KR20070096239A

KR20070096239A - Ｒｆｉｄ 리더

Info

Publication number: KR20070096239A
Application number: KR1020060025732A
Authority: KR
Inventors: 김남윤
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-10-02

Abstract

본 발명은 RFID 리더의 변조 회로 설계에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 RFID 리더는 송신신호를 직교성분의 신호로 분리하는 스위치부; 상기 분리된 신호 중 어느 하나의 신호를 증폭시키는 증폭부; 상기 분리된 신호 중 다른 하나의 신호를 감쇄시키는 감쇄부; 및 PIE(Pulse-Interval Encoding) 포맷의 변조 지수(Modulation index)를 조정하여 상기 증폭부 및 상기 감쇄부를 제어하는 제어부를 포함한다. 또한, 상기 스위치부 및 상기 신호합성부는 DSB-ASK, SSB-ASK, PR-ASK 중 어느 하나의 변조 방식을 이용하여 상기 송신 신호를 분리하고 합성하며, 상기 PIE 포맷은 ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C, EPC(Electronic Product Code) Generation-0, EPC Generation-1, EPC Generation-2 등의 UHF RFID 프로토콜 중 어느 하나의 프로토콜에 따른 포맷이다.

본 발명에 의하면, PIE 포맷에 따라 RF신호의 위상 조정 및 선택을 규격화하여 처리할 수 있고, DSB-ASK, SSB-ASK, PR-ASK 등의 다양한 변조 방식을 이용하여 RF신호를 처리할 수 있게 된다. 또한, RFID 통신 프로토콜 규격에 따른 RF신호의 분리, 위상 조정, 신호 선택을 통하여 원하는 위상의 신호를 얻을 수 있고, 변조 지수, 특히 변조 깊이를 제어하여 태그에서 요구하는 전력을 손실없이 전달할 수 있으며, 안정적으로 태그와의 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＲＦＩＤ 리더{Radio Frequency IDentification reader}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더의 송신단측 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더에 적용가능한 DSB-ASK, SSB-ASK 또는 PR-ASK 방식에 의하여 변조된 RF신호의 포락선 형태를 예시한 그래프.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더의 베이스밴드부에서 처리되는 디지털신호 파형을 측정한 그래프.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더에 사용되는 PIE 포맷 및 기호를 도시한 데이터 구조도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더에 사용되는 EPC Generation-2 UHF RFID Protocol의 PR-ASK 변조 규격을 예시적으로 도시한 그래프.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더에 사용되는 PR-ASK 변조 규격의 RF신호 포락선 파라미터를 정의한 데이터 테이블.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: RFID 리더 110: 제어부

120: 베이스밴드부 130: 스위치부

140: 증폭기 150: 감쇄기

160: 신호합성부 170: 필터부

180: 안테나

본 발명은 RFID 리더에 관한 것으로서, RFID 리더의 변조 회로 설계에 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 리더의 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 있 으며, 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 규격화된 변조 방식에 기초한 RFID 리더의 설계는 중요한 측면으로 인식되고 있다.

본 발명은 태그가 필요로 하는 전력을 손실없이 전달할 수 있고, 규격화된 변조 제어 구조를 제공하며, 태그와 안정적으로 통신을 유지할 수 있는 RFID 리더를 제공한다.

본 발명에 의한 RFID 리더는 송신신호를 직교성분의 신호로 분리하는 스위치부; 상기 분리된 신호 중 어느 하나의 신호를 증폭시키는 증폭부; 상기 분리된 신호 중 다른 하나의 신호를 감쇄시키는 감쇄부; 및 PIE(Pulse-Interval Encoding) 포맷의 변조 지수(Modulation index)를 조정하여 상기 증폭부 및 상기 감쇄부를 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 RFID리더의 상기 제어부는 상기 증폭부가 상기 PIE 포맷의 최대 포락선 수치로 상기 어느 하나의 신호를 증폭시키도록 제어한다.

또한, 본 발명에 의한 RFID리더는, 상기 증폭부에서 증폭된 신호 및 상기 감쇄부에서 감쇄된 신호를 최종의 송신신호로 합성하는 신호합성부를 더 구비한다.

또한, 본 발명에 의한 RFID리더의 상기 스위치부 및 상기 신호합성부는 DSB-ASK(Double SideBand-Amplitude Shift Keying), SSB-ASK(Single SideBand-Amplitude Shift Keying), PR-ASK(Phase Reversal-Amplitude Shift Keying) 중 어느 하나의 변조 방식을 이용하여 상기 송신 신호를 분리하고 합성한다.

또한, 본 발명에 의한 RFID리더에서 이용되는 상기 PIE 포맷은 ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C, EPC(Electronic Product Code) Generation-0, EPC Generation-1, EPC Generation-2 등의 UHF RFID 프로토콜 중 어느 하나의 프로토콜에 따른 포맷이다.

또한, 본 발명에 의한 RFID리더에는 상기 신호합성부의 출력단에 대역통과필터 또는 저대역통과필터가 더 구비되고, 베이스밴드단에 위치되며, 상기 스위치부와 연결되는 합성기(Synthesiser)가 더 구비된다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 RFID리더에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)의 송신단측 구성 요소를 개 략적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)는 제어부(110), 베이스밴드부(120), 스위치부(130), 증폭기(140), 감쇄기(150), 신호합성부(160), 필터부(170) 및 안테나(180)를 포함하여 이루어진다.

우선, 상기 제어부(110)는 통신프로토콜을 구비하여 태그(도시되지 않음)와의 무선통신을 제어하고, 태그의 위치를 파악하기 위하여 주기적으로 정보요청신호를 송출한다.

또한, 제어부(110)는 태그로부터 수신되고 베이스밴드부(120)에서 복조된 태그식별정보의 코드를 분석하는데, 이때 데이터 포맷을 변환하고, 필요한 정보를 추출하기 위하여 필터링을 처리한다.

이러한 제어부(110)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)회로나 DSP(Digital Signal Processing)회로를 이용하여 구현될 수 있다.

상기 FPGA회로는 칩의 생산 공정을 벗어나 RFID 리더(100)의 기능을 구현하는 경우 필요에 따라 프로그래밍을 추가할 수 있는 게이트 배열 회로(논리 집적 회로)를 의미하며, 게이트 어레이와 PLD(Programmable Logic Devices)의 특성이 구현되어 있다.

이러한 FPGA회로는 게이트 어레이와 같이 다수의 I/O를 사용할 수 있고, 한 번에 프로그래밍이 가능하며, 게이트의 효용도를 95%까지 끌어올릴 수 있는 있는 등의 장점을 가지고 있다.

그리고, DSP회로는 아날로그 신호를 A/D(Analog/Digital)변환하여 얻어진 디 지털 데이터에 대수적인 연산을 처리하여 필터링이나 스펙트럼분석 등의 신호처리를 한다.

이와 같이, DSP회로는 고속 연산성과 컴팩트화를 추구한 전용 프로세서이며, DSP회로를 사용하면 소프트웨어만을 교체함으로써 시스템을 업그레이드 할 수 있는 장점이 있다.

상기 베이스밴드부(120)는 제어부(110)에서 처리된 기저대역신호를 분리/증폭하고, 필터링하여 DAC(Digital to Analog Converting) 처리함으로써 RF 신호로 변환한다.

상기 베이스밴드부(120)는 합성기(Synthesiser)(122), TCXO(Temperature Compensated Crystal Ocxillator), 필터, 앰프, DA컨버터 등을 포함하는데, 상기 합성기(122)는 기준주파수신호와 합성된 RF신호를 스위치부(130)로 출력한다.

그리고, 상기 스위치부(130)는 RF 신호를 직교 성분의 두 신호(이하에서, "직교성분신호"라 한다)로 분리하는데, 직교성분신호의 크기는 위상 함수로 표현된다.

상기 RF 신호는, 가령 I(In-phase) 신호 및 Q(Quadrature-phase) 신호와 같은 직교성분신호로 분리될 수 있다.

상기 증폭기(140)는 스위치부(130)에서 분리된 직교성분신호 중에서 어느 하나의 신호를 증폭시키고, 상기 감쇄기(150)는 직교성분신호 중에서 다른 하나의 신호를 감쇄시킨다.

이때, 상기 제어부(110)는 PIE(Pulse-Interval Encoding) 포맷의 변조 지수 (Modulation index)를 조정하여 상기 증폭기(140)와 감쇄기(150)의 동작을 제어하는데, 변조 지수란 변조된 신호에 의하여 주파수, 위상폭, 위상크기 등의 수치가 변화하는 정도를 나타낸다.

가령, 위상 변조파에서는 최대 위상 편이(라디안으로 표시)를 의미하고, 주파수 변조파에서는 최대 주파수 편이(偏移)를 변조 신호 주파수로 나눈값을 의미한다.

상기 제어부(110), 증폭기(140), 감쇄기(150)의 기능에 대해서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

이러한 과정을 통하여 하나의 송신신호가 I 신호 및 Q 신호로 분리되고, PIE 포맷의 변조 지수에 따라 각각 증폭되거나 감쇄되면, I 신호와 Q 신호는 신호합성부(160)를 거치면서 하나의 신호로 합성되는데, 최종적으로 원하는 위상, 변조 깊이(Modulation depth)를 가지는 RF 송신신호가 생성되는 것이다.

상기 필터부(170)는 대역통과필터(BPF; Band Pass Filter)로 구비되는 것이 바람직하며, 스위치부(130), 증폭기(140), 감쇄기(150), 신호합성부(160)를 거치면서 RF신호에 인입된 불요파 성분의 신호를 필터링하여 제거한다.

필터링된 신호는 안테나(180)를 통하여 태그로 송출된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)에 적용가능한 DSB-ASK, SSB-ASK 또는 PR-ASK 방식에 의하여 변조된 RF신호의 포락선 형태를 예시한 그래프이다.

전술한 대로, 상기 제어부(110)는 제어신호를 송출하여 증폭기(140)와 감쇄 기(150)를 제어하는데, 증폭기(140)는 PIE 포맷의 최대 포락선 수치를 기준으로 하여 신호를 증폭시킨다.

상기 PIE 포맷은 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 따른 포맷이 적용될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 EPC Generation-2 UHF RFID Protocol에 따른 PIE 포맷이 사용되는 것으로 한다.

이러한 변조 규격을 적용함에 따라 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)는 DSB-ASK(Double SideBand-Amplitude Shift Keying), SSB-ASK(Single SideBand-Amplitude Shift Keying), PR-ASK(Phase Reversal-Amplitude Shift Keying) 등의 변조 방식을 모두 적용할 수 있게 되는데, 도 2의 (a) 도면은 DSB-ASK 또는 SSB-ASK 변조 방식의 경우 검파되는 RF신호의 포락선 형태(A)를 예시한 그래프이다.

도 2의 (a)에서, 표시 부호 "B"와 표시 부호 "C"는 RF 신호의 변조도(Modulation Index) 영역을 의미한다.

또한, 도 2의 (b) 도면은 PR-ASK 변조 방식의 경우 검파되는 RF 신호의 포락선 형태를 예시한 그래프로서, 표시 부호 "D"와 표시 부호 "F"는 직교성분신호로 분리된 RF신호의 영역을 의미한다.

그리고, 표시 부호 "E"는 직교성분신호가 위상 천이되는 구간을 의미하고, 표시 부호 "G"는 포락선의 최대 전계 크기를 의미하며, 표시 부호 "H"는 포락선의 상승 및 하강이 일어나는 사이의 구간을 의미한다.

여기서, 변조 깊이는 도 2의 (a)의 경우, "(B-C)/B"로 계산되고, 도 2의 (b) 의 경우, "(G-H)/G"로 계산된다.

상기 감쇄기(150)는 포락선의 움푹한 영역을 기준으로 감쇄 수치가 결정된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)의 베이스밴드부(120)에서 처리되는 디지털신호 파형을 측정한 그래프이다.

도 3과 도 2를 비교하면, 변조 깊이가 조정되어 디지털 신호의 형태가 손상되지 않은채 RF신호의 포락선(도 2의 (a)와 도 3에서, "1", "2", "3", "4"로 표기된 부분 참조)으로 구현됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)에 사용되는 PIE 포맷 및 기호를 도시한 데이터 구조도이다.

도 4를 참조하면, "Tari"라는 기호가 표시되어 있는데, "Tari"는 리더(100)로부터 태그로 송출되는 신호의 기준 주기(Reference time interval)를 의미하며, 6.25μs 내지 25μs의 수치를 가진다.

또한, 기호 "PW"는 직교성분신호의 선택 구간이 가지는 펄스폭(Pulse Width)을 의미하며, 상기 펄스폭은 RF 변조신호 펄스의 50％ 내외 지점에 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 감쇄기(150)의 동작 기준은 최소한 상기 펄스폭 영역에서 이루어져야 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)에 사용되는 EPC Generation-2 UHF RFID Protocol의 PR-ASK 변조 규격을 예시적으로 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 리더(100)에 사용되는 PR-ASK 변조 규 격의 RF신호 포락선 파라미터를 정의한 데이터 테이블이다.

도 5에 도시된 PR-ASK 변조 규격은, 도 2를 참조하여 설명된 감쇄 대상으로서 직교성분신호의 기준 구간(포락선의 골짜기 영역들)을 확대 도시한 것으로서, 도 5의 그래프에 표시된 기호들은 도 6에 정의되어 있다.

도 5의 그래프에서, x축은 시간축을 의미하고 y축은 전계 강도(Electric field strength) 축을 의미한다.

상기 제어부(110)는 도 5에 도시된 PR-ASK 변조 포맷에 따라 펄스폭(PW) 구간, 즉 0.265 Tari 내지 0.525 Tari(μs) 동안의 포락선 수치에 따라 감쇄기(150)의 동작을 제어한다.

따라서, 상기 증폭기(140)는 포락선의 최대 수치를 기준으로 어느 하나의 직교성분신호를 증폭시키고, 상기 감쇄기(150)는 PW 구간의 포락선 수치 중 어느 하나의 수치를 설정하여 이를 기준으로 다른 하나의 직교성분신호를 감쇄시킴으로써 변조 깊이를 다양하게 조정할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 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 리더에 의하면, PIE 포맷에 따라 RF신호의 위상 조정 및 선택을 규격화하여 처리할 수 있고, DSB-ASK, SSB-ASK, PR-ASK 등의 다양한 변조 방식을 이용하여 RF신호를 처리할 수 있게 된다.

또한, RFID 통신 프로토콜 규격에 따른 RF신호의 분리, 위상 조정, 신호 선택을 통하여 원하는 위상의 신호를 얻을 수 있고, 변조 지수, 특히 변조 깊이를 제어하여 태그에서 요구하는 전력을 손실없이 전달할 수 있으며, 안정적으로 태그와의 통신을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

송신신호를 직교성분의 신호로 분리하는 스위치부;

상기 분리된 신호 중 어느 하나의 신호를 증폭시키는 증폭부;

상기 분리된 신호 중 다른 하나의 신호를 감쇄시키는 감쇄부; 및

PIE(Pulse-Interval Encoding) 포맷의 변조 지수(Modulation index)를 조정하여 상기 증폭부 및 상기 감쇄부를 제어하는 제어부를 포함하는 RFID리더.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 증폭부가 상기 PIE 포맷의 최대 포락선 수치로 상기 어느 하나의 신호를 증폭시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 RFID리더.
제 1항에 있어서,

상기 증폭부에서 증폭된 신호 및 상기 감쇄부에서 감쇄된 신호를 최종의 송신신호로 합성하는 신호합성부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 RFID리더.
제 3항에 있어서, 상기 스위치부 및 상기 신호합성부는

DSB-ASK(Double SideBand-Amplitude Shift Keying), SSB-ASK(Single SideBand-Amplitude Shift Keying), PR-ASK(Phase Reversal-Amplitude Shift Keying) 중 어느 하나의 변조 방식을 이용하여 상기 송신 신호를 분리하고 합성하 는 것을 특징으로 하는 RFID리더.
제 1항에 있어서, 상기 PIE 포맷은

ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, ISO 18000-6C, EPC(Electronic Product Code) Generation-0, EPC Generation-1, EPC Generation-2 등의 UHF RFID 프로토콜 중 어느 하나의 프로토콜에 따른 포맷인 것을 특징으로 하는 RFID리더.
제 3항에 있어서,

상기 신호합성부의 출력단에 대역통과필터 또는 저대역통과필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID리더.
제 1항에 있어서,

베이스밴드단에 위치되며, 상기 스위치부와 연결되는 합성기(Synthesiser)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더.