(300)로부터 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보를 확인하게 된다. 이때, 본 발명의 단말(200)은 태그(300)로부터 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보를 이용하여 수신된 무선 신호의 수신신호세기, 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비 중 적어도 어느 하나가 조절 되었는 지 여부를 확인할 수 있으며, 조절되지 않았을 경우 이를 100% 후방산란된 것으로 인지하고, '1 1'의 2비트 백스캐터 데이터로 처리할 수 있게 된다.
또한 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태그(300)는 액세스 포인트(100)로부터 수신되는 무선 신호의 전력 레벨을 70%로 조절한 후 후방산란시켜 단말(100)로 전송할 수 있으며, 단말(100)은 태그(300)로부터 수신되는 무선 신호의 채널 상태 정보를 확인하여, '1 0'의 백스캐터 데이터로 처리할 수 있게 된다.
아울러, 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태그(300)는 액세스 포인트(100)로부터 수신되는 무선 신호의 전력 레벨을 40%로 조절한 후 후방산란시켜 단말(100)로 전송할 수 있으며, 단말(100)은 태그(300)로부터 후방산란되어 수신되는 무선 신호의 채널 상태 정보를 확인하여 이를 '0 1'의 백스캐터 데이터로 인식할 수 있다.
아울러, 도 2d에 도시된 바와 같이, 태그(300)는 액세스 포인트(100)로부터 수신되는 무선 신호를 흡수할 수 있다. 흡수의 경우 단말(200)은 액세스 포인트(100)로부터 수신되는 무선 신호만을 수신하고, 태그(300)로부터 수신되는 무선 신호는 없으므로 이를 '0 0'의 백스캐터 데이터로 처리할 수 있게 된다.
이와 같이 종래의 흡수, 반사만을 수행하는 태그(300)와는 다르게 본 발명의 태그(300)는 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 수신된 무선 신호를 후방산란시켜 전송함으로써, 멀티 비트의 데이터 통신이 가능하며, 이를 통해 고속 통신이 가능하게 된다.
이러한 본 발명의 백스캐터 통신 시스템에 대해 보다 더 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 백스캐터 통신 방법을 설명하기 위한 데이터 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 액세스 포인트(100)는 일정 반경 내 무선 신호를 송출한다(S101). 여기서 송출되는 무선 신호는 패킷 단위로 송출되게 된다.
그리고, 본 발명의 단말(200) 및 태그(300)는 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 패킷 단위로 각각 수신할 수 있다.
이때, 본 발명의 태그(300)는 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 가변적으로 조절하고 전력 레벨이 조절된 무선 신호를 후방산란 시켜 단말(200)로 전송할 수 있다(S105).
그리고 단말(200)은 태그(300)로부터 후방산란되어 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보를 측정하여 확인할 수 있다.
즉, 무선 신호는 채널에 대한 채널 상태 정보를 포함할 수 있는데, Wi-Fi 무선 신호를 예로 들면, Wi-Fi 신호는 2.4Ghz 대역과 5Ghz 대역에 복수의 채널을 형성하여, 이러한 복수의 채널을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있으며, 단말(200)은 수신된 무선 신호에 대한 채널 상태 정보(CSI; Channel State Information)를 확인할 수 있게 된다.
이러한 과정을 통해 본 발명의 단말(200)은 액세스 포인트(100)로부터 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보를 확인하고, 태그(300)로부터 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보를 확인할 수 있으며, 이러한 과정을 통해 단말(200)은 태그(300)에 의해 어떠한 정보가 변동이 되었는지 여부를 확인하고 이에 따라 태그(300)가 전달하고자 하는 백스캐터 데이터로 복조화할 수 있게 된다.
이때, 본 발명의 채널 상태 정보는 수신된 무선 신호의 세기, 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비(SNR; Signal to Noise Ration) 중에서 적어도 하나를 이용하여 측정할 수 있는 정보로, 본 발명의 단말(200)은 액세스 포인트(100)로부터 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보와 태그(300)로부터 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보를 이용하여 상기 값 중 어떠한 값의 변화가 있는 지 여부를 확인할 수 있다.
그리고 단말(200)은 값의 변화에 따라 대응하는 백스캐터 데이터로 태그(300)가 전송한 정보를 처리하게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 태그(300)의 주요 구성 및 동작에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태그의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태그(300)는 안테나부(310), 변조부(320), 제어 처리부(330) 및 저장부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
각 구성 요소에 대해 보다 더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 안테나부(310)는 일정 반경 내 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 역할을 수행한다. 또한 본 발명의 안테나부(310)는 수신된 무선 신호를 후방산란시켜 단말(200)로 전송하는 역할을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나부(310)는 적어도 하나 이상의 안테나로 구성될 수 있는데, 본 발명의 안테나부(310)가 하나의 안테나로 구성되는 경우, 안테나 임피던스 정합 회로를 포함하여 구성될 수 있으며, 캐패시터의 크기를 가변적으로 선택함으로써 전력 레벨을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 안테나부(310)가 서로 다른 전력 레벨을 가진 복수 개의 안테나로 구성되는 경우, 서로 다른 특정의 안테나 중 어느 하나의 안테나를 선택하는 방식으로 전력 레벨을 가변적으로 조절할 수 있다.
변조부(320)는 안테나부(310)를 거쳐 전달되는 무선 신호에 대해 가변적으로 조절된 전력 레벨에 따라 수신된 무선 신호를 후방산란시켜 상기 안테나부(310)를 통해 송출되도록 제어할 수 있다.
이때, 본 발명의 변조부(320)는 가변적으로 조절된 전력 레벨에 대응하는 커패시터의 스위칭을 제어하거나 복수 개의 안테나의 스위칭을 제어하여 변조 과정을 수행하게 된다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 안테나부(310)가 하나의 안테나를 포함하는 경우, 변조부(320)는 상기 안테나에 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 및 상기 복수 개의 커패시터 각각의 연결을 스위칭하는 복수 개의 스위치를 포함할 수 있다. 그리고 변조부(320)는 가변적으로 조절된 전력 레벨에 대응하는 커패시터를 확인하고 확인된 커패시터 값에 따라 임피던스 정합 회로를 선택하여 수신된 무선 신호를 흡수하거나 반사량을 조절할 수 있다.
아울러, 본 발명의 안테나부(310)가 복수 개의 안테나를 포함하는 경우, 변조부(320)는 상기 안테나 각각에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하며, 가변적으로 조절된 전력 레벨에 대응하는 안테나의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 반사량을 조절할 수 있다.
상기 과정에서 본 발명의 변조부(320)는 조절된 전력 레벨에 따라 채널의 상태를 변동시키게 된다. 즉, 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 조절하여, 이에 따라 상기 무선 신호의 수신신호세기(Received Signal Strength Indicator), 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비(SNR; Signal to Noise Ration) 중 적어도 어느 하나가 조절되도록 상술한 처리 과정에서 제어를 수행하게 된다.
아울러, 본 발명의 변조부(320)는 무선 신호를 이용하여 소량의 에너지를 충전하도록 제어하는 과정을 수행할 수도 있다.
제어 처리부(330)는 변조부(320)가 차등적인 전력 레벨에 따라 무선 신호의 채널의 상태 값을 조절할 수 있도록 전력 레벨을 결정하는 역할을 수행한다. 예컨대, 본 발명의 제어 처리부(330)는 액세스 포인트(100)로부터 수신되는 무선 신호의 채널 상태 정보를 확인하여, 상기 무선 신호의 세기, 채널 정보 등에 대응하는 전력 레벨을 결정할 수 있다. 또한, 본 발명의 제어 처리부(330)는 특정 정보를 센싱할 수 있는 경우 센싱된 센서 정보의 전압 및 전류에 따라 전력 레벨을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 처리부(330)는 변조 패턴에 대한 정보를 저장하고 있을 경우, 저장된 변조 패턴에 따라 대응하는 전력 레벨을 결정할 수 있다. 예컨대, 변조 패턴이 11, 10, 01, 00의 순으로 백스캐터 데이터가 생성되도록 설정되어 있다면, 제어 처리부(330)는 상기 변조 패턴에 따라 무선 신호를 후방산란시키도록 변조부(320)를 제어하게 된다.
저장부(340)는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 레벨을 조절하기 위한 정보들을 저장하고 관리할 수 있다. 예를 들어, 태그(300)가 센서 노드의 형태로 구현이 될 때, 센싱된 정보에 대응하여 미리 전력 레벨을 저장할 수 있으며, 저장된 전력 레벨에 대한 정보를 제어 처리부(330)로 전달하여 해당 전력 레벨에 따라 무선 신호의 채널 상태 정보가 변경되도록 제어할 수 있게 된다. 또한, 변조 패턴에 대한 정보를 저장하고 관리할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 태그(300)는 디지털 신호의 변조 및 전력 레벨에 따라 채널 상태를 가변적으로 조절하고 이에 따라 수신된 무선 신호를 후방산란시켜 단말(100)로 전송되도록 제어하는 역할을 수행하게 된다.
이러한 본 발명의 태그(300)의 구성을 보다 더 구체적으로 도시한 것이 도 5 내지 도 7이다.
먼저, 도 5은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 구성을 도시한 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나부(310)는 하나의 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 변조부(320)는 상기 안테나에 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 및 상기 복수 개의 커패시터 각각의 연결을 스위칭하는 복수 개의 스위치를 포함하는 임피던스 정합 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 임피던스 정합 회로는 서로 다른 캐패시터 값을 가진 캐패시터(C1, C2, C3, C4) 및 온오프 제어를 위한 스위치(S1, S2, S3, S4)를 포함하게 되면, 복수 개의 회로 라인에서 어느 하나의 라인을 선택하여 제어 처리부(330)로 전달하는 인코더(encoder)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 본 발명의 인코더는 제어 처리부(330)의 제어 동작에 따라 복수의 라인 중 어느 하나의 라인의 스위치의 온오프를 제어하여 특정 라인을 선택할 수 있으며, 해당 라인의 커패시터 값에 따라 수신된 무선 신호의 흡수 또는 반사의 정도를 조절할 수 있게 된다.
예컨대, 본 발명의 태그(300)가 수신된 하나의 무선 신호를 이용하여 2비트 백스캐터 데이터를 전송하고자 할 경우, 본 발명의 태그(300)는 도면에 도시된 바와 같이 2비트 백스캐터 데이터 처리를 위한 총 4개의 서로 다른 커패시터 값을 가진 임피던스 정합 회로를 포함할 수 있다. 이때, 커패시터 C1을 포함하는 임피던스 정합 회로는 수신된 무선 신호를 100% 반사시킬 수 있으며, 커패시터 C2를 포함하는 임피던스 정합 회로는 수신된 무선 신호를 70% 반사시킬 수 있으며, 커패시터 C3를 포함하는 임피던스 정합 회로는 수신된 무선 신호를 40% 반사시킬 수 있으며, 커패시터 C4를 포함하는 임피던스 정합 회로는 수신된 무선 신호를 반사 없이 흡수시킬 수 있다고 가정할 때, 본 발명의 전력 제어부(330)는 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 결정하고 전력 레벨에 대응하는 커패시터의 스위칭이 제어되도록 인코더로 명령을 전달한다.
그리고 인코더는 해당 명령에 따라 4개의 스위치 중 해당 커패시터에 연결되느 스위치의 스위칭을 제어하여 임피던스 정합 회로를 통해 반사 또는 흡수가 이뤄지도록 제어할 수 있다.
이때, 해당 임피던스 정합 회로가 반사인 경우, 임피던스 매칭 과정에서 발생되는 무선 신호의 후방산란 신호가 연결된 안테나를 통해 단말(200)로 송출되게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그(300)는 하나의 안테나를 포함하여 구성되는 경우, 서로 다른 커패시터의 특성을 지닌 임피던스 정합 회로를 이용하여 변조 과정을 선택적으로 수행할 수 있으며, 이러한 과정을 통해 멀티 비트의 백스캐터 데이터를 처리할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태그의 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태그의 구성을 도시한 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나부(310)는 복수 개의 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 안테나부(310)를 구성하는 복수 개의 안테나는 서로 다른 특성을 가진 안테나이다. 예컨대, 스위치 S1에 연결된 안테나는 무선 신호를 100% 반사시킬 수 있는 안테나이며, 스위치 S2에 연결된 안테나는 무선 신호를 70% 반사시킬 수 있는 안테나이며, 스위치 S3에 연결된 안테나는 무선 신호를 40% 반사시킬 수 있는 안테나이며, 스위치 S4에 연결된 안테나는 무선 신호를 흡수할 수 있는 안테나가 될 수 있다.
이때, 본 발명의 변조부(320)는 제어 처리부(330)의 결정된 전력 레벨에 따라 해당하는 안테나를 확인하고, 해당 안테나를 이용하여 흡수 또는 반사가 이뤄질 수 있도록 연결된 스위치의 온 동작을 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태그(300)는 전송하고자 하는 백스캐터 데이터의 비트수를 고려하여 서로 다른 특성의 안테나를 복수 개 구성하고, 무선 신호가 수신되면 해당하는 안테나를 통해 후방산란된 무선 신호가 송출되도록 제어함으로써, 멀티 비트의 백스캐터 데이터를 처리할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 도 5 및 도 6에서는 제어 처리부(330)가 전력 레벨을 결정하고 결정된 전력 레벨을 변조부(320)로 전달하여 변조부(320)가 해당 전송 라인의 스위치의 온오프를 제어하는 구성을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 7에 도시된 바와 같이 제어 처리부(330)가 각각의 라인과 연결되어 직접 전력 레벨에 대응하는 스위치 온 동작을 제어할 수도 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는 2비트의 백스캐터 데이터 구성을 위하여 4개의 서로 다른 커패시터를 포함하거나 4개의 안테나를 이용하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 3비트의 백스캐터 데이터 구성을 위하여 8개의 서로 다른 커패시터를 포함하거나 8개의 안테나를 이용할 수도 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그에 대해 설명하였다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시 형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다.
개별적인 실시 형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시 형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시 형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시 형태에서 구현 가능하다.
나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 명세서에서 설명한 주제의 특정한 실시 형태를 설명하였다. 기타의 실시 형태들은 이하의 청구항의 범위 내에 속한다.
예컨대, 청구항에서 인용된 동작들은 상이한 순서로 수행되면서도 여전히 바람직한 결과를 성취할 수 있다. 일 예로서, 첨부도면에 도시한 프로세스는 바람직한 결과를 얻기 위하여 반드시 그 특정한 도시된 순서나 순차적인 순서를 요구하지 않는다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백스캐터 통신 시스템에 적용되는 태그가 전력 레벨을 가변적으로 조절하여 무선 신호를 흡수하거나 반사함으로써, 단말이 처리할 수 있는 백스캐터 데이터의 비트 수를 확장하여 통신 속도를 향상시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 IoT 기술 산업에 이바지할 수 있고, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
100: 액세스 포인트
200: 단말
300: 태그
310: 안테나부
320: 변조부
330: 제어 처리부
340: 저장부

Claims (11)

  1. 액세스 포인트, 단말, 태그를 포함하는 백스캐터 통신 시스템의 백스캐터 통신 방법에 있어서,
    상기 태그가,
    상기 액세스 포인트로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하는 단계;
    복수의 전력 레벨로 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변하는 단계는
    상기 수신된 무선 신호의 수신신호세기, 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비 중 적어도 어느 하나를 조절하여 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하는 것을 특징으로 하는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변하는 단계는
    상기 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보, 센싱된 센서 정보의 전압 및 전류, 또는 기 저장된 변조 패턴에 따라 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하는 것을 특징으로 하는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태그가
    하나의 안테나 및 상기 안테나에 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 및 상기 복수 개의 커패시터 각각의 연결을 스위칭하는 복수 개의 스위치를 포함하여 구성되는 경우,
    상기 단말로 전송하는 단계는
    상기 복수 개의 커패시터 중 상기 복수의 전력 레벨에 대응하는 커패시터를 확인하는 단계; 및
    상기 확인된 커패시터에 연결된 스위치의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태그가
    서로 다른 특성의 복수 개의 안테나 및 상기 안테나 각각에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하여 구성되는 경우,
    상기 단말로 전송하는 단계는
    상기 복수 개의 안테나 중 상기 복수의 전력 레벨에 대응하는 안테나를 확인하는 단계; 및
    상기 확인된 안테나에 연결된 스위치의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법.
  6. 적어도 하나 이상의 안테나를 포함하는 안테나부; 및
    상기 안테나부를 통해 액세스 포인트로부터 송출되는 무선 신호가 수신되면, 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하고, 복수의 전력 레벨로 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 안테나부를 거쳐 송출되도록 제어하는 변조부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부가 하나의 안테나를 포함하는 경우,
    상기 변조부는
    상기 안테나에 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 및 상기 복수 개의 커패시터 각각의 연결을 스위칭하는 복수 개의 스위치를 포함하며, 상기 복수의 전력 레벨에 대응하는 커패시터의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 반사시키는 것을 특징으로 하는 태그.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부가 서로 다른 특성의 복수 개의 안테나를 포함하는 경우,
    상기 변조부는
    상기 안테나 각각에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하며, 상기 복수의 전력 레벨에 대응하는 안테나의 스위칭을 제어하여 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 반사시키는 것을 특징으로 하는 태그.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 전력 레벨로 조절하기 위한 제어 처리부;를
    더 포함하며,
    상기 제어 처리부는
    상기 안테나부를 통해 수신된 무선 신호의 수신신호세기, 채널의 크기, 채널의 신호대잡음비 중 적어도 어느 하나를 조절하여 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하도록 상기 변조부를 제어하는 것을 특징으로 하는 태그.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 처리부는
    상기 수신된 무선 신호의 채널 상태 정보, 센싱된 센서 정보의 전압 및 전류, 또는 기 저장된 변조 패턴에 따라 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하도록 상기 변조부를 제어하는 것을 특징으로 하는 태그.
  11. 액세스 포인트로부터 수신되는 무선 신호를 흡수 또는 반사하여 단말로 백스캐터 데이터를 전송하고자 하는 태그에 있어서,
    상기 태그는
    상기 단말로 전송하고자 하는 백스캐터 데이터의 비트 수에 따라 복수 개의 안테나 또는 하나의 안테나에 연결되는 복수 개의 커패시터를 포함하며, 상기 액세스 포인트로부터 무선 신호가 수신되면, 상기 수신된 무선 신호의 전력 레벨을 복수로 가변하고, 상기 복수 개의 안테나 중 해당되는 안테나를 통해 가변된 복수의 전력 레벨로 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송하거나 상기 복수 개의 커패시터 중 해당되는 커패시터를 경유하여 상기 가변된 복수의 전력 레벨로 상기 수신된 무선 신호를 흡수하거나 후방산란시켜 상기 단말로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태그.
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