KR20080015332A

KR20080015332A - Ｒｆｉｄ 시스템

Info

Publication number: KR20080015332A
Application number: KR1020060076890A
Authority: KR
Inventors: 김남윤
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2008-02-19
Also published as: KR101231473B1

Abstract

본 발명에 의한 RFID 시스템은 송신처리부, 수신처리부 및 다수의 안테나를 포함하는 RFID 시스템으로서, 상기 안테나를 상기 송신처리부 또는 상기 수신처리부로 스위칭시키는 다수의 스위치를 포함하는 제1스위칭부; 상기 제1스위칭부의 스위치들을 상기 수신처리부와 선택적으로 스위칭시키는 하나 이상의 스위치를 포함하는 제2스위칭부; 상기 제1스위칭부의 스위치들을 상기 송신처리부와 선택적으로 스위칭시키는 하나 이상의 스위치를 포함하는 제3스위칭부; 및 상기 제1스위칭부, 상기 제2스위칭부 및 상기 제3스위칭부로 제어신호를 인가하여 송수신패쓰가 선택적으로 구성되도록 하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 사용자의 설정 명령, 수신신호의 세기, 에러 비트율 등에 의하여 안테나의 송수신 패쓰를 제어할 수 있으므로 전파 환경의 변화에 따른 송수신 데이터의 에러율, 안정성, 인식 거리 등을 향상시킬 수 있으며 안정적인 시스템의 설계가 가능해지는 효과가 있다. 또한, 안테나의 효율적 이용이 가능해지고 안테나 배치가 용이해지며, 다수 스위칭부의 제어를 통하여 송수신 패쓰간 격리도가 향상되므로 오동작 확률을 감소시킬 수 있게 된다.

Description

ＲＦＩＤ 시스템{Radio Frequency IDentification system}

도 1은 종래 RFID 시스템의 일부 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템의 안테나 배치 형태를 예시적으로 도시한 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템의 구성 요소 중에서 스위치들의 연결 구조를 개략적으로 도시한 회로도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템이 외부 단말기와 연결되는 형태를 예시적으로 도시한 블록도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템의 송신처리부 및 수신처리부에서 처리되는 신호의 파형을 200μs 단위로 측정한 실험 그래프.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템의 송신처리부 및 수신처리부에서 처리되는 신호의 파형을 10μs 단위로 측정한 실험 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: RFID 시스템 112: 제1안테나

114: 제2안테나 116: 제3안테나

118: 제4안테나 121: 제1스위치

122: 제2스위치 123: 제3스위치

124: 제4스위치 125: 제5스위치

126: 제6스위치 127: 제7스위치

130: 수신처리부 140: 신호분리부

150: 송신처리부 160: 베이스밴드부

170: Q-RSSI부 180: I-RSSI부

190: 제어부 300: 외부 단말기

본 발명은 다중 안테나 구조를 가지는 RFID(Radio Rrequency IDentification) 시스템에 관한 것이다.

현재, 유비쿼터스(ubiquitous) 네트워크 기술이 많은 이들의 주목을 받고 있는데, 유비쿼터스 네트워크 기술이란 시간과 장소에 구애됨이 없이 다양한 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 기술을 의미한다.

유비쿼터스 네트워크 기술은 텔리메틱스 통신, 근거리 무선 통신, 이동통신 등의 통신 기술을 이용하여 다양한 방식으로 구현가능하며, 이를 이용하면 자동차, 가정, 공공장소 등의 공간에서 자연스러운 접속 환경이 제공되므로 각종 IT정보 및 기술의 활용이 늘어나게 되고 따라서 전반적인 IT산업이 보다 빠른 속도로 발전될 것으로 전망된다.

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 RFID 태그, 상기 전자태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 RFID 리더, 상기 RFID리더로부터 정보를 수집하여 데이터베이스를 구축하는 정보서버 등으로 이루어지며, 상품에 부착된 RFID 태그는 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.

이러한 RFID 시스템에 구비되는 RF수신회로의 경우, ASK(Amplitude Shift keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식을 이용한 포락선 검파를 통하여 구현되는 것이 일반적인데, 종래의 설계 방식에 의하면, 비트 오율이 저하되으로 데이터 인식률이 낮게 형성된다는 단점이 있다.

RFID 리더는 고속으로 이동하는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하고, 외부의 환경 변화에 따라 수신 신호의 변화가 크게 발생된다.

도 1은 종래 RFID 시스템(10)의 일부 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 1에 의하면, 종래의 RFID 시스템(10)은 안테나(12), 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(14), 합산기(16) 및 베이스밴드부(18)을 포함하여 구성된다.

상기 안테나(12)는 가령, 800 MHz 내지 900 MHz 대역의 무선 채널을 통하여 태그로부터 전송되는 RF 신호를 수신하는데, 이때 RF 신호는 전파 감쇄, 다중 경로 손실, 인터피어런스, 도플러 효과 등의 요인에 의하여 다양한 신호 성분으로 나타난다.

상기 안테나(12)는 전파 환경에 따라 특성이 차별화되는 신호들을 수신하기 위하여 다수개로 구비되며, 각각의 안테나(12)는 다양한 신호들을 수신한다.

즉, 종래의 RFID 수신 방식의 특성 상 신호의 세기가 약하고 인식률이 달라지게 되므로, 다수개의 안테나(12)를 통하여 각각의 신호를 수용하고, 이를 활용하여 데이터의 인식률을 향상시키는 구조를 가지는 것이다.

상기 저잡음증폭기(14)는 역시 다수개로 구비되어 각각의 안테나(12)와 연결되고, 저잡음 성분을 억제하면서 필터링된 RF 신호를 증폭시킨다.

상기 합산기(16)는 증폭된 RF 신호들을 취합하여 합산하고 이를 베이스밴드부(18)로 전달하는데, 이는 수신된 신호 성분들을 최대한 반영하여 데이터의 인식률을 높이기 위한 것이다.

즉, RF 수신단에서 요구되는 신호의 특성은 주파수의 크기가 아니라 위상이므로 이들을 합산하여 위상의 정확도를 높이게 되는데, 결과적으로 실시간 수신되는 RF 신호의 세기가 불규칙하게 되고(가령, 너무 커지거나 작아짐), 상기 AD컨버터를 포함하는 베이스밴드부(18)가 처리하는 전압 범위의 일부만을 차지하게 되므로 변환 효율이 감소하는 결과를 초래한다.

이는 상기 베이스밴드부(18)의 AD컨버터가 가지는 동적 처리 범위의 일부만을 사용하게 되며, 이는 AD컨버터의 변환 범위가 더욱 작아짐을 의미한다.

또한, 저잡음증폭기(14)에서 상수 수치를 가지는 이득(gain)이 곱하여져 증 폭되면 그 크기가 불규칙한 RF 신호는 수신단 포화 현상을 일으킬 확률이 매우 높아지게 되므로 신호의 수신 상태가 안정적으로 유지되지 못하고, 다수개의 안테나에 대하여 동시에 송수신 패쓰를 설정하지 못하므로 안테나의 효율적 사용에 제약이 생긴다.

따라서, 대량의 태그와 통신을 처리하는 경우, 제어부의 연산 부담량이 증가되고 통신 지체가 발생되거나 태그를 인식하지 못하고 놓치는 경우가 발생될 수 있다.

본 발명은 다수개의 안테나를 효율적으로 스위칭시킴으로써 종래보다 적은 개수의 안테나로 보다 넓은 영역에서, 보다 많은 개수의 단말기 사이에 RFID 통신을 수행할 수 있는 RFID 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 공통 안테나단에 대하여 실시간 송수신 패쓰를 설정할 수 있고 송수신 패쓰 사이의 격리도가 향상되며, 수신 환경을 파악하여 실시간으로 안테나를 제어할 수 있으므로 태그의 인식 영역을 확장하고 안정적으로 전파 에너지를 공급할 수 있는 RFID 시스템을 제공한다.

본 발명에 의한 RFID 시스템은 송신처리부, 수신처리부 및 다수의 안테나를 포함하는 RFID 시스템으로서, 상기 안테나를 상기 송신처리부 또는 상기 수신처리부로 스위칭시키는 다수의 스위치를 포함하는 제1스위칭부; 상기 제1스위칭부의 스위치들을 상기 수신처리부와 선택적으로 스위칭시키는 하나 이상의 스위치를 포함 하는 제2스위칭부; 상기 제1스위칭부의 스위치들을 상기 송신처리부와 선택적으로 스위칭시키는 하나 이상의 스위치를 포함하는 제3스위칭부; 및 상기 제1스위칭부, 상기 제2스위칭부 및 상기 제3스위칭부로 제어신호를 인가하여 송수신패쓰가 선택적으로 구성되도록 하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 RFID 시스템의 상기 제2스위칭부 및 상기 제3스위칭부 중 하나 이상의 스위칭부는 다중개폐 스위치로 이루어지고, 디바이더 회로를 더 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 RFID 시스템의 상기 제어부는, 사용자로부터 안테나 설정정보를 입력받는 인터페이스 및 소정의 통신 프로토콜을 처리하는 통신수단을 기능시키기 위한 프로그램이 탑재된 외부 단말기와 연결되고, 상기 통신 프로토콜을 처리하여 상기 안테나 설정정보를 전송받으며, 상기 안테나 설정정보에 따라 상기 제어신호를 인가한다.

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

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)의 안테나 배치 형태를 예시적으로 도시한 블록도이다.

도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)은 4개의 안테나(112, 114, 116, 118)를 구비하는데, 전자태그(200)는 물류 검사지역을 통과하는 상품에 부착되어 있고, 안테나들(112, 114, 116, 118)은 전자태그(200)가 이동되는 지역(검사지역)의 좌우로 배치된다. 이때, 각각의 안테나(112, 114, 116, 118)는 전파 송수신각을 달리하여 설치될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)은 4개의 안테나(112, 114, 116, 118)를 그룹지어 하나의 그룹은 송신 패쓰로 스위칭시키고, 다른 그룹은 수신 패쓰로 스위칭시킬 수 있으며, 상기 그룹을 이루는 안테나(112, 114, 116, 118)의 개수, 종류에 따라 그룹의 종류는 다양하게 설정될 수 있다.

상기 안테나(112, 114, 116, 118)가 그룹지어져 스위칭되는 구조에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이렇게 수신 환경에 따라 송수신 패쓰별로 안테나(112, 114, 116, 118)가 스위칭됨으로써 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)은 최소 개수의 안테나를 구비하면서도 안정적인 통신 상태를 유지할 수 있다.

가령, 본 발명에 의하면, 다수개의 안테나를 제어하기 위하여, 종래와 같이, RFID 시스템이 다수개로 구비되거나, 송신 패쓰와 수신 패쓰에 각각 할당되는 다량의 안테나가 필요치 않게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)은 제1안테나(112), 제2안테나(114), 제3안테나(116), 제4안테나(118), 제1스위치(121), 제2스위치(122), 제3스위치(123), 제4스위치(124), 제5스위치(125), 제6스위치(126), 제7스위치(127), 수신처리부(130), 신호분리부(140), 송신처리부(150), 베이스밴드부(160), Q-RSSI(Received Signal Strength Indicator)부(170), I-RSSI부(180) 및 제어부(190)를 포함하여 이루어진다.

우선, 상기 안테나(112, 114, 116, 118)는 신호를 송신하는 경우 전기신호를 전파신호로 변환하여 송신하고, 신호를 수신하는 경우 전파신호를 전기신호로 변환하여 수신처리부(130)로 전달한다.

상기 안테나(112, 114, 116, 118)로는 다이폴(dipole) 안테나, 모노폴(monopole) 안테나, 마이크로스트립(microstrip) 안테나("패치(patch) 안테나" 라고도 함), 혼(horn) 안테나, 파라볼릭(parabolic) 안테나, 헬리컬(helical) 안테나, 슬롯(slot) 안테나 등이 이용될 수 있다.

보통, RFID 신호로는 전자 태그(200)와 RFID 시스템(100)이 능동 방식으로 동작하는 경우, 400MHz ~ 900MHz의 주파수 대역을 가지는 UHF 신호가 사용되고, 수동 방식으로 동작하는 경우에는 UHF(800MHz ~ 900MHz, 국가별 할당 주파수) 신호가 사용된다.

상기 제3스위치(123), 제4스위치(124), 제5스위치(125) 및 제6스위치(126)는 각각 제1안테나(112), 제2안테나(114), 제3안테나(116) 및 제4안테나(118)와 연결되는데, 상기 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)는 안테나(112, 114, 116, 118)와 연결되는 하나의 일측 패쓰단과 제1스위치(121), 제2스위치(122) 혹은 제7스위치(127)와 연결되는 두개의 타측 패쓰단을 가지는 스위치 소자이다.

상기 두개의 타측 패쓰단은 각각 송신(Tx) 패쓰단, 수신(Rx) 패쓰단으로 사용되며, 상기 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)는 예를 들어, SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치 소자로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제7스위치(127)는 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)의 수신 패쓰단을 수신처리부(130)와 연결시키는데, 수신처리부(130)를 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126) 중 하나 이상의 스위치와 선택적으로 연결시킬 수 있다.

즉, 상기 제7스위치(127)는 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)와는 다르게, 동시에 한개 내지 다섯개의 신호 경로를 연결시킬 수 있는 다중 개폐 스위치 소자이다.

또한, 상기 제1스위치(121) 및 제2스위치(122)는 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)의 송신 패쓰단을 신호분리부(140)와 연결시키는데, 제1스위치(121)는 제5스위치(125)와 제6스위치(126)의 송신 패쓰단을 신호분리부(140)와 선택적으로 연결시키고, 제2스위치(122)는 제3스위치(123)와 제4스위치(124)의 송신 패쓰단을 신호분리부(140)와 선택적으로 연결시킨다.

상기 제1스위치(121)와 제2스위치(122)는 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)와 같은 계열의 스위치 소자로 구비될 수 있으며, 제7스위치(127)와 같이 다중 경로를 구성할 수 없으므로 제1스위치(121)와 연결된 제5스위치(125)와 제6스위치(126)는 동시에 송신 패쓰를 구성할 수 없다.

마찬가지로, 제2스위치(122)와 연결된 제3스위치(123)와 제4스위치(124)는 제7스위치(127)와 같이 다중 경로를 구성할 수 없으므로 동시에 송신 패쓰를 구성할 수 없다.

한편, 상기 신호분리부(140)는 제1스위치(121)와 제2스위치(122)를 송신처리부(150)와 연결시키고, 송신처리부(150)로부터 전달되는 신호를 분기시켜 제1스위 치(121)와 제2스위치(122)로 동시에 전달한다.

따라서, 제1스위치(121)와 제2스위치(122)는 신호분리부(140)에 의하여 동일한 송신신호를 전달받고 이를 선택적으로 전달할 수 있으므로, 제3스위치(123) 및 제4스위치(124) 그룹은 제5스위치(125) 및 제6스위치(126) 그룹과 조합적으로 짝을 이루어 송신패쓰를 구성할 수 있다.

이렇게, 수신신호에 대한 스위칭 구조는 하나의 다중 개폐 스위치 소자로 구현하고, 송신신호에 대한 스위칭 구조는 두개의 SPDT 스위치 소자 및 신호분리부(140)로 구현하는 것은 송신 환경보다 수신 환경이 보다 불안정하고 수동적이기 때문이다.

그러나, 상기 스위칭 구조는 변형가능한 것으로서, 예를 들어 송신신호에 대한 스위칭 구조를 하나의 다중 개폐 스위치 소자로 구현하거나 수신신호에 대한 스위칭 구조를 두개의 SPDT 스위치 소자 및 신호분리부(140)로 구현할 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 제1스위치(121) 내지 제7스위치(127)는 반도체 계열의 스위칭 소자로서, 보통 초당 수회 또는 십수회 이상의 스위칭 동작을 수행하므로, 안테나(112, 114, 116, 118)들은 전자태그(200)가 이동되는 전지역을 동시에 감시하는 효과를 볼 수 있다.

그리고, 종래 RFID 시스템의 프로세서 또는 메모리 연산 속도가 수백 개의 전자태그 전파 속도(640Kbps)보다 느리게 되어 과부하가 걸리는 현상이 발생되지만, 본 발명에 의한 RFID 시스템(100)은 전술한 다중 스위칭 구조에 의하여 대부분 의 신호를 안정적으로 수신할 수 있으므로 하드웨어적 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 RFID 시스템(100)은 다수개의 제어부(190) 및 메모리 자원을 구비할 필요가 없다.

상기 수신처리부(130)는 저잡음증폭기, 대역통과필터, 매칭회로 등을 구비하여 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126) 중 하나 이상의 스위치, 그리고 제7스위치(127)를 통하여 전달된 수신신호의 잡음 성분을 억제하여 증폭시키며, 증폭된 신호를 베이스밴드부(160)로 전달한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 신호분리부(140)는 디바이더(Divider) 회로로 구현되는데, 경우에 따라 커플러(Coupler) 회로, 스플리터(Splitter) 회로 등으로 구현 가능하다.

상기 송신처리부(150)는 베이스밴드부(160)로부터 전달된 송신신호의 전력 이득을 조정하여 증폭시키고, 수신신호의 처리과정에서 혼재된 신호를 필터링하여 신호분리부(140)로 전달한다.

상기 베이스밴드부(160)는 송신처리부(150) 및 수신처리부(130)와 각각 연결되어 송신신호와 수신신호를 처리하는 두 부분으로 구성되는데(베이스밴드부(160)의 구성 요소는 도시되지 않음), 수신신호를 처리하는 부분은 I/Q복조기, 저대역통과필터(LPF; Low Pass Filter), 중간주파수증폭기, 변조기, A/D컨버터 등을 구비하여 수신신호의 I신호 및 Q신호 분리/ 중간주파수 신호의 생성, 필터링, 증폭/변조 및 A/D변환 등을 처리한다.

또한, 상기 베이스밴드부(160)의 송신신호를 처리하는 부분은 D/A컨버터, 저대역통과필터, 복조기, 중간주파이득증폭기, 중간주파수필터 등을 구비하여 디지털 신호를 중간주파수신호와 RF신호로 변환하고, 전력의 이득을 조정하여 송신처리부(150)로 전달한다.

상기 베이스밴드부(160)로부터 전달된 디지털 신호는 제어부(190), I-RSSI부(180) 및 Q-RSSI부(170)로 전달된다.

상기 I-RSSI부(180)는 I(In-phase)신호의 수신 강도를 측정하는 회로로서, 보통 전파에 간섭이 발생되거나 잡음 성분이 섞여서 신호의 세기가 커지고, 불규칙적이게 되는 것을 감지하여 보정하기 위해서 사용되는 회로를 의미한다.

그리고, 상기 Q-RSSI부(170)는 Q(Quadrature)신호의 수신 강도를 측정하는 회로로서, 상기 I-RSSI부(180)와 유사한 기능을 수행한다.

상기 제어부(190)는 통신 프로토콜을 구비하여 전자태그(200)와의 무선 통신을 제어하고, 전자태그(200)의 위치를 파악하기 위하여 주기적으로 정보요청신호를 송출한다.

또한, 제어부(190)는 전자태그(200)로부터 수신되고 베이스밴드부(160)에서 복조된 태그식별정보의코드를 분석하며, 이때 데이터 포맷을 변환하고, 필요한 정보를 추출하기 위하여 필터링을 처리한다.

여기서, 상기 제어부(190)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)회로나 DSP(Digital Signal Processing)회로를 이용하여 구현될 수 있는데, 상기 FPGA회로는 칩의 생산 공정을 벗어나 RFID 시스템(100)의 기능을 구현하는 경우 필요에 따 라 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.

또한, 상기 DSP (Digital Signal Processing)회로는 아날로그 신호를 A/D(Analog/Digital)변환하여 얻어진 디지털 데이터에 대수적인 연산을 처리하여 필터링이나 스펙트럼 분석 등의 신호처리를 한다.

상기 제어부(190)는 제1스위치(121) 내지 제7스위치(127)의 제어전압단으로 제어신호를 인가함으로써 각 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)의 신호 경로가 선택적으로 개폐될 수 있도록 하는데, 상기 제어부(190)는 상기 RSSI부(170, 180)로부터 측정된 수신신호의 세기를 기준으로 현재 감도가 가장 좋은 안테나를 판별하거나, 베이스밴드부(160)로부터 전달된 디지털 신호의 비트 에러율을 계산하여 에러율이 가장 낮은 신호를 수신한 안테나를 현재 감도가 가장 좋은 안테나로 판별할 수 있다.

그리고, 상기 제어부(190)는 외부 단말기(300; 도 5 참조)와 연결되어 안테나 설정정보를 전달받을 수 있는데, 가령, 외부 단말기(300)는 본 발명에 의한 RFID 시스템(100)의 관리자가 안테나 배치를 마친 후, 배치 환경에 따라 송신용으로 사용될 안테나를 설정하도록 하고, 입력된 설정정보를 유/무선 네트워크를 통하여 상기 제어부(190)로 전달할 수 있다.

상기 외부 단말기(300)와 제어부(190)의 연결 관계는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)의 구성 요소 중에서 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)들의 연결 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 전술한 대로, 본 발명에 의한 RFID 시스템(100)은 총 7개의 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)를 구비하며, 상기 스위치들의 스위칭 회로를 조합적으로 제어함으로써 4개의 안테나(112, 114, 116, 118) 중 일부를 송신패쓰와 연결시키고, 나머지를 수신패쓰와 연결시킬 수 있다.

상기 제1스위치(121) 내지 제6스위치(126)는 두개의 제어전압단(A, B), 안테나단(RFC), 전원단(Vdd), 송수신패쓰단(RF1, RF2), 접지단(GND) 등의 핀맵을 형성하고, 스위치 패키지 내부로 고주파 스위치 회로 및 디코더를 포함한다.

상기 제1스위치(121) 내지 제6스위치(126)는 제어전압단(A, B)을 통하여 제어부(190)로부터 제어신호를 인가받고, 이에 따라 상기 고주파 스위치 회로는 신호 경로를 선택적으로 개폐시키며, 상기 디코더는 제어신호를 해석하고 스위칭 동작을 논리적으로 제어한다.

또한, 상기 제7스위치(127)는 5개의 제어전압단(V1, V2, V3, V4, V5), 5개의 접지단(GND), 수신처리부 연결단(J6), 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)와의 연결단(J1, J2, J3, J4) 등의 핀맵을 형성하고, 스위치 패키지 내부로 고주파 스위치 회로 및 디코더를 포함한다.

상기 고주파 스위치 회로 및 디코더는 전술한 제1스위치(121) 내지 제6스위치(126)와 유사하나, 상기 제3스위치(123) 내지 제6스위치(126)와의 연결단(J1, J2, J3, J4)은 각각 할당된 접지단들 혹은 수신처리부 연결단(J6; 공통 라인으로 연결되어 있음)과 선택적으로 스위칭되는 점이 상이하다.

일반적으로, 송신처리부(150)는 1W(EIRP=4W)의 높은 전력의 신호를 송출시키며, 송신 신호 중 일부(전체 약 30dBm 중에서 약 5dBm 정도의 신호 성분)는 수신패쓰를 경유하여 수신처리부(130) 측으로 유입된다.

따라서, 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는 과정에서, 수신처리부(130)로 불요파 성분이 유입되게 되고, 수신 신호의 입력 전원 크기가 변동된다.

이렇게 입력전원의 크기가 변동되면 기준 전압이 흔들리게 되고, 수신처리부(130)는 전자태그(200)로부터 전송된 데이터를 복원하는데 영향을 받는다.

그러나, 본 발명에 의한 RFID 시스템(100)에 의하면, 상기 7개의 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)가 조합적으로 송수신 패쓰를 구성하며, 관리자의 선택 혹은 수신 환경에 따라 실시간으로 상이한 송수신 패쓰가 구성된다고 하여도 각 스위칭 소자는 신호의 상호 유입을 억제하게 되므로 별도의 차단 회로를 구비하지 않고도 25dB 이상의 감쇄 효과를 볼 수 있다.

이하에서, 몇가지 예시를 통하여 안테나의 송수신 패쓰 구성에 대하여 살펴보기로 한다.

우선, 전술한 대로 상기 제어부(190)는 안테나 설정정보를 외부 단말기(300)로부터 전달받을 수 있는데, 크게 1개의 안테나를 설정받는 경우, 2개의 안테나를 설정받는 경우, 4개의 안테나를 설정받는 경우로 분류할 수 있다.

첫째, 1개의 안테나를 설정받는 경우, 어느 하나의 송신용 패쓰 안테나가 설정되면, 제어부(190)는 나머지 세 개의 안테나 중 수신신호 세기가 가장 강한 안테나를 선별하여 스위치(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)들로 제어신호를 전달한다. 따라서, 수신용 안테나 1개, 송신용 안테나 1개가 사용된다.

둘째, 2개의 안테나를 설정받는 경우, 제1안테나(112) 및 제2안테나(114)가 설정되었다면, 제2스위치(122)는 RF2 단자를 스위칭시키고, 제3스위치(123)는 RF1 단자를 스위칭시킴으로써 제1안테나(112)가 송신 패쓰를 구성한다.

그리고, 제4스위치(124)가 RF2 단자를 스위칭시키고, 제7스위치(127)가 J3 단자를 스위칭시킴으로써 제2안테나(114)가 수신 패쓰를 구성한다.

이하, 2개의 안테나를 설정받는 다른 경우에 대한 설명을 표로 도시한다(상기 첫째의 경우 및 둘째의 경우에서 설명된 내용을 참조할 것).

	경우수	안테나 종류	패쓰종류	스위칭 동작
두 개 안 테 나 가 설 정 되 는 경 우	제1경우	제1안테나	Rx	제3스위치 RF2 단자, 제7스위치 J4 단자 스위칭됨
	제1경우	제2안테나	Tx	제4스위치 RF1 단자, 제2스위치 RF1 단자 스위칭됨
	제2경우	제1안테나	Tx	제3스위치 RF1 단자, 제2스위치 RF2 단자 스위칭됨
	제2경우	제3안테나	Rx	제5스위치 RF1 단자, 제7스위치 J2 단자 스위칭됨
	제3경우	제1안테나	Rx	제3스위치 RF2 단자, 제7스위치 J4 단자 스위칭됨
	제3경우	제3안테나	Tx	제5스위치 RF2 단자, 제1스위치 RF2 단자 스위칭됨
	제4경우	제1안테나	Tx	제3스위치 RF1 단자, 제2스위치 RF2 단자 스위칭됨
	제4경우	제4안테나	Rx	제6스위치 RF1 단자, 제7스위치 J1 단자 스위칭됨
	제5경우	제1안테나	Rx	제3스위치 RF2 단자, 제7스위치 J4 단자 스위칭됨
	제5경우	제4안테나	Tx	제6스위치 RF2 단자, 제1스위치 RF1 단자 스위칭됨
	제6경우	제2안테나	Tx	제4스위치 RF1 단자, 제2스위치 RF1 단자 스위칭됨
	제6경우	제3안테나	Rx	제5스위치 RF1 단자, 제7스위치 J2 단자 스위칭됨
	제7경우	제2안테나	Rx	제4스위치 RF1
	제7경우	제3안테나	Tx	제5스위치 RF2 단자, 제1스위치 RF2 단자 스위칭됨
	제8경우	제2안테나	Tx	제4스위치 RF1 단자, 제2스위치 RF1 단자 스위칭됨
	제8경우	제4안테나	Rx	제6스위치 RF1 단자, 제7스위치 J1 단자 스위칭됨
	제9경우	제2안테나	Rx
	제9경우	제4안테나	Tx	제6스위치 RF2 단자, 제1스위치 RF1 단자 스위칭됨

셋째, 4개의 안테나를 설정받는 경우, 상기 제어부(190)는 4개의 안테나를 송신 패쓰로 설정하고, 송신 신호의 비전송 구간을 이용하여 수신 패쓰로 이용될 안테나를 선별할 수 있다.

이때, 상기 제어부(190)는 수신신호의 세기, 에러 비트율 등을 고려하여 수신 패쓰로 이용될 안테나를 선별하는데, 상기 표 1에 도시된 것처럼 안테나(112, 114, 116, 118)들을 그룹핑함으로써 수신용 안테나를 설정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)이 외부 단말기(300)와 연결되는 형태를 예시적으로 도시한 블록도이다.

도 5에 의하면, 상기 제어부(190)와 연결되는 외부 단말기(300)는 크게 사용자인터페이스(310) 및 통신부(320)를 구비하는데, 본 발명의 실시예에서, 외부 단말기(300)는 사용자인터페이스(310)와 통신부(320)를 기능시키기 위한 프로그램이 탑재됨으로써 구현될 수 있다.

상기 사용자인터페이스(310)는 사용자에게 GUI(Graphic User Interface)를 제공하여 송신패쓰 혹은 수신패쓰로 사용할 안테나의 설정정보를 입력받고, 상기 통신부(320)는 통신 프로토콜을 처리하여 상기 입력된 안테나의 설정정보를 제어부(190)로 전달한다.

상기 제어부(190) 및 통신부(320)는 모두 상기 통신 프로토콜의 해석 정보를 가지고 있으며, 상기 통신 프로토콜에 의하여 데이터 가공, 전송, 해석을 처리한다.

상기 제어부(190) 및 통신부(320)는, 예를 들어, UART 포트를 구비하고 RS-232 케이블을 통하여 연결될 수 있는데, 상기 UART는 프로세서에 연결된 직렬 장치과의 인터페이스를 제어하는 프로그램이 탑재된 마이크로칩으로서, 프로세서에 RS-232C DTE 인터페이스를 제공함으로써, 직렬장치들과의 데이터 송수신을 제어한다.

상기 UART의 포트는 상호 RS-232 케이블을 통하여 연결되며, 직렬 제어 레지스터, 직렬 상태 레지스터, 송수신 버퍼 등을 구비하여 동기식 모드(하프 듀플렉스 송수신 방식), 비동기식 모드(풀 듀플렉스 송수신 방식)로 동작된다.

상기 UART는 병렬 회로로부터 전달된 바이트 데이터를 단일 직렬 비트 스트림(내부 통신시에는 직렬 비트 스트림을 바이트 데이터로)으로 변환하는 기능, 패리티 비트를 추가하여 전송하거나, 수신되는 바이트의 패리티를 확인/제거하는 기능, 시작 비트 및 정지 비트의 추가/제거하는 기능, 인터럽트 처리 기능 등을 수행한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)의 송신처리부(150) 및 수신처리부(130)에서 처리되는 신호의 파형을 200μs 단위로 측정한 실험 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)의 송신처리부(150) 및 수신처리부(130)에서 처리되는 신호의 파형을 10μs 단위로 측정한 실험 그래프인데, 각 그래프의 x좌표는 시간축을 의미하고, y좌표는 전압축을 의미한다.

도 6의 "채널 1(C1)"은 5V의 기준전압이 제공되었을 때의 파형이고, "채널 2(C2)"는 500mV의 기준전압이 제공되었을 때의 파형인데, 가령 432μs의 시간 간격은 160mV의 전압 간격에 대응된다.

또한, 도 7의 "채널 1(C3)"은 5V의 기준전압이 제공되었을 때의 파형이고, "채널 2(C4)"는 500mV의 기준전압이 제공되었을 때의 파형인데, 가령 128μs의 시간 간격은 120mV의 전압 간격에 대응된다.

도 6의 "D1"과 도 7의 "D3"는 송신 신호의 파형이 도시된 영역이고, 도 6의 "D2"와 도 7의 "D4"는 수신 신호의 파형이 도시된 영역으로서, 도 6 및 도 7에서 두 영역을 비교하여 보면, 송신 모드에서 수신 모드로 전환되는 경우 수신신호의 기준 전압에 거의 변화가 생기기 않은 채 수신 신호가 처리되고 있음을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 시스템(100)은 송신 패쓰와 수신 패쓰 사이에 우수한 격리도 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.

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 시스템에 의하면, 사용자의 설정 명령, 수신신호의 세기, 에러 비트율 등에 의하여 안테나의 송수신 패쓰를 제어할 수 있으므로 전파 환경의 변화에 따른 송수신 데이터의 에러(error)율, 안정성(stability), 인식 거리 등을 향상시킬 수 있으며 안정적인 시스템의 설계가 가능해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 안테나에 그룹을 지어 송수신 패쓰를 동시에 구성할 수 있으므로 안테나의 효율적 이용이 가능해지고 안테나 배치가 용이해지며, 다수 스위칭부의 제어를 통하여 송수신 패쓰간 격리도가 향상되므로 오동작 확률을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims

송신처리부, 수신처리부 및 다수의 안테나를 포함하는 RFID 시스템에 있어서,

상기 안테나를 상기 송신처리부 또는 상기 수신처리부로 스위칭시키는 다수의 스위치를 포함하는 제1스위칭부;

상기 제1스위칭부의 스위치들을 상기 수신처리부와 선택적으로 스위칭시키는 하나 이상의 스위치를 포함하는 제2스위칭부;

상기 제1스위칭부의 스위치들을 상기 송신처리부와 선택적으로 스위칭시키는 하나 이상의 스위치를 포함하는 제3스위칭부; 및

상기 제1스위칭부, 상기 제2스위칭부 및 상기 제3스위칭부로 제어신호를 인가하여 송수신패쓰가 선택적으로 구성되도록 하는 제어부를 포함하는 RFID 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제1스위칭부의 스위치는

상기 안테나 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제1스위칭부는

상기 안테나를 상기 송신처리부 혹은 수신처리부로 스위칭시키는 SPDT(Single Pole Double Throw) 계열의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제2스위칭부 및 상기 제3스위칭부 중 하나 이상의 스위칭부는

다중개폐 스위치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 4항에 있어서, 상기 제2스위칭부 및 상기 제3스위칭부 중 하나 이상의 스위칭부는

디바이더 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 1항에 있어서,

수신신호의 세기를 감지하는 디텍터 회로가 포함되고,

상기 제어부는 상기 수신신호의 세기에 따라 상기 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는

사용자로부터 안테나 설정정보를 입력받는 인터페이스 및 소정의 통신 프로토콜을 처리하는 통신수단을 기능시키기 위한 프로그램이 탑재된 외부 단말기와 연결되고, 상기 통신 프로토콜을 처리하여 상기 안테나 설정정보를 전송받으며, 상기 안테나 설정정보에 따라 상기 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 제어부는

상기 안테나 설정정보에 의하여 일부 안테나의 송수신패쓰를 선택하고,

나머지 안테나는 수신신호의 세기를 판단하여 송수신패쓰를 선택하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 제어부는

2의 배수 개로 선택된 안테나의 설정정보를 전송받는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 안테나를 통하여 수신된 신호의 에러 비트(Error bit)율을 파악하여 상기 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.