KR20080074451A

KR20080074451A - Ｒｆｉｄ 송수신 시스템

Info

Publication number: KR20080074451A
Application number: KR1020070013605A
Authority: KR
Inventors: 김남윤
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-13
Also published as: KR101416991B1

Abstract

본 발명에 의한 RFID 송수신 시스템은 수신신호를 베이스밴드신호로 처리하는 수신 믹서부; 송신신호를 RF신호로 처리하는 송신 믹서부; 상기 수신 믹서부 및 상기 송신 믹서부로 발진주파수신호를 공급하는 위상동기회로부; 상기 베이스밴드 수신신호를 해석하여 다른 시스템에서 사용되는 RFID 채널을 파악하고, 간섭채널정보를 생성하여 송신신호를 구성하며, 상기 위상동기회로부를 제어하여 주파수 호핑을 처리하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 다른 시스템이 사용하고 있는 주파수 채널을 파악하고 간섭이 발생된 채널을 피하여 주파수 호핑을 처리할 수 있으므로, 수신신호를 안정적으로 복원/처리할 수 있고 통신 시스템간 간섭 없이 통신을 수행할 수 있으며 태그로 원할한 에너지 공급을 할 수 있는 효과가 있다. 또한, RFID 송수신 시스템 사이에 간섭이 발생된 채널 정보를 공유할 수 있으므로 간섭이 발생된 채널을 정확히 파악할 수 있고 하드웨어 자원 및 연산자원을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＲＦＩＤ 송수신 시스템{Radio Frequency IDentification traceiver system}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템이 리더 네트워크를 형성하는 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템에서 사용되는 RFID 신호 규격을 개략적으로 도시한 다이어그램이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템에서 사용되는 RFID 신호 규격 중 커맨드 데이터가 실리는 구간을 확대 도시한 다이어그램이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: RFID 송수신 시스템 105, 110: 수신안테나, 송신안테나

122: LNA 124, 210: 제1/제2 대역통과필터

130: 발룬회로 142, 144: 제1믹서, 제2믹서

152, 154: 제1LPF, 제2LPF 155: 복조부

160: 제어부 162: 데이터해석부

164: 간섭정보생성부 166: 호핑채널관리부

168: 데이터구성부 182, 184: 제1IF필터, 제2IF필터

192, 196: 제3믹서, 제4믹서 220: PA

본 발명은 주파수 채널간 간섭을 회피할 수 있는 RFID 송수신 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 예로서 RFID 기술을 들 수 있으며, 일반적으로, RFID 시스템은 물품에 부착되어 세부정보가 내장된 태그, 태그의 정보를 RF통신을 이용하여 읽는 리더로 이루어진다. 태그는 리더가 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, RFID 시스템은 ASK(Amplitude Shift keying) 변조 방식을 이용한 포락선 검파를 통하여 구현되는 것이 일반적이며, 종래의 설계 방식에 의하면, 비트 오율이 저하되므로 데이터 인식률이 낮게 형성된다는 단점이 있다.

특히, RFID 리더의 경우 고속으로 이동되는 태그를 대상으로 하기 때문에 전파 환경의 변화가 심하고, 외부의 환경 변화에 따라 수신 신호의 변화가 크게 발생되는데(예를 들어, 태그의 이동시 발생되는 태그 신호의 위상 변화 등), 특히 RFID 리더 간의 주파수 간섭 현상은 RFID 태그의 인식률에 큰 영향을 준다.

가령, 다수개의 RFID 리더가 설치된 지역에 많은 태그들이 존재하는 경우, 동일한 주파수 대역을 사용하는 태그 신호가 동시에 RFID 리더들로 수신될 수 있으며, 이러한 경우 태그 신호 사이에 간섭 현상이 발생되어 RFID 리더는 신호를 처리할 수 없게 되고 데이터 인식률이 더욱 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 다른 RFID 리더의 송신 신호 또는 자신의 송신 신호가 RFID 리더의 수신단으로 전달되면, 송신 신호는 간섭 신호로 작용되어 태그(수신) 신호의 처리를 더욱 어렵게 할 수 있다.

그리고, 태그가 이동되는 경우, 에너지의 공급 위치도 변화되므로 이는 인식률을 저하시키는 요인이 되며, 수신감도 및 인식거리 역시 저하되는 문제점이 있다.

RFID 주파수는 125 KHz, 135 KHz와 같은 저주파(LF), 13.56 MHz와 같은 고주파(HF), 433 MHz, 900 MHz 대역의 극초단파(UHF), 2.45 GHz 대역의 마이크로파 등 다양한데, 안테나와 통신모듈을 저렴하고 작게 만들 수 있는 점, 인식 거리가 길고 다수의 태그를 구분할 수 있는 점 등의 장점으로 인하여 900 MHz 대역의 주파수가 널리 활용될 전망이다.

그러나, 900 MHz 대역의 주파수는 전체 주파수 대역폭이 좁고 캐리어 수가 적으므로, 송신 신호를 비롯한 외부 간섭신호의 영향 또는 상기 태그 신호들 사이의 간섭 현상이 더욱 치명적인 문제점으로 인식될 수 있다.

본 발명은 다른 시스템이 사용하는 채널을 파악하고, 간섭이 발생된 채널을 피하여 주파수 호핑을 처리함으로써 안정적으로 통신을 수행하는 RFID 송수신 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 간섭이 발생된 채널 정보를 공유함으로써 멀티 시스템을 구축할 수 있는 RFID 송수신 시스템을 제공한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 RFID 송수신 시스템에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명의 실시예에서, 상기 RFID 송수신 시스템은 UHF 대역의 캐리어 신호를 이용하는 RFID리더인 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(이하, 필요에 따라 "본 발명에 의한 리더"라 함)(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 의하면, 본 발명에 의한 리더(100)는 수신 안테나(105), LNA(Low Noise Amplifier)(122), 제1대역통과필터(124), 발룬회로(130), 수신 믹서부(142, 146; 이하, "제1믹서(142)", "제2믹서(146)"라 함), 제1국부발진회로(144), 제 1LPF(152), 제2LPF(154), 복조부(155), 제어부(160), 위상동기회로부(200), 제1IF(Intermediate Frequency)필터(182), 제2IF필터(184), 송신 믹서부(192, 196; 이하, "제3믹서(192)", "제4믹서(196)"라 함), 제2국부발진회로(194), 합성기(198), 제2대역통과필터(210), PA(Power Amplifier)(220) 및 송신 안테나(110)를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부(160)는 데이터해석부(162), 간섭정보생성부(164), 호핑채널관리부(166) 및 데이터구성부(168)를 포함하여 이루어진다.

상기 수신 안테나(105)는 태그 또는 다른 리더로부터 신호를 수신하는데, 본 발명에 의한 리더(100)는 다른 리더의 신호를 분석하여 채널간섭정보를 생성하고, 채널간섭정보를 다른 리더와 공유하는 것을 특징으로 하므로, 이하 수신되는 신호는 다른 리더의 신호인 것으로 하여 설명한다.

상기 LNA(Low Noise Amplifier)(122)는 수신신호를 저잡음증폭시키고, 제1대역통과필터(124)는 증폭과정에서 혼재된 불요파 성분의 신호들을 걸러낸다.

상기 발룬회로(130)는 180도의 위상차를 가지는 I신호 및 Q신호로 분리시키는데, 출력단이 각각 제1믹서(142)와 제2믹서(146)로 연결되며, 수신신호의 입력라인 중 한측을 GND로 만들고 다른 측으로 신호를 몰아(일종의 신호 변환임) I신호 또는 Q신호를 분리시킨다.

상기 제1믹서(142)와 제2믹서(146)는 제1국부발진회로(144)로부터 발진주파수신호를 전달받고, 분리된 I신호 및 Q신호를 이와 합성하여 베이스밴드 신호로 생성한다.

상기 위상동기회로부(200)는 발진주파수신호가 유동되지 않고 안정적으로 공 급되도록 위상동기신호를 생성하고 이를 제1국부발진회로(144) 및 제2국부발진회로(194)로 전달한다.

베이스밴드 신호로 생성된 I신호와 Q신호는 각각 제1LPF(Low Pass Filter)(152)와 제2LPF(154)를 거쳐 믹싱 과정에서 혼재된 잡음 성분이 제거된다.

상기 복조부(155)는 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하여 베이스밴드신호를 디지털 신호로 복조하고, 복조된 신호를 제어부(160)로 전달한다.

상기 제어부(160)는 통신프로토콜을 구비하여 RFID 태그와의 무선통신을 제어하고, 상기 RFID 태그의 위치를 파악하기 위하여 주기적으로 정보요청신호를 송출한다.

또한, 제어부(160)는 RFID 태그로부터 수신된 태그식별정보의 코드를 분석하는데, 이때 데이터 포맷을 변환하고, 필요한 정보를 추출하기 위하여 필터링을 처리한다.

상기 제어부(160)는 데이터해석부(162), 간섭정보생성부(164), 호핑채널관리부(166) 및 데이터구성부(168)를 포함하여 이루어지며, 상기 각 구성부는 FPGA(Field Programmable Gate Array)회로나 DSP(Digital Signal Processing)회로를 이용하여 프로그래밍될 수 있다.

상기 데이터해석부(162)는 복조된 수신신호를 해석가능한 디지털 신호 규격으로 구성하고, 상기 간섭정보생성부(164)는 디지털 신호를 분석하여 수신신호의 주파수 대역을 선별한다.

상기 데이터해석부(162)는 수신신호의 구간을 데이터 영역별로 구분하여 각 각의 데이터를 해석하는데, 가령, 데이터 구간과 에너지 전송 구간(태그로 전달되는 에너지 신호임)을 구분할 수 있다(RFID 신호 규격에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명됨).

또한, 상기 간섭정보생성부(164)는 수신신호의 전력 레벨을 파악함으로써 수신신호에 간섭 현상이 발생되었는지의 여부를 감지할 수 있다.

이와 같이 하여, 수신신호의 주파수 채널 정보는 간섭채널정보로 생성되는데, 상기 간섭정보생성부(164)는 간섭채널정보를 다른 리더와 공유하여 네트워크 정보로 처리한다.

즉, 상기 간섭정보생성부(164)는 수신신호를 분석한 결과, 다른 리더가 생성한 간섭채널정보가 수신신호에 담겨있으면 이를 추출하여 자신이 생성한 간섭채널정보와 함께 저장/관리한다(이하, 간섭정보생서부(164) 자신이 생성한 간섭채널정보 및 다른 리더로부터 전달된 간섭채널정보를 포괄하여 "간섭채널정보"로 지칭함).

상기 호핑채널관리부(166)는 상기 간섭채널정보에 따라 호핑시작채널을 설정하고(호핑시작채널정보를 생성함), 호핑주기를 조절하며(호핑주기정보를 생성함), 다른 리더에서 사용되는 채널과 동기화되어 호핑이 처리되도록 채널동기화정보를 생성한다.

또한, 호핑채널관리부(166)는 호핑시작채널정보, 호핑주기정보 및 채널동기화정보가 생성됨에 따라 상기 위상동기회로부(200)로 제어신호를 전달하고, 상기 위상동기회로부(200)는 위상동기신호를 조정한다.

따라서, 제1국부발진회로(144) 및 제2국부발진회로(194)는 발진주파수신호를 차별화하여 공급할 수 있고, 송수신신호는 호핑된 주파수 채널 신호를 이용하여 복조 혹은 변조처리될 수 있다.

본 발명에 의한 리더(100)는 이렇게 다른 리더에서 사용되는 주파수 채널을 회피하여 주파수 호핑 동작을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 채널 상에서도 충돌 회피(Anti-collision) 방식을 적용할 수 있는데, 상기 데이터구성부(168)가 이러한 기능을 수행한다.

상기 데이터구성부(168)는 기기(리더)식별번호, 호핑채널번호(자신을 포함하여 다른 리더들이 현재 사용하고 있는 채널에 대한 정보임), 호핑시작채널정보, 호핑주기정보, 채널동기화정보를 포함하는 간섭채널정보를 캐리어 신호에 실어 송신신호를 구성한다.

상기 송신신호는, 물론 태그정보를 포함할 수 있고, 상기 캐리어 신호는 호핑된 주파수 채널의 신호일 수 있으며, 태그로 송신할 신호 또는 다른 리더로 송신할 신호가 구분되어 구성될 수 있다.

반면, 호핑이 처리되지 않고 다른 리더가 사용하고 있는 채널을 캐리어 신호로 이용하는 경우, 상기 데이터구성부(168)는 다른 시스템이 사용하는 채널의 에너지 신호가 실리는 구간과 자신의 데이터가 실리는 구간을 캐리어 신호 상에서 어긋나게 배치하여 충돌 회피 방식을 적용할 수 있다.

상기 제1IF필터(182)와 제2IF필터(184)는 디지털 신호 상태인 I송신신호 및 Q송신신호를 각각 필터링하여 잡음성분을 제거하고, 필터링된 I송신신호 및 Q송신 신호를 각각 제3믹서(192)와 제4믹서(196)로 전달한다.

상기 제3믹서(192)와 제4믹서(196)는 제2국부발진회로(194)로부터 전달된 발진주파수신호를 각각 I송신신호 및 Q송신신호와 혼합하여, RF I송신신호 및 RF Q송신신호로 변환하고, RF I송신신호와 RF Q송신신호는 합성기(198)를 통하여 단일 RF송신신호로 합성된다.

상기 제2대역통과필터(BPF; 210)는 주파수 합성 과정에서 혼재된 불요파 성분의 신호를 제거하고, 전력증폭기(PA; 220)는 필터링된 RF 송신신호를 송신가능한 전력 레벨로 증폭하여 송신 안테나(110)로 전달한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(100)이 리더 네트워크를 형성하는 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.

앞서 설명한 것처럼, 간섭채널정보가 포함된 송신신호가 구성되고 송신됨에 따라, 다수의 리더(100)들은 간섭채널정보를 공유하고 공유된 간섭채널정보를 네트워크 정보로 처리할 수 있다.

도 2를 참조하면, 인접된 리더(100)들은 하나의 그룹(L1)을 이루어 서로의 간섭채널정보를 공유하고, 어느 하나의 리더(100)가 교량 역할을 하여, 상대적으로 떨어진 곳에 위치에서 다른 그룹(L2)을 이룬 리더(100)와 다시 간섭채널정보를 공유함으로써 전체 지역의 리더들은 현재 사용되는 채널에 대한 정보를 모두 공유할 수 있으며, 태그(300)와 안정적으로 통신을 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(100)에서 사용되는 RFID 신호 규격을 개략적으로 도시한 다이어그램이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RFID 송수신 시스템(100)에서 사용되는 RFID 신호 규격 중 커맨드 데이터가 실리는 구간을 확대 도시한 다이어그램이다.

도 3에서, "A"구간은 신호의 시작을 알리고 신호의 종류, 규격 등을 정의한 프리앰블(Preamble) 구간이고, "B"구간은 송수신 모드(태그 또는 다른 리더로 자신이 수신 상태인지 송신 상태인지를 알리는 정보임) 구간이다.

"C"구간은 리더(100)의 커맨드 데이터가 실리는 구간인데, 이 구간에 간섭채널정보, 즉 리더식별번호, 호핑채널번호, 호핑시작채널정보, 호핑주기정보, 채널동기화정보 등이 실리게 된다.

"D"구간은 태그 혹은 다른 리더의 응답 비트가 실리는 구간이고, "E"구간은 에너지 신호 구간이다.

가령, 다른 리더가 도 3에 도시된 규격의 채널 신호를 캐리어 신호로 이용하고 있다면, 상기 데이터구성부(168)는 자신이 구성한 송신신호, 즉 "A"구간 내지 "D"구간을 다른 리더의 에너지 신호 구간(E)에 동기화시킬 수 있다.

따라서, 상기 주파수 충돌 회피 기법을 이용하면 하나의 채널을 통하여 다수의 리더가 통신을 수행할 수 있게 된다.

도 4를 참조하면, "C"구간이 확대된 것을 볼 수 있는데, "C1"구간은 데이터 영역의 프리앰블신호 구간이고, "C2"구간은 리더식별번호가 실리는 구간이다.

또한, "C3"구간은 데이터 영역을 구분하기 위한 신호 구간이고, "C4"구간은 호핑채널번호가 실리는 구간이다.

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 송수신 시스템에 의하면, 다른 시스템이 사용하고 있는 주파수 채널을 파악하고 간섭이 발생된 채널을 피하여 주파수 호핑을 처리할 수 있으므로, 수신신호를 안정적으로 복원/처리할 수 있고 통신 시스템간 간섭 없이 통신을 수행할 수 있으며 태그로 원할한 에너지 공급을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, RFID 송수신 시스템 사이에 간섭이 발생된 채널 정보를 공유할 수 있으므로 간섭이 발생된 채널을 정확히 파악할 수 있고 하드웨어 자원 및 연산자원을 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 동일한 채널 혹은 인접 채널을 사용하는 경우라도 멀티 시스템을 구축할 수 있으므로 시스템의 배치 자유도가 확보되고, 다수개의 통신 시스템을 제어하기 위하여 복잡한 통제 시스템을 구비할 필요가 없게 되는 효과가 있다.

Claims

수신신호를 베이스밴드신호로 처리하는 수신 믹서부;

송신신호를 RF신호로 처리하는 송신 믹서부;

상기 수신 믹서부 및 상기 송신 믹서부로 발진주파수신호를 공급하는 위상동기회로부;

상기 베이스밴드 수신신호를 해석하여 다른 시스템에서 사용되는 RFID 채널을 파악하고, 간섭채널정보를 생성하여 송신신호를 구성하며, 상기 위상동기회로부를 제어하여 주파수 호핑을 처리하는 제어부를 포함하는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 위상동기회로부는 발진주파수신호의 대역을 조정하고,

상기 수신 믹서부 및 상기 송신 믹서부는 상기 대역 조정된 발진주파수신호를 이용하여 채널 호핑된 신호를 처리하는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 송신신호로 구성된 간섭채널정보를 다른 시스템과 공유하여 네트워크 정보로 처리하는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 간섭정보를 포함하는 송신신호는

기기식별번호, 호핑채널번호를 포함하는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

다른 시스템이 사용하는 채널의 에너지 신호 구간과 데이터 구간을 어긋나게 하여 상기 송신신호를 구성하는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

다른 시스템으로 전송할 송신신호 및 태그로 전송할 송신신호를 구분하여 송신신호를 구성하는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수신 믹서부, 송신 믹서부, 위상동기회로부 및 제어부는

RFID 리더에 구성되는 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수신신호는

리더로부터 전송된 신호인 RFID 송수신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 베이스밴드 수신신호를 해석하는 데이터해석부;

상기 간섭채널정보를 생성하고, 간섭채널정보를 다른 시스템과 공유하여 네 트워크 정보로 처리하는 간섭정보생성부;

상기 간섭채널정보에 따라 호핑시작채널을 설정하고 호핑주기를 조절하는 호핑채널관리부; 및

상기 간섭채널정보, 기기식별번호, 호핑채널번호를 포함하는 송신신호를 구성하고, 다른 시스템이 사용하는 채널의 에너지 신호 구간과 데이터 구간을 어긋나게 하여 송신신호를 구성하는 데이터구성부를 포함하는 RFID 송수신 시스템.