KR20100060954A - 전력효율을 높일 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템에 대한 무선신호 처리방법 - Google Patents

전력효율을 높일 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템에 대한 무선신호 처리방법 Download PDF

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Abstract

전력 효율을 높일 수 있는 통신 시스템이 개시된다. 상기 통신 시스템은 태그와, 상기 태그와 통신할 수 있는 리더를 포함한다. 상기 리더는 태그에 제1전원을 공급하기 위해서, 제1국부발진신호에 따라 생성된 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하기 위한 제1송신부와, 상기 태그에 송신데이타와 제2전원을 공급하기 위해서, 송신데이타신호와 제2국부발진신호를 혼합하여 생성된 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 전송하기 위한 제2송신부를 포함하고, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이다. 따라서, 본 발명에 따른 통신 시스템은 인식거리를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
RFID 시스템, 전송 손실(path loss), 삽입 손실(insertion loss)

Description

전력효율을 높일 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템에 대한 무선신호 처리방법{Communication system for improveing power effeciency, and wireless signal process method having the same}
본 발명의 실시 예는 RF(radio frequency) 통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 효율을 높일 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템에 대한 신호처리 방법에 관한 것이다.
무선주파수인식(Radio Frequency IDentification)은 소형 마이크로칩을 내장한 RFID 태그(Tag 또는 Transponder)에 저장된 데이터를 무선주파수(RF; Radio Frequency)를 이용하여 대상을 식별할 수 있는 기술로서 비 접촉식 인식 시스템이다.
1980년대부터 등장한 이 시스템은 DSRC(dedicated short range communication; 전용 근거리 통신) 또는 무선식별시스템이라고도 한다.
현재 RFID 태그는 물류/유통, 자산추적, 보안등의 분야에 적용되고 있으며, 반도체 기술의 발달에 따라 RFID를 구현하기 위하여 객체에 부착되는 즉, 상기 객체의 정보가 입력되는 IC 칩이 저가화됨으로써, 상기 객체 관리의 효율성과 경쟁력 을 극대화시켜줄 수 있는 기술로 부상하고 있다.
통신 시스템 예컨대, RFID 시스템은 RFID 리더(또는 인터그레이터라고도 한다), 안테나, 및 RFID 태그(또는 트랜스폰더라고도 한다)를 포함하며, 상기 RFID 태그는 ID 데이터를 기록해 두는 마이크로 칩과 상기 마이크로 칩의 구동을 위한 전력을 얻으면서 ID 데이터를 송수신하는 안테나로 구성되어 있다. RFID 리더는 RFID 시스템에서 RFID 태그가 가지고 있는 식별정보를 무선으로 읽거나 쓰기 위해 사용된다.
RFID 시스템의 핵심인 RFID 태그는, 내부에 전지(배터리)가 포함되어 있는지의 여부에 따라, 전지 없이 RFID 리더로부터 출력된 RF 신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는 수동(passive)형 RFID 태그와 전지가 포함된 능동(active)형 RFID 태그로 나눌 수 있다.
특히, 수동형 RFID 태그는 자체적으로 정보를 전달하기 위한 RF신호를 생성할 수 없으므로 RFID 리더로부터 송신되는 지속파(CW 혹은 continuous wave)를 반사 변조(backscattered modulation) 방식을 이용하여 변조함으로써 저장된 정보를 리더로 송신할 수 있다.
그러나 종래의 RFID 시스템에서 수동형 태그는 저장된 정보를 리더로 송신하기 위하여 마이크로칩이 지속적으로 동작하고 있어야 하므로, 반사 변조에 사용되는 지속파를 전력 공급을 위해서도 사용해야한다. 이로인해, 종래의 RFID 시스템은 리더가 태그로부터 수신하는 반사 변조된 신호의 세기가 약하기 때문에 리더에서 수신되는 신호가 미약해짐으로써 리더와 태그간에 통신을 할 수 있는 인식거리에 제한이 생긴다.
따라서, 리더와 태그 간에 통신을 할 수 있는 인식거리를 향상시킬 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템의 신호처리방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태그와 리더 간에 인식거리를 높일 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템에 대한 무선신호처리방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 두 개의 안테나를 이용하여 전원과 송신 데이터 각각을 동작 환경에 따라 적합한 주파수 대역을 통하여 독립적으로 전송할 수 있는 통신 시스템 및 상기 통신 시스템에 대한 신호처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 리더로부터 공급되는 전원을 태그의 동작 전원으로 공급하거나 상기 태그를 포함하는 통신 단말기의 동작전원으로 공급할 수 있는 무전원 또는 저전원 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 리더는 태그에 제1전원을 공급하기 위해서, 제1국부발진신호에 따라 생성된 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하기 위한 제1송신부와, 상기 태그에 송신데이타와 제2전원을 공급하기 위해서, 송신데이타신호와 제2국부발진신호를 혼합하여 생성된 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 전송하기 위한 제2송신부를 포함한다. 이때, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이다.
상기 리더의 통신 주파수 대역이 900MHz 주파수 대역인 경우, 상기 제1주파수 대역은 500MHz 주파수 대역이고, 상기 제2주파수 대역은 900MHz 주파수 대역이 다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 태그는 내부 회로, 제1전원생성부, 제2전원생성부, 및 전원제어부를 포함한다. 상기 제1전원생성부는 제1안테나를 통하여 수신된 제1RF신호를 제1전원으로 변환한다. 상기 제2전원생성부는 제2안테나를 통하여 수신된 제2RF신호의 일부를 제2전원으로 변환한다. 상기 전원제어부는 상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 상기 내부회로의 동작 전원으로서 공급한다.
상기 태그는 상기 제1RF신호와 상기 제2RF신호를 겹합하기 위한 결합기와, 상기 결합기의 출력신호를 수신하여 제1주파수 대역의 신호와 제2주파수 대역의 신호로 분리하기 위한 격리부를 더 포함한다.
상기 격리부는 상기 결합기의 출력신호를 제1차단주파수에 기초하여 상기 제1주파수 대역의 신호만 통과시키 위한 제1밴드패스필터와, 상기 결합기의 출력신호를 제2차단주파수에 기초하여 상기 제2주파수 대역의 신호만 통과시키기 위한 제2밴드패스필터를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 태그와 상기 태그와 무선 통신할 수 있는 리더를 포함한다. 상기 리더는 상기 태그에 제1전원을 공급하기 위해서, 제1국부발진신호에 따라 생성된 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하기 위한 제1송신부와, 상기 태그에 송신데이타와 제2전원을 공급하기 위해서, 송신데이타신호와 제2국부발진신호를 혼합하여 생성된 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 전송하기 위한 제2송신부를 포함한다. 이때, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이 다.
상기 태그는 내부 회로와, 제3안테나를 통하여 수신된 상기 제1RF신호를 상기 제1전원으로 변환하기 위한 제1전원 생성부와, 제4안테나를 통하여 수신된 상기 제2RF신호를 상기 제2전원으로 변환하기 위한 제2전원생성부와, 상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 상기 내부회로의 동작 전원으로서 공급하는 전원제어부를 포함한다.
상기 통신 시스템에 있어서, 상기 리더의 통신 주파수 대역이 900MHz 주파수 대역인 경우, 상기 제1주파수 대역은 500MHz 주파수 대역이고, 상기 제2주파수 대역은 900MHz 주파수 대역이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 리더의 신호 전송 방법은 태그로 제1전원을 공급하기 위한 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하는 단계와, 상기 태그로 제2전원과 송신데이터를 공급하기 위한 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 전송하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이다. 이때, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 태그의 전원 생성 방법은 제1전원을 생성하기 위한 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 수신하는 단계와, 송신데이터와 제2전원을 생성하기 위한 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 수신하는 단계와, 상기 제1RF신호를 상기 제1전원으로 변환하고, 상기 제2RF신호의 일부를 상기 제2전원으로 변환 하는 단계와, 상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 내부회로의 동작 전원으로서 공급하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에 대한 무선 신호 처리방법은 리더가 제1RF신호를 제1안테나를 통해 태그로 전송하고, 송신데이터를 포함하는 제2RF신호를 제2안테나를 통해 상기 태그로 송신하는 단계와, 상기 태그가 상기 제1RF신호를 제3안테나를 통하여 수신하고, 상기 제2RF신호를 제4안테나를 통하여 수신하는 단계와, 상기 태그가 상기 제1RF신호를 제1전원으로 변환하고, 상기 제2RF신호의 일부를 제2전원으로 변환하는 단계와, 상기 태그가 상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 내부회로의 동작 전원으로서 공급하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호이다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 두 개의 안테나를 이용하여 전원과 송신 데이터 각각을 동작 환경에 따라 적합한 주파수 대역을 통하여 독립적으로 전송함으로써 전력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 무선 신호가 전송될 때 발생할 수 있는 전송 손실(path loss) 및 태그 내부에서 발생할 수 있는 삽입손실 (insertion loss)을 줄여 전력 효율을 높이고, 상기 태그로부터 송출되는 RF수신신 호의 세기를 증가시킬 수 있으므로 태그와 리더 간에 인식거리를 늘릴 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서, 태그에서 생성되는 전원은 상기 태그의 마이크로 칩을 구동하기 위한 전원으로 사용될 뿐만 아니라 상기 태그를 포함하는 단말기의 구동 전원으로 사용함으로써 무전원 또는 저전원 통신 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 무전원 또는 저전원 통신 시스템 예컨대, RFID 시스템(10)은 대상물에 부착되는 태그(TAG, 40)와 상기 태그와 통신할 수 있는 리더(20)를 포함한다. 설명의 편의를 위해서 RFID 시스템(10)이 UHF 대역에서 860~960MHz 주파수로 리더(20)와 태그(40) 간에 통신동작을 수행는 것을 일 예로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
리더(20)는 디지털 처리부(23), 송신부(25), 주파수 합성부(31), 수신 부(35), 제1안테나(37), 및 제2안테나(39)를 포함한다. 리더(20)는 이동 전화기 또는 PDA(personal digital assistant) 등과 같은 이동 통신 장치(mobile communication device)일 수 있다.
디지털 처리부(23)는 통신 프로토콜을 포함하며, 상기 리더(20)와 태그(40) 사이의 RF 통신을 제어한다. 즉, 디지털 처리부(23)는 태그(40)의 위치를 파악하기 위하여 주기적으로 정보요청신호를 태그(40)로 송출하고, 송출된 정보요청신호에 응답하여 태그(40)로부터 수신되는 RF수신신호를 분석하고, 분석 결과에 따라 전체 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 디지털 처리부(23)는 송신부(25)의 동작을 제어하기 위한 제어신호들 예컨대, 제1송신부(27)를 인에이블하기 위한 제1인에이블신호(EN1)와 제2송신부(29)를 인에이블시키기 위한 제2인에이블 신호(EN2) 생성할 수 있다.
디지털 처리부(23)는 FPGA(Field Programable Gate Array)회로나 DSP(Digital Siganl Processing)회로 형태로 구현될 수 있다.
송신부(25)는 제1송신부(27)와 제2송신부(29)를 포함한다. 제1송신부(27)는 디지털 처리부(23)로부터 출력되는 제1인에이블신호(EN1)에 응답하여 국부발진신호(LO1)를 증폭하고 증폭된 신호를 제1RF송신신호로써 제1안테나(37)로 출력한다. 이에 따라, 제1송신부(27)는 제1전원(V1)을 공급하기 위한 일정 주파수의 정현파 신호로 이루어진 국부발진신호(LO1)에 따라 제1RF송신신호를 생성한다.
여기서, 국부발진신호(LO1)는 제1주파수 대역 예컨대, 500MHz에서 동작하는 경우에 사용되는 신호일 수 있다. 또한, 국부발진신호(LO1)는 국부발진기(Local Oscillator, 미도시)로부터 발생된 신호일 수 있고, 또는 다른 외부 발진기(미도시)로부터 발생된 신호일 수 있다.
제2송신부(29)는 디지털 처리부(23)로부터 출력되는 제2인에이블신호(EN2)에 응답하여 기저대역처리부(미도시)로부터 출력되는 송신데이터신호(RS1)와 주파수 합성부(31)로부터 출력되는 국부발진신호(LO2)를 혼합하여 적절한 송신 주파수 대역 즉, 제2주파수 대역의 신호로 변환하고, 변환된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 제2RF송신신호로써 제2안테나(39)로 출력한다. 이에 따라, 제2송신부(29)는 송신데이터와 제2전원(V2)을 공급하기 위해서 국부발진신호(LO2)에 따라 송신데이터신호(RS1)가 실린 제2RF송신신호를 생성한다. 여기서, 국부발진신호(LO2)는 제2주파수 대역 예컨대, 900MHz에서 동작하는 경우에 사용되는 신호일 수 있다.
상술한 바와 같이, 송신부(25)는 태그(40)에 송신데이터와 제2전원(V2)을 공급하기 위한 신호를 상기 리더(20)가 동작하는 통신 주파수 대역 즉, 제2주파수 대역을 통하여 전송하고, 별도로 상기 태그(40)에 제1전원(V1)을 공급하기 위한 신호를 상기 통신 주파수 대역보다 낮은 제1주파수 대역을 통하여 독립적으로 전송한다. 즉, 제2주파수 대역은 RFID 시스템이 동작하는 통신 주파수 대역에 따라 주파수가 설정되고, 제1주파수 대역은 상기 제1주파수 대역보다 낮은 주파수로 가변적으로 설정될 수 있다.
수신부(35)는 제2안테나(39)를 통하여 수신되는 RF수신신호와 주파수합성부(31)로부터 출력되는 국부발진신호(LO3)를 혼합하여 중간주파수 대역의 신호로 변환하고, 변환된 신호를 원래의 신호로 복조하고, 복조된 신호를 디지털수신신 호(DS1)로써 디지털 처리부(23)로 출력한다.
주파수 합성부(31)는 다수의 국부발진신호들(LO2, 및 LO3)을 생성하고, 생성된 다수의 국부발진신호들(LO2, 및 LO3) 중에서 어느 하나를 제2송신부(29)로 출력하고 상기 다수의 국부발진신호들(LO2, 및 LO3) 중에서 다른 하나를 수신부(35)로 출력한다. 여기서, 다수의 국부발진신호들(LO2, 및 LO3) 각각은 주파수 상향 변환을 수행하기 위한 기준 주파수원, 또는 주파수 하향 변환을 수행하기 위한 기준 주파수원일 수 있다.
도 1에 도시된 실시 예에서 다수의 국부발진신호들(LO1, LO2, 및 LO3) 각각은 국부발진기(미도시)와 주파수 합성부(31)에서 생성되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예에서 다수의 국부발진신호들(LO1, LO2, 및 LO3) 각각은 국부발진기(미도시)와 주파수합성부(31) 중에서 어느 하나에서 생성될 수 있다.
제1안테나(37)는 제1송신부(27)로부터 출력되는 제1RF송신신호를 제1RF신호로서 제1채널을 통하여 송신하고, 제2안테나(39)는 제2송신부(29)로부터 출력되는 제2RF송신신호를 제2RF신호로서 제2채널을 통하여 외부로 송신하거나, 외부로부터 송신되는 RF수신신호를 제2채널을 통하여 수신할 수 있다.
일반적으로 RFID 시스템에서, 태그가 자체의 전원을 갖지 않음으로 인해 리더(20)는 리더와 태그 간에 통신을 수행하기 위해서 전원과 데이터를 공급하기 위한 RF신호를 하나의 안테나를 통하여 방사하고, 태그는 수신하는 RF 신호의 적어도 일부를 이용하여 마이크로 칩의 동작에 필요한 전력을 자체적으로 생성한다.
RF 신호가 리더로부터 태그로 전송되는 동안, 상기 태그에 수신되는 RF신호 의 세기는 채널 경로상에서 발생되는 전송 손실(path loss)에 의하여 줄어든다. 또한, 태그는 수신된 RF신호를 이용하여 생성한 전력 중 일부는 마이크로 칩을 구동하기 위해 사용하고, 생성된 전력 중 나머지 일부만을 사용하여 RF수신신호를 생성함으로써 생성된 RF수신신호의 세기가 미약하다.
이와 같이, 종래의 RFID 시스템에서는 태그로부터 방사되는 RF송신신호의 세기가 미약하여, 리더와 태그 간에 데이터를 송수신하기 위한 통신 속도가 저하되거나 정보전달이 정확하게 이루어지지 않아 리더와 태그 간에 통신을 할 수 있는 인식거리가 제한되는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 무전원 또는 저전원 단말기 예컨대, 리더(20)는 제1전원(V1)을 공급하기 위한 제1RF신호와 송신데이터와 제2전원(V2)을 공급하기 위한 제2RF신호를 생성하고, 생성된 제1RF신호와 제2RF신호 각각을 서로 다른 주파수 대역을 갖는 두 개의 안테나를 통하여 방사함으로써 전력 효율을 높일 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 리더(20)는 무전원 단말기 예컨대, 태그(40)에 전원만을 공급하기 위한 제1RF신호를 별도로 생성하고, 생성된 제1RF신호를 상기 제2주파수 대역보다 낮은 제1주파수 대역을 통하여 독립적으로 태그(40)로 전송함으로써 전력 효율을 높일 수 있다. 이는 무선 신호가 공기 중으로 전송되면서 발생되는 전송 손실(path loss)은 상기 무선신호가 높은 주파수 대역을 통하여 전송될 때보다 낮은 주파수 대역을 통하여 전송될 때 줄어들기 때문이다. 따라서, 리더(20)는 태그(40)에 더 많은 전력을 공급할 수 있다.
RFID 태그(40)는 제3안테나(41), 제4안테나(43), 전원공급부(50), 및 내부회로(60)를 포함한다.
제3안테나(41)는 제1안테나(37)를 통하여 전송되는 제1RF신호를 수신하고, 제4안테나(43)는 제2안테나(39)을 통하여 전송되는 제2RF신호를 수신한다.
전원공급부(50)는 제1전원생성부(53), 제2전원생성부(55), 및 전원 제어부(57)를 포함한다. 제1전원생성부(53)는 제3안테나(41)를 통하여 수신되는 제1RF신호를 DC 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 제1전원(V1)으로서 전원제어부(57)로 출력한다. 이때, 제1전원생성부(53)는 리더(20)로부터 전송되는 제1RF 신호를 전부 제1 전원(V1)을 생성하는 데 이용한다.
제2전원생성부(55)는 제4안테나(43)를 통하여 수신되는 제2RF신호 중에서 일부를 DC 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 제2전원(V2)으로서 전원 제어부(57)에 출력한다. 이때, 제2전원생성부(55)는 수신된 제2RF신호의 일부를 이용하여 상기 제1전원(V1)보다 낮은 제2전원(V2)을 생성한다.
전원제어부(57)는 제1전원생성부(53)로부터 생성된 제1전원(V1)과 제2전원생성부(55)로부터 생성된 제2전원(V2)을 합하여 정격 전압으로 변환하고, 변환된 정격 전압을 내부 회로(60)의 동작전원으로 공급할 수 있다.
내부회로(60)는 복조부(61), 변조부(63), 및 제어부(65)를 포함한다. 복조부(61)는 제4안테나(43)를 통하여 수신된 제2RF신호 중에서 송신데이터신호(RS1)를 디지털송신신호로 변환하고, 변환된 디지털송신신호를 제어부(65)로 출력한다.
변조부(63)는 리더(20)로부터 송출된 제2RF신호 중에서 일부를 내부 메모리 (미도시)에 저장된 데이터를 따라 변조하고, 변조된 신호를 RF수신신호로서 제4안테나(43)를 통하여 송출한다.
변조부(63)는 제2RF신호의 일부를 진폭이나 주파수 또는 위상을 변화시키는 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation), 진폭편이변조(ASK; Amplitude Shift Keying), 주파수변이변조(FSK; Frequency Shift Keying), 위상변조(PSK; Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature PSK), DPSK(Differential PSK), 및 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 등의 다양한 변조방식을 이용하여 고주파 신호로 변환할 수 있다.
제어부(65)는 내부 메모리(미도시)를 포함하고, 복조부(61)로부터 출력되는 디지털송신신호에 기초하여 상기 내부 메모리(미도시)에 저장된 데이터의 입출력 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(65)는 태그(40)를 포함하는 단말기(미도시)의 배터리가 고갈된 경우, 전원 공급부(50)에서 생성된 전원을 상기 단말기(미도시)의 동작 전원으로서 공급할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템에서, 태그에서 생성되는 전원은 상기 태그의 마이크로 칩을 구동하기 위한 전원으로 사용될 뿐만 아니라, 상기 태그를 포함하는 단말기(미도시)의 동작 전원으로 사용될 수 있다.
이와 같이, 전원과 송신데이터를 공급하기 위한 하나의 RF신호를 태그로 송신하는 것에 비하여, 전원을 공급하기 위한 신호와 송신데이터를 공급하기 위한 신호로 분리하여 동작 환경에 따라 적합한 주파수 대역을 통해 독립적으로 태그(20) 에 송신함으로써 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, RFID 시스템(10)은 대상물에 부착되는 수동형(passive) 태그 (40)와 상기 태그(40)와 무선통신을 수행하는 리더(20)를 포함한다.
리더(20)는 디지털 처리부(23), 송신부(25), 주파수 합성부(31), DC 오프셋 제거부(33), 수신부(35), 제1안테나(37), 및 제2안테나(39)를 포함한다. 도 2에 도시된 리더(20)의 구조는 DC 오프셋 제거부(33)를 제외한 도 1에 도시된 리더(20)의 구조와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일반적으로 사용되는 서큘레이터(미도시)의 격리도는 25dB밖에 되지 않으며, 연결되는 안테나의 주변 상황이 변화됨에 따라 상기 격리도가 5~20dB의 범위에서 변동되기 때문에 실질적으로 낮은 격리도를 제공할 수 밖에 없다. 따라서 송신부의 높은 전력을 갖는 송신 신호가 수신부로 흘러들어오게 되는데, 송신부와 수신부의 주파수 대역이 동일하기 때문에 상기 송신신호는 수신부에서 노이즈로서 작용하므로, 상기 리더(20)의 수신 성능이 감소되고 인식거리가 줄어들게된다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 DC 오프셋 제거부(33)는 2개의 하이브리드 결합기(미도시)와 2개의 서큘레이터(미도시)를 대칭구조로 배치시켜 사용함으로써, 제2송신부(29)로부터 수신부(35)로 흘러들어가는 높은 파워의 제2RF송신신호를 약 40dB 이상 격리시킬 수 있다. 이에 따라 DC 오프셋 제거부(33)는 제2송신부(29)로부터 유입될 수 있는 간섭 신호와 왜곡 신호를 차단할 수 있으므로 수신 성능을 향상시키고, 리더(20)와 태그(40)간에 인식거리의 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1안테나(37)는 제1송신부(27)로부터 출력되는 제1RF송신신호를 제1채널을 통하여 외부로 송신하고, 제2안테나(39)는 DC 오프셋이 제거된 제2RF송신신호를 제2채널을 통하여 외부로 송신한다.
RFID 태그(40)는 제3안테나(41), 제4안테나(43), 결합기(45), 격리부(47), 전원공급부(50), 및 내부회로(60)를 포함한다. 도 2에 도시된 태그(40)의 구조는 결합기(45)와 격리부(47)를 제외한 도 1에 도시된 태그(40)의 구조와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제3안테나(41)는 제1안테나(37)를 통하여 전송되는 제1RF송신신호를 수신하고, 제4안테나(43)는 제2안테나(39)을 통하여 전송되는 제2RF송신신호를 수신한다.
결합기(45)는 제3안테나(41)와 접속되는 제1입력단, 제4안테나(43)와 접속되는 제2입력단, 및 출력단(IN)을 포함한다. 결합기(45)는 제1입력단으로 수신되는 제1RF송신신호와 제2입력단으로 수신되는 제2RF송신신호를 결합하여 하나의 신호로 출력단을 통해 출력한다.
또한, 결합기(45)는 제1RF송신신호가 제1입력단으로 입력될 때는 제2입력단을 차단하여 수신된 제1RF송신신호가 제2입력단 쪽으로 흘러들어가는 것을 방지하고, 제2RF송신신호가 제2입력단으로 입력될 때는 제1입력단을 차단하여 수신된 제2RF송신신호가 제1입력단 쪽으로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 결합기(45)는 제1RF송신신호와 제2RF송신신호의 대부분을 출력단을 통하여 격리부(47)로 전송할 수 있다.
이와 같이, 외부로부터 수신된 신호들 예컨대, 제1RF송신신호와 제2RF송신신 호가 결합기(45)에 의하여 차단되어 격리부(47)로 전달됨으로써, 태그(40) 내에서 발생할 수 있는 삽입 손실 (insertion loss)을 줄일 수 있다.
격리부(Isolator, 47)는 결합기(45)의 출력신호(IN)를 수신하기 위한 입력단, 제1출력단, 및 제2출력단을 포함한다. 상기 격리부(47)는 상기 출력신호(IN)를 주파수 스펙트럼이 중첩되지 않는 두 개의 주파수 대역 예컨대, 제1주파수 대역의 신호와 제2주파수 대역의 신호로 격리하고, 격리된 신호들 각각을 주파수 별로 신호경로를 구분하여 제1출력단과 제2출력단으로 출력한다.
또한, 격리부(47)는 신호의 흐름 방향을 고정시킴으로써 외부로부터의 신호 유입을 억제시킬 수 있다. 예컨대, 격리부(47)는 입력단으로부터 제1출력단 또는 제2출력단으로 향하는 수신 신호는 통과시키고, 상기 제1출력단 또는 상기 제2출력으로부터 신호가 유입되는 경우 유입된 신호를 통과시키지 않고 제거(termination)시키는 기능을 수행할 수 있다. 동시에, 태그(40)는 격리부(47)를 통하여 서로 다른 주파수를 갖는 신호들을 각각 분리하여 출력함으로써 삽입손실(insertion loss)을 줄일 수 있다.
격리부(47)에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 격리부의 회로도의 일 예를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 격리부(47)는 제1밴드패스필터(65)와 제2밴드패스필터(67)를 포함한다.
제1밴드패스필터(65)는 다수의 인덕터(L1, L2, L3)와 다수의 캐패시터(C1, 및 C2)를 포함하고, 제1차단주파수(fc1)에 기초하여 수신된 결합기(45)의 출력신호를 밴드패스필터링하여 제1밴드패스필터된 신호(OUT1)를 출력한다.
제1차단주파수(fc1)는 다수의 인덕터들(L1, L2, L3) 각각의 인덕턴스와 다수의 캐패시터들(C1, 및 C2) 각각의 캐패시턴스에 의하여 설정된다. 즉, 제1밴드패스필터(65)는 제1차단주파수(fc1)에 기초하여 결합기(45)의 출력신호(IN)에 포함된 제1주파수 대역 예컨대, 500MHz 대역의 신호만을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
제2밴드패스필터(67)는 다수의 캐패시터(C3, C4, 및 C5)와 다수의 인덕터(L4, 및 L5)를 포함하고, 제2차단주파수(fc2)에 기초하여 결합기(45)의 출력신호(IN)를 밴드패스필터링하여 제2밴드패스필터된신호(OUT2)를 출력한다.
제2차단주파수(fc2)는 다수의 캐패시터들(C3, C4, 및 C5) 각각의 캐패시턴스와 다수의 인덕터들(L4, 및 L5) 각각의 인덕턴스에 의하여 설정된다. 즉, 제2밴드패스필터(67)는 제2차단주파수(fc2)에 기초하여 결합기(45)의 출력신호(IN)에 포함된 제2주파수 대역 예컨대, 900MHz의 신호만을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 격리부의 주파수 입출력 특성을 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 낮은 주파수 대역에서 제1밴드패스필터(65)의 전압이득(a)은 거의 일정한 값을 유지하나, 주파수가 증가함에 따라 상기 주파수가 제1차단 주파수(fc1)에 가까워지면 전압이득은 감소한다. 따라서, 제1밴드패스 필터(65)는 제1차단주파수(fc1)에 기초하여 상기 차단주파수(fc1)보다 낮은 주파수만을 통과시키고 상기 차단주파수보다 높은 주파수를 선택적으로 차단할 수 있다.
높은 주파수 대역에서 제2밴드패스필터(67)의 전압이득(b)은 거의 일정한 값을 유지하나, 주파수가 감소함에 따라 상기 주파수가 제2차단 주파수(fc2)에 가까워지면 전압 이득은 감소한다. 따라서, 제2밴드패스필터(67)는 제2차단주파수(fc2) 에 기초하여 상기 제2차단주파수(fc2)보다 높은 주파수만을 통과시키고 상기 제2차단주파수(fc2)보다 낮은 주파수를 선택적으로 차단할 수 있다.
이에 따라, 격리부(47)는 차단주파수(fc1 및 fc2)에 기초하여 제1주파수 대역의 신호와 제2주파수 대역의 신호가 혼재된 결합기(45)의 출력신호(IN)를 주파수 별로 선택적으로 분리할 수 있다.
또한, 격리부(47)는 차단 주파수(fc1, fc2)에 기초하여 필요한 대역의 신호만을 분리할 수 있으므로 결합기(45)의 출력신호(IN)에 포함된 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무전원 또는 저전원 단말기 예컨대, 리더(20)는 무전원 또는 저전원 단말기 예컨대, 태그(40)에 전원만을 공급하기 위한 제1RF신호를 별도로 생성하고, 생성된 제1RF신호를 상기 제2주파수 대역보다 낮은 제1주파수 대역을 통하여 독립적으로 태그(40)로 전송함으로써 전력 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템 예컨대, RFID 시스템(10)은 무선 신호가 전송될 때 발생하는 전송 손실 및 태그 내부에서 발생하는 삽입손실을 줄여 전력 효율을 높이고, 상기 태그로부터 송출되는 RF수신신호의 세기를 증가시켜 전송함으로써 태그와 리더간에 인식거리를 늘릴 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서는 태그에서 생성되는 전원을 상기 태그의 마이크로 칩을 구동하기 위한 전원으로 사용될 뿐만 아니라 상기 태그를 포함하는 단말기의 구동전원으로 사용할 수 있다. 즉, 통신 시스템은 리더 로부터 공급되는 전원을 전원을 태그의 동작 전원으로 공급하거나 상기 태그를 포함하는 무전원 또는 저전원 통신 단말기의 동작전원으로 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 RFID 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 격리부의 회로도의 일 예를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 격리부의 주파수 입출력 특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (11)

  1. 태그에 제1전원을 공급하기 위해서, 제1국부발진신호에 따라 생성된 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하기 위한 제1송신부; 및
    상기 태그에 송신데이타와 제2전원을 공급하기 위해서, 송신데이타신호와 제2국부발진신호를 혼합하여 생성된 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 전송하기 위한 제2송신부를 포함하며,
    상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호인 리더
  2. 제1항에 있어서, 상기 리더의 통신 주파수 대역이 900MHz 주파수 대역인 경우, 상기 제1주파수 대역은 500MHz 주파수 대역이고, 상기 제2주파수 대역은 900MHz 주파수 대역인 리더.
  3. 내부 회로; 및
    제1안테나를 통하여 수신된 제1RF신호를 제1전원으로 변환하기 위한 제1전원 생성부;
    제2안테나를 통하여 수신된 제2RF신호의 일부를 제2전원으로 변환하기 위한 제2전원생성부; 및
    상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 상기 내부회로의 동작 전원으로서 공 급하는 전원제어부를 포함하는 태그.
  4. 제3항에 있어서, 상기 태그는,
    상기 제1RF신호와 상기 제2RF신호를 겹합하기 위한 결합기; 및
    상기 결합기의 출력신호를 수신하여 제1주파수 대역의 신호와 제2주파수 대역의 신호로 분리하기 위한 격리부를 더 포함하는 태그.
  5. 제4항에 있어서, 상기 격리부는,
    상기 결합기의 출력신호를 제1차단주파수에 기초하여 상기 제1주파수 대역의 신호만 통과시키 위한 제1밴드패스필터; 및
    상기 결합기의 출력신호를 제2차단주파수에 기초하여 상기 제2주파수 대역의 신호만 통과시키기 위한 제2밴드패스필터를 포함하는 태그.
  6. 태그; 및
    상기 태그와 통신할 수 있는 리더를 포함하며,
    상기 리더는,
    상기 태그에 제1전원을 공급하기 위해서, 제1국부발진신호에 따라 생성된 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하기 위한 제1송신부; 및
    상기 태그에 송신데이타와 제2전원을 공급하기 위해서, 송신데이타신호와 제2국부발진신호를 혼합하여 생성된 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 전송하기 위한 제2송신부를 포함하며,
    상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호인 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 태그는,
    내부 회로; 및
    제3안테나를 통하여 수신된 상기 제1RF신호를 상기 제1전원으로 변환하기 위한 제1전원 생성부;
    제4안테나를 통하여 수신된 상기 제2RF신호를 상기 제2전원으로 변환하기 위한 제2전원생성부; 및
    상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 상기 내부회로의 동작 전원으로서 공급하는 전원제어부를 포함하는 통신 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 리더의 통신 주파수 대역이 900MHz 주파수 대역인 경우, 상기 제1주파수 대역은 500MHz 주파수 대역이고, 상기 제2주파수 대역은 900MHz 주파수 대역인 통신 시스템.
  9. 태그로 제1전원을 공급하기 위한 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 전송하는 단계; 및
    상기 태그로 제2전원과 송신데이터를 공급하기 위한 제2RF신호를 제2안테나 를 통하여 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호인 리더의 신호 전송 방법.
  10. 제1전원을 생성하기 위한 제1RF신호를 제1안테나를 통하여 수신하는 단계;
    송신데이터와 제2전원을 생성하기 위한 제2RF신호를 제2안테나를 통하여 수신하는 단계;
    상기 제1RF신호를 상기 제1전원으로 변환하고, 상기 제2RF신호의 일부를 상기 제2전원으로 변환하는 단계; 및
    상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 내부회로의 동작 전원으로서 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호인 태그의 전원 생성 방법.
  11. 리더가 제1RF신호를 제1안테나를 통해 태그로 전송하고, 송신데이터를 포함하는 제2RF신호를 제2안테나를 통해 상기 태그로 전송하는 단계;
    상기 태그가 상기 제1RF신호를 제3안테나를 통하여 수신하고, 상기 제2RF신호를 제4안테나를 통하여 수신하는 단계;
    상기 태그가 상기 제1RF신호를 제1전원으로 변환하고, 상기 제2RF신호의 일부를 제2전원으로 변환하는 단계;
    상기 태그가 상기 제1전원과 상기 제2전원을 합하여 내부회로의 동작전원으로서 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 제1RF신호는 제1주파수 대역의 신호이고, 상기 제2RF신호는 상기 제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역의 신호인 통신 시스템에 대한 무선신호 처리방법.
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