KR20080074070A - 주기적 구조의 통신신호를 활용한 항시 깨어남 기능을 가진알에프아이디 태그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID 태그(10)의 수신 회로에 있어, 통신신호 자체의 데이터(20b) 및 부반송파(20)에서 개별적(12) 및 복합적인 방법(12b)으로 일정한 주파수 성분을 분리 인식(15, 15b)하는 전자회로(10, 12)를 구현하여, 초절전 및 고속 응답이 가능한 하드웨어적인 방법으로, 항시대기상태에서 깨어남(Real-Time Wake-Up) 기능(14, 14a, 14b, 14c, 14d)을 구현하는 RFID 태그에 관한 것이다. 그 결과로, 기존 RFID 태그 수신회로의 오동작(RF잡음 등)에 의한 깨어남에 따른 배터리(18)의 소모를 획기적으로 줄여 태그의 초장시간 현장사용의 보장수단이 되며, 수신 신호의 확정적 인식수단(RF잡음과 지능신호의 구별)(15c)을 구현하여 송수신 변복조부(모뎀)(17c) 의 효율적인 구성수단을 제공하고, 부가적으로, 모든 RFID 태그의 안정적인 동작 및 수신거리의 확장효과와 더불어, RFID 태그 그룹(Group)의 선별적인 인식 기능 및 태그 인식거리의 가변적 조절 수단을 제공하게 된다.
깨어남(Wake-Up; WKUP), 대기상태(Standby Mode), 부반송파(Sub- Carrier), 통신 신호(Communication Signal), 변복조 모뎀(Encoding-Decoding Modem), 지능신호 (Intelligent Signal-해독가능신호), 배터리사용 태그(Battery Assisted Tag; 반능동형, 능동형 태그), 수동형 태그(Passive Tag; Transponder)

Description

주기적 구조의 통신신호를 활용한 항시 깨어남 기능을 가진 알에프아이디 태그 {RFID Tag with Real-Time Wake-Up Function utilizing Communication Signal with Periodic Structure}
본 발명은 통신 신호를 활용한 하드웨어적 항시 깨어남 기능을 가진 RFID 태그에 관한 것으로, 구체적인 방법으로서 데이터패킷(20b) 중 프리엠블(Preamble)(20c) 또는 통신신호의 지능성(규칙적인, 주기적인, 구조)(20d) 및 다중구조의 부반송파 (14c, 14d)와 여기서 추출되는 일정한 주파수 성분 또는 복합적 주기 구조의 주파수 성분을, 여러 경우의 조합으로 응용하며(15b, 17b), 대역통과 필터(BPF, 수동 및 능동소자) (14)와 변별 스위치(Level Comparator 등의 수동 및 능동 소자)(15) 및 제어 스위치 수단(16)을 통한 실제적인 구현방법을 사용하여; 변복조 모뎀 (Modem)의 성능향상(17c); 배터리의 사용이 있는 태그 (Battery Assisted Tag; Semi-Active Tag, Active Tag)의 사용수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 방안(16); 태그 수신거리의 안정적인 확장 및 수신거리의 임의적인 조절; 태그 그룹의 선택적인 동작을 실시간적인(Real Time) 과정에서 구현하는 구체적인 방법; 그리고 배터리의 사용이 없는 태그(Non-Battery Assisted Tag; Passive Tag)를 배터리의 사용이 있는 태그처럼 구성 가능하게 하여 사용 거리 및 안정도를 확 보하게 하는 방법; 에 관한 것이다.
이 분야의 종래기술은 변복조 모뎀(17c)의 경우, 엄밀한 구조의 깨어남 기능의 하드웨어적 보조 수단이 없는 소프트웨어적인 방법만으로 구현한 것으로, 통상 하드웨어 데이터 복조부(Data Slicer)의 비신호시의 연속적인 무작위 잡음(Random Noise) 발생현상이 있을시 모뎀 복조회로의 안정성이 저하되며, 따라서 오동작이나 수신감도의 저하현상을 초래하게 된다. 대기상태에서 깨어남 기능은 통상적인 구현 방식으로서 MCU의 RTC(Real Time Clock)를 사용하여 주기적인 깨어남 방식을 사용하는데, 응답의 실시간성이 없고(WKUP 사이의 주기적인 기다림 기간 동안은 수신 불가) 잡음신호에 취약하며(S/W적 모뎀에만 의존), 배터리 사용의 효율성이 떨어지는(깨어남 기능을, 전력을 많이 소비하는 MCU에 의존하기 때문) 단점이 있다. 통상적인 하드웨어적 깨어남 기능 구현 방식은, 지능 신호의 개념이 없이 단순히 수신 신호의 강도만을 측정하는 방식인데, 외부 RF 잡음에 극히 취약하여, 실제로 현장에서 사용되는 RFID 태그의 경우 전지의 수명을 제품 사양에 기재된 만큼 사용할 수 없게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 주기적 구조의 통신신호를 활용한 항시 깨어남 기능을 가진 알에프아이디 태그를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 특징은 RFID 태그의 수신 회로에 있어, 통신신호 자체의 데이터 및 서브캐리어들(20, 20a, 20b) 에서 일정한 주기적인 주파수 성분을 분리 인식하는 전자회로(하드웨어)(12, 12b)를 구현하여 초절전(0.3~3uA) 항시 대기상태 (Continuous Real-Time Wake-Up)에서 오동작이 없고, 고속응답 깨어남(High Speed Wake-Up) 기능을 구현하는 RFID 태그(10)에 관한 것이다.
본 발명의 제 2 특징은, 위의 기능 및 이를 이용한 전원공급 스위치회로(16, 18)를 활용하여, 저전력이며, 오동작이 없는 깨어남 회로로, 배터리의 사용을 획기적으로 늘리거나 유효 사용기간의 보장이 가능하게 되며, 수신감도의 향상 또는 수신거리의 선별적인 조절 기능 및 태그 그룹 분별 기능을 가진 RFID 태그에 관한 것이다.
본 발명의 제 3 특징은, 이러한 대기상태에서 깨어남 기능 신호를 변복조 모뎀 (17c)에서 활용하여 잡음과 지능(Intelligent) 신호의 구별기능의 구현으로 안정성 및 변복조 효율 또는 수신감도를 향상시킨 RFID 태그에 관한 것이다.
본 발명의 제 4 특징은, 상기한 기능, 특히 대기상태에서 깨어남 기능을 활 용하여, 배터리의 사용이 없는 일반적인 수동형 태그를 배터리의 사용이 있는 태그(반능동 및 능동형 태그)형태로도 사용 하게하는 RFID 태그(10, 17, 19)에 관한 것이다.
본 발명의 제5 특징은, 상기 방법들을 적용할 수 있도록, 특별한 구조를 가진 RFID 리더(21, 22) 무선통신 창치에 관한 것이다.
여기서, RFID 태그(Tag; Transponder, 이하 태그로 칭함) 및 RFID 리더(Reader; Interrogator, 이하 리더로 칭함) 창치라 함은 433MHz 또는 915MHz와 2.45GHz 또는 5.8 GHz 주파수 대역의 ISM 밴드, RFID EPC Global 규격 및 ISO-18000 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 표준을 내포한 무선통신 장치를 의미한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
본 발명에 따르면, 통신 신호를 활용한 하드웨어적 깨어남 기능을 가진 RFID 태그의 효과는, 깨어남(Wake-Up)기능(12, 12b)을 실시간으로 연속으로 사용하며, 깨어나는 시간(Wake-Up Time)을 프리엠블(20c)의 시간 미만의 초고속 응답이 가능하며, 동시에 초저전력 구동회로 사용이 가능한 구조 이므로 대기상태에서의 전력소모를 줄이고, 또한 오동작에 의한 깨어남을 방지하여 배터리의 사용이 있는 태그(Battery Assisted Tag)의 경우 사용수명을 획기적으로 연장할 수 있으며, 실 환경에서 유효 사용기간의 보장이 가능하게 된다. 또한, 엄밀한 구조의 깨어남 기능 이 없이 구현한 변복조 모뎀의 단점인 실시간 응답성이 없고 잡음신호에 취약한 부분의 개선을 통하여, 변복조 성능 및 그 결과적인 수신거리의 향상이 구현된다.
특히, 다중 프로토콜 구조의, 실시간 WKUP 기능을 구현함으로서, 이를 통한 태그 수신거리의 안정적인 확장 및 다중 WKUP 신호를 활용, 수신거리의 임의적인 조절기능이 구현되며; 태그 그룹의 선택적인 동작을 실시간적인(Real Time) 과정에서 구현하는 구체적인 방법의 구현; 그리고 배터리의 사용이 없는 태그를 배터리의 사용이 있는 태그처럼 구성 가능하게 하여 사용 거리 및 안정도를 확보하게 하는 방법의 구현; 이 본 발명의 효과에 해당된다. 아울러, 배터리 사용의 RFID 태그 구성 및 실시간 깨어남 기능의 특성상 현장 통신 성공률(PER등)이 99.9% 이상이 가능하게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전체 시스템의 개략적인 구성도 이다. 리더에서 태그로 보내는 신호는 통상 패킷(Packet) 구조를 가진다. 태그의 안테나에서 수신된 RF신호는 다이오드(Diode)로 구성된 렉테나(Rectenna)(11)에서 통신신호와 수신전력으로 출력된다(20b). 여기에서 일정하고 규칙적인 구조의 주파수성분을 분리하는, 하드웨어적인 능동소자 또는 수동 소자로 구성된 대역통과 필터(BPF)를 일예로 하는 필터수단(12, 13, 14)에서 각각 데이터(13)와 WKUP 신호(14)로 분리되어 데이터는 적절한 증폭소자(선택사양이며, 직접 제어스위치 수단을 통해(16) 또는 간 접적으로 변별기 수단(15)을 통한 MCU에서 전력을 공급받는 형태가 된다)를 통하여 변복조 모뎀에 전달된다. 이때 WKUP 필터수단에 공급되는 전원은 직접 배터리에서 공급되는 형태가 가장 바람직하며, 본 발명의 핵심중 하나가 된다.
도 2에서 WKUP 필터수단(12b)의 여러 가지 형태가 제시된다. 일정하고 규칙적인 구조의 주파수성분에 기초하는 WKUP 신호는 각각 프리엠블 (Preamble)신호(14, 20c), 통신 데이터 자체의 성분(14, 20b) 및 부반송파 (Sub-Carrier)에서 발생된다. 이때, WKUP 신호(15b)는 프리엠블 신호의 길이(20c) 내에서 발생하게 되며(초고속 스위칭이 가능하게 되는 원리), 데이터 WKUP 필터(14a)에서 통신 신호가 계속되는 주기 동안의 WKUP 신호(15b)를 발생 시키게 된다. 덧붙여, 부가적으로 리더(21, 22)에서 보내오는 연속적인 부반송파 신호(20, 20a)역시 또 다른 WKUP 신호로 사용할 수 있고, 이때 복수개의 부반송파(14c, 14d)가 가능하며 다양한 기능, 일예를 들면 태그 그룹의 분별이나, 현장 사용시, 표준화 유무에 관계없이, 특화된 태그만을 동작 시켜, 혼잡 문제나 배터리 사용의 절약 등의 효과를 구현하게 되어, 본 발명의 핵심 기술이 된다. 이때 필터 수단의 잡음 변별력은 통신 신호의 특정한 주기적인 구조의 주파수 성분만을 이용하므로 BPF회로의 Q 또는 S/N을 20~100이상 사용 할 수 있으므로 거의 완벽한(PER 99.9% 이상 가능) 잡음분별 기능의 구현이 가능 하다. 이러한 WKUP 신호들은 적절한 변별기 수단(15)을 통하여 Tag의(17) 변복조 모뎀(17c)과 MCU(17b) 및 제어 스위치 수단(16)에서 사용하기에 편리한 형태로 재정리되며, 공급전원을 과다한 전력(200uA~2mA이상)을 소비하는 MCU의 사용 없이, 초저전력 상태(0.3~3uA, 250mAH로 7년사용)에서 제어할 수 있게 된다. 필요한 경우 MCU자체를 제어 스위치 수단(16)에서 ON/OFF 시킬 수 있어, 순수한 수동형 태그를 반능동형 태그의 형태로 사용하게도 만들 수 있다(청구항 9).
도 3은 앞에서 구현한 필터수단(12, 12b, 15, 15b)에서 생성된 순간적 또는 연속 형태의 안정적으로 확립된 WKUP 신호를 이용하여 태그의 주회로(17b) 및 변복조 모뎀(17c)의 성능을 개선하게 된다. 통상적인 모뎀은 항상 랜덤 잡음의 영향 하에 놓이게 되는데 이것을 피할 수 있는 수단을 제공하기 때문이다.
도 4 는 여기에서 언급되는 규칙적인 구조의 주파수성분을 가지는 통신신호, 정확 하게는 보편적으로 사용되는 패킷 형태의 데이터 구조의 한 예를 제시한 것이다. 무선 통신의 패킷 신호는 보편적으로 RZ(Return Zero)신호에 기초하며, 그 예로 맨체스터화, PSK, DPSK, FM, PPM 등이 있으며, 통상 특정한 주파수성분 2개로 구성되므로, 이것은 간이하게 상기한 필터 수단(12, 12b)에서 분리하여, 변별 수단(15, 15b)에서 유용한 제어 신호형태로(15c, 15d, 16) 출력하게 된다.
본 발명은 상기한 도 1과 같은 구성요소의 배치를 갖지만 이는 일예에 불과한 것으로서, 상기한 도 1중 각 구성요소의 위치를 재배열하거나 연결 관계를 변형하는 것은 당업자에게 극히 용이한 사항일 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 통신 신호를 활용한 하드웨어적 깨어남 기능 (12)을 가진 RFID 태그(17)를 포함한 전체 시스템의 개략적인 구성도(10)이다.
도 2는 도 1중 복합적인 하드웨어적 깨어남(12) 기능을 보다 구체화한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 RFID Tag의 주요 구성도이며, 변복조 모뎀에 깨어남 신호를(15b, 15c, 15d, 17b) 부가하는 방법에 대한 모식도.
도 4는 일실시예에 따른 통신 신호의 데이터패킷(Data Packet)파형의 한 모습이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10: 하드웨어적 깨어남(이하 WKUP로 표시함) 기능을 가진 RFID태그 구성도
11: 안테나 및 검파회로(Rectenna) 12, 12b: 하드웨어적 WKUP 기능 블럭
13: 통신신호 중에서 데이터만 추출하는 필터수단(BPF) 블록
14, 14a, 14b, 14c, 14d: WKUP 필터수단(BPF) 블럭
15, 15b, 15c, 15d: 변별기 수단 16: 전력 분배 스위치 수단
17, 17b: RFID태그 주(Main)회로 17c: 송수신 변복조 데이터 모뎀부
18: 배터리(전원부) 19: 센서장치(Module; Optional) 블럭
20,20a,20b,20c,20d: 통신신호(주신호+반송파+부반송파), 프리엠블 및 데이터패킷
21: RFID리더의 다중구조 부반송파 발생부 22: RFID 리더 구성도

Claims (9)

  1. 통신신호(20)에서 일정하고 규칙적인(또는 주기적이) 구조의 주파수 성분을 분리 하는 하드웨어적인 필터 수단(12, 12b); 및 상기 필터수단을 통과한 소정의 주파수 신호의 존재(20a, 20b)에 기초하여 동작하는 변별 스위치 수단(15, 16); 을 포함 하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17)을 가지는 무선통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 통신신호(20a)에서 일정하고 규칙적인 구조의 주파수 성분 (20b)을, 수신 데이터 자체의 규칙적인 신호(RZ{Return Zero} 신호)(14a, 20d)에 기초하여 데이터 패킷이 존재하는 동안 동작(15)하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더기능(22)을 가지는 무선통신 장치.
  3. 제1항 및 제 2 항에 있어서, 통신신호(20)에서 일정하고 규칙적인(또는 주기적인) 구조의 주파수성분(20b)을, 데이터 패킷의 프리엠블 신호(14b, 20c)에 기초하여 고속 동작(15)하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더 기능(22)을 가지는 무선통신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 통신신호(20a)에서 주기적인 구조의 주파수 성분을, 통신신호 에 부가된 부반송파(20)에 기초하여 사용하는 것(14, 14c, 15); 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더기능(21, 22)을 가지는 무선통신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 통신신호(20)에서 부반송파가 복수개인 경우(14c, 14d)를 특징으로 하며, 복수개의 변별 스위치 수단(15b)을 통하여 복합적인 변별기능(15c, 15d, 16, 17b)을 수행하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더기능(21, 22)을 가지는 무선통신 장치
  6. 제 1 항에 있어서, 제2항 내지 제5항 중, 어느 한 항의 방법만을 선택하여 사용하거나, 복수개의 항을 동시에 선택하여 사용하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더기능(22)을 가지는 무선통신 장치.
  7. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 변별수단(15, 15b)및 제어 스위치 수단 (16)을 통과한 신호(12, 12b, 15c)를 변복조 모뎀(17c)에서 활용하여 지능(Intelligent) 신호의 잡음 구별기능의 구현으로 안정성 및 변복조 효율을 향상하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더 기능(22)을 가지는 무선통신 장치.
  8. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 변별수단(15, 15b)을 통과한 신호(12, 12b)를 활용하여 전원 공급부(18)의 스위치 수단(16)에 적용하여, 낭비전력을 극소화 하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17) 또는 RFID 리더 기능(22)을 가지는 무선통신 장치.
  9. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 변별수단(15, 15b)및 제어 스위치 수단(16)을 통과한 신호(12, 12b)를 활용하여, 배터리의 사용이 없는 태그(Non- Battery Assisted Tag, Passive Tag)(17)를 배터리(18)의 사용이 있는 태그 (Battery-Assisted Tag, Semi-Active Tag, Active Tag)형태로 사용 하게하는 것; 을 특징으로 하는 RFID 태그기능(10, 17)을 가지는 무선통신 장치.
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