KR20070093684A - Ｒｆｉｄ 전파측정 시스템 - Google Patents

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KR20070093684A
KR20070093684A KR1020060023844A KR20060023844A KR20070093684A KR 20070093684 A KR20070093684 A KR 20070093684A KR 1020060023844 A KR1020060023844 A KR 1020060023844A KR 20060023844 A KR20060023844 A KR 20060023844A KR 20070093684 A KR20070093684 A KR 20070093684A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 RFID 리더 또는 RFID 태그가 송/수신하는 신호를 감지하여 신호의 여러 상태를 측정하는 RFID 전파측정 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템은 RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 차별적으로 기준주파수신호를 제공하는 위상동기회로부, 상기 기준주파수에 따라 출력된 신호를 믹싱하는 믹서부 및 상기 믹싱된 신호를 커플링시키는 커플러부를 포함하는 신호출력단; 및 상기 커플링된 신호를 처리하는 RF처리부 및 상기 RF처리된 신호를 DC성분의 신호로 변환하고 상기 DC성분의 전력 레벨 수치를 출력시키는 복조부를 포함하는 신호측정단을 포함한다.
본 발명에 의하면, RFID 주파수 대역, 통신 규격(프로토콜)에 따라 구분되는 송수신 신호를 단일화된 측정 시스템을 통하여 측정할 수 있으므로, 측정 비용, 장비에 대한 숙련도, 노력, 시간 등의 요소를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＲＦＩＤ 전파측정 시스템{Signal measurment system of Radio Frequency IDentification}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 신호출력단을 이루는 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 위상동기회로의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 신호측정단을 이루는 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템에 구비되는 복조부의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 복조부에 구비되는 제1로그 앰프의 내부 구성을 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 변조 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 잡음 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 왜곡 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 전력 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템으로부터 출력된 신호와 동일한 조건에 의하여 실행된 시뮬레이션 그래프를 예시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: 신호출력단 130: Tx 위상동기회로
131: VCO 132: 제1 위상동기회로
133: 제2 위상동기회로 134: 제3 위상동기회로
136: 제1스위치 175: 제1커플러
180: 제2커플러 200: 신호측정단
300: 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템
310: 제4스위치 315: 제1필터
320: 제2필터 325: 제3필터
330: 저잡음증폭기 335: 발룬회로
340, 350: 제1,2 믹서 355, 360: 제1,2 저대역통과필터
365, 370: 제3,4 BA 375, 380: 제2,3 로그앰프
본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification) 리더 또는 RFID 태그가 송/수신하는 신호를 감지하여 신호의 여러 상태를 측정하는 RFID 전파측정 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 기술의 차세대 기술로서 RFID 기술을 들 수 있으며, 그 중에서 상거래에 도입된 RFID 기술이 대표적이다.
일반적으로, 상거래형 RFID 시스템은 상품에 부착되어 세부정보가 내장된 전자태그, 상기 전자태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 RFID리더로 이루어지며, 상품에 부착된 전자태그는 RFID리더가 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, 종래 RFID 리더(또는 태그)의 경우, 포락선 검파를 통한 ASK(Amplitude Shift keying) 변조(modulation) 방식을 이용하여 구현되는 것이 일반적인데, 이러한 변조 방식의 종류에 따라 태그(Tag)로의 에너지 공급 구조가 다양하게 구현될 수 있으며, RFID 리더의 송수신단 구조 역시 다양하게 구현가능한 것으로서, 다양한 구조적 특성 차이를 보인다.
종래에는 각 변조 방식에 이용가능한 포락선 검파 규격이 정립되지 않아 시스템별로 상이한 제어 구조를 가졌으며, 변조 방식의 종류 및 변조 제어 기준의 차이로 인하여 일정한 수준 이상의 기능을 제공하는 규격화된 RFID 리더를 구현하는데 어려움이 있었다.
특히, RFID 리더는 고속으로 이동하는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하게 일어나는 점, 송수신 시 동일한 주파수 대역을 사용하므로 RF단이 베이스밴드단에 의존하게 되는 점, 변조시 I/Q 신호의 분리 및 합성 방식에 따라 위상 반전과 같은 신호 왜곡, 인식 거리, 에러율 등이 차별적으로 일어날 수 있는 점 등의 요인으로 인하여 RFID 시스템을 설치하고 운용하는데 있어서, 각 장비들의 송수신 전파 신호를 측정하여 상태를 파악해야 할 필요성이 있다.
종래에는 일반적으로 고주파 통신 시스템에 통용될 수 있는 측정 장비를 이용하였으나, 종래 측정 장비는 RFID 시스템과 같은 특정 통신 시스템을 위한 장비가 아니므로 사용이 번거롭고 측정할 수 있는 항목에 한계가 있었다.
따라서, 정확한 전파 측정 및 해석이 불가능하였으므로 RFID 시스템을 효율적으로 배치하고 운용하는데 어려움이 많았다.
또한, RFID 통신은 ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C, EPC(Electronic Product Code) Generation-0, EPC Generation-1, EPC Generation-2 등의 UHF RFID Protocol에 따라서 서로 상이한 주파수 대역 및 신호 체계를 가질 수 있으며, 특히 국가별로 할당된 주파수 대역, 예를 들어 800 MHz(유럽형 RFID), 900 MHz(미국&한국형 RFID), 2.4 GHz(기타 지역 RFID) 등에 따라 전파 측정이 개별 적으로 수행되어 한다.
이렇게 RFID 주파수 대역, 통신 규격에 따라 전파 측정 장비를 다양하게 구비하고 전파 측정을 수행하는 것은 측정 비용, 장비에 대한 숙련도, 노력, 시간 등의 요소를 많이 소요하게 하므로, 이에 단일화된 측정 장비의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 RFID 리더 또는 태그로부터 수신되는 신호를, 구현이 용이한 회로 구성을 통하여 효율적으로 감지하고 해석할 수 있도록 하며, 원래의 시스템에 회로적 영향을 주지않고 송신단에 간편하게 연결하여 RFID 리더 또는 태그로부터 송신되는 신호를 전달받고, 이를 왜곡되지 않은 신호로서 해석될 수 있도록 신호처리하는 RFID 전파측정 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 RFID 통신 프로토콜의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 송수신신호 주파수 대역을 선택함으로써 하나의 측정 시스템으로 다양한 주파수 대역의 신호에 대한 전파를 측정할 수 있도록 하는 RFID 전파측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템은 RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 차별적으로 기준주파수신호를 제공하는 위상동기회로부, 상기 기준주파수에 따라 출력된 신호를 믹싱하는 믹서부 및 상기 믹싱된 신호를 커플링시키는 커플러부를 포함하는 신호출력단; 및 상기 커플링된 신호를 처리하는 RF처 리부 및 상기 RF처리된 신호를 DC성분의 신호로 변환하고 상기 DC성분의 전력 레벨 수치를 출력시키는 복조부를 포함하는 신호측정단을 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템의 상기 위상동기회로부 및 상기 믹서부는 상기 차별화되는 기준주파수신호의 종류에 따라 다수개로 구비되고, 상기 커플러부는 상기 믹싱된 신호 중 진행파 신호를 커플링시키는 제1커플러; 및 상기 믹싱된 신호 중 반사파 신호를 커플링시키는 제2커플러로 구비된다.
또한, 본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템의 상기 RF처리부는 상기 커플링된 진행파 신호를 처리하는 제1RF처리부 및 상기 커플링된 반사파 신호를 처리하는 제2RF처리부로 구비된다.
또한, 본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템은, 입력단이 상기 RF처리부와 연결되고, 출력단이 상기 복조부와 연결되는 스위치부가 더 구비되고, 상기 믹서부 및 상기 커플러부 사이에 연결되는 스위치가 더 구비된다.
본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템은 RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 상이한 수신신호를 분리하여 전달하는 제1신호분리기; 상기 제1신호분리기로부터 전달된 신호를 I(In-phase)신호 및 Q(Quadrature-phase)신호로 분리하는 제2신호분리기; 상기 I신호와 Q신호를 각각 중간주파수신호로 변환하는 제1믹서와 제2믹서; 상기 변환된 I신호와 Q신호를 각각 DC성분의 신호로 변환하는 제1DC변환기와 제2DC변환기; 및 상기 DC성분 I신호와 DC성분 Q신호를 필터링하는 제1필터와 제2필터를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템의 상기 제1신호분리기는 상기 수신신호를 RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 필터링하는 다수개의 필터; 및 상기 필터에 선택적으로 신호를 전달하는 스위치를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 RFID 전파측정 시스템의 상기 필터는 800MHz 주파수 대역의 신호를 필터링하는 제1필터; 900MHz 주파수 대역의 신호를 필터링하는 제2필터; 및 2.4GHz 주파수 대역의 신호를 필터링하는 제3필터를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 RFID 전파측정 시스템에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템은 송신신호에 대한 측정 시스템이고, 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템은 수신신호에 대한 측정 시스템이다.
그리고, 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템은 각각 독립적인 측정장치로 이용되거나 함께 세트를 이루는 측정장치로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(이하에서, "제1실시예에 따른 전파측정 시스템"이라 한다)의 신호출력단(100)을 이루는 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 전파측정 시스템은 크게 신호출력단(100)과 신호측정단(200)으로 구분되는데, 도 1에 의하면, 상기 신호출력단(100)은 안테나(105), 제1커플러(Coupler)(175), 제2커플러(180), 전력증폭기(PA; Power Amplifier)(110), 쏘우(Saw)필터(115), 신호합성기(120), 제1믹서(Mixer)(125), 제2믹서(135), 송신단 위상동기회로(Tx PLL; Phase Locked Loop)(130), 제 1IF(Intermediate Frequency)필터(140), 제2IF필터(145), 제1중간주파증폭기(BA; Baseband Amplifier)(150), 제2중간주파증폭기(155), 제1DA(Digital to Analog converter)(160), 제2DA(165) 및 제1제어부(170)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1제어부(170)는 전파 측정용 통신 데이터를 생성하는데, 태그를 수신처로 하는 통신 데이터(가령, 정보요청신호)를 주기적으로 송출한다.
상기 제1제어부(170)가 정보요청신호와 같은 디지털 신호를 처리하면, 디지털 신호 상태인 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호는 제1DA(160)와 제2DA(165)를 통하여 각각 아날로그 신호로 변환되고, 제1중간주파증폭기(150)와 제2중간주파증폭기(155)를 통하여 소정 크기의 중간주파수 신호로 증폭된다.
상기 제1IF필터(140)와 제2IF필터(145)는 각각 I신호와 Q신호를 필터링하며, 이때 아날로그 신호 변환 및 증폭 과정에서 인입된 잡음 성분의 신호가 필터링된다.
상기 제1믹서(125)와 제2믹서(135)는 송신단 위상동기회로(130)로부터 기준주파수신호를 제공받고, 상기 필터링된 I신호와 Q신호를 기준주파수신호와 믹싱하여 RF신호로 변환한다.
상기 신호합성기(120)는 RF신호로 변환된 I신호와 Q신호를 합하여 하나의 RF신호로 생성하고, RF 송신 신호는 쏘우필터(115), 전력증폭기(110) 및 안테나(105)를 통하여 송출된다.
이때, 상기 전력증폭기(110)와 안테나(105) 사이에는 제1커플러(175) 및 제2커플러(180)가 연결되고, 제1커플러(175) 및 제2커플러(180)는 송신신호를 커플링 시켜 신호측정단(200)으로 전달한다.
상기 제1커플러(175)와 제2커플러(180)로는 여러 종류의 결합기(Coupler)가 사용될 수 있으며, 예를 들어 래트 레이스(Rat-Race)형 결합기, 브랜치 라인(Branch-line)형 결합기 등이 사용될 수 있다.
브랜치 라인형 결합기의 경우 두 개의 전송 선로를 두개의 브랜치 라인으로 연결한 형태로서 직접 커플링(Direct coupling) 방식을 이용한 결합이고, 마이크로스트립 라인으로 구현될 수 있다.
브랜치 라인과 결합 영역의 전송 선로의 길이가 조정됨에 따라 상기 제1커플러(175)는 송신 신호 중 진행파 신호(Forward signal)를 커플링시키고, 제2커플러(180)는 송신 신호 중 반사파 신호(Reflected signal)를 커플링시키게 된다.
상기 신호측정단(200)에 대하여 설명하기 전에, 우선 송신단 위상동기회로(130)에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 위상동기회로(130)의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2에 의하면, 상기 송신단 위상동기회로(130)는 TCXO(Temperature Compensated X-tal Oscillator), 제1위상동기회로, 제2위상동기회로, 제3위상동기회로로 이루어지고, 세 개의 위상동기회로의 출력단은 제1스위치와 연결되며, 상기 제1스위치는 제1믹서(125) 및 제2믹서(135)와 연결되는 구조를 가진다.
일반적으로, RFID 통신 규격은 ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C, EPC(Electronic Product Code) Generation-0, EPC Generation-1, EPC Generation-2 등의 UHF RFID Protocol이 있으며, 국가별로 RFID 신호의 대역이 나뉘어져 있다.
또한, 통신 규격, 신호 대역과 아울러 DSB-ASK(Double SideBand-Amplitude Shift Keying), SSB-ASK(Single SideBand-Amplitude Shift Keying), PR-ASK(Phase Reversal-Amplitude Shift Keying) 등의 변조 규격도 모두 상이하다.
그러나, 본 발명의 제1실시예에 따른 전파측정 시스템은 도 2에 도시된 것처럼 제1스위치와 연결된 위상동기회로를 다양하게 구비함으로써 하나의 시스템으로도 통신 규격, 국가별 신호 대역 등에 따른 신호들을 모두 처리할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제1위상동기회로는 800MHz 주파수 대역의 송신신호를 믹싱하기 위한 제1기준주파수신호를 공급하고, 제2위상동기회로는 900MHz 주파수 대역의 송신신호를 믹싱하기 위한 제2기준주파수신호를 공급한다.
또한, 제3위상동기회로는 2.4GHz 주파수 대역의 송신신호를 믹싱하기 위한 제3기준주파수신호를 공급한다.
위상동기회로들은 TCXO(Temperature Compensated X-tal Oscillator)로부터 발진주파수를 제공받아 각자 해당 대역의 기준주파수신호를 생성하는데, 분주기(devider), 주파수검출기(detector), 챠지펌프(Charge pump), 루프(Loop)필터, VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1스위치는 제어 전압을 인가받아 측정할 전파 신호에 해당되는 위상동기회로를 스위칭시키고, 제1믹서(125)와 제2믹서(135)는 해당 기준주파수신호를 입력받아 각각 RF I신호와 RF Q신호를 생성한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 신호측정단 (200)을 이루는 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도이다.
상기 제1전압분배회로(205)와 제2전압분배회로(210)는 커플링된 신호들의 전압을 일정한 비율로 조정하고, 제1대역통과필터(215)와 제2대역통과필터(220)는 각각 커플링된 진행파 신호와 반사파 신호를 필터링하여 다른 성분의 신호를 제거한다.
상기 제1격리기(225)는 제1대역통과필터(215)와 제2스위치(235) 사이에 연결되고, 제2격리기(230)는 제2대역통과필터(220)와 제3스위치(240) 사이에 연결되며, 신호의 전달 방향을 대역통과필터측으로부터 스위치부측으로 고정시킴으로써 스위치부측으로부터의 신호 유입을 억제시킨다.
즉, 상기 제1격리기(225)와 제2격리기(230)는 커플링된 진행파 신호와 반사파 신호는 통과시키고, 스위치, 복조부, 또는 복조부의 출력단자(a, b)에 연결되는 외부 전력측정장비(도시되지 않음)로부터 유입되는 불요파 성분의 신호는 대역통과필터측으로 통과시키지 않고 격리(접지)단으로 흐르게 하여 제거(termination)시킨다.
따라서, 제1격리기(225)와 제2격리기(230)는 수신신호의 유입으로 인하여 상기 RFID 송신장치에서 혼변조 현상이 발생되고, 통신 시스템의 선형성이 저하되어 통신변조성능이 떨어지는 것을 방지한다.
한편, 상기 제2스위치(235)와 제3스위치(240)는 온/오프용 제어전압을 인가받는 2개의 제어용 단자를 각각 구비하고, 제어전압의 종류에 따라 진행파 신호의 경로와 반사파 신호의 경로를 개방 또는 폐쇄시킨다.
상기 제2스위치(235)와 제3스위치(240)가 교대로 스위칭됨으로써 이들에 연결된 복조부(250)는 두개로 구비될 필요가 없으며, 진행파 신호와 반사파 신호의 전력을 모두 체크할 수 있게 된다.
상기 제2스위치(235)와 제3스위치(240)는 제어 논리 회로와 스위치 회로를 포함하며, 제어 논리 회로는 전원단(Vcc), 3개의 제어 전압단(vctrl1, vctrl2, vctrl3)을 구비한다.
상기 전원단은 스위치부의 전원이 입력되는 단자이고, 제어 전압단들은 스위칭 동작의 제어용 전압이 입력되는 단자이다.
상기 3개의 제어 전압단들을 통하여 제어 전압이 인가되고, 제어 논리 회로는 인가된 제어 전압의 조합(논리 연산)을 해석하여 디코딩 신호를 생성한다.
상기 스위치 회로는 제어 논리 회로로부터 디코딩 신호를 전달받고, 디코딩 신호에 따라 두 개의 신호 경로를 개폐시킨다. 따라서, 진행파 신호 경로와 반사파 신호 경로는 선택적으로 통전된다.
상기 복조부(250)는 제2스위치(235)와 제3스위치(240)를 통하여 선택적으로 전달된 진행파 신호 또는 반사파 신호를 DC성분의 신호로 변환하고 DC성분 신호의 전력 레벨 수치를 계산하여 출력시킨다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템에 구비되는 복조부(250)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도이다.
도 4에 의하면, 상기 복조부(250)는 제3대역통과필터(252), 제1로그앰프(254) 및 AD(Analog to Digital)컨버터(256)를 포함하여 이루어지는데, 상기 제3대 역통과필터(252)는 아날로그 상태인 송신신호를 디지털 신호(DC성분의 신호)로 변환함에 있어서 신호가 왜곡되는 것을 방지하기 위하여 피터링 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템의 복조부(250)에 구비되는 제1로그 앰프(254)의 내부 구성을 도시한 회로도이다.
상기 제1로그앰프(254)는 아날로그 상태인 송신신호를 직류전압신호로 출력하여 레벨을 감지하는 기능을 수행하는데, 송신신호를 직접 데시벨값에 비례한 직류전압신호로 출력시킴으로써 수신 가능한 전력 레벨의 신호 감도 범위를 확장시킬 수 있게 된다.
도 5에 의하면, 상기 제1로그앰프(254)는 다수개의 증폭기로 구성되는 증폭단(254a), 상기 증폭기와 연결되는 감지기들로 구성되는 감지회로단(254b), 감지회로단(254b)과 연결되는 오프셋 보상 회로(254c), 바이어스 회로(254d), 미러 회로(254e) 및 출력단증폭부(254f)로 이루어진다.
송신 신호가 일련의 캐스케이드 증폭단(일반적으로, 4~8개 캐스케이드 단으로 구비되고 각각의 단이 가지는 이득은 6dB ~ 12dB임)(254a)으로 입력되고, 감지회로단(254b)은 증폭단의 캐스케이드단 출력을 합산하여 입력 전력의 로그 값에 비례하는 DC 출력 전압을 생성한다.
이때, DC 출력 전압 결과치는 로그 형태의 전달 함수이며, 일반적으로 80dB의 동적(Dynamic) 동작 영역를 가지며, 약 -70 dBm 내지 10dBm의 RF 전력을 검출할 수 있다.
제1로그앰프(254)의 입력은 단일 종단 또는 차동 형태이며, 감지회로단 (254b)의 출력은 내장 OP 앰프 또는 트랜스컨덕턴스 증폭기 등으로 구비되는 출력단증폭부(254f)의 비반전 입력에 연결된다.
상기 복조부(250)는 진행파 신호 및 반사파 신호의 전력 레벨 수치를 각각 출력하는 2개의 출력 단자(a, b)를 구비하는데, 2개의 출력단자(a, b)는 전력 측정(계측) 장비와 연결됨으로써 숫자화한 전력수치를 확인할 수 있게 된다.
이때, 상기 AD컨버터(256)는 상기 전력 측정 장비가 처리할 수 있는 디지털 신호의 형태로 상기 제1로그앰프(254)가 변환한 직류전압신호를 변환한다.
상기 AD컨버터(256)는 SNR(Signal to Noise Ratio)을 최소화하기 위하여 정궤환 구조를 가지는 비교기로 구현되는데, RF신호의 진행 경로 상에서 각 구성단의 노이즈 영향을 충분히 낮게 하기 위하여, 히스트레리스 현상을 위한 정궤환 구조의 OP 앰프로 설계된다.
측정자는 전력측정장비로부터 확인한 전력 수치를 이용하여 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 수치를 계산할 수 있는데, 상기 VSWR 수치는 고주파 회로에서의 정합성을 판단하는 기준으로서 다음과 같은 수식을 통하여 계산된다.
Figure 112006018037391-PAT00001
이하에서, 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템에 대하여 설명 한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(이하에서, "제2실시예에 따른 전파측정 시스템"이라 한다)(300)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로구성도이다.
도 6에 의하면, 제2실시예에 따른 전파측정 시스템(300)은 안테나(305), 제4스위치(310), 제1필터(315), 제2필터(320), 제3필터(325), 저잡음증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)(330), 발룬회로(335), 수신단 위상동기회로(345), 제3믹서(340), 제4믹서(350), 제1저대역통과필터(LPF; Low Pass Filter)(355), 제2저대역통과필터(360), 제3중간주파증폭기(365), 제4중간주파증폭기(370), 제2로그앰프(375), 제3로그앰프(380), 제3저대역통과필터(385), 제4저대역통과필터(390), 제1커넥터(395) 및 제2커넥터(396)를 포함하여 이루어지며, 제1커넥터(395)와 제2커넥터(396)는 파형측정장비와 분리가능하게 결합될 수 있다.
상기 안테나(305)는 RFID 신호를 수신하고, 제4스위치(310)는 제어전압을 인가받아 스위칭 동작을 수행함으로써 수신된 신호를 3개의 필터(315, 320, 325) 중 어느 하나로 전달하는데, 상기 제4스위치(310)는 가령, SP3T(Single Pole Three Throw)와 같은 스위치 소자로 구비될 수 있다.
제1실시예에 마찬가지로, 제2실시예에 따른 전파측정 시스템도 이처럼, 스위치와 연결된 필터를 다양하게 구비함으로써 하나의 시스템으로도 통신 규격, 국가별 신호 대역 등에 따른 신호들을 모두 처리할 수 있다.
상기 필터(315, 320, 325)들은 쏘우필터로 구비되는데, 제1필터(315)는 800MHz 주파수 대역의 신호를 필터링하고, 제2필터(320)는 900MHz 주파수 대역의 신호를 필터링하며, 상기 제3필터(325)는 2.4GHz 주파수 대역의 신호를 필터링한다.
상기 저잡음증폭기(330)는 잡음 성분의 신호를 최대한 억제하여 수신 신호를 증폭시킨다. 보통, RF 수신단에서 수신된 전파의 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨을 갖으므로 상기 저잡음증폭기(330)는 수신 신호를 증폭시키는데, 수신 신호는 외부의 잡음을 포함하고 있으므로 잡음 성분을 최대한 억제하면서 수신 신호를 증폭하게 된다. 즉, 통신 시스템의 잡음 지수를 결정하는 중요한 부분은 시스템의 초반 블록의 잡음 지수값인데, 그 이유는 초반 블록이 잡음 지수가 작고 이득이 큰 경우 전체 잡음 지수가 가장 크게 개선되기 때문이다. 따라서, 저잡음증폭기(330)는 잡음 지수(Noise Figure)가 작은 값을 갖도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된다.
우선, 상기 발룬회로(335)는 저잡음증폭기(330)로부터 전달된 수신신호를 I신호 및 Q신호로 분리시킨다.
여기서, "발룬(Balun)"이란 "Balance-Unbalance"의 줄임말로서, Balanced Signal 을 Unbalanced Signal로(또는 그 역으로) 변환해주는 회로를 의미한다.
상기 발룬회로(335)는 출력단이 각각 제3믹서(340)와 제4믹서(350)로 연결되는데, 같은 전송 대역을 사용하는 I신호와 Q신호이 존재하는 경우 한측을 GND로 만들고 다른 측으로 신호를 몰아(일종의 신호 변환임) I신호 또는 Q신호를 분리시키게 된다.
상기 발룬회로(335)는 선로 조합, 럼프드 소자, 공진도파관 방식 등을 통하여 구현될 수 있다.
상기 제3믹서(340)와 제4믹서(350)는 발룬회로(335)와 연결되며, 제3믹서(340)는 소정의 위상차를 가지는 신호(가령, 코사인, 사인 신호; 기준주파수신호)를 수신단 위상동기회로(345)로부터 전달받아 이를 분리된 I신호에 곱산하여 I+신호 및 I-신호로 믹싱한다.
상기 제4믹서(350)는 제3믹서(340)와 동일한 방식으로 수신단 위상동기회로(345)로부터 기준주파수신호를 전달받아 이를 분리된 Q신호에 곱산하여 Q+신호 및 Q-신호로 믹싱한다.
또한, 상기 제3믹서(340)는 제1저대역통과필터(355)와 연결되고, 제4믹서(350)는 제2저대역통과필터(360)와 연결되는데, 제1저대역통과필터(355)는 제3믹서(340)에서 믹싱된 I+신호와 I-신호(이하, 설명상의 편의를 위하여, 경우에 따라 "I신호"로 통칭하기로 한다)를 주파수 필터링한다(참고로, 상기 제1저대역통과필터(355)는 2개로 구비될 수 있음).
상기 제2저대역통과필터(360)는 제4믹서(350)에서 분리된 Q+신호와 Q-신호(이하, 설명상의 편의를 위하여, 경우에 따라 "Q신호"로 통칭하기로 한다)를 주파수 필터링한다(참고로, 상기 제2저대역통과필터는 2개로 구비될 수 있음). 즉, 상기 2 개의 저대역통과필터(355, 360)는 각 신호의 전체 주파수 대역 중에서 소정 대역 이하의 주파수 신호만을 추출함으로써 신호 처리의 효율성을 높이게 된다.
상기 제3중간주파증폭기(365)와 제4중간주파증폭기(370)는 각각 I신호와 Q신호를 제2로그앰프(375) 및 제3로그앰프(380)가 처리할 수 있는 크기의 신호로 증폭시킨다.
그리고, 상기 제2로그앰프(375)와 제3로그앰프(380)는 각각 중간주파증폭된 I신호 및 Q신호를 직접 데시벨값에 비례한 직류전압신호로 출력한다.
상기 제3저대역통과필터(385)와 제4저대역통과필터(390)는 로그앰프 상에서의 신호 처리과정에서 혼재된 불요파 성분의 신호를 제거하고, 제1커넥터(395)와 제2커넥터(396)는 각각 파형측정장비로 I 직류전압신호 및 Q 직류전압신호를 송출한다.
상기 파형측정장비는 직류전압신호를 해석하고, 해석된 데이터를 아날로그신호로 변환하여 디스플레이하는 장치로서, 변조 수치, 잡음 수치, 왜곡 수치, 전력 수치 등을 해석할 수 있는 측정장비이며, 예를 들면, "스윕 제너레이터(Sweep Generator)"와 같은 장비가 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(300)으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 변조 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(300)으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 잡음 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면이다.
도 7을 보면, 수신 신호가 중간 주파수로 처리됨에 있어서의 변조 파형이 디 스플레이되어 있고, 도 8을 보면, 필터들이 제거하지 못하고 수신 신호 상에 남아있는 잡음성분의 신호가 수치 해석되어 디스플레이되어 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(300)으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 왜곡 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면이고, 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(300)으로부터 출력된 신호를 분석하여 얻어진 전력 수치의 디스플레이 화면을 예시한 도면이다.
도 9를 보면, 잡음 성분이나 반사파 성분 등 불요파 신호의 영향, 또는 필터회로, 증폭 회로 등 회로가 가지는 자체의 영향으로 인하여 수신 신호가 왜곡되는 정도가 파형으로 표시된 것을 볼 수 있고, 도 10을 보면, 수신 신호의 전력 레벨이 표시된 것을 볼 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 전파측정 시스템(300)으로부터 출력된 신호와 동일한 조건에 의하여 실행된 시뮬레이션 그래프를 예시한 도면이다.
도 10과 도 11에서, 점선으로 표시된 그래프는 884 MHz 대역의 수신신호의 전력수치를 측정한 것이고, 실선으로 표시된 그래프는 2.45 GHz 대역의 수신신호의 전력수치를 측정한 것이다.
도 10과 도 11을 비교하여 보면, 측정 그래프의 형태가 유사할 뿐만 아니라 프로그램에 의하여 시뮬레이션된 거리별 전력 수치와 본 발명에 의한 전파측정 시스템에 의하여 실제 측정된 거리별 전력 수치가 거의 동일하게 나타남을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시 일 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 전파측정 시스템에 의하면, 리더 혹은 태그로부터 송수신되는 신호를 가장 안정된 상태의 신호로 검출하고 해석할 수 있으므로, 변조 수치, 왜곡 수치, 잡음 수치, 전력 수치, VSWR 수치 등의 해석 결과에 기초하여 RFID 시스템을 가장 효율적으로 배치하고 운용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, RFID 주파수 대역, 통신 규격(프로토콜)에 따라 구분되는 송수신 신호를 단일화된 측정 시스템을 통하여 측정할 수 있으므로, 측정 비용, 장비에 대한 숙련도, 노력, 시간 등의 요소를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 차별적으로 기준주파수신호를 제공하는 위상동기회로부, 상기 기준주파수에 따라 출력된 신호를 믹싱하는 믹서부 및 상기 믹싱된 신호를 커플링시키는 커플러부를 포함하는 신호출력단; 및
    상기 커플링된 신호를 처리하는 RF처리부 및 상기 RF처리된 신호를 DC성분의 신호로 변환하고 상기 DC성분의 전력 레벨 수치를 출력시키는 복조부를 포함하는 신호측정단을 포함하는 RFID 전파측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상동기회로부는
    상기 차별화되는 기준주파수신호의 종류에 따라 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 믹서부는
    상기 차별화되는 기준주파수신호의 종류에 따라 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 커플러부는
    상기 믹싱된 신호 중 진행파 신호를 커플링시키는 제1커플러; 및
    상기 믹싱된 신호 중 반사파 신호를 커플링시키는 제2커플러로 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 RF처리부는
    상기 커플링된 진행파 신호를 처리하는 제1RF처리부 및 상기 커플링된 반사파 신호를 처리하는 제2RF처리부로 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    입력단이 상기 RF처리부와 연결되고, 출력단이 상기 복조부와 연결되는 스위치부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 믹서부 및 상기 커플러부 사이에 연결되는 스위치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 위상동기회로부는
    800MHz 주파수 대역의 신호를 믹싱하기 위한 제1기준주파수신호를 공급하는 제1위상동기회로;
    900MHz 주파수 대역의 신호를 믹싱하기 위한 제2기준주파수신호를 공급하는 제2위상동기회로; 및
    2.4GHz 주파수 대역의 신호를 믹싱하기 위한 제3기준주파수신호를 공급하는 제3위상동기회로로 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  9. RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 상이한 수신신호를 분리하여 전달하는 제1신호분리기;
    상기 제1신호분리기로부터 전달된 신호를 I(In-phase)신호 및 Q(Quadrature-phase)신호로 분리하는 제2신호분리기;
    상기 I신호와 Q신호를 각각 중간주파수신호로 변환하는 제1믹서와 제2믹서;
    상기 변환된 I신호와 Q신호를 각각 DC성분의 신호로 변환하는 제1DC변환기와 제2DC변환기; 및
    상기 DC성분 I신호와 DC성분 Q신호를 필터링하는 제1필터와 제2필터를 포함하는 RFID 전파측정 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 필터링된 DC성분 I신호와 DC성분 Q신호를 외부로 출력시키는 접속부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1신호분리기는
    상기 수신신호를 RFID 전파 규격의 종류 또는 국가별 할당 주파수에 따라 필 터링하는 다수개의 필터; 및
    상기 필터에 선택적으로 신호를 전달하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필터는
    800MHz 주파수 대역의 신호를 필터링하는 제1필터;
    900MHz 주파수 대역의 신호를 필터링하는 제2필터; 및
    2.4GHz 주파수 대역의 신호를 필터링하는 제3필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 DC변환기는
    로그 앰프(Log Amplifier)로 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 전파측정 시스템.
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