KR20070056816A - 무선주파수인식 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리더와 태그의 거리를 포함하는 통신 환경에 따라 다이나믹하게 발생되는 RF 신호를 정확하게 검출하기 위해 태그의 응답 신호의 임계치를 설정함으로써, 태그로부터 공급되는 식별 정보를 정확하게 판독할 수 있도록 한 무선 주파수 인식 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 RFID 시스템은, 기존의 수신 장치에 비해 리더와 태그 간의 거리 또는 기타 통신 환경에 따라 다이나믹하게 발생하는 태그의 RF 신호를 정확하게 검출하기 위해 태그의 응답 신호에 대응되는 임계치를 설정하는 임계치 설정부를 더 포함한 것이다.

RFID, 태그, 리더, USN, 유비쿼터스, 고주파방사, 무선전력전송

Description

무선주파수인식 시스템{RFID SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 구성도이다.

도 2는 도 1의 RFID 시스템의 기본적인 작용을 보여주는 구성도이다.

도 3은 도 1에 도시된 리더의 상세한 구성을 보인 도이다.

도 4는 본 발명에 따른 RFID 시스템의 구성을 보인 도이다.

도 5은 도 4에 도시된 임계치 설정부의 구성의 일 예를 상세하게 보인 도이다.

도 6은 도 4에 도시된 임계치 설정부의 구성의 다른 예를 상세하게 보인 도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

157 : 임계치 설정부

157a : 제어부

157b , 157d : 비교기

본 발명은 무선주파수를 이용하여 비접촉식으로 RFID 태그의 식별정보를 판독하거나 기록하는 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification) 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리더와 태그의 거리를 포함하는 환경 조건에 따라 다이나믹(dynamic)하게 발생하는 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해, 임계치를 정확하게 설정할 수 있도록 한 무선 주파수 인식 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification)은 최소형 IC 칩에 고유한 식별정보를 입력하고 무선주파수(RF)를 이용하여 이 칩이 부착된 물체나 동물 등을 인식·추적·관리할 수 있는 기술을 말한다. 이러한 RFID 시스템은 고유한 식별정보가 입력되고 물체나 동물 등에 부착되는 RFID 태그(Tag 또는 Transponder)와, 이 태그가 가지고 있는 식별정보를 비접촉식으로 읽거나 또는 쓰기 위한 리더(Reader 또는 Interrogator)로 이루어진다. 그리고 상기 리더에는 컴퓨터 등 정보처리장치가 연결되어 태그로부터 수집된 데이터를 처리한다.

도1은 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 도이다. 도시된 바와 같이, 태그(5)는 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그로서, 소형 반도체 IC 칩과 안테나로 이루어지고, 상기 IC 칩에는 RF회로, 로직 및 메모리가 내장되어 있다. 이러한 태그(5)는 다양한 크기와 형태를 갖는다. 그리고 리더(1)는 특정 주파수대역의 RF신호를 태그(5)로 전송하는 전송부와 태그(5)에서 보내주는 신호를 수신하는 수신부 및 이를 송수신하기 위한 안테나를 포함하여 구성된다.

도 2는 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 작용을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 리더(1)는 고주파 캐리어신호와 소정의 질문 신호를 포함하 는 소정 주파수대역의 RF신호를 전송한다. 상기 RF신호에 의해 형성되는 리더(1)의 전자기장 내에 태그(5)가 위치되면, 상기 태그(5)는 IC 칩을 동작시키는데 필요한 동작전원을 리더(1)의 고주파 캐리어신호로부터 공급 받는다. 즉, 리더(1)에서 전송되는 고주파 캐리어신호는 태그의 안테나에 교류를 발생시키고 발생된 교류는 정류된 후 IC 칩을 위한 전기에너지로 사용되는 것이다. 또한 상기 태그(5)는 수신된 RF신호를 변조하고 이를 근거로 태그(5)에 저장된 데이터를 반사 변조하여 응답신호로서 리더(1)로 전송한다. 이와 같이 종래의 RFID 시스템은 리더(1)와 태그(5) 사이에 정보전송은 물론 수동형 태그를 활성화 시키기 위한 전력전송이 함께 수행된다.

일반적으로 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그(Passive tag)는 인식거리가 1m이하로 짧기 때문에 저주파(125kHz, 12.56MHz)의 근거리용 RFID 시스템이 주로 사용되고 있다. 이들 근거리용 RFID 시스템은 리더의 다 권선 코일에 의하여 전원 및 신호를 송신하고 태그는 리더의 코일에 흐르는 교류 전류의 자계에 의한 자계결합(magnetic coupling) 방식에 의하여 전원 에너지 생성 및 신호를 수신한다. 따라서 수동형 태그를 사용하는 종래의 저주파 RFID 시스템은 태그의 인식거리가 짧기 때문에 출입관리 및 교통카드 등 한정된 목적으로 사용되었다.

한편, 읽기/쓰기가 가능하고 센서가 결합되어 이력관리 및 환경정보센싱이 가능하며 인식거리가 긴 능동형 태그(Active tag)는 전력 소모가 크기 때문에 자체적으로 배터리가 내장되어야 한다. 따라서 이러한 능동형 태그는 소형화가 어렵고 가격이 고가이며 전원 수명에 따라 사용 기간이 제한 받는 단점이 있다.

최근에는 UHF(860∼960MHz,2.4GHz) 대역에서 전자기파와 반사 변조(Backscattered Modulation) 방식을 이용한 수동형 RFID 기술의 표준화가 진행되고 있다. 이에 따라 수동형 태그(Passive tag)의 인식거리가 5m 이상 늘어날 것으로 전망된다. 또한 이론적으로 리더의 송신출력을 크게 하고 태그의 안테나를 크게 하면 태그와 리더 간의 통신거리는 더욱 늘릴 수 있다.

더욱이 앞으로는 RFID는 태그가, 리더의 요구에 따라 단순히 식별(ID)정보만을 전달하는 수동형에서 센싱 기능이 추가되어 주변의 환경정보(온도, 습도, 오염정보, 균열정보 등)까지 스스로 탐지(Sensor)하여 능동적으로 네트워크에 전달하는 유비쿼터스센서(u센서)로 발전할 것으로 전망된다. 또한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN;Ubiquitous Sensor Network)는 길거리의 전신주나 보도, 빌딩의 벽이나 바닥 등 사물뿐만 아니라 동물이나 사람에게 초소형 태그를 부착하고(Ubiquitous), 곳곳에 설치된 무선리더나 사용자가 휴대하고 있는 이동형 무선리더를 이용하여 정보를 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 네트워크(Network)로 전달하는 것이다.

따라서 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 구축하기 위해서는 선행적으로 저가격, 고기능, 초고형인 태그의 개발이 요구된다. 이러한 USN에 적합한 태그(u센서)는 어느 곳이나 설치할 수 있을 정도로 저가인 동시에 소형이며, 센싱기능이 결합되고 많은 양의 정보를 처리할 수 있어야 하므로 고기능화 되어야 하고 인식거리가 충분히 길어야 한다.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 RFID 시스템에 적용될 수 있는 리더(10)의 구조를 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 시스템의 리더(1)는, 디지털 처리부(14)의 데이터가 변조된 변조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 소정의 반송파와 혼합하는 제1 주파수 합성부(13)와, 상기 제1 주파수 합성부(13)의 출력 신호를 소정 레벨로 증폭한 후 커플러(16) 및 RF 용 안테나(17)를 통해 태그(50)로 전송하는 송신부(15)를 포함하는 순방향 신호 처리부(10)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 상기 리더(1)는 상기 RF용 안테나(17) 및 커플러(16)를 통해 수신된 태그(50)의 응답 신호를 소정 레벨로 증폭한 후 게인을 조정하는 수신부(31)와, 상기 송신부(15)를 통해 태그(50)로 공급되는 주파수와 동일한 주파수 채널을 통해 상기 태그(50)의 응답 신호를 수신하기 위해 소정 주파수를 발진하여 상기 수신부(31)의 출력 신호를 혼합하여 복조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 디지털 처리부(14)로 공급하는 제2 주파수 합성부(33)를 포함하는 역방향 신호 처리부(30)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 질문신호를 포함하는 RF신호(f1)는 고주파 안테나(17)를 통해 태그(50)의 수신 및 송신된다.

상기 수신기(31)를 통해 수신된 RF 신호는 제2 주파수 합성부(33)에 의해 상기 송신부(15)를 통해 전송된 주파수 채널과 코허런트(coherent)한 주파수 채널을 통해 복조하여 I 신호와 Q 신호를 출력한다.

이러한 기존의 RFID 시스템에 있어 상기 리더와 태그 간의 거리를 포함하는 통신 환경에 따라 태그로부터 공급되는 RF 신호의 크기는 다이나믹하게 움직이며, 이때 실제 RF 신호의 다이나믹하게 움직이는 피크치 및 잡음으로 인해 수신된 태그 의 RF 신호를 해석하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 수신된 태그의 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해 응답 신호에 대응되는 임계치를 정확하게 설정하는 장치가 별도로 필요하였다.

본 발명은 이러한 종래 기술에 따른 RFID 시스템이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 리더와 태그 간의 거리를 포함하는 외부 환경 조건에 따라 다이나믹하게 발생하는 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해 파라미터 스위프를 통해 임계치를 설정하여 RFID 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 무선주파수인식 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무선주파수인식 시스템은,

리더의 주파수 채널과 동일한 주파수 채널을 통해 수신된 상기 태그의 응답신호를 검출한 후 복조된 복조 신호를 처리하는 디지털 처리부를 가지는 무선주파수인식(RFID) 시스템에 있어서,

태그로부터 공급되는 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해 응답 신호에 대응되는 임계치를 설정하는 임계치 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 임계치 설정부는,

상기 태그의 응답 신호를 제공받아 파라미터 스위프를 통해 임계치를 설정하고 설정된 임계치를 기초로 태그의 응답 신호를 출력하도록 구비되는 것을 특징으 로 한다.

또한, 상기 임계치 설정부는,

다수의 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생부와,

상기 기준 전압 발생부의 각각의 기준 전압과 수신된 태그의 응답 신호를 수신하여 상기 기준 전압을 가지는 태그의 응답 신호를 출력하는 다수의 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 태그의 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해 수신된 응답 신호에 대응되는 임계치를 설정하고 설정된 임계치를 가지는 태그의 응답 신호를 출력함으로써, RFID 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

(실시예)

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 무선주파수인식 시스템의 바람직한 실시 예를 설명한다.

먼저, 도 4는 본 발명에 따른 RFID 시스템의 일 실시 예를 보여주는 구성도이다. RF신호를 송수신하는 리더와, 상기 리더가 송신하는 특정 주파수대역의 RF신호(f1)를 이용하여 반사 변조(Backscatterd Modulation) 방식으로 자신이 가지고 있는 정보를 상기 리더로 전송하는 태그를 가지는 RFID 시스템에 있어, 이에 도시된 바와 같이 상기 리더(100)는 수신 또는 송신되는 신호를 처리하는 디지털 처리부(110)와, 상기 디지털 처리부의 변조 신호를 RF 용 안테나(ANT)를 통해 태그(200)로 공급하는 순방향 신호 처리부(130)와, 상기 태그(200)로부터 공급되는 RF 신호를 수신하여 상기 디지털 처리부(110)로 공급하는 역방향 신호 처리부(150)를 포함한다. 여기서, 상기 디지털 처리부(110)는 통상적인 디지털 신호 프로세서(DSP). 마이크로프로세서, 또는 디지털 신호 처리 전용 하드웨어 중 적어도 하나 이상으로 구비된다.

여기서, 순방향 신호 처리부(130)는 종래의 구성과 동일 또는 유사한 것으로서, 상기 디지털 처리부(110)의 데이터를 변조한 변조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 통신 가능한 채널의 주파수와 혼합하는 제1 주파수 합성부(132)와, 상기 제1 주파수 합성부(132)의 출력 신호를 소정 레벨로 증폭시켜 RF 안테나(ANT)를 통해 태그로 공급하는 송신부(133)와, 신호의 송수신을 선택하는 커플러(135)를 더 포함한다.

또한, 상기 역방향 신호 처리부(150)는, RF 용 안테나(ANT)를 통해 수신된 태그(200)의 응답 신호(f1)를 수신하여 소정 레벨로 증폭시키는 수신부(151)와, 상기 제1 주파수 합성부(131)의 출력 주파수와 동일한 주파수 채널을 통해 수신된 상기 태그(200)의 RF 신호를 복조하여 복조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 출력하는 제2 주파수 합성부(153)과, 상기 제2 주파수 합성부(153)의 출력 신호를 파라미터 스위프(parameter sweep)를 실행하여 임계치를 설정하고, 이 설정된 임계치를 기초로 태그의 응답 신호를 출력하는 임계치 설정부(157)를 포함하여 구성되어 있다. 본 발명에 따른 RFID 시스템은, 기존의 수신 장치에 비해 리더와 태그 간의 거리 또는 기타 통신 환경에 따라 다이나믹하게 발생하는 태그의 RF 신호를 정확하게 검출하기 위해 태그의 응답 신호에 대응되는 임계치를 찾는 임계치 설정부를 더 포함한 것이다.

도 5는 도 4에 도시된 임계치 설정부(157)의 구성을 상세하게 보인 도면으로서, 이를 참조하면, 상기 임계치 설정부(157)는, 파라미터 스위프를 실행하기 위한 프로그램을 포함한 제어부(157a)와, 설정된 임계치를 기초로 태그의 응답 신호를 출력하는 비교기(157b)로 구비된다.

이때 상기 제어부(157a)는 일정 범위의 전압을 소정 간격으로 소정 수의 스텝을 설정한 후 설정된 각 스텝의 전압에 대하여 파라미터 스위프를 실행하는 프로그램과 AD convert 혹은 여러 개의 기준 전압과 스위치 블록을 포함하고 있으며, 이러한 파라미터 스위프를 통해 설정된 임계치를 가지는 상기 태그의 응답 신호는 상기 비교기(157b)를 통해 출력된다.

본 발명에 따라 상기 리더(100)의 디지털 처리부(110)의 I 신호 및 Q 신호는 제1 주파수 합성부(132)에 공급된다.

이어 상기 제1 주파수 합성부(132)는 소정의 정보(질문신호)를 보내기 위해 사용주파수의 캐리어 신호를 발생하고, 발생된 사용 주파수와 변조 신호가 혼합된 후 상기 송신부(133)로 전송되며, 상기 리더(10)의 질문신호는 상기 송신부(133)에 의해 소정 레벨로 증폭된 후 커플러(135)와 RF 안테나(ANT)를 통해 태그(200)로 전송된다.

상기의 과정은 통상적인 리더의 질문 신호를 태그로 전송하는 과정과 동일하므로 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 태그(200)의 응답 신호(f1)는 RF 안테나(ANT)와 커플러(135)를 통해 역방향 신호 처리부(150)의 수신부(151)에 전송되고, 수신부(151)는 밴드패스 필터, 저잡음 증폭기, 및 자동이득제어기를 통해 미리 설정된 소정 레벨로 상기 태그(200)의 응답 신호를 증폭하며, 상기 증폭된 태그(200)의 RF 신호는 상기 제2 주파수 합성부(153)에 의거하여 상기 제2 주파수 합성부(153)의 출력 주파수 채널과 동일한 주파수 채널을 통해 출력된다. 이때 상기 제2 주파수 합성부(153)는 복조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 출력한다. 상기 제2 주파수 합성부(153)의 복조 신호(I 신호 및 Q 신호)는 임계치 설정부(157)에 공급되고, 상기 임계치 설정부(157)는 상기 제2 주파수 합성부(153)로부터 공급된 태그의 응답 신호를 검출하고, 이 검출된 응답 신호를 디지털 처리부(110)로 공급한다.

즉, 상기 제2 주파수 합성부(153)의 출력 신호를 수신한 임계치 설정부(157)의 제어부(157a)는 상기 파리미터 스위프를 통해 임계치를 설정하고, 이 제어부(157a)의 임계치는 기준 레벨로 반전 단자로 입력되고, 상기 제2 주파수 합성부(153)의 출력 신호가 비반전 단자로 입력되는 비교기(157b)는 상기 임계치를 가지는 복조 신호를 출력하고, 상기 비교기(157b)의 출력 신호는 디지털 처리부(110)에 공급된다.

상기 디지털 처리부(110)는 리더와 태그 간의 거리에 따라 다이나믹하게 발생하는 응답 신호를 처리한 후 해당 신호의 프레임 위반 여부와 CRC 값을 계산하고 그 값이 각각 유효한 정보인지를 판단한다. 이 때 임계치가 적절한 경우에는 유효한 정보가 되고, 적절하지 않은 경우에는 프레임 위반이나 CRC 오류가 발생하므로 무시된다. 상기 디지털 처리부(110)는 수집된 정보를 도시 되지 않는 네트워크를 통해서 컴퓨터나 호스트 서버로 제공한다.

이 후의 과정은 앞서 설명한 바와 동일하므로 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 도 4에 도시된 임계치 설정부(157)의 구성의 다른 예를 보인 도이다. 이를 참조하면, 상기 임계치 설정부(157)는 상기 제2 주파수 합성부(153)의 출력측에 접속되어 다수의 저항(R1-Rn)에 의해 발생된 다수의 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생부와, 상기 기준 전압 발생부의 기준 전압과 상기 태그의 복조 신호를 수신하여 상기 각각의 기준 전압을 가지는 복조 신호를 출력하는 다수의 비교기(157d)를 포함한다. 여기서, 상기 다수의 기준 전압의 수와 다수의 비교기의 수가 일치하도록 구비된다.

우선, 상기 저항(R1)(R2)의 저항치에 의해 분배된 제1 기준 전압과 상기 저항(R3)(R4)의 저항치에 의해 분배된 제2 기준 전압, 등 각각의 기준 전압들을 다수의 비교기(157d)에 각각 공급하고, 상기 태그의 복조 신호를 수신한 각각의 비교기는 상기 각각의 기준 전압을 가지는 복조 신호를 출력하고, 이 복조 신호는 디지털 처리부(110)로 공급된다.

상기 디지털 처리부(110)는 수신된 복조 신호를 처리한 후 각각의 복조 신호에 대하여 해당 신호의 프레임 위반 여부와 CRC 값을 계산하고 그 값이 각각 유효한 정보인지를 판단한다. 이 때 임계치가 적절한 경우에는 유효한 정보가 되고, 적절하지 않은 경우에는 프레임 위반이나 CRC 오류가 발생하게 되므로 무시된다. 상기 디지털 처리부(110)는 수집된 정보를 도시 되지 않는 네트워크를 통해서 컴퓨터 나 호스트 서버로 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선주파수인식 시스템은, 리더와 태그 간의 거리를 포함하는 외부 환경 조건에 따라 다이나믹하게 발생하는 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해 수신된 응답 신호의 임계치를 설정하고 설정된 임계치를 기초로 수신된 응답 신호를 출력함으로써, 다이나믹하게 수신되는 응답 신호를 정확하게 검출하여 RFID 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 리더의 주파수 채널과 동일한 주파수 채널을 통해 수신된 상기 태그의 응답신호를 검출한 후 복조된 복조 신호를 처리하는 디지털 처리부를 가지는 무선주파수인식(RFID) 시스템에 있어서,

   태그로부터 공급되는 응답 신호를 정확하게 검출하기 위해 응답 신호에 대응되는 임계치를 설정한 후 설정된 임계치를 기초로 상기 태그의 응답 신호를 검출하는 임계치 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수인식 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 임계치 설정부는,

   상기 태그의 응답 신호를 제공받아 파라미터 스위프를 통해 임계치를 설정하고 설정된 임계치를 기초로 태그의 응답 신호를 출력하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선주파수인식 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 임계치 설정부는,

   다수의 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생부와,

   상기 기준 전압 발생부의 각각의 기준 전압과 수신된 태그의 응답 신호를 수신하여 상기 기준 전압을 가지는 태그의 응답 신호를 출력하는 다수의 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수인식 시스템.

Images