KR20110027422A - Ｒｆｉｄ 시스템에서 심볼 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태그로부터 전송되는 신호로부터 정확한 심볼을 검출하여 디코딩을 수행하는 RFID 시스템에서 심볼 검출 장치 및 방법에 관한 것이다. RFID 시스템에서 심볼 검출 장치는 RFID 시스템으로써 태그로부터 수신되는 심볼 신호 내의 샘플로부터 영점을 검출하고, 상기 검출된 영점으로부터 피크 샘플까지의 거리를 산출한 후, 상기 산출된 거리만큼의 다음 피크 샘플을 산출하는 대표값 산출수단을 포함한다.

영점 검출, 피크 샘플, 거리 산출, 왜곡 검출, 심볼 검출

Description

ＲＦＩＤ 시스템에서 심볼 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting symbol in radio frequency identification system}

본 발명은 태그로부터 전송되는 신호로부터 정확한 심볼을 검출하여 디코딩을 수행하는 RFID 시스템에서 심볼 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

RFID(radio frequency identification) 시스템은 태그와 리더로 구성되어 있다. 태그와 리더 간의 통신은 무선 환경에서 리더가 태그에 저장된 정보를 요구하는 명령을 송신하면, 태그를 그 명령에 해당하는 응답을 하게 된다.

도 1a는 리더가 태그로부터 수신하는 정상적인 데이터 패턴이다. 이 패턴을 단위 시간 동안 정확하게 디코딩 해야만 리더와 태그간에 원활한 통신을 수행할 수 있다. 도 1a에 나타난 단위 시간은 리더와 태그간에 통신모드(FM0/Miller-/Miller-4/Miller-8)나 미리 정해진 통신 속도(link frequency)에 의해 변하는 시간이고, 이 단위시간 동안의 신호를 1 심볼이라고 정의한다. 다시 말해 심볼이란 일정 시간 동안에 전송되는 신호의 주기수에 의해 메시지를 전달하는 것을 규약 한 것이다. RFID 시스템에서 태그에서 리더로 신호를 송신하는 경우에는 도 1a와 같은 데이터 패턴을 사용한다. 즉, 1 심볼 구간 동안 +1 또는 -1을 유지하는 경우 1 이 전송된 것으로, 1 심볼 동안 +1, -1 또는 -1, +1을 유지하는 경우 0이 전송된 것으로 정의하는 데이터 패턴을 사용한다.

무선 환경하에서 통신은 유선 환경에 비해 많은 오류의 가능성이 존재하게 된다. 예를 들어, 다른 무선통신 기기들로부터 송신되는 무선신호와 간섭으로 인해 도 1b에 도시된 바와 같이 리더와 태그의 통신 채널 상에 신호가 왜곡되는 현상이 발생한다. 왜곡된 신호로 인해 리더는 정확하게 심볼을 검출할 수 없게 된다.

태그에서 리더로 전송되는 신호의 속도(link frequency)를 미리 정해 놓고 통신을 하지만, 무선 환경의 특성 상 정해진 신호 속도를 시킬 수 없어 도 1c에 도시된 바와 같이 주파수 허용 편차(tolerance)가 발생한다. 이 주파수 허용 편차는 주파수 변동의 원인이 된다. 주파수 허용 편차가 발생된 신호는 현재의 입력된 신호가 데이터 0인지 데이터 1인지 구별할 경우에도 문제가 발생하지만 뒤에 오는 신호를 구별하는데 영향을 미쳐 정확하게 심볼을 검출할 수 없게 된다.

이와 같이 리더와 태그간 통신 시에 예측 가능한 잡음과 왜곡, 주파수 허용 편차에 의한 심볼 검출 에러로 인해 신호를 디코딩 할 때 많은 오류를 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 신호 왜곡 및 주파수 변동이 포함된 태그 전송 신호로부터 정확한 심볼을 검출하여 디코딩을 수행할 수 있는 RFID 시스템에서 심볼 검출 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 RFID 시스템에서 심볼 검출 장치는 RFID 시스템으로써 태그로부터 수신되는 심볼 신호 내의 샘플로부터 영점을 검출하고, 상기 검출된 영점으로부터 피크 샘플까지의 거리를 산출한 후, 상기 산출된 거리만큼의 다음 피크 샘플을 산출하는 대표값 산출수단을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 대표값 산출수단은 상기 검출된 영점이 왜곡에 의한 잘못된 영점인 경우, 상기 잘못된 영점 이후에 검출된 영점을 실제 영점으로 판단할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 대표값 산출수단은 입력되는 상기 샘플로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플 크기를 비교하여 더 작은 샘플을 영점 샘플로 검출하는 영점 검출부; 이전 1/2 심볼 내에서 최대값을 갖는 샘플로부터 상기 검출된 영점 샘플까지의 거리를 측정하는 거리 측정부; 및 다음 1/2 심볼에 상기 측정된 거리 만큼 떨어져 있는 샘플을 최대값을 갖는 샘플로 지정하는 매핑부를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 입력되는 상기 샘플에 대하여 극대의 출력값을 상기 영점 검출부로 출력하는 매치 필터를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 영점 검출부에서 검출된 영점 이후 소정 기간 이내에 발생하는 영점을 왜곡 샘플로 검출하는 왜곡 검출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 왜곡 샘플이 검출된 경우, 상기 영점 검출기는 상기 왜곡 샘플 다음의 샘플들로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플 크기를 비교하여 더 작은 샘플을 새로운 영점 샘플로 검출할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 RFID 시스템에서 심볼 검출 방법은 (a) 태그로부터 수신되는 심볼 신호 내의 샘플로부터 영점 샘플을 검출하는 단계; (b) 이전 1/2 심볼 내에서 최대값을 갖는 샘플로부터 상기 검출된 영점 샘플까지의 거리를 측정하는 단계; 및 (c) 다음 1/2 심볼에 상기 측정된 거리 만큼 떨어져 있는 샘플을 최대값을 갖는 샘플로 지정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 (a)단계 이전에 상기 심볼 신호 내의 샘플들을 매치 필터링 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 샘플로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플을 검색하는 단계; (a-2) 상기 검색된 두 개의 샘플 크기를 비교하는 단계; 및 (a-3) 상기 비교 결과, 크기가 더 작은 샘플을 영점 샘플로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계 이후에 검출된 영점 이후 소정 기간 이내 에 발생하는 영점을 왜곡 샘플로 검출하고, 상기 검출된 왜곡 샘플 다음의 샘플들로부터 영점 샘플을 검출하는 (a)단계를 반복할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 신호 왜곡 및 주파수 변동이 포함된 태그 전송 신호로부터 정확한 심볼을 검출하여 디코딩을 수행함으로써, RFID 시스템의 성능을 최적화 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면이나 도면에 대한 설명은 본 발명의 예를 든 것으로 이로써 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

태그와 리더간의 통신은 도 2에 도시된 바와 같이 프리엠블 패턴을 보낸 후에, 도 3에 도시된 바와 같이 데이터 신호를 보내게 된다. 도 2a는 FM0 통신 모드에서의 프리엠블 패턴을, 도 2b는 Miller-2/Miller-4/Miller-8 통신 모드에서의 프리엠블 패턴을 나타낸다. 도 3a는 FM0 통신 모드에서의 데이터 신호를, 도 3b는 Miller-2/Miller-4/Miller-8 통신 모드에서의 프리엠블 패턴을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 RFID 시스템에서 심볼 검출 장치가 포함된 리더의 베이스 밴드 수신기를 보이는 도면으로, 수신 안테나(100), 복조기(200), ADC(300), 대표값 산출수단(400) 및 디코더(500)를 포함한다.

수신 안테나(100)는 태그로부터 수신된 신호 즉 도 2 및 도 3에 도시된 프리엠블 및 데이터 신호를 수신한다.

복조기(200)는 수신 안테나(100)를 통하여 수신된 태그 신호를 베이스밴드로 하향 변환(down conversion)한다. 이후 베이스밴드로 하향 변환된 신호는 도면에 도시되지는 않았으나, 대역 통과 필터(band pass filter), 밸룬(balun), 믹서, 저역 통과 필터(low pass filter)를 통하여 신호 처리된다. 대여 통과 필터 및 저역 통과 필터는 각각 단계의 신호에서 노이즈를 제거할 수 있다. 수신 신호가 대역 통과 필터 및 밸룬을 통과한 후에 믹서에 입력된다. 믹서는 노이즈 제거 및 변환된 수신 신호를 변환하여 I 채널 기저대역 신호 및 Q 채널 기저대역 신호로 출력할 수 있다. 이때 믹서는 내부에 인-페이스 믹서(in-phase mixer)와 1/2π 래디언의 위상차를 가지는 4진 위상 믹서를 포함할 수 있다. 믹서에서 생성되는 채널 신호는 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 포함할 수 있다. I 채널 신호는 수신 신호의 코사인 성분에 해당하고, Q 채널 신호는 수신 신호의 사인 성분에 해당할 수 있다. I/Q 채널 신호는 저역 통과 필터를 거쳐 ADC(300)로 입력된다.

ADC(300)는 복조된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

대표값 산출수단(400)은 디지털 변환된 심볼 신호 내의 샘플로부터 영점을 검출하고, 검출된 영점으로부터 피크 샘플(이하 스트로브 샘플 이라 표기함)까지의 거리를 산출한 후, 산출된 거리만큼의 다음 스트로브 샘플을 산출한다. 대표값 산출수단(400)의 상세한 설명은 하기에 설명하도록 한다.

디코더(500)는 대표값 산출수단(400)으로부터 출력되는 스트로브 샘플을 수신하여 심볼이 0인지 1인지 판단하여 디코딩값을 출력한다. 예를 들어, 디코더(500)는 + 값을 갖는 스트로브 샘플에 대해 1을 지정하고, - 값을 갖는 스트로브 샘플에 대해 -1을 지정하여. Miller-2의 경우 지정된 값이 -11_-11인 경우 디코딩 결과로 00을 출력할 수 있고, 지정된 값이 1-1_-11인 경우 디코딩 결과로 11을 출력할 수 있다. Miller-4의 경우 지정된 값이 -1-1-11_-1-1-11인 경우 디코딩 결과로 00을 출력할 수 있고, 지정된 값이 -11-1-1_-11-1-1인 경우 디코딩 결과로 11을 출력할 수 있다. Miller-8의 경우 지정된 값이 -1-1-1-1-1-1-11_-1-1-1-1-1-1-11인 경우 디코딩 결과로 00을 출력할 수 있고, 지정된 값이 -1-1-11-1-1-1-1_-1-1-11-1-1-1-1인 경우 디코딩 결과로 11을 출력할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여 대표값 산출수단(400)을 설명한다. 도 5는 도 4 중 대표값 산출수단(400)의 상세도로서, 영점 검출부(410), 왜곡 검출부(420), 거리 측정부(430) 및 매핑부(440)를 포함한다.

영점 검출부(410)는 입력되는 샘플 시퀀스로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플 크기를 비교하여 더 작은 샘플을 영점 샘플로 검출한다. 도 6에는 영점 검출을 설명하기 위해 임의의 심볼 내의 샘플들이 도시되어 있으며, 영점 검출부(410)는 입력되는 샘플 시퀀스로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플(제1 샘플(610), 제2 샘플(620))을 검출하고, 제1 샘플(610) 및 제2 샘플(620)에 대한 절대값 크기를 비교하여 더 작은 제2 샘플(620)을 영점 샘플 즉, 영점으로 검출한다.

왜곡 검출부(420) 검출된 영점이 실제 영점인지 잘못된 영점(왜곡)인지 검출한다. 왜곡 검출부(420)는 검출된 영점 이후 얼마 안돼서 영점이 다시 검출되는 경우, 검출된 영점이 왜곡이라고 판단한다. 도 7를 예로 들면, 영점 검출기(410)는 샘플(710)을 영점을 검출하고 난 후, 계속해서 샘플을 수신하는데, 샘플(720) 및 샘플(730)에서 부호 변화가 일어나 다시 영점 샘플(720)이 검출되었다. 심볼 길이는 미리 정해져 있는데, 샘플(710)은 정해진 심볼 길이에 위배된다. 따라서 샘플(710) 및 샘플(720)은 잘못된 영점 즉, 왜곡임을 알 수 있다.

이와 같이, 왜곡 검출부(420)가 왜곡을 검출해 내면, 영점 검출부(410)는 새로운 영점 즉, 실제 영점을 검출하는데, 상기에서 설명한 바와 같이 입력되는 샘플들 중 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플(샘플(740), 샘플(730))을 검출하고, 샘플(740) 및 샘플(750)에 대한 절대값 크기를 비교하여 더 작은 샘플(750)을 실제 영점 샘플 즉, 실제 영점으로 검출한다.

거리 측정부(430)는 이전 1/2 심볼 내에서 스트로브 샘플로부터 검출된 영점 샘플까지의 거리(L)를 측정한다. 도 8을 예로 들면, 거리 측정부(430)는 이전 스트로브 샘플(810)로부터 영점 샘플(860)까지의 거리(L)를 산출하는데, 이전 스트로브 샘플(810)부터 시작하여 샘플(820), 샘플(830), 샘플(840), 샘플(850) 및 영점 샘플(860)까지 카운트하여 거리가 "5"임을 측정하여 저장한다.

매핑부(440)는 다음 1/2 심볼에 측정된 거리(L)만큼 떨어져 있는 샘플을 스트로브 샘플로 지정한다. 도 9를 예로 들면, 이전 스트로브 샘플(810)에서 영점 샘플(860)까지 거리(L)를 다름 1/2 심볼에 적용하여 새로운 스트로브 샘플(910)을 추출한다. 이렇게 추출된 스트로브 샘플들이 디코더(500)로 출력되고, 디코더(500)는 스트로브 샘플 시퀀스로부터 오리지널 데이터를 복구한다.

도 10에는 입력되는 심볼 신호에 대하여 종래 기술에 따른 스트로브 샘플 추출 결과 및 본원발명을 적용한 스트로브 샘플 추출결과가 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 왜곡 및 주파수 변동이 포함된 심볼 신호로부터 정확한 스트로브 샘플을 검출하여 디코딩을 수행함으로써, RFID 시스템의 성능을 최적화 할 수 있다.

다른 실시 예로, 영점 검출부(410) 앞 단에 도시되지는 않았지만, 정합필터를 더 구비할 수 있다. 정합필터는 수신단에서의 신호-대-잡음비를 최대화 하기 위해 송신단에서 신호의 대역을 제한시킬 때 사용하는 필터이다. 즉, 어느 특정 모양의 입력 신호에 대하여 극대의 출력값을 나타내는 필터로서, 필터 인지가 입력 신호 인자와 역순으로 된 필터이다. 정합필터로 필터링하는 것은 입력신호를 자기상관시키는 것과 동일하다. 정합필터를 이용하여 신호의 왜곡을 어느 정도 제거할 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 RFID 시스템에서 심볼 검출 방법을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 심볼 검출 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 RFID 리더의 베이스밴드 수신기 내부에서 수행될 수 있는데, 실시 예에 따라 동작 방법의 주 알고리즘은 기기 내의 주변 구성 요소들의 도움을 받아 대표값 산출수단(400) 내부에서 수행될 수 있다.

태그로부터 수신된 신호는 복조된 후 디지털 변환을 거쳐 샘플 시퀀스로 대표값 산출수단(400)에 입력된다(1110단계).

대표값 산출수단(400)은 입력되는 샘플 시퀀스로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플 크기를 비교하여 더 작은 샘플을 영점 샘플 즉, 영점으로 검출한다(1120단계).

영점이 검출되면, 대표값 산출수단(400)은 검출된 영점이 실제 영점인지 잘못된 영점(왜곡)인지 판단한다(1130단계). 대표값 산출수단(400)은 검출된 영점 이후 얼마 안돼서 영점이 다시 검출되는 경우, 검출된 영점이 왜곡이라고 판단한다. 심볼 길이는 미리 정해져 있는데, 검출된 영점 이후 얼마 안돼서 다시 검출된 영점은 정해진 심볼 길이에 위배된다. 따라서 검출된 영점 이후 얼마 안돼서 다시 검출된 영점은 왜곡으로 판단한다.

검출된 영점이 왜곡으로 판단된 경우, 대표값 산출수단(400)은 1120 단계로 복귀하여 새로운 영점 즉, 실제 영점을 검출한다.

검출된 영점이 왜곡이 아닌 실제 영점으로 판단된 경우, 대표값 산출수단(400)은 이전 1/2 심볼 내의 스트로브 샘플로부터 검출된 영점 샘플까지의 거리(L)를 측정한다(1140단계).

거리(L) 측정이 완료되면, 대표값 산출수단(400)은 다음 1/2 심볼에 측정된 거리(L)만큼 떨어져 있는 샘플을 스트로브 샘플로 추출한다(1150단계).

대표값 산출수단(400)은 모든 샘플에 적용될 때까지 1120단계 내지 1150 단계를 반복 수행한다(1160단계).

이후 대표값 산출수단(400)은 스트로브 샘플들을 디코더(500)로 출력하고, 디코더(500)는 스트로브 샘플을 수신하여 심볼이 0인지 1인지 판단하여 디코딩값을 출력한다(1170단계).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 기본 심볼의 정의와 태그로부터 수신된 신호에 포함된 신호 왜곡 및 주파수 변동을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 통신모드(FM0/Mille)에 따라 태그로부터 수신하여 복조된 프리엠블 신호를 보이는 도면이다.

도 3은 통신모드(FM0/Miller)에 따라 태그로부터 수신하여 복조된 데이터 신호를 보이는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 RFID 시스템에서 심볼 검출 장치의 베이스 밴드 수신기를 보이는 도면이다.

도 5는 도 4 중 대표값 산출수단의 상세도 이다.

도 6은 도 5 중 영점 검출부를 설명하기 위한 신호를 보이는 도면이다.

도 7은 도 5 중 왜곡 검출부를 설명하기 위한 신호를 보이는 도면이다.

도 8은 도 5 중 거리 측정부를 설명하기 위한 신호를 보이는 도면이다.

도 9는 도 5 중 매핑부를 설명하기 위한 신호를 보이는 도면이다.

도 10은 본 발명 및 종래 기술의 심볼 검출 결과를 비교한 도면이다.

도 11은 본 발명에 따른 RFID 시스템에서 심볼 검출 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.

Claims (10)

1. RFID 시스템으로써

   태그로부터 수신되는 심볼 신호 내의 샘플로부터 영점을 검출하고, 상기 검출된 영점으로부터 피크 샘플까지의 거리를 산출한 후, 상기 산출된 거리 만큼의 다음 피크 샘플을 산출하는 대표값 산출수단을 포함하는 심볼 검출 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 대표값 산출수단은

   상기 검출된 영점이 왜곡에 의한 잘못된 영점인 경우, 상기 잘못된 영점 이후에 검출된 영점을 실제 영점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 대표값 산출수단은

   입력되는 상기 샘플로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플 크기를 비교하여 더 작은 샘플을 영점 샘플로 검출하는 영점 검출부;

   이전 1/2 심볼 내에서 최대값을 갖는 샘플로부터 상기 검출된 영점 샘플까지의 거리를 측정하는 거리 측정부; 및

   다음 1/2 심볼에 상기 측정된 거리 만큼 떨어져 있는 샘플을 최대값을 갖는 샘플로 지정하는 매핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 입력되는 상기 샘플에 대하여 극대의 출력값을 상기 영점 검출부로 출력하는 매치 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 영점 검출부에서 검출된 영점 이후 소정 기간 이내에 발생하는 영점을 왜곡 샘플로 검출하는 왜곡 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 왜곡 샘플이 검출된 경우

   상기 영점 검출기는 상기 왜곡 샘플 다음의 샘플들로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플 크기를 비교하여 더 작은 샘플을 새로운 영점 샘플로 검출하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 장치.
7. (a) 태그로부터 수신되는 심볼 신호 내의 샘플로부터 영점 샘플을 검출하는 단계;

   (b) 이전 1/2 심볼 내에서 최대값을 갖는 샘플로부터 상기 검출된 영점 샘플까지의 거리를 측정하는 단계; 및

   (c) 다음 1/2 심볼에 상기 측정된 거리 만큼 떨어져 있는 샘플을 최대값을 갖는 샘플로 지정하는 단계를 포함하는 심볼 검출 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 (a)단계 이전에 상기 심볼 신호 내의 샘플들을 매치 필터링 하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 방법.
9. 제 7항에 있어서, 상기 (a) 단계는

   (a-1) 상기 샘플로부터 부호 변환이 일어나는 두 개의 샘플을 검색하는 단계;

   (a-2) 상기 검색된 두 개의 샘플 크기를 비교하는 단계; 및

   (a-3) 상기 비교 결과, 크기가 더 작은 샘플을 영점 샘플로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 (a) 단계 이후에 검출된 영점 이후 소정 기간 이내에 발생하는 영점을 왜곡 샘플로 검출하고, 상기 검출된 왜곡 샘플 다음의 샘플들로부터 영점 샘플을 검출하는 (a)단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 심볼 검출 방법.

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