KR19980064799A - 통신 장치 - Google Patents

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KR19980064799A
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쇼버알안토니
스미스갈데이비드헤리
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핀스톤엠아이
루슨트테크놀로지스인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 변조된 무선 신호(modulated radio signals)를 수신할 수 있고, 변조된 백스캐터 기법(modulated backscatter technology)을 이용하여 변조된 무선 신호를 송신할 수 있는 개인용 무선 통신 장치(radio personal communications device)를 제공한다. 본 발명의 통신 장치는 이 장치로부터 명령 데이터(mandatory data)의 세트를 송신하는 호출 모드(Interrogation Mode), 이 장치의 대략적인 위치를 결정하는 위치 지정 모드(Location Mode) 및 이 장치로도부터 데이터를 송신/ 수신하는 메시지 전송 모드(Messageing Mode)로 동작할 수 있다. 본 발명의 통신 장치는 변조된 백스캐터를 이용하여 정보를 1 데이터율을 초과하여 송신할 수 있다. 본 발명의 통신 장치는 이 장치에 전송된 데이터를 일부 또는 전부 디스플레이하는 디스플레이를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 데이터를 통신 장치에 입력하는 푸쉬버튼(pushbuttons)을 또한 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 통신 장치를 위해 배터리(battery), 충전 장치(charge storage devices), 태양 전지(solar cells), 코일(coil) 또는 다른 에너지 전달 장치 등을 포함하는 여러 전원 공급 메카니즘을 제공한다. 또한, 본 발명은 통신 장치의 파워 서플라이(power supply)를 재충전하기 위한 재충전 스테이션(recharging station)을 제공한다.

Description

통신 장치
본 발명은 무선 통신 시스템(wireless communication systems)에 관한 것으로서, 특히, 변조된 백스캐터 기법(modulated backscatter technology)을 이용한 빌딩내 또는 캠퍼스 영역에서의 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 주요 내용들은 본 발명의 출원과 동시에 그리고 동일한 대리인에 의해 출원된 다음의 출원, 즉, 미국 특허 출원 제 호의Shielding Technology In Modulated Backscatter System, 제 호의Encryption for Modulated Backscatter System, 제 호의QPSK Modulated Backscatter System, 제 호의Modulated Backscatter Location System, 제 호의Antenna Array In An RFID System, 제 호의Subcarrier Frequency Division Multiplexing Of Modulated Backscatter Signals, 제 호의IQ Combiner Technology In Modulated Backscatter System, Shober-Protocol 출원으로 지칭되는, 제 호의In-Building Modulated Backscatter System, 제 호의Inexpensive Modulated Backscatter Reflector, 제 호의Passenger, Baggage, And Cargo Reconciliation System에 개시되어 있다. 또한, 본 발명과 관련된 주요 내용들은 본 발명의 출원인과 동일한 대리인에 의해 출원된 다음의 출원, 즉,Modulated Backscatter Communications System Having An Extended Range란 명칭의 미국 특허 출원 제 08/504,188 호,Dual Mode Modulated Backscatter System이란 명칭의 미국 특허 출원 제 08/492,173 호,Full Duplex Modulated Backscatter System이란 명칭의 미국 특허 출원 제 08/492,174 호, 및Enhanced Uplink Modulated Backscatter System이란 명칭의 미국 특허 출원 제 08/571,004 호에 개시되어 있다.
직원(personnel)을 자동으로 인식할 수 있도록 하기 위한, 예를 들면, 직원(employee)이 빌딩내로 들어오는 것을 허용하기 위한 보안 접근 시스템(security access systems)이 개발되어 왔다. (이 응용 분야에서 직원(employee)이란 용어는 우리가 서비스를 제공하고자 하는 사람을 의미한다. 본 발명의 다른 응용 분야에서는 서비스를 받는 사람은 직원(employee)이 아니지만, 편의상 이 용어를 사용하기로 한다.) 이러한 시스템의 예로는, 직원 사진이 인쇄되어 있는, 특별한 직원 식별용 배지(badge)를 포함하며, 경비원에 의한 검사에 의해 빌딩으로의 접근 허용 여부가 결정된다. 다음의 논리 단계는 빌딩으로의 입장을 전자적으로 허용하는 식별 카드를 직원이 소지하도록 하는 것이다. 예를 들어, 소정의 자기 서명(magnetic signature)이 키(key)가 되고, 자기 판독기에 가까이 대어질 때 빌딩으로의 입장을 허가하는 자기 키 카드가 있다.
다른 예로는 뒷면에 (신용 카드의 뒷면에 사용된 자기 선과 같은) 자기 선(magnetic stripe)을 갖고 있는 카드이며, 직원은 카드 판독기에 카드를 대어 빌딩으로의 입장을 허가받는다. 동일한 개념의 다른 예는 스마트 카드(smart card)이며, 스마트 카드상에 저장된 빌딩으로의 입장을 허가하는 수단인 데이터를 액세스할 수 있는 전자 판독기(electronic reader)에 또는 상부에 카드가 위치하고 있다. 빌딩으로의 입장이 언스태프(unstaff)되어 비용을 감소하도록 하기 위해 최근에는 자기 키 카드, 자기 선 카드, 또는 스마트 카드를 강조하는 추세이다.
무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification; RFID) 시스템은 전술한 기법들에서 다음의 논리적 발전을 나타낸다. RFID 시스템은 장비(equipment), 재고품(inventory), 또는 생활품의 식별 및/또는 트랙킹(tracking)에 사용된다. RFID 시스템은 호출기(Interrogator)라고 지칭되는 무선 트랜시버(transceiver)와 태그(tag)라고 지칭되는 저렴한 여러 장치들간에 통신을 하는 무선 통신 시스템이다. RFID 시스템에서, 호출기는 변조된 무선 신호를 이용하여 태그들과 통신을 하며, 태그들은 변조된 무선 신호에 응답한다. 하나의 RFID 기법에서, 호출기는 우선 (다운링크(Downlink)라고 지칭되는) 태그로 메시지를 송신한 후, 다시 연속파(Continuous-Wave; CW) 무선 신호를 태그로 송신한다. 태그는 변조된 백스캐터링을 이용하여 CW 신호를 변조하며, 여기서 변조 신호에 의해 RF 방사(radiation)의 흡수기(absorber)가 있는 곳으로부터 RF 방사의 반사기(reflector)가 있는 곳까지 안테나가 전기적으로 스위치된다. 이 변조된 백스캐터, 또는 MBS는 태그로부터 다시 (업링크(Uplink)라고 지칭되는) 호출기까지의 통신을 가능하게 한다. 오늘날 RFID는 보안 산업에서 빌딩으로의 접근에 이용되는데, 예를 들면, 빌딩으로의 입장을 자동으로 허용하도록 하기 위해, 그리고(또는) 소정의 위치를 통과한 사람을 기록하기 위해 RFID 태그가 이용된다. 이러한 동작은 호출 모드라고 지칭되며, 이 동작 모드에서 호출기는 태그들이 이러한 태그를 식별하는 데이터에 응답하기를 요구하면서, 신호를 판독 필드의 모든 태그로 송신한다. 그 후, 태그는 MBS를 이용하여 이러한 정보를 다시 호출기로 송신한다.
RFID 기법은 전술한 다른 빌딩 접근 기법들에 비해 상당히 발전된 기법이다. 다른 기법들은 판독 장치와, 카드 또는 배지간의 거리 범위가 제한적이다(전형적으로 수 인치 이하). 이러한 제한된 거리 범위로 인해 직원은 카드 또는 배지를 판독 장치와 매우 가까운 곳에 위치시켜야 한다. RFID 기법은 거리 범위의 제한을 적어도 어느 정도까지는 완화시켜 주며, 어떤 경우에는 이러한 제한을 완전히 없애기도 한다. 어떤 RFID 기법들은 본질적으로 짧은 범위(즉, 1 또는 2 피트)를 가지는 반면, 다른 RFID 기법들은 10 피트 이상의 범위를 갖는 호출 모드를 지원하기도 한다. 이와 같은 10 피트 이상의 범위는 핸드 프리(hands free) 동작을 제공하며, 판독을 위해 RFID 태그가 제거될 필요도, 판독 장치에 가까이 할 필요도 없다.
전술한 보안 응용 이외에도, 빌딩 또는 캠퍼스 환경내의 직원들도 마찬가지로 다른 필요성을 갖는다. (본 명세서의 나머지 부분에서, 우리는 빌딩(building) 또는 빌딩내(in-building)라는 용어는 빌딩을 포함할 수도 있는 빌딩내 또는 캠퍼스 환경내를 의미한다.) 예를 들어, 위치(Location)에 대한 응용이 또한 존재한다. 빌딩, 특히, 보안이 철저한 빌딩내에서 소정의 태그의 위치를 아는 것은 유리하다. 태그의 위치를 추적할 수 있도록 적외선 송신기(infrared transmitters)를 이용한 프로토타입(Prototype) 시스템이 개발되어 왔다. 그러나, 상품화 된 것은 없으며, 적외선 기법은 범위가 짧고, 대상물을 통과하지 못한다. 예를 들어, 만약 적외선 송신기가 개인이 입고 있는 셔츠의 주머니안에 있다면 통신 경로는 막히게 된다. 장거리 트럭킹(trucking)에 사용된 트랙터(tractor)와 같은 크고, 비싼 항목들의 경우, 트랙터에 글로벌 포지셔닝 시스템(Global Positioning System; GPS) 수신기를 위치시키는 것이 비용적으로 효율적이며, 그에 따라, 트랙터의 위치를 결정할 수 있다. 그러나, GPS 수신기는 고가이며, 개인이 사용하기에는 적합하지 않고, 빌딩내 응용을 위해 설계되어 있지 않다. 따라서, 오늘날 빌딩내 또는 캠퍼스 환경내의 개인에 대한 위치 문제를 효율적인 비용으로 해결할 수 있는 방법은 없다.
그 외에도, 저속 데이터 통신 응용도 있다. 직원이 매우 중요한 전화를 수신했으나, 전화가 수신된 시간에 직원이 그(그녀)의 사무실에 없었다고 가정하자. 오늘날 유일한 합리적인 옵션은 비서가 전화를 받아 그 직원을 찾는 것이다. 또한, 직원이 매우 중요한 전자 메일 메시지를 받았다고 가정하자. 전자 메일 메시지의 전부 또는 일부분이 페이저의 디스플레이상에 표시되도록 전자 메일 시스템이 페이징(Paging) 시스템과 상호 접속할 수 있는 시스템이 현재 존재한다. 오늘날, 페이징은 저속 무선 데이터 통신을 지원하는데 사용되는 가장 일반적인 메카니즘이다. 그러나, 페이징 시스템에는 단점이 있다. 어떤 페이징 시스템은 빌딩내 무선 유효 범위에는 적합하지 못하다. 또한, 어떤 페이징 시스템은 처리되는 건 마다 서비스 제공자에게 사용료를 지불해야 한다. 빌딩 또는 캠퍼스 환경내에서, 무선 데이터 LAN을 전개하는 것도 가능하나, 이러한 장비들은 아직은 비교적 고가이다. 따라서, 오늘날 빌딩 또는 캠퍼스 환경내의 저속 무선 데이터 통신을 저비용으로 해결할 수 있는 방법은 없다.
따라서, 소정의 판독 장치를 통과할 때 태그를 식별하는 보안 응용 분야에 저비용의 RFID 기법이 점차 파고들고 있다. 그러나, 빌딩 또는 캠퍼스 환경내에서 위치 정보를 제공하는 저비용의 기법은 없으며, 빌딩 또는 캠퍼스 환경내에서 저속 무선 데이터 통신 정보를 제공하는 저비용의 기법도 없다. 또한, 하나의 시스템에 전술한 능력들 -- 호출, 위치, 및 저속 무선 데이터 통신(또는 메시지 전송) -- 을 통합한 시스템은 없다. 본 발명에서는 변조된 백스캐터를 이용한 저비용 개인 통신 장치의 설계를 개시한다. 본 발명의 장치는 단일의 하부 구조(infrastructure)를 갖는 단일의 시스템에서 보안, 위치, 및 메시지 전송의 기능을 통합하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 효율적인 비용으로 빌딩내 또는 캠퍼스 영역 위치 및 통신 서비스 뿐만 아니라 향상된 보안성을 제공할 수 있다.
본 발명은 변조된 무선 신호를 수신할 수 있고, 변조된 백스캐터 기법을 이용하여 변조된 무선 신호를 송신할 수 있는 개인용 무선 통신 장치를 제공한다. 본 발명의 통신 장치는 이 장치로부터 명령 데이터의 세트를 송신하는 호출 모드, 이 장치의 대략적인 위치를 결정하는 위치 지정 모드 및 이 장치로도부터 데이터를 송신/ 수신하는 메시지 전송 모드로 동작할 수 있다. 본 발명의 통신 장치는 변조된 백스캐터를 이용하여 정보를 1 데이터율을 초과하여 송신할 수 있다. 본 발명의 통신 장치는 이 장치에 전송된 데이터를 일부 또는 전부 디스플레이하는 디스플레이를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 데이터를 통신 장치에 입력하는 푸쉬버튼을 또한 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 통신 장치를 위해 배터리, 충전 장치, 태양 전지, 코일 또는 다른 에너지 전달 장치 등을 포함하는 여러 전원 공급 메카니즘을 제공한다. 또한, 본 발명은 통신 장치의 파워 서플라이를 재충전하기 위한 재충전 스테이션을 제공한다.
도 1은 예시적인 무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification; RFID) 시스템을 도시한 블럭도.
도 2는 도 1의 RFID 시스템에서 사용된 예시적인 호출기 유닛(Interrogator Unit)의 블럭도.
도 3은 도 1의 RFID 시스템에서 사용된 태그 유닛(Tag Unit)의 블럭도.
도 4는 개인용 페이저 및 식별기(Personal Pager and IDentifier; PPID)의 블럭도.
도 5는 PPID의 물리적인 설계에 대한 하나의 실시예를 도시한 도면.
도 6은 PPID의 물리적인 설계에 대한 대안적인 실시예를 도시한 도면.
도 7은 PPID에 통합된 RF 검출기를 도시한 도면.
도 8은 도킹 스테이션(Doking Station) 및 도킹 스테이션에 대한 PPID의 도킹 방향을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 응용 프로세서 102 : LAN
103, 104 : 호출기 105, 106, 107 : 태그
110 : 위치 데이터베이스 120 : 메시 전송 데이터베이스
130 : 통신 링크 200, 305, 404 : 프로세서
201 : 무선 신호 소스 202 : 변조기
203 : 송신기 204 : 송신 안테나
206 : 수신 안테나 207 : 저잡음 증폭기
208 : 믹서 210 : 필터 증폭기
212 : 부반송파 복조기 214 : RF 소스
220 : 움직임 검출기 301, 401, 503, 606 : 안테나
302, 402 : 검출기 변조기 303, 403 : 증폭기
304 : 클럭 복원 회로 307 : 변조기 제어 회로
309, 408, 501, 604 : 디스플레이 310, 409 : 배터리
405 : 부반송파 변조기 406 : 부반송파 소스
407, 506, 605 : 푸쉬버튼 410 : 태양 전지
411 : 에너지 저장 장치 412, 507, 801 : 코일
413 : 경보 장치 420 : 데이터 저장 장치
430 : 크리스탈 502, 601 : 직원 사진
504, 602 : 회사 로고 505, 603 : 직원 이름
701 : RF 검출기 800 : 도킹 스테이션
802 : 전원선
MBS 동작
MBS를 이용한 전형적인 RFID 시스템의 동작 방법을 기술한다. 도 1을 참조하면, 전형적인 RFID 시스템의 전체 블럭도가 도시되어 있다. 응용 프로세서(Applications Processor)(101)는, 유선 또는 무선의, 근거리 통신망(Local Area Network; LAN)(102)을 통해 복수의 호출기들(103, 104)과 통신한다. 그 다음, 호출기들은 하나 이상의 태그들(105, 107)과 각각 통신한다. 예를 들면, 호출기(103)는, 전형적으로 응용 프로세서(101)로부터의, 정보 신호를 수신한다. 호출기(103)는 이 정보 신호를 수신하며, 프로세서(200)는 태그로 송신될 다운링크 메시지(정보 신호(200a))를 적절히 포맷한다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 무선 신호 소스(Radio Signal Source)(201)는 무선 신호를 합성하고, 변조기(202)는 이 정보 신호(200a)를 무선 신호상에서 변조하며, 송신기(203)는, 예시적으로 진폭 변조(amplitude modulation)를 이용하여, 안테나(204)를 통해 이 변조된 신호를 태그로 송신한다. 진폭 변조를 일반적으로 선택하는 이유는 태그가 이러한 신호를 (다이오드와 같은) 단일의 저비용 비선형 장치로 복조할 수 있기 때문이다.
태그(105)에서 (도 3 참조), 안테나(일반적으로 루프 또는 페치(patch) 안테나)(301)는 변조된 신호를 수신한다. 이 신호는, 예시적으로 단일의 쇼트키 다이오드(Schottky diode)일 수 있는, 검출기/변조기(302)에 의해 직접 베이스 밴드(baseband)로 복조된다. 결과적으로 다이오드 검출기는 수신된 신호를 직접 베이스 밴드로 복조한다. 그 후, 정보 신호(200a)는 증폭기(303)에 의해 증폭되어 클럭 복원 회로(Clock Recovery Circuit)(304)에서 동기화 복원(synchronization recovery)된다. 클럭 복원 회로(304)는 맨체스터 부호화(Manchester encoding)를 이용하여 호출기가 진폭 변조된 신호를 송신하도록 함으로써 향상될 수 있다. 결과 정보는 프로세서(305)로 전송된다. 프로세서(305)는 전형적으로 저가의 4 또는 8 비트 마이크로프로세서이며, 클럭 복원 회로(304)는 프로세서(305)를 포함하는 집적 회로와 함께 동작하거나 그 내부에 내장된, 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)내에서 구현될 수 있다. 또한, 태그는 디스플레이가 필요하므로 프로세서(305)는 선택적인 디스플레이 유닛(309)에 대한 구동기(driver)로서 동작한다. 프로세서(305)는 태그(105)로부터 호출기(예를 들면, (103))로 다시 송신될 정보 신호(306)를 생성한다. 이 정보 신호(306)는 변조기 제어 회로(Modulation Control Circuit)(307)로 전송되며, 변조기 제어 회로(307)는 정보 신호(306)를 이용하여 주파수 소스(308)에 의해 생성된 부반송파 주파수(subcarrier frequency)를 변조한다. 주파수 소스(308)는 프로세서(305)로부터 분리된 크리스탈 발진기(crystal oscillator), 또는 크리스탈 발진기의 출력으로부터 도출된 신호, 또는 프로세서의 복수의 기본 클럭 주파수와 같은 프로세서(305)내에 나타나는 신호로부터 도출된 주파수 소스일 수 있다. 검출기/변조기(302)는 변조된 부반송파 신호(311)를 이용하여 태그(105)가 수신한 변조 신호를 변조하여 변조된 백스캐터(즉, 반사된 신호)를 생성한다. 이것은 변조된 부반송파 신호(311)를 이용하여 쇼트키 다이오드를 온 및 오프로 스위칭함으로써 수행되며, 이것에 의해 안테나(301)의 반사율(reflectance)이 변화된다. 배터리(310) 또는 전원은 태그(105)의 회로에 전력(power)를 공급한다.
변조된 백스캐터(MBS)를 이용하여 태그로부터 호출기로 정보를 송신하는 여러 기법들이 있다. 어떤 MBS 기법에서는, 태그의 변조기 회로(307)가 변조된 신호를 생성하며, 그것은 주파수 f2에서 정보 신호(306)에 의해 진폭 변조된 것이다. 만약 무선 신호 소스(201)가 변조되지 않은 주파수 f1을 생성한다면, 호출기는 (f1- f2) 내지 (f1+ f2) 범위내의 신호를 수신하며, 일반적으로 이 범위 밖의 신호는 필터 처리된다. 이것은 베이스 밴드에서의 MBS 방식이라고 지칭될 수 있다. 다른 방식은 두 개의 서로 다른 부반송파 주파수를 생성하는 태그에 관한 것이다. 이 정보는 이러한 두 주파수간의 부반송파 주파수 전이를 갖는 주파수 편이 키드(frequency-shift keyed; FSK) 방식으로 전달될 수 있다. 단일의 부반송파 주파수의 위상 편이 키잉(phase shift keying; PSK)(즉, BPSK, QPSK) 또는 다른 복합 변조 방식(즉, MFSK, MASK 등)과 같은 다른 변조 방식도 가능하다.
도 2를 보면, 호출기(103)는 수신 안테나(206)로 반사 및 변조된 신호를 수신하여 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)(207)로 신호를 증폭한 후 직교 믹서(Quadrature Mixer)(208)에서의 호모다인 검출(homodyne detection)을 이용하여 신호를 복조한다. (어떤 호출기 설계에서는, 신호 송신 안테나(204) 및 신호 수신 안테나(206)가 이용된다. 이 경우, 수신기 체인에 의해 수신된 신호로부터 송신된 신호를 취소하는 전자 방법이 필요하며, 이것은 순환기(Circulator)와 같은 장치에 의해 수행된다.) 전송 체인 수단에서 사용된 것과 같은 동일한 무선 신호 소스(201)를 이용하여 베이스 밴드로의 복조가 호모다인 검출을 이용하여 수행되며, 이것은 수신기 회로에서의 위상 잡음이 크게 감소된다는 이점이 있다. 그 후, 믹서(208)는 변조된 신호(209)를 필터/증폭기(210)로 전송한다(만약 직교 믹서라면, I(동위상) 및 Q(직교) 신호를 모두 전송한다.). 그 후, 결과적으로 필터링된 신호는 -- 본 발명에서 이 필터링된 신호는 부반송파상에서 수행된 정보 신호(211)이다 -- 부반송파 복조기(212)에서의 부반송파로부터 복조되며, 부반송파 복조기(212)는 정보 신호(213)를 프로세서(200)로 전송하여 메시지의 내용을 결정한다. 신호(209)의 I 및 Q 채널은 필터/증폭기(210), 또는 부반송파 복조기(212), 또는 프로세서(200)에서 조합될 수 있다.
예를 들면, 전술한 기법에 의해, 짧은 범위의 양방향 디지털 무선 통신 채널(bi-directional digital radio communications channel)이 구현된다. 예시적인 소자로서, 쇼트키 다이오드, 신호의 세기를 부스트(boost)하기 위한 증폭기, 비트 및 프레임 동기 회로, 저렴한 4 또는 8 비트 마이크로프로세서, 부반송파 생성 회로 및 배터리와 같은 소자를 이용하여 비교적 저렴하게 구현할 수 있다. 이러한 항목들의 대부분은 다른 응용 분야에서 이미 많이 제조되어 있으므로 비용이 많이 소요되지는 않는다. 전술한 비트 및 프레임 동기 회로 및 부반송파 생성 회로는 마이크로프로세서 코어를 둘러싼 커스텀 로직(custom logic)에서 구현될 수 있으므로, 비교적 적은 양의 칩 실자산(real estate)을 제외하고는, 이러한 기능들은 거의 공짜로 얻을 수 있다.
협대역 동작(Narrowband Operation)
전술한 방법을 이용하여, 2 웨이 디지털 무선 통신 채널이 구성될 수 있다. 우리는 이러한 2 웨이 디지털 무선 통신 채널의 범위를 가능한한 확장하고자 한다. 이것은 다운링크의 범위 및 업링크의 범위 두 가지에서의 확장을 포함한다.
다운링크의 범위 확장은 몇 가지 요소를 포함한다. 일반적으로 다운링크는 진폭 변조된 신호이며, 마이크로파 다이오드와 같은 단일의 비선형 장치에 의해 쉽게 저비용으로 검출된다. 안테나와 다이오드간의 임피던스를 정합하여 불필요한 신호 감쇠를 피하는 것이 중요하다. 다운링크 신호의 잡음 대역폭을 감소시키기 위해 다운링크의 데이터율은 제한되어야 한다. 태그가 어떻게 원하지 않는 신호를 비용의 증가없이 필터링하는지에 대해 기술한다. 안테나(301)는 RF 신호를 수신할 뿐만 아니라 안테나 대역폭 밖의 RF 신호에 대한 필터링도 한다. 예를 들어, 2.45 GHz에서 허용가능한 RF 캐리어 주파수(RF carrier frequency)는 2.400 내지 2.485 GHz이다. 안테나, 일반적으로 페치 안테나(patch antenna)의 설계는 이 범위의 주파수 대역을 커버하지만, 이 범위 밖의 주파수는 필터링한다. 이상적인 주파수 응답은 안테나 감도(antenna sensitivity)에 있어서 허용가능한 주파수 범위 3dB 이내이며, 이 범위 밖에서는 급격히 떨어진다. 그 외에도, 증폭기(303)는 또한 예상되는 다운링크 데이터율, 일반적으로 초당 수 킬로비트 근처의 소정의 통과 대역(passband)내의 진폭 변조된(Amplitude Modulated; AM) 신호만을 통과시키도록 설계되었다는 의미에서 필터와 같은 역할을 한다. 따라서, 비록 태그가 비교적 단순하다고 해도, 주파수가 안테나의 대역폭 밖에 있는 RF 신호와, 주파수가 증폭기의 통과 대역 밖에 있는 AM 신호를 둘다 필터링할 수 있는 능력을 가져야 한다. 또한, 이 태그의 설계는 변조 방법이 근본적으로 일정한 포락선(envelope)인 안테나 대역내의 RF 송신에는 크게 민감하지 않다. 따라서, 이 설계는 여러 잠재적인 간섭 신호에 저항성이 있는 강건한 태그를 제공한다.
또한, 업링크의 범위 확장은 몇 가지 요소를 포함한다. 우선, 업링크 신호의 잡음 대역폭은 가능한한 감소되어야 한다. 비록 업링크 신호의 데이터율이 초당 수 비트로 제한되기는 하지만, 여러 유용한 응용 분야에서 구현될 수 있다. 실제로, 이러한 데이터율의 제한은 단일의 부반송파 주파수상으로의 변조된 데이터가 없는 극단적인 값으로 취해질 수 있다. 이 경우, 이 부반송파 주파수에서 수신된 신호의 존재 또는 부재는 이전에 수신된 메시지에 대한 승인(acknowledgement) 또는 비승인(no acknowledgement)을 의미한다. 부반송파 주파수는 비교적 정확하게 결정될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 상업적으로 이용할 수 있는 주파수 32 kHz, 정확도 ± 100 ppm의 크리스탈(crystals)이 존재한다. 따라서, 이 크리스탈의 주파수는 ±3.2 Hz로 알려져 있다. 따라서, 태그는 매우 정확한 부반송파 주파수fs를 생성한다. 호출기는 반사된 신호를 수신하여 전술한 바와 같이 호모다인 검출을 이용하여 복조한다. 필터 증폭기(210) 및 부반송파 복조기(213)의 기능은 DSP와 같은 프로세서내에서 함께 구현될 수 있다. 협대역 필터링 알고리즘이 문헌에 나와 있으며, 여기서는 10 Hz 이하의 대역폭으로 신호의 디지털 필터링을 수행할 수 있고, 제 1 사이드로브(sidelobes)는 60 dB로 감소된다. 그 후, 이 디지털 필터를 통해 수신된 신호의 세기가 측정되며, 이 신호의 세기는 가짜 잡음 스파이크(spike)가 실제 신호로서 해석되지 않도록 하기 위해 신호가 존재하지 않을 때 그 채널내의 평균 잡음보다 충분히 큰 기준 신호(reference signal) 세기와 비교된다. 이와 같이, 매우 약한 업링크 신호가 신뢰성있게 검출될 수 있다. 이러한 기법에 의해 다운링크 및 업링크에서 대략 동등한 범위가 달성될 수 있음을 알 수 있다.
이제 부반송파 주파수 fs의 위치에 대해 알아 본다. MBS 시스템은 소정의 수의 반사기(reflector)로부터의 RF 소스의 반사로 인한 업링크 신호에서의 잡음을 나타낸다. 벽 및 금속체는 RF 방사를 반사하며, 이 반사된 신호는 송신될 때와 동일한 캐리어 주파수에서 호출기(103)에 의해 수신된다. 직교 믹서(208)는 호모다인 검출기로서 동작하며, 따라서, 이 반사를 취소하는데 이용된다. 그러나, 다른 반사기는 주요 캐리어 주파수 - 도플러 쉬프트(Doppler shifts) 또는, 특히 부반송파 주파수 근처의 주파수에서 동작하는 전자 장비의 반사 - 로부터 떨어진 주파수에서 반사된 잡음을 생성한다. 특히 문제가 되는 잡음 소스는 형광빛(fluorescent light)이며, 이것은 그들의 기본 60 Hz 주파수(미국에서의 주파수)에서 뿐만아니라 수 만 헤르쯔의 오버톤(overtone) 주파수에서 잡음을 생성한다. 부반송파 주파수 fs는 그것이 복수의 기본 60 Hz 주파수 사이가 되도록 위치시키는 것이 바람직함을 알 수 있다. 32 kHz 크리스탈로부터, 간단한 회로가 적절한 부반송파 주파수를 생성할 수 있다.
다중 모드 동작(Multiple Mode Operation)
다중 모드의 기본적인 특징은 a) 태그는 다운링크 메시지를 수신할 수 있는 능력이 있어야 하고, b) 태그는, 그것이 실제 데이터 메시지(보다 높은 비트율 모드) 또는 단순한 승인 메시지(범위가 긴 모드)이건 간에, 다운링크 메시지에서 수신한 정보에 근거하여 자신이 송신할 업링크 메시지의 형태를 들어야 하고, c) 태그는 요청된 형태의 업링크 메시지를 송신하고, d) 호출기는 적절한 방법으로 수신한 업링크 메시지를 해석한다는 것이다. 범위가 긴 모드에 있는 몇 가지 다른 형태의 승인 메시지가 존재할 수 있다. 일반적으로, 승인 메시지는 실제 데이터 메시지의 데이터율(보다 높은 비트율 모드) 보다 매우 작은 데이터율을 가지며, 따라서, 매우 작은 주파수 대역상에서의 필터링을 허용하며, 협대역 필터링 때문에 수신된 신호의 잡음 대역폭이 감소되므로 보다 높은 비트율 모드보다 더 큰 범위를 허용한다. 따라서, 승인 메시지는 낮은 비트율의 데이터 메시지로 구성될 수 있으며, 또는 단일 비트의 정보로 구성될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 단일 비트의 정보를 전송하기 위해, 태그는 변조된 백스캐터를 이용하여, 발생된 신호상으로 변조될 수 있는 변조되지 않은 부반송파 주파수를 생성할 수 있다. 그 후, 호출기는 단일 주파수 톤(tone)을 갖는 반사된 신호를 수신할 수 있다. 그 후, 협대역 필터링 기법은 잡음 밴드폭을 감소시키는데 이용될 수 있으며, 이 신호의 존재 또는 부재를 결정하는데 이용될 수 있다.
태그(105)는 호출기(103)로부터 완전한 다운링크 메시지로 전송된 정보 비트를 검출 및 모은다. 전형적으로, 동기화 비트의 패턴은 다운링크 메시지의 처음에 전송되며, 이 비트들은 태그가 비트를 취하여 메시지 동기를 하도록 하고, 태그가 다운링크 메시지의 시작 및 끝을 결정할 수 있도록 한다. 다운링크 메시지의 내용은 주소(Address), 명령(Command), 옵션으로 데이터를 포함하며, 또한, 오류 검출을 포함한다. 다운링크의 명령부 또는 데이터부는 태그(105)가 메시지를 호출기로 반환(return)해야함을 나타내며, 예를 들어, 태그는 태그 ID와 같은 저장된 데이터, 또는 다른 응용-사양(application-specific) 데이터를 반환할 수 있다. 다른 형태의 다운링크는 태그가 오직 단일 비트의 승인 메시지를 다시 전송해야함을 나타낼 수 있다.
따라서, 태그(105)의 프로세서(305)는, 다운링크 메시지의 정보에 응답하여, 어떤 형태의 업링크 신호를 송신해야 하는지를, 즉, 데이터 메시지 또는 단순한 승인 메시지를 결정한다. 호출기(103)가 비교적 쉽게 이러한 두 가지 다른 형태의 메시지를 수신 및 구별할 수 있도록 하기 위해, 태그(105)가 데이터 메시지 또는 단순한 승인 메시지를 송신하는 방법에는 몇 가지가 있다. 도 3을 참조하면, 태그(105)가 복수 비트의 정보 신호를 전송하는 경우, 프로세서(305)는 정보 신호를 변조기 제어(307)로 전송하며, 여기서 부반송파 주파수 소스(308)로부터의 신호를 변조한다.
태그(105)에서, 프로세서(305)는 정보 신호를 도 3에 도시한 정보 신호 리드(Information Signal Lead)(306)를 통해 전송한다. 태그(105)의 프로세서(305)가 단일 정보 비트로 구성되는 단일 톤(single tone) 메시지를 전송하는 경우, 정보 신호 리드(306)는 제 1 논리 상태로 유지되어 전송될 정보 메시지가 없음을 나타낸다. 따라서, 변조되지 않은 부반송파 주파수 신호가 변조기 제어(307)에 의해 출력된다. 프로세서(305)가 전송될 복수 비트의 메시지를 결정하는 경우, 정보 신호 리드(306)는 복수 비트 메시지를 변조기 제어(307)로 전달한다. 그 후, 이 복수 비트 메시지(정보 신호)는 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 또는 코드 변조와 같은 몇 개의 가능한 변조 기법 중 하나를 이용하여 부반송파 주파수를 변조하는데 이용된다.
호출기(103)(도 2 참조)는 수신된 RF 신호로부터의 부반송파 신호를 복조한 후 필터링한다. 부반송파 주파수의 사양(specifics)이 주어지면, 적절한 필터링 증폭기가 이용된다. 그 후, 부반송파 복조기(212)는 부반송파 신호를 복조한다. 그 후, 프로세서(200)는 정보를 디코드하는데 필요한 디지털 신호 처리를 수행한다. 본 발명의 몇 가지 구현시, 프로세서는 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)일 수 있으며, 또는, 기존의 마이크로프로세서가 이용될 수도 있다. 단일 부반송파 톤으로 구성되는 태그(105)로부터 단일 톤 승인 신호를 복원하기 위해 필터링 증폭기는 협대역 필터일 수 있다. 기존의 필터 기법이 이용될 수 있기는 하지만, 전술한 협대역 필터와 같은 DSP를 이용하는 것이 가장 효과적이다. 태그(105)는 전형적으로 주파수 소스와 같은 저렴한 크리스탈을 이용하므로, 이 단일 톤의 부반송파 주파수는 잘 알려져 있다. 비록 이 크리스탈은 정확도가 제한적이지만, 부반송파 주파수는 수 헤르츠(Hertz)의 정확도를 가질 수 있다. 따라서, 매우 좁은 대역의 필터가 이용될 수 있다. 태그(105)로부터의 승인 신호 응답은 RFID 시스템의 범위를 확장하는데 이용할 수 있고, 결과적으로 매우 희미한 신호가 되므로, 필터링 증폭기(210)의 협대역 필터에 추가적인 부담이 된다.
전술한 DSP가 이용될 수 있는 다른 방법은 업링크 신호의 주파수 성분을 동적으로 찾는 것이다. 이것은 수신되는 데이터 스트림상에, 아마도 DSP, 또는 도 2의 프로세서(200)를 이용하는, 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행함으로써 이루어진다. 이러한 방법으로, 변조된 부반송파 신호를 나타내는 다중 신호가 구별될 수 있으며, 또는, 푸리에 변환을 이용하여 다중 신호를 찾음으로써 소정의 데이터율의 단일 부반송파 신호가 복원될 수 있다.
따라서, 변조된 백스캐터 통신 시스템이 두 가지 모드에서 어떻게 동작하는가를 보아왔다. 즉, 제 1 모드에서는 백스캐터된 신호는 변조되어 높은 데이터율의 업링크 통신 채널을 제공하며, 제 2 모드에서는 백스캐터된 채널이 낮은 데이터율의 신호, 아마도 단일 톤으로 변조되어 아주 먼거리에서 검출될 수 있는 업링크 승인 신호를 제공한다.
이제 몇 가지 동작 모드가 나타나도록 전술한 내용을 이용 및 확장하며, 여기서 다른 모드들은 다른 업링크 데이터율에 의해 특징화된다. 여기서 기술될 제 1 모드는 호출 모드이다. 호출 모드는 호출 신호를 태그로 송신하는 호출기로 시작한다. 태그는 이 호출 신호를 수신하여 디코드한 후, 디코드된 호출 신호를 기초로 하여 어떤 동작을 취할 것인가를 결정한다. 표준 호출에서, 태그는 전술한 MBS 기법을 이용하여 특별한 세트의 데이터(여기서는 명령 데이터라 지칭됨)를 호출기로 다시 송신하도록 요청받는다. 표준 호출을 수신하는 호출기의 판독 필드에서의 각각의 태그는 이하 기술될 프로토콜을 이용하여 자신의 명령 데이터에 응답한다. 또한, 호출기는, 표준 호출 신호의 일부로서, 각각의 그리고 모든 태그에 대해 의도된 데이터를 송신한다. 이러한 데이터의 예는 날짜(time of day), 프레이밍(framing) 및 다른 동기 정보 등을 포함한다.
표준 호출 이외에, 다른 형태의 호출 또한 가능하다. 예를 들어, 호출기는, 호출 모드를 이용하여 소정의 태그를 식별한 후, 추가적인 데이터를 태그의 메모리에 저장될 태그로 송신할 수 있다. 또한, 호출기는 태그가 태그의 메모리에 저장된 다른 데이터를 다시 호출기로 송신하도록 요청할 수 있다. 이러한 추가적인 데이터 통신은 표준 호출에서 사용된 동일한 데이터율에서 수행될 수 있다. 따라서, 호출 모드는 명령 및 데이터를 각각 및 모든 태그로 송신하고, 판독 필드에서 소정의 태그를 식별하고, 또한 그 소정의 태그를 갖는 양방향 방식에서의 통신에 사용될 수 있다. 호출 모드에서, 호출 신호는 응답하기 위해 단지 판독 필드에서 모든 태그를 요청하기에 충분한 비트만을 포함하기만 하면 되기 때문에, 다운링크에서 요구되는 데이터율은 전형적으로 크지 않다. 매우 많은 양의 다운링크 데이터가 전송될 때, 많은 응용에서 이러한 처리는 자주 발생되지는 않으며, 다운링크 데이터율은 중요하지 않다. 시간이 중요한 방법의 업링크에서 명령 데이터는 자주 전송되어야 하므로, 업링크에서, 데이터율은 전형적으로 다운링크 데이터율보다 훨씬 커야한다. 따라서, 호출 모드에서는, 다운링크 데이터율이 업링크 데이터율보다 작다는 의미에서, 요구되는 데이터율에 불균형이 생긴다.
두 번째의 경우, 또는 위치 지정 모드의 경우, 호출기는 호출 신호를 이 호출 요청이 향하게되는 소정의 태그의 주소를 포함하고 있는 태그로 송신한다. 이 모드에서, 태그가 전술한 명령 데이터에 응답하도록 요청되지는 않는다. 대신에, 적어도 몇 가지 실시예에 있어서, 요청된 응답은 단순한 승인이다. 단순한 승인의 일 실시예는 일정한 톤 신호(constant-tone signal)이다. 전술한 협대역 기법을 이용하여, 일정 톤 신호는 호출기에 의해 호출 모드의 범위를 크게 벗어나는 범위에서 수신될 수 있다. 따라서, 위치 지정 모드에서, 업링크에서 보다 다운링크에서의 데이터율이 훨씬 크게 불균형한 통신 경로를 갖는다.
이제 소정의 태그(105)의 위치를 결정하는 방법을 기술한다. 현재의 시스템은 이 태그의 위치에 대한 정보를 갖고 있지 않다고 가정하자. 그 후, 호출기에 의해 호출 신호가 전송되며, 모든 호출기는 응답을 기다린다. 일 실시예에서, 각각의 호출기는 수신된 신호의 세기를 결정할 수 있으며, 이러한 신호의 세기는 중앙 제어 소자(central control element)로 보고될 수 있다. 이 데이터를 기초로 몇 가지 방법에 의해 위치가 결정될 수 있다. 가장 명확한 방법은 제어 소자가 어느 호출기가 가장 센 신호를 수신했는지를 결정하는 것이다. 그 후, 태그의 위치는 호출기의 위치와 동일하며, 그 호출기의 유효 범위의 정확도와 동일하다. 만약 하나 이상의 호출기가 반환 신호를 수신했다면 더욱 복잡한 방법이 구현될 수 있다. 그 후, 각각의 호출기의 공간적 위치가 알려진 경우, 전술한 포지셔닝(positioning)에 대한 정제(refinement)가 행해질 수 있다. 예를 들어, 만약 두 개의 호출기가 동일한 신호 세기의 반환 신호를 수신했다면, 태그의 위치는 이 두 개의 호출 사이의 중간인 것으로 평가될 수 있다. 만약 세 개의 호출기가 반환 신호를 수신했다면, 삼각 측량(triangulation)이 수행될 수 있다. 만약 호출기와 태그 사이에 라인 오브 사이트 경로(line-of-sight paths)가 있고, 만약 RF 통신 경로가 반사에 의존한다면 이 방법들은 보다 잘 수행될 것이라는 것은 명백한 일이며, 결과적으로 왜곡된 위치를 얻을 수 있다. 그러나, 위치는 호출기의 유효 범위의 정확도로 결정될 것이다. 어느 호출기가 단순한 승인을 수신하는가에 근거하여 위치 능력이 구현될 수 있다.
세 번째의 경우, 또는 메시지 전송 모드의 경우, 호출 신호는 태그 또는 태그들의 주소를 포함할 뿐만 아니라, 태그 또는 태그들에 대해 의도된 소정의 데이터를 포함할 수도 있다. 호출 신호에서의 태그 주소와 매치하는 주소의 태그 또는 태그들은 그 데이터를 태그의 메모리에 저장하도록 요청받을 수 있으며, 또는 이 데이터로 몇 가지 다른 기능을 수행하도록 요청받을 수도 있다. 메시지 전송 모드에 대해 호출 신호에 대한 몇 가지 가능한 응답이 있다. 만약 호출 신호내의 명령이 태그가 단순히 데이터를 저장하도록 요청한다면, 메시지의 성공적인 수신을 의미하는 승인은 수 비트 또는 심지어 단일 비트의 정보일 수 있다. 단일 비트의 정보는 전술한 바와 같은, 일정 톤 승인으로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 만약 호출 신호내의 명령이 태그가 결정을 하도록 요청하거나, 다른 데이터를 호출기로 다시 송신하도록 요청한다면, 응답은 수 비트 이상의 정보로 구성되는 메시지일 것이다. 따라서, 메시지 전송 모드에서, 업링크에서 보다는 다운링크에서 더 큰 데이터율을 갖는 불균일한 통신 경로를 다시 갖는다.
위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드에서 발생되는 데이터율의 불균일성은 2 웨이 페이징 시스템에서 발생되는 데이터율의 불균일성과 유사함을 알 수 있다. (여기서 기술한 호출기에 비교할 수 있는) 페이징 송신기는 (개인이 갖고 다니는)(여기서 기술된 태그에 비교할 수 있는) 2 웨이 페이징 장치에서 이용할 수 있는 것 보다 훨씬 큰 전송 전력을 갖는다. 따라서, 2 웨이 페이징 시스템에서의 데이터율은, 자주 불균일하며, 업링크의 데이터율 보다는 다운링크의 데이터율이 훨씬 크다. 여기서 기술된 빌딩내 MBS 시스템의 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드는 기술적 특징과 지원가능한 응용의 두 가지 측면에서 2 웨이 페이징 시스템과 유사하다.
또한, 다른 동작 모드로 전이하는 전술한 모드들 중 하나에서 시작한 트랜잭션(transaction)도 가능하다. 다음의 내용은 본 시스템이 갖는 능력의 예이다. 태그와 통신을 원한다고 가정하자. 메시지 전송 모드 호출 신호는 데이터를 태그로 전송하고, 태그가 단순한 승인에 응답하도록 요청하면서 호출기로부터 태그로 송신되며, 이것은 호출기에 의해 수신된다. 호출기에 의해 수신된 단순 승인을 기초로 하여, 호출기가, 아마도 태그의 메모리에 저장된, 추가적인 데이터가 호출기로 다시 전송되기를 원한다고 더 가정하자. 일 실시예에서, 호출기는 단순 승인 신호의 신호 세기를 결정한다. 만약 신호의 세기가 소정의 임계값(threshold)이하이면, 업링크 데이터율은 메시지 전송 모드에 대해 일반적으로 업링크에서 사용되는 데이터율로 제한된다. 만약 신호의 세기가 소정의 임계값 이상이면, 호출기와 이 태그간의 무선 통신 경로는 호출 모드에 대해 일반적으로 업링크에서 사용되는 데이터율에서의 통신을 지원할 수 있다. 만약 신호의 세기가 임계값 이하이면, 단지 메시지 전송 모드의 (낮은) 업링크 데이터율을 이용하여 데이터 통신이 지속되거나, 태그가 호출기와 가까운 곳으로 가져와질 것을 요청하면서 메시지가 태그로 송신될 수 있다. 그러한 요청이 어떻게 사람에 의해 수신되는가에 대해서는 전술한 쇼버 프로토콜 응용(Shober-Protocol application)에 기술되어 있다. 만약 신호의 세기가 임계값 이상이면, 전술한 바와 같이, 호출 모드만을 사용하여 데이터 통신을 지속할 수 있다. 전술한 예는 업링크 통신이 어떻게 두 개의 가능한 업링크 데이터율 중 하나에서 발생될 수 있는지를 보여주지만, 전술한 개념은 두 개 이상의 업링크 데이터율을 지원하는 것으로 확장가능하다는 것은 명백한 것이다.
이제 전술한 세 개의 동작 모드가 같은 시스템에서 어떻게 공존하며, 동시에 어떻게 동작하는지에 대해 기술한다. 요구되는 데이터율을 기초로 하여, 호출기로부터 태그까지 다른 범위를 지원하는 이러한 동작 모드의 실현으로부터 시작한다. 예를 들어, 호출 모드는, 개인이 호출기에 의해 걸을 때와 같은, (비교적) 짧은 시간 주기상에서의 중요한 데이터 송신을 포함한다. 판독 필드에는 한 번에 수 명의 개인이 있을 수 있기 때문에, 데이터율은 더욱 증가된다. 따라서, 이러한 복수의 태그가 상호 간섭없이 그들의 호출 데이터에 응답하는 것이 가능한 (알로하(Aloha) 또는 슬로티드 알로하(Slotted Aloha)와 같은) 프로토콜이 요구되며, 따라서, 요구되는 데이터율은 증가한다. 호출 모드에 대해 태그로부터 호출기까지의 통신에 대한 데이터율의 예는 50 kbps - 300 kbps 범위를 갖는다. 다른 요소가 없는 경우, 범위와 데이터율은 서로에 대해 트레이드 오프(trade off) 관계에 있다는 것을 알 수 있다.
요약하면, 호출 모드의 경우 다운링크 데이터율 보다는 업링크 데이터율이 훨씬 크고, 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드의 경우는 업링크 데이터율 보다 다운링크 데이터율이 훨씬 큰 두 개의 불균일한 데이터율을 갖는다. 따라서, 호출 모드에서의 업링크 데이터율의 요구는 매우 크기 때문에, 호출 모드에 대한 유효 범위는 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드에 대한 유효 범위보다 작다. 전술한 협대역 동작 섹션에서, 어떻게 중요한 범위 확장을 시키는가를 기술한다. 여기서, 초당 수 킬로비트의 다운링크 데이터율, 및 초당 수 비트의 업링크 데이터율은 대략적으로 비교할만한 범위를 제공한다. 이러한 능력은 전술한 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드의 요구에 응답한다. 또한, 호출 모드의 경우, 다운링크에서는 비교적 적은 비트의 데이터가 요구되므로 초당 수 킬로비트의 다운링크 데이터율이 적절하며, 업링크 데이터율은 50 kbps - 300 kbps이다. 다운링크의 범위는 세 가지 모드에 대해 모두 동일하다. 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드에 대한 업링크 범위는 대략 다운링크 범위와 동일하다. 호출 모드에 대한 업링크 범위는 매우 작다.
여기서, 세 개의 동작 모드인 호출, 위치 지정, 및 메시지 전송 모드가 단일의 유용하고 저렴한 엔드-유저(end-user) 장치에서 어떻게 구현되며, 어떻게 지원되는지를 기술한다. 이 장치를 개인용 페이저 식별기(Personal Pager IDentifier; PPID)라고 지칭한다. 도 4에는 PPID의 블럭도가 도시되어 있다.
PPID 기술(Description)
안테나(401)는 페치 또는 루프 안테나일 수 있다. PPID에 대해 페치 안테나는 소정의 이점이 있다. 페치 안테나는 PPID 장치의 기판상에 판금(plate)될 수 있으며, 기판의 뒷면은 페치 안테나에 대해 접지판(ground plane)이 될 수 있다. 이러한 일반적인 설계는 선택적으로 바깥쪽을 지향하는, 즉, 접지판으로부터 떨어진 방향에 있는, 안테나의 패턴을 생성한다. PPID의 크기가 비교적 작기 때문에 - 직원 배지와 크기가 비슷하고, 무선 주파수 전파 문제 때문에 - 마이크로파 주파수에서 RF 신호를 사용하는 것이 일반적이다. 2450 MHz와 같은 이러한 주파수들은 (대략 0.5 inch square의) 매우 작은 페치 안테나 설계를 지원한다.
따라서, 직원이 갖고 있는, 바깥쪽을 대향하고 있는 페치 안테나는 직원에게 무선 통신을 최적화시켜준다. 이러한 방식으로, 직원이 호출기를 갖고 출입구쪽으로 이동할 때, 호출기는 가능한한 PPID와 무선 접촉을 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 안테나(401) 및 검출기 변조기(402)의 설계는 중요하다. 증폭기(403)의 설계 또한 중요하다. PPID가 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드에 대해 요구되는 다운링크 범위를 제공하기 위해, 증폭기(403)는 매우 약한 변조된 AM 신호를 CMOS 레벨로 부스트하여 (PPID는 호출기로부터 매우 가깝거나 매우 멀리 있기 때문에) 매우 큰 동적 범위상에서 동작할 수 있어야 하며, 매우 작은 전류를 소모해야 한다. 시간상에서 통합된 증폭기(403)는 적어도 수 마이크로앰프스(microamps)의 전류를 소모해야 한다.
프로세서(404)는 전술한 바와 같은 기존의 4 또는 8 비트의 마이크로프로세서일 수 있다. 프로세서(404)는 전류의 소모가 마이크로앰프 이하인 정지(sleep) 모드를 가져야 하며, 또한, 전류의 소모가 밀리앰프 보다 훨씬 작은 기동(active) 모드를 가져야 한다. 프로세서(404)는 다운링크 신호를 디코딩하여 어떤 형태의 업링크 응답이 요구되는가 등을 결정하는 PPID의 브레인(brain) 역할을 해야한다. 프로세서(404)는 분리된 크리스탈(430) 또는 프로세서(404)내에 포함된 발진기(oscillator)로부터 클럭(clock)될 수 있어야 한다.
또한, 데이터 저장(420)은 PPID내에 있어야 한다. 일 실시예에서, 데이터 저장(420)은 휘발성 또는 비휘발성 저장으로서 마이크로프로세서내에 위치할 수 있다. 제 2 실시예에서, 데이터 저장(420)은 EEPROM과 같은 다른 집적 회로에 위치할 수 있다. PPID에서 지원되는 저장 양은 수 바이트 만큼 작은 저장으로부터 수 만 바이트의 저장까지의 범위를 가질 수 있다.
부반송파 변조기(405)는, 본 명세서에서 참조한 것으로서, 전술한 쇼버 프로토콜 응용에서 기술된 바와 같은 기능을 한다. 이것은 부반송파 소스(406)에 의해 생성된 부반송파 신호상에서 가변 데이터율의 정보 신호를 변조하는 능력이 있다. 부반송파 소스(406)는 저렴한 크리스탈일 수 있으며, 또는, 프로세서(404)를 클럭하는데 사용된 메인 크리스탈로부터 도출된 주파수 소스일 수 있다.
호출 모드 또는 메시지 전송 모드를 이용하여 PPID로 송신된 정보를 디스플레이하기 위해, PPID는 디스플레이(408)를 갖는다. 개인이 PPID를 휴대하며 메시지에 응답할 수 있도록 하기 위해, 푸쉬버튼(407)이 또한 있다. PPID는 하나 이상의 푸쉬버튼(407)을 가질 수 있다.
이제 도 4에 도시된 PPID 장치와 오늘날 시장에서의 다른 장치간의 유사성을 살펴 본다. 우선, 저렴한 4 기능(four-function) 계산기(calculator)를 고려한다. 이러한 계산기는 배터리 또는 태양 전지일 수 있는 전원, 전형적으로 4 또는 8 비트 마이크로프로세서(또는 마이크로프로세서 코어를 구비한 ASIC)인 프로세서, 전형적으로 유리 또는 플라스틱 액정 디스플레이(liquid crystal display)인 디스플레이, 및 수치의 입력 및 엔터 기능을 갖는 푸쉬버튼으로 구성된다. 이러한 4 기능 계산기는 오늘날 가격이 매우 저렴하므로 여러 경우에 있어서 이러한 장치들은 선물, 기념품 등으로 주어진다.
다음은, 저렴한 수정 시계(quartz watch)를 고려한다. 또한, 시계도 배터리, (마찬가지로, 보통 4 또는 8 비트 마이크로프로세서 또는 마이크로프로세서 코어를 구비한 ASIC인) 프로세서, 디스플레이, 및 정확한 날짜 및 시간을 설정할 수 있는 푸쉬버튼을 갖는다. 마찬가지로, 이러한 장치는 보통 10 달러 이하이며, 때로는 다른 사람들에게 선물하기도 한다.
요약하면, 계산기 또는 수정 손목 시계와 같은 저렴한 장치는 이미 도 4에 도시한 바와 같은 PPID의 여러 소자들을 처리함을 알 수 있다. 도 4에 도시된 추가적인 소자들은 비교적 저렴하다. 즉, 안테나(401)는 기판상에 판금되므로 기판 영역에 대한 비용만이 소요되며, 검출기 변조기(402)는 크기에 있어서 0.10 달러 이하의 가격으로 구입할 수 있는 단일 다이오드이며, 증폭기(403)는 0.50 달러 이하의 가격으로 실현될 수 있으며, 부반송파 변조기(405)는 몇 센트(cent)만이 소요되는 몇 개의 게이트만으로 구현될 수 있고, 부반송파 소스(406)는 (크리스탈의 주파수에 의존하며) 0.15 달러의 적은 비용이 드는 저렴한 크리스탈일 수 있다. 따라서, 전체 추가 비용은 0.75 달러로서, 계산기 또는 수정 시계는 PPID와 대략 동일한 기능을 가질 수 있다.
이제 페이저와 PPID간의 유사성에 대해 기술한다. 페이저는 이미 (비록 잘못된 주파수로 동조되어 있지만) 안테나, 배터리, 프로세서, 디스플레이, 및 푸쉬버튼을 갖고 있다. 그러나, 페이저는 페이징 시스템의 요구되는 범위를 얻기 위한 무선 회로가 비싸기 때문에 PPID 보다 비싸다. 2 웨이 페이저 -- 즉, 페이지(page)를 수신할 뿐만 아니라 응답을 송신할 능력이 있는 페이저 -- 는 더욱 비싸다.
따라서, 본 명세서에서 개시된 본 발명은 비교적 비싼 기법을 취하는 것이 아닌 -- 페이저내에 포함된 것과 같은 -- 비용이 덜 소요되도록하는 것을 기반으로 한다. 본 발명은 -- 계산기 또는 시계에서와 같은 -- 저렴한 기법으로 시작하는 것을 기반으로 하며, 기능성이 매우 증가된 다른 저렴한 소자를 추가하는 것을 기반으로 한다.
PPID는 보통 계산기 또는 시계에서 이용하는 것 보다 큰 디스플레이를 필요로한다. 그러나, 이것은 변조된 백스캐터 무선 기법을 이용함으로써 본질적으로 매우 저비용의 장치에 커다란 기능성이 추가될 수 있다는 사실에는 변함이 없다.
PPID의 물리적 설계
도 5에는 가능한 PPID 설계의 예가 도시되어 있다. PPID의 전체 치수는 직원 식별 배지의 치수보다 작다. PPID의 두께는 사용된 제조 기법, 전원의 형태에 따라 다르다. 전형적으로 PPID의 두께는 대략 1/16 인치이지만, 박 전자(thin electronics) 기법이 급속히 발전하고 있다.
디스플레이(501)는 PPID의 제일 윗부분에 있을 수 있다. 디스플레이(501)는 2 개의 라인으로 도시되며, 각 라인은 10-20 개의 문자를 나타내는 것으로 가정하면 디스플레이 할 수 있는 전체 문자는 20-40 개다. 이 디스플레이 양은 대부분의 응용의 경우 충분하다. 직원 사진(502)은 디스플레이의 아래에 위치할 수 있으며, 사진 아래는 기판상에 판금된 안테나(503)가 위치하기에 좋은 위치이다. 직원 사진(502)의 왼쪽에는 회사의 로고(504)가 위치할 수 있다. 직원 사진(502) 및 회사 로고(504)의 아래에는 직원 이름(505)이 위치할 수 있다. 직원 이름(505)의 아래에는 푸쉬버튼(506)이 위치할 수 있다. 코일(507)은 회사 로고(504) 아래에 위치할 수 있다.
대안적인 실시예에서(도 6 참조), 직원 사진(601)과 회사 로고(602)는 제일 윗부분에 있으며, 직원 이름(603)은 그 아래에 있고, 직원 이름(603) 아래에는 디스플레이(604)가 있다. 푸쉬버튼(605)은 제일 아래에 있다. 전술한 바와 같이, 안테나(606)는 직원 이름(601)의 바로 뒤에 위치할 수 있다. 이상과 같이, 4 기능 계산기와 PPID간의 유사성을 기술하였다. PPID로서의 기능 이외에도 4 기능 계산기로서 기능하도록 하기 위해 PPID에 충분한 푸쉬버튼(605)을 추가하는 것은 간단하며, 비용은 비교적 적게 소요된다.
전원 관리
PPID 설계시의 중요한 파라미터는 PPID의 배터리 수명이다. 배터리의 수명 문제에 대해서는 몇 가지 방법이 있다. 하나의 방법은 PPID에 교체가능한 배터리(409)를 제공하는 것이다. 이 방법에서 PPID는 배터리를 고려한 제한을 받지 않는 유용한 수명을 가질 수 있다. 교체가능한 배터리(409)를 갖는 경우 PPID는 방수가 안된다는 단점이 있지만, 시계 제조업자들은 교체가능한 배터리를 사용하면서도 방수가 되는 시계를 제조하기 위한 기법들을 개발하고 있다. 다른 방법은 PPID에 태양 전지(410)를 전원으로 사용하는 것이다. 이 방법은 다음과 같은 제한을 받는다. 즉, 낮은 조명 상태에서의 PPID의 동작은 밝은 조명 상태에서 만큼 중요하므로, 태양 전지(410)는 에너지 저장 장치(411)에 의해 보완되어야 하며, 이것은 비용을 증가시킨다. 태양 전지(410)와 에너지 저장 장치(411)를 조합한 것은 교체가능한 배터리 보다 비용이 더 소요될 수도 있다.
다른 방법은 에너지 저장 장치(411)와, 에너지 저장 장치(411)를 재충하기 위한 장치를 조합하는 것이며, 이러한 장치는 코일(412)이다. 만약 PPID가 코일(412)이 민감한 유사한 코일 동작 주파수를 갖는 재충전 장치와 근접해 있다면 에너지는 유도 접속되어 코일(412)을 통해 에너지 저장 장치(411)로 전달될 수 있다.
다른 방법은, 제조시에 배터리(409)를 PPID내에 형성한 후 영구 봉인하는 것이다. 이것은 물로 인한 손상이 없으므로 유리한 방법이다.
전술한 바와 같은 PPID에 에너지를 공급하기 위한 대안에도 불구하고, 또한, 어느 대안이 선택되는가에 관계없이, PPID는 에너지 보존의 개념으로 설계되어야 한다. 이것은 PPID의 각각의 소자의 전기적 전류 소모에 관해 전술되었다는 이유 때문이다. 결국 말하고자 하는 것은, PPID는 장치가 모든 시간에 완전히 기능하지는 않는 방법으로 동작해야 한다는 것이다. 프로세서(404)는 정지(go to sleep) 능력을 가질 수 있다. 즉, 활성적인 처리가 발생되지 않으며, 프로세서의 전류 드레인이 상당히 낮은 상태로 들어갈 수 있는 능력을 가질 수 있다. 또한, 프로세서(404)는 증폭기(403)가 정지하도록 하거나, 다운링크 신호가 처리될 수 있으며, 전류 드레인 또한 낮은 상태로 들어가도록 유도할 수 있다. 결국, 프로세서(404)는 디스플레이될 데이터가 없는지의 여부를 결정할 수 있으며, 예를 들어, 만약 수신된 마지막 메시지가 승인되었으면, 프로세서는 디스플레이(408)의 동작을 정지할 수 있다. 물론, PPID는 메시지 및 다른 통신을 수신하는데 실패할 것이므로, 막연히 정지 상태를 유지할 수는 없다.
PPID가 언제 정지하고 언제 기동해야 하는지를 결정하는데 이용할 수 있는 기법은 최소한 두 가지가 있다. 첫 번째로, 프로세서(404)는 일정한 간격에 기동하도록 프로그램될 수 있다(이러한 목적을 위해 여러 마이크로프로세서는 타이머를 갖는다). 이 기법은 페이저에 사용되어 장치가 대부분의 시간을 정지해 있도록 한다. 이 기법에서의 중요한 요소는 PPID가 정지해 있는 시간의 길이를 결정하는 것이다. 이러한 시간의 길이를 결정하기 위해 몇 가지 요소들이 고려되어야 한다. 우선, PPID는 전술한 바와 같이 호출 모드 요청에 응답해야 한다. 그 후, PPID는 PPID가 호출 모드에서 동작하는 호출기의 판독 필드로 들어 갔을 때, PPID가 호출 모드 신호를 검출하고 적절히 응답하도록 하기 위해 충분히 기동 상태에 있어야 한다. 예를 들어, 범위가 30 피트(feet)인 호출 모드와 초당 3 피트의 도보 속도가 주어졌을 때, 호출 모드 신호를 잃지 않도록 보장하기 위해서 PPID는 적어도 10 초, 바람직하게는 1-3 초 동안 기동해야 한다. 두 번째로, PPID는 코인 셀과 같은 적당히 작은 배터리에 의해 전원을 공급받도록 전류 드레인을 충분히 감소시키기 위해 기동하는 시간(awake time)으로 전체 시간을 나눈 비율이 충분히 커야한다. 이러한 비율은 이상적으로는 10 : 1 만큼 되어야 한다. 세 번째로, PPID는 또한 위치 지정 모드 또는 메시지 전송 모드 메시지가 송신될 때는 정지해 있으면 안된다. 전체 PPID 프로토콜을 PPID가 정지하는 빈도와 함께 설계함으로써 이러한 메시지가 도달할 때 PPID는 기동하는 것을 보장받을 수 있다. 이러한 프로토콜 설계의 일예가 이하에 기술된다.
PPID가 대부분의 시간을 정지해 있는 것을 보장하는 두 번째 기법은 추가적인 소자 -- RF 검출기(701) -- 를 PPID에 추가하는 것이다(도 7 참조). RF 검출기의 목적은 PPID가 RF 필드에 있는 경우 항상 프로세서(404)가 기동하도록 신호를 프로세서(404)로 전송하는 것이다. 만약 PPID가 RF 필드에 있지 않다면, 즉, PPID가 저녁 동안 빌딩의 밖에 있다면, PPID가 빌딩내로 다시 들어올 때 까지 기동하지 않을 것이다. 이것은 전류 드레인에 있어서 상당히 절약할 수 있다. 그러나, 이 기법도 마찬가지로 단점이 있다. 간단하고 비교적 저비용으로 강한 RF 필드를 검출할 수 있는 RF 검출기(701)를 설계할 수 있다. 그러나, PPID의 주된 이점은 위치 지정 모드 및/또는 메시지 전송 모드로부터의 다운링크 신호와 같은 약한 RF 신호를 검출할 수 있다는 것이다. 약한 RF 신호를 검출할 수 있는 장치는 본질적으로 검출기(402) 다이오드 및 증폭기(403)의 조합 만큼 복잡할 것이다. 이것은 검출기(402) 다이오드 및 증폭기(403)가 항상 기동한다는 것을 의미하지만, RF 신호를 수신할 때 까지는 프로세서(404)는 정지해 있다. 이 기법은 전술한 정기적으로 정지하는 시간(regular sleep time) 기법에서 가능한 것 이상의 절약을 제공하지는 못한다. 이 기법이 갖고 있는 추가적인 문제점은 다음과 같다. PPID 장치가 빌딩내로 가져와 지면, 전체 빌딩은 적어도 하나의 호출기에 의해 커버되므로, PPID는 계속해서 RF 필드에 있을 것이며, 따라서 계속해서 기동할 것이다. 이러한 문제를 해결하려면 더욱 복잡한 RF 검출기(402)가 포함되며, 이것은 전술한 바와 같은 추가적인 문제점들을 발생시킨다. 그러나, PPID가 RF 필드에 있는 시간의 퍼센티지가 매우 작은 응용에 대해 이 기법은 바람직하다.
권한 부여 및 보안(Authorization and Security)
높은 보안을 요구하는 환경에서 권한 부여 및 보안에 사용되는 기법에는 적어도 3 가지가 있다. 하나의 기법은 직원 배지와 같은 당신이 소지하고 있는 것을 체크하는 것이다. 다른 기법은 전형적으로 패스워드, PIN 등으로서 구현되는 당신이 알고 있는 것을 체크하는 것이다. 다른 기법은 당신에 관한 것, 예를 들면, 사진, 성문(voiceprint), 지문(fingerprint), 망막 스캔(retinal scan) 등을 체크하는 것이며, 이러한 데이터는 때로는 생물 측정 데이터(biometric data)라고 지칭된다.
이 3 개의 기법은 모두 PPID에 적용이 가능하다. PPID(400)는 그 자체가 당신이 소지하고 있는 것이다. PPID는 ((605)와 같은) 푸쉬버튼을 갖고 있으므로, 예를 들어, 최초 빌딩으로 입장하거나 특별히 높은 보안이 요구되는 영역으로 입장할 수 있는 권한을 부여하기 위해 직원은 PIN을 PPID로 들여보낼 수 있다. 대안적인 실시예에서, 직원은 호출 모드에서 PPID를 사용하여 식별될 수 있으며, 그 후, 직원은 출입구 옆에 위치한 키보드상에서 PIN을 타이핑해야 한다. 따라서, PIN은 당신이 알고 있는 것이다. 마지막으로, PPID(400)는 당신에 관한 것을 저장할 수 있다. 메모리의 비용을 감소시키면서 PPID(400)상의 데이터 저장(420)의 양을 많이 줄일 수 있으며, 예를 들어, 단일 IC에서 32 kbytes의 EEPROM도 가능하다. 압축된 성문 또는 사진 또는 다른 데이터는 8 kbytes 이내의 크기로 저장될 수 있다. PPID(400)는 전술한 호출 모드를 이용하여 우선 식별될 수 있으며, 그 후, 데이터가 호출기 모드로 송신되도록 요청하기 위해 메시지 전송 모드가 사용될 수 있다. 그 후, 이 데이터는 컴퓨터 기법 또는 사람에 의해 직원으로부터, 예를 들면, 비디오 카메라, 마이크로폰, 스캐닝 스테이션 등으로부터 취득한 데이터와 비교된다. 이것은 완전한 보안 상태로 출입구를 이용하지만, 이 출입구에 책임 보안 요원을 배치하지 않아도 된다. 보안 요원은 중앙 보안 시설에 위치하여 다수의 출입구를 지원할 수 있다.
보안에 있어서 하나의 추가 요소는 PPID(400)를 소지한 직원 개인의 보안이다. 어떠한 이유로 직원이 비상 상황에 처했다고 가정하자. 직원은 비상 상황을 의미하는 소정의 데이터 시퀀스를 푸쉬버튼(407)으로 입력할 수 있다. 또한, 입력된 데이터 시퀀스에 의존하면서, 비상 상황의 내용에 관한 추가 데이터를 입력할 수 있다. 모드에 상관없이 다음 다운링크 신호를 수신하면 PPID는 비상 상황의 사태 및 비상 상황의 본질을 의미하는 데이터를 포함하는 메시지를 송신할 수 있다. 따라서, 응용 프로세서(101)는 경보를 받으며, 통신 링크(130)을 이용하여 적절한 권한을 발할 수 있다.
PPID 동작 능력
PPID(400)가 어떻게 동작할 수 있는지 기술한다. 직원이 빌딩으로 들어가면, 호출기(103)는 출입을 감시하여 호출 모드를 이용하여 빌딩이 PPID와 무선 통신을 하도록 하며, 선택적으로 PPID가 무선 통신 시스템과 시간이 동기되도록 하기 위해 시간 및/또는 날짜와 같은 데이터를 PPID로 송신한다. 그 후, 호출기는 응용 프로세서(101)에 소정의 PPID가 호출되었다는 사실과 호출 시간 도장(time stamp)을 보고한다. 빌딩 전체의 다른 호출기는 정기적으로 호출 모드 신호를 송신한다. 즉, PPID가 범위내에 있고 이러한 신호를 수신할 때 전술한 바와 같은 명령 데이터를 포함하고 있는 업링크 신호를 송신한다. 호출 모드를 통해 PPID와 성공적으로 통신을 한 소정의 다른 호출기(103)는 호출 시간 도장과 함께 이 사실을 응용 프로세서(101)로 다시 통신한다. 따라서, 소정의 PPID의 위치의 타임 히스토리가 위치 데이터베이스(Location Database)(110)라고 지칭되는 응용 프로세서내의 데이터베이스내에 형성된다. 호출 모드의 유효 범위는 위치 지정 모드 및 메시지 전송 모드의 유효 범위보다 작으므로, PPID가 호출 모드의 범위내에 있지 않은 시간 주기가 있다는 면에서 볼 때 소정의 PPID의 데이터베이스 히스토리는 계속되지 않을 것이다. 따라서, 호출 모드 통신은 몇 가지 결과를 갖는다. 첫 번째, 호출 모드는 빌딩으로 최초 입장할 수 있는 권한을 부여하는데 사용된다. 두 번째, 호출 모드는 또한 보안 영역 등과 같은 빌딩의 다른 출입구로의 입장을 허가하는데 사용될 수 있다. 또한, 호출 모드는 직원의 사무실 출입구로의 입장을 허가하는데 사용될 수 있다. 세 번째, 빌딩 전체를 통해 호출기에 의해 호출 모드를 사용하는 것은 비록 계속적이지는 않지만, 소정의 PPID의 대략적 위치의 시간 히스토리를 가능하게 한다.
소정의 PPID(400)의 위치가 요구된다고 가정하자. 이러한 위치에 대한 요청이 도 1에 도시된 바와 같이 LAN에 접속되거나, 대안적으로 응용 프로세서(101)에 직접 접속될 수 있는 통신 링크(130)상에서 응용 프로세서(101)로 송신된다. 우선, 응용 프로세서(101)는 위치 데이터베이스(110)를 체크하여 PPID(400)의 위치가 최근에 얻어졌는지의 여부를 결정한다. 만약 최근에 위치에 대한 결정이 없었다면, 응용 프로세서(101)는 이 PPID의 위치는 알려지지 않은 것으로 결정하며, PPID가 응답하도록 요청하면서 호출기에 의해 위치 지정 모드 신호가 송신된다. 만약 PPID의 위치가 최근에 결정되었다면, 일 실시예에서 단지 이러한 사전결정된 위치와 근접한 곳의 호출기(103)만이 위치 지정 모드 신호를 이 소정의 PPID(400)의 주소로 송신할 수 있다. 그 후, 호출기(103)는 응용 프로세서(101)로 응답 신호가 검출되었는지의 여부와, 만약 검출되었다면 그 신호의 세기의 위치 지정 모드 신호의 결과를 송신한다. 그 후, 응용 프로세서(101)는 PPID의 위치를 대략적으로 결정하여 그 정보를 통신 링크(130)를 통해 요청자에게 반환한다.
PPID(400)로 메시지가 송신되어야 한다고 가정하자. 응용 프로세서(101)는 통신 링크(130)를 통해 이러한 요청을 수신하며, 송신될 메시지를 메시지 전송 데이터베이스(120)내의 적절한 PPID에 저장한다. 그 후, 응용 프로세서는 위치 데이터베이스(110)를 체크하여 PPID(400)의 위치가 최근에 얻어졌는지를 결정한다. 만약 최근에 위치에 대한 결정이 없었다면, 응용 프로세서(101)는 이 PPID의 위치가 알려져 있지 않다고 결정하며, 모든 호출기에 의해 메시지 전송 모드 신호가 송신된다. 만약 PPID(400)의 위치가 최근에 결정되었다면, 일 실시예에서 단지 사전결정된 위치와 근접한 곳의 호출기(103)만이 메시지 전송 모드 신호를 이 소정의 PPID(400)의 주소로 송신할 수 있다. PPID(400)는 메시지 전송 모드 신호를 수신하며, MBS를 이용하여 승인 메시지로 호출기에 응답한다. 따라서, 이 예에서 세션(session)은 단지 다운링크 메시지 전송 모드 및 업링크 승인 메시지로만 구성된다. 승인 메시지를 수신한 호출기는 이것을 응용 프로세서(101)에 보고하며, 응용 프로세서(101)는 메시지 전송 데이터베이스(120)내의 이 메시지가 전달된 것으로서 표시한다.
데이터가 소정의 PPID(400)로부터 수신되어야 한다고 가정하자. 응용 프로세서(101)는 통신 링크(130)상에서 이러한 요청을 수신하며, 메시지 전송 데이터베이스(120)에 요청을 저장한다. 그 후, 응용 프로세서는 위치 데이터베이스(110)를 체크하여 PPID(400)의 위치가 최근에 얻어졌는지를 결정한다. 만약 최근에 위치에 대한 결정이 없었다면, 응용 프로세서(101)는 이 PPID의 위치가 알려져 있지 않다고 결정하며, 모든 호출기에 의해 메시지 전송 모드 신호가 송신된다. 만약 PPID(400)의 위치가 최근에 결정되었다면, 일 실시예에서 단지 사전결정된 위치와 근접한 곳의 호출기(103)만이 메시지 전송 모드 신호를 이 소정의 PPID(400)의 주소로 송신할 수 있다. PPID(400)는 메시지 전송 모드 신호를 수신하며, 메시지 전송 모드 신호의 수신을 승인했음을 승인 메시지로 응답한다. 이 트랜잭션은 세션을 만든다. 호출기(103)는 승인 메시지의 신호 세기를 측정하며, 이 신호 세기를 기반으로 업링크 데이터율이 이 태그에서 지원될 수 있는지를 결정한다. 업링크 신호 세기에 의존하면서 (최적의 범위에 대해) 낮은 데이터율에서, 또는, (최적의 데이터율에 대해) 높은 데이터율에서 통신은 지원될 수 있다. 호출기(103)는 요구되는 데이터를 송신하는데 어떤 업링크 데이터율을 이용할 것인지를 PPID에 지시하면서, 다른 메시지 전송 모드 신호를 PPID(400)로 송신한다. 이 데이터가 송신된 후, 이것은 세션의 끝을 표시한다. 호출기(103)에 의해 요구되는 데이터가 수신된 후 호출기는 응용 프로세서(101)로 데이터를 송신하며, 응용 프로세서(101)는 그 후 통신 링크(130)상에서 데이터를 송신한다. 대안적인 실시예에서, 응용 프로세서(101)는 후에 데이터가 요구되거나 통신 링크(130)상에서의 전송이 실패한 경우 메시지 전송 데이터베이스(120)에 데이터를 저장한다.
데이터가 소정의 PPID(400)로 송신되어야 하고, 또한, 수신되어야 한다고 가정하자. 전술한 바와 같이, 이러한 2 가지 기능이 어떻게 호출기와 태그간의 동일한 세션으로 통합될 수 있는가 하는 것은 명백하다.
메시지 전송 모드 능력을 기반으로, PPID(400)는 데이터 저장(420) 모듈에 저장하기 위해서가 아니라 디스플레이(408)상에 디스플레이하기 위해 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 응용 프로세서(101)는 통신 링크(130)상에서 통신에 의해 메시지를 직원이 긴급 전화 요청 또는 긴급 전자 메일 메시지를 수신한 소정의 PPID(400)로 송신하도록 요청받을 수 있다. 이러한 전화 요청 또는 전자 메일 메시지를 수신했다는 통지가 디스플레이(408)상에 디스플레이될 수 있다. PPID(400)가 새로운 메시지가 디스플레이(408)상에 디스플레이되고 있음을 직원에게 알리는 것이 바람직하다. PPID(400)는 부저(buzzer)(또는 다른 음성 생성기) 또는 진동기(vibrator)일 수 있는 경보 장치(413)를 구비할 수 있다.
전술한 메시지 전송 모드 시나리오의 확장은 디스플레이(408)상에 디스플레이되는 메시지를 갖는 소정의 PPID(400)로 메시지를 전송하는 것과 직원에게 직원이 메시지를 보았다는 것을 의미하는 PPID(400)로의 승인을 입력하는 것을 요청하는 것을 포함한다. 승인은, 예를 들면, 소정의 푸쉬버튼 또는 푸쉬버튼(407)을 누름으로써 입력될 수 있다. 이것은 응용 프로세서(101)가 중요한 메시지가 수신되었다는 것을 확인하도록 한다.
높은 보안이 요구되는 환경에서, 추가적인 사전 주의가 취해질 수 있다. 하나의 기법은 다음과 같다. PPID를 갖고 있는 직원이 소정의 출입구로 접근하는 것이 요청되는 PPID를 식별하는데 호출 모드가 사용된다. 전술한 바와 같이, 그 후, 메시지 전송 모드는 데이터가 다시 호출기로 송신되도록 요청하는데 사용된다. 만약 요구되는 데이터가 PIN이라면, 직원은 PIN을 PPID(400)의 푸쉬버튼(407)으로 입력해야 하며, 이 PIN은 호출기로 다시 송신된다. 만약 PIN의 보안성이 이슈(issue)된다면, 통신은 쉽게 암호화된다. 당신에 관한 것이 PPID(400)의 데이터 저장(420)에 저장되어 있는 경우, 메시지 전송 모드는 PPID로부터 호출기(103)로 데이터가 송신되도록 요청하는데 사용할 수 있으며, 그 후, 응용 프로세서(101)로 송신될 수 있다.
직원이 위치되기를 원하지 않는 시간이 있다. PPID(400)는 아마도 직원이 소정의 데이터를 푸쉬버튼(407)으로 입력함으로써 단지 동작 모드의 확인에 응답하도록 지시될 수 있다. 예를 들어, 직원이 빌딩으로의 접근을 허가받기 위해 PPID(400)를 이용할 수 있지만, 그 후, 이러한 방법으로는 PPID(400)는 쓸모가 없다.
그러나, 보안 환경에서, 직원은 개인의 사생활의 일부를 포기해야 한다. 만약 직원이 PPID(400)를 쓸모없게 만든다면, 직원은 다른 제어된 접근 출입구로 들어갈 수 있는 능력을 상실한다. 더욱이, 출입구를 감시하여 유효한 PPID(400) 판독없이는 그 지점을 통과할 수 없도록 하고자 한다고 가정하자. 움직임 검출 시스템(motion detection system)을 본 명세서에서 기술한 RFID 시스템으로 통합하는 것이 가능하다. 그 외에도, 오디오 주파수 범위에서 도플러 이동 신호(Doppler shifted signal)를 검출하는 움직임 검출기(Motion Detector)(220)를 추가한, 움직임 검출 능력을 본 명세서에서 기술한 호출기(103)로 통합하는 것이 가능하다. 따라서, 호출기(103)는 움직임은 검출되었지만, PPID(400)는 판독되지 않은 경우에 경보를 응용 프로세서(101)로 반환하도록 구성될 수 있다.
마지막으로, 몇 가지 매우 높은 보안 응용에서, 응용 프로세서(101)가 PPID(400)를 쓸모없이 만드는 능력을 무시(override)하도록 요구된다. 예를 들어, 3 개의 동작 모드는 2 개의 명령 타입, 즉, 시스템 레벨 명령 및 사용자 레벨 명령을 갖는다. 이것은 서로 다른 레벨의 권한 부여를 요구하는 컴퓨터 시스템상에서의 확인 명령(certain commands)과 유사하다. 푸쉬버튼(407)을 사용하여 PPID(400)를 쓸모없게 만드는 것은 PPID를 전적으로 무능화시키지 않으며, 그것 보다는, 단지 시스템 레벨 명령에만 응답하며 사용자 레벨 명령에는 응답하지 않는 모드에서 PPID를 설정할 수 있다. 이러한 특성은 빌딩의 특정 부분이 다른 곳 보다 훨씬 높은 레벨의 보안 상태에 있는 빌딩 환경에서 매우 바람직하다. 즉, 낮은 보안 레벨 영역에서는 사용자 레벨 명령이 사용될 수 있으며, 높은 보안 레벨 영역에서는 시스템 레벨 명령이 사용될 수 있다.
전술한 PPID를 구동하는 방법들 중 2 가지는 에너지 저장 장치(411) 및 코일(412)이다. 이들 방법은 다음과 같이 함께 사용될 수 있다. 도킹 스테이션(Doking Station)(800)이 개발되었다고 가정하자. 에너지 저장 장치(411)가 충전될 때 도킹 스테이션(800)의 상부에 PPID(400)가 위치하게 된다. PPID(400)의 코일(412)은 도킹 스테이션(800)내의 유사한 코일의 상부에 오도록 방향이 정해진다. 따라서, 에너지 저장 장치(411)는 충전될 수 있다. 코일(412)을 이용한 다른 바람직한 방법은 에너지 저장 장치(411), 배터리(409), 또는 다른 어떤 전원 공급 방법이 동작되지 않을 경우 PPID(400)를 구동하는 것이다. 이것은 이러한 실패의 경우에도 PPID(400)내의 데이터가 복원된다.
본 명세서에서 기술한 내용은 본 발명의 원리를 응용한 예에 불과하다. 당업자라면 본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도 다른 장치 및 방법을 구현할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 변조된 무선 신호를 수신할 수 있으며, 변조된 백스캐터 기법을 이용하여 변조된 무선 신호를 송신할 수 있는 개인용 무선 통신 장치가 가능하다. 본 발명의 통신 장치는 이 장치로부터 명령 데이터의 세트를 송신하는 호출 모드, 이 장치의 대략적 위치를 결정할 수 있는 위치 지정 모드 및 이 장치로도부터 데이터를 송신 및 수신하는 메시지 전송 모드로 동작 가능하며, 변조된 백스캐터를 이용하여 정보를 1 데이터율을 초과하여 송신할 수 있다. 본 발명의 통신 장치는 이 장치로 전송된 데이터의 일부 또는 전부를 디스플레이하는 디스플레이를 포함하며, 대안적인 실시예에서는 푸쉬버튼에 의해 데이터를 장치로 입력할 수 있다.

Claims (21)

  1. 변조 무선 신호를 수신하여 적어도 하나의 제 1 정보 신호를 복원하는 복조기와,
    상기 제 1 정보 신호에 응답하여, 동작 A 및 동작 B로 지칭되는 적어도 2 개의 대안적인 동작중 선택된 하나를 나타내는 출력 신호를 제공하는 제 1 결정 소자와,
    상기 제 1 정보 신호중 적어도 일부분을 디스플레이하는 디스플레이 장치와,
    상기 결정 소자의 출력에 응답하여 데이터율(a data rate)을 갖는 제 2 정보 신호를 생성하는 신호 생성 장치로서 상기 데이터율은 동작 B가 지시될 때보다 동작 A가 지시될 때 더 큰 상기 신호 생성 장치와,
    상기 제 2 정보 신호를 이용하여 상기 수신된 변조 무선 신호의 반사를 변조하는 백스캐터 변조기(backscatter modulator)
    를 포함하는 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    부반송파 신호 생성기(a subcarrier signal generator)와,
    상기 부반송파 신호를 상기 제 2 정보 신호와 변조하여 변조된 부반송파를 형성하는 변조기를 더 포함하며,
    상기 백스캐터 변조기는 상기 수신된 변조 무선 신호의 반사를 상기 변조된 부반송파와 변조하는 통신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변조기는 상기 제 1 결정 소자에 응답하여 동작 B에 대해 상기 변조된 부반송파가 상기 부반송파의 주파수의 순수하게 변조되지 않은 톤(a pure unmodulated tone)이 되도록 하는 통신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 푸쉬버튼(pushbutton)을 더 포함하고,
    상기 신호 생성 장치는 상기 적어도 하나의 푸쉬버튼에 응답하여 상기 적어도 하나의 푸쉬버튼의 입력(depression)에 의해 상기 제 2 정보 신호의 적어도 일부 내용이 적어도 일부분으로 결정되도록 하는 통신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 푸쉬버튼과,
    상기 제 2 정보 신호가 송신되어야 하는지를 나타내는 출력 신호를 제공하는 제 2 결정 소자를 더 포함하고,
    상기 제 2 결정 소자는 적어도 하나의 상기 푸쉬버튼에 응답하여 적어도 하나의 상기 푸쉬버튼의 입력에 의해 상기 제 2 정보 신호가 송신되어야 함을 나타내는 표시 신호(indication)가 발생되도록 하는 통신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    경보기와,
    상기 제 1 정보 신호의 내용을 기초로 하여 상기 경보기를 활성화하는 수단을 더 포함하는 통신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정보 신호의 적어도 일부를 저장하는 저장 매체를 더 포함하는 통신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 장치내에 저장된 데이터로부터 상기 제 2 정보 신호의 적어도 일부를 생성하는 수단을 더 포함하는 통신 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 장치의 홀더(holder)에 포함된 생물 측정 데이터(biometric data)의 저장 기록을 더 포함하며,
    상기 신호 생성 장치는 상기 제 2 정보 신호의 상기 데이터의 적어도 일부를 포함하는 통신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    에너지 전달 소자(an energy-transfer element)와,
    상기 에너지 전달 소자를 통해 재충전가능한 에너지 저장 소자(an energy-storage element)를 더 포함하는 통신 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 에너지 전달 소자는 코일을 포함하는 통신 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 소자는 캐패시터를 포함하는 통신 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    태양 전지(solar cell)와, 태양 전지로부터 충전가능한 에너지 저장 장치를 더 포함하는 통신 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    정지 모드(sleep mode) 및 기동 모드(waking mode)를 갖는 신호 프로세서와,
    상기 프로세서를 상기 정지 모드로부터 정기적으로 기동시키는 수단을 더 포함하는 통신 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    정지 모드 및 기동 모드를 갖는 신호 프로세서와,
    무선 주파수(RF) 검출기를 더 포함하며,
    상기 신호 프로세서는 상기 RF 검출기에 응답하여 RF 필드가 존재하는 것으로 검출될 때 상기 신호 프로세서가 상기 정지 모드로부터 기동되도록 하는 통신 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    그래픽과,
    적어도 일부가 상기 그래픽 아래에 위치하는 안테나를 더 포함하는 통신 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    그래픽과,
    적어도 일부가 상기 그래픽 아래에 위치하는 에너지 전달 장치를 더 포함하는 통신 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 그래픽은 상기 통신 장치의 홀더의 영상(picture)인 통신 장치.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 그래픽은 회사 또는 조직체의 로고(logo)인 통신 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    수학적인 키보드(mathemathical keybord)를 구성하는 복수의 푸쉬버튼과,
    상기 푸쉬버튼에 대해 수신 관계를 가지며, 푸쉬버튼의 조작에 응답하여 적어도 몇 가지 수학 연산을 수행하고, 이러한 연산 결과를 디스플레이 장치상에 디스플레이하는 마이크로프로세서를 더 포함하는 통신 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    비상 모드(emergency mode)를 나타내는 적어도 하나의 푸쉬버튼과,
    상기 푸쉬버튼에 응답하여 비상 모드가 표시된 후에 상기 후속 제 1 정보 신호를 수신한 경우 비상 모드를 실행하는 수단을 포함하며,
    상기 신호 생성 장치는 상기 비상 모드 실행 수단에 응답하여 상기 비상 모드가 실행될 때 비상 상태를 나타내는 데이터를 포함하는 제 2 정보 신호가 생성되도록 하는 통신 장치.
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