KR20120028133A - 이중 대역 ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 표준 프로토콜에 따라 RFID 리더와 통신하는 UHF 송수신부, UWB 인에이블 신호가 입력되면, 상기 UHF 송수신부가 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 대응하여 생성한 응답 신호에 따라 IR-UWB 송신 신호를 생성하는 UWB 송신부 및 동작 모드 설정에 따라 UWB 모드가 선택되는 경우에 UWB 인에이블 신호를 발생하여 상기 UWB 송신부로 전송하는 제어부를 포함하는 이중 대역 RFID 태그에 관한 것이다.

Description

이중 대역 ＲＦＩＤ 태그{RFID Tag}
본 발명은 이중 대역 RFID 태그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UHF 대역 및 UWB 대역에서의 통신이 가능한 이중 대역 RFID 태그에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency IDentification)는 태그(tag)를 각종 물품에 부착해 사물의 정보를 무선으로 전송, 처리하는 비접촉식 무선 인식 기술이다. RFID 시스템은 저주파(125kHz, 135kHz), 고주파(13.56MHz), UHF(ultra high frequency, 860~960MHz), 마이크로파(2.45GHz) 등 여러 주파수 대역을 이용하고 있으며, 각기 사용 방법이나 활용 범위가 다르다. 이 중 UHF 대역은 중 장거리 신호 전송이 가능하고 비교적 고속 전송이 가능하기 때문에 유통, 물류를 비롯해 생활 전분야로 확대되고 있는 상황이다.
RFID 시스템은 기본적으로 태그(tag), 리더(reader), 리더 안테나 그리고 태그로부터 읽어들인 데이터를 처리할 수 있는 데이터 처리 시스템으로 구성된다. 태그를 부착한 사물이 리더의 인식영역 내에 진입하게 되면, 리더는 특정 주파수를 가지는 연속적인 전자파를 변조하여 태그에게 무선 주파수 신호를 송출하고, 태그는 리더로부터 송출된 무선 주파수 신호를 수신 후, 태그 칩의 내부 메모리에 저장되어 있는 태그 정보를 리더에게 전달하기 위하여 상기 전자파를 역산란 변조(Back-Scattering Modulation)시켜 리더에게 되돌려 보낸다. 여기서, 역산란 변조란 리더로부터 송출된 전자파를 태그가 수신한 후, 산란시켜 다시 리더로 전송할 때, 그 산란되는 전자파의 크기나 위상을 변조하여 태그의 정보를 보내는 방법이다. 이후, RFID 리더는 태그에서 전송된 정보를 수신하고 분석하여, 태그가 장착된 물건의 고유정보를 취득한다.
그러나, RFID 리더는 태그로부터 태그의 ID, 기타 태그가 장착된 물품의 고유정보를 취득할 뿐, 태그가 위치하는 지점의 위치 정보를 파악할 수 없다. 이에 따라 RFID 리더의 인식 거리 내에 다수의 태그가 존재하는 경우에, 상기 태그의 위치 정보를 파악할 수 없으므로 다수의 태그가 부착된 여러 물품 중 특정 종류의 물품을 분류, 선택함에 있어서 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, RFID 태그가 UHF 대역의 표준 프로토콜에 따른 응답 신호에 대응하여 IR-UWB(impulse radio-ultra wideband) 신호를 생성함으로써 RFID 리더가 태그 ID 및 기타 태그 정보 외에 태그의 위치 정보를 산출해낼 수 있는 이중 대역 RFID 태그를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 일실시예인 이중 대역 RFID 태그는 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 표준 프로토콜에 따라 RFID 리더와 통신하는 UHF 송수신부, UWB 인에이블 신호가 입력되면, 상기 UHF 송수신부에서 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 따라 생성된 응답 신호에 대응하는 IR-UWB 송신 신호를 생성하여 상기 RFID 리더로 전송하는 UWB 송신부 및 동작 모드 설정에 의해 UWB 모드가 선택되는 경우에 UWB 인에이블 신호를 생성하여 상기 UWB 송신부로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 표준 프로토콜은 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 Gen2 중 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 IR-UWB 송신 신호는 상기 응답 신호의 상승 에지마다 발생되는 연속적인 펄스 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 태그 ID 및 기타 태그 정보가 저장되어 있는 저장부를 더 포함하고, 상기 UHF 송수신부는 상기 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 대응하여 상기 저장부에 저장되어 있는 태그 ID 또는 기타 태그 정보를 포함하는 상기 응답 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 UHF 송수신부와 전기적으로 결합된 UHF 안테나 및 상기 UWB 송신부와 전기적으로 결합된 UWB 안테나를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 RFID 태그가 UHF 대역의 표준 프로토콜에 따른 응답 신호에 대응하여 수 ns의 짧은 시간폭을 가지는 연속적인 펄스 신호인 IR-UWB(impulse radio-ultra wideband) 신호를 생성하여 RFID 리더로 전송함으로써 RFID 리더가 태그 ID 및 기타 태그 정보 뿐만 아니라 태그의 위치 정보를 산출해낼 수 있으며 이에 따라 효율적인 물류 관리 등이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 대역 RFID 태그의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 대역 RFID 태그에서 생성되는 응답 신호와 IR-UWB 송신 신호에 대한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 대역 RFID 태그의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그(100)는 UHF(ultra high frequency) 송수신부(120), UWB(ultra wideband) 송신부(140), 제어부(150), 저장부(160)를 포함하고, UHF 대역의 무선 주파수 신호를 송수신하는 UHF 안테나(110) 및 UWB 대역의 신호를 송신하는 UWB 안테나(130)를 포함한다.
UHF 안테나(110)는 UHF 대역, 즉 900MHz 대역의 무선 주파수(radio frequency) 신호를 송수신한다. 상기 RFID 태그(100)가 RFID 리더의 인식 영역으로 진입(또는 인식 영역에 근접)하는 경우, 상기 RFID 리더로부터 송출되는 소정의 정보(또는 데이터)를 포함하는 무선 주파수 신호를 수신하여 상기 UHF 송수신부(120)로 전송하거나, 또는 상기 UHF 송수신부(120)에서 상기 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 대응하여 생성된 소정의 응답 신호를 전송받아 송출하게 된다.
UHF 송수신부(120)는 상기 UHF 안테나(110)를 통해 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호를 복조(demodulation)하여 표준 프로토콜에 대응하는 명령 또는 데이터를 포함하는 디지털 RX 신호를 생성하는 수신부와 상기 디지털 RX 신호를 해석하여 상기 RFID 리더가 요구하는 태그 ID 또는 기타 태그 정보를 포함하되, 상기 표준 프로토콜에 대응하는 응답 신호를 생성하고 이를 변조(modulation)하여 상기 UHF 안테나(110)로 전송하는 송신부를 포함한다. 즉, 상기 UHF 송수신부(120)는 기존의 UHF 대역의 RFID 태그, 리더간의 통신 방식에 따르는 것으로, 상기 RFID 태그(100)가 RFID 리더의 인식 영역 내에 진입하는 경우 상기 RFID 리더로부터 무선 주파수 신호를 수신하여, RFID 태그를 구동할 수 있는 전원을 생성하고, 상기 저장부(160) 등을 초기화한다. 이후 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호를 복조하여 디지털 RX 신호를 생성하고, 상기 디지털 RX 신호에 포함된 명령(command)을 해석한다. 상기 디지털 RX 신호에 포함된 명령을 해석한 결과에 따라 미리 지정된 통신 프로토콜에 대응하는 응답 신호를 생성한다. 상기 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파 신호를 역산란 변조(Back-Scattering Modulation)하여 상기 응답 신호를 상기 UHF 안테나(110)를 통하여 상기 RFID 리더로 전송하게 된다. 여기서 상기 UHF 송수신부(120)가 따르게 되는 통신 프로토콜은 EPC(Electronic Product Code) Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C) 중 하나이다.
UWB 송신부(140)는 상기 제어부(150)로부터 UWB 인에이블 신호가 입력되면, 상기 UHF 송수신부(120)가 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 대응하여 생성한 응답 신호에 따라 IR-UWB(impulse radio-ultra wideband) 송신 신호를 생성하여 상기 UWB 안테나(130)를 통해 송출한다.
일반적으로 UWB 태그는 반송파를 사용하지 않고 일정한 주기와 파형을 가지고 있는 전기적인 펄스를 수 ns(nano second) 이하의 짧은 펄스를 사용하여 데이터를 기저대역으로 송수신하는 통신방식인 초광대역 임펄스 라디오 통신 방식에 따라 아주 짧은 무선 펄스를 연속적으로 RFID 리더로 전송하게 된다. 상기 연속적인 펄스는 수㎓의 광대역 스펙트럼을 차지하는 반면, 매우 낮은 전력 밀도를 갖는다. 상기 UWB 태그를 포함하는 UWB 시스템은 거리 분해력이 매우 우수해 신호의 전달시간을 정확히 추정할 수 있기 때문에 위치인식 시스템으로 적합하다. 그리고 UWB 신호는 낮은 중심 주파수에서 동작해 투과력이 우수하므로 가시거리(LOS; line-of-sight) 상황이 아닌 실내 환경이나 그늘진 환경에서도 위치인식 정확도가 뛰어나다. 또한, UWB 시스템은 RF 통신기술과 달리 반송파를 사용하지 않으므로 중간주파수 모듈(IF module)이 필요 없는 간단한 무선구조로 설계할 수 있다. 상기 UWB 태그는 UWB 리더로부터 수신되는 UWB 임펄스 신호를 리더로 선택적으로 반사함으로써 태그 정보 등을 리더로 전송하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그에 포함되는 상기 UWB 송신부(140)는 상기 IR-UWB 송신 신호를 생성 및 전송함에 있어서, 상기 UHF 송수신부(120)에서 생성된 응답 신호를 이용하여 상기 IR-UWB 송신 신호를 생성한다. 즉, 상기 UHF 송수신부(120)는 상기 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호에 포함된 명령을 해석한 결과에 따라 미리 지정된 통신 프로토콜에 대응하는 응답 신호를 생성하게 되고, 상기 UWB 송신부(140)는 상기 응답 신호와 동일한 구조를 가지는 IR-UWB송신 신호를 생성하게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그는 UHF 대역의 통신 프로토콜에 따라 통신하는 일반적인 RFID 태그를 그대로 이용할 수 있으며, UWB 임펄스 신호를 생성하는 수단만을 부가함으로써 UWB 대역의 통신도 가능하게 된다.
상기 UWB 송신부(140)는 상기 제어부(150)로부터 UWB 인에이블 신호가 입력되는 경우에만 IR-UWB 송신 신호를 생성한다. UWB 인에이블 신호가 입력되지 않을 경우(또는 UWB 인에이블 신호가 로우로 설정되는 경우)에는 상기 이중 대역 RFID 태그(100)는 UHF 대역의 통신 프로토콜에 따라 RFID 리더와 통신하게 된다. 상기 제어부(150)로부터 UWB 인에이블 신호가 입력되는 경우(또는 UWB 인에이블 신호가 하이로 설정되는 경우), 상기 UWB 송신부(140)는 상기 UHF 송수신부(120)가 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호에 포함된 명령을 해석하여 미리 지정된 통신 프로토콜에 따라 생성한 응답 신호에 대응하여 IR-UWB 송신 신호를 생성한다. 즉, 상기 UWB 송신부(140)는 상기 응답 신호의 상승 에지(rising edge)에서 수 ns의 시간 폭을 가지는 펄스를 생성하고 상기 응답 신호의 상승 에지가 반복되어 발생함에 따라 상기 펄스 또한 연속적으로 발생되며, 이에 따라 이러한 연속되는 펄스를 포함하는 IR-UWB 송신 신호를 생성할 수 있다. 그러므로, 상기 UWB 송신부(140)가 생성하는 IR-UWB 송신 신호는, 상기 UHF 송수신부(120)가 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 포함된 명령(command)에 대응하여 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C) 등의 통신 프로토콜에 따라 생성한 응답 신호와 동일한 프레임 구조를 가지게 된다. 상기 응답 신호 및 IR-UWB 송신 신호의 프레임 구조 등 파형에 대하여는 도 2a 및 도 2b를 통하여 상세하게 설명하도록 한다.
제어부(150)는 동작 모드의 선택에 따라 상기 UHF 송수신부(120) 또는 UWB 송신부(140)가 동작하도록 제어한다. 동작 모드의 선택은 사용자가 상기 RFID 태그(100)에 구비된 스위치(도시되지 않음) 등을 조작하여 설정할 수 있고, 또는 RFID 리더에서 수신되는 무선 주파수 신호에 동작 모드의 선택에 관한 데이터가 포함되어 상기 제어부(150)에 의해 설정될 수 있다. UWB 통신 모드가 선택되는 경우에는 상기 제어부(150)는 UWB 인에이블 신호를 생성(또는 UWB 인에이블 신호를 하이로 설정)하여 상기 UWB 송신부(140)로 전송함으로써 IR-UWB 송신 신호를 생성하도록 제어하고, UHF 통신 모드가 선택되는 경우에는 UWB 인에이블 신호를 생성하지 않게 되어(또는 UWB 인에이블 신호를 로우로 설정) 상기 UWB 송신부(140)는 디스에이블(disable)되고, 상기 RFID 태그(100)는 상기 UHF 송수신부(120)를 통해 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C) 등의 통신 프로토콜에 따라 RFID 리더와 통신하게 된다. 한편, UWB 통신 모드가 선택되는 경우에 있어서, 상기 IR-UWB 송신 신호는 상기 UHF 송수신부(120)가 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 따라 생성한 응답 신호에 대응되어야 하므로 상기 UWB 송신부(140) 및 UHF 송수신부(120)가 모두 동작하게 되며, 다만 RFID 리더로 전송하게 되는 응답 신호는 상기 UWB 송신부(140)에서 생성된 IR-UWB 송신 신호가 될 뿐이다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C)의 통신 프로토콜 중 어느 하나의 지정된 프로토콜에 대응하도록 상기 UHF 송수신부(120)를 제어함으로써, 상기 UHF 송수신부(120)가 상기 지정된 프로토콜에 따라 상기 UHF 안테나(110)를 통해 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호를 소정의 디지털 RX 신호로 변환하고, 상기 디지털 RX 신호에 대응하는 응답 신호를 생성 및 변조하여 RFID 리더로 전송하도록 제어한다.
저장부(160)는 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C)의 통신 프로토콜 등에 따라 상기 RFID 태그(100)에서 RFID 리더로 응답해야 할 태그 정보를 저장한다. 즉, 상기 저장부(160)에는 태그 ID(즉, 식별 정보), 태그가 부착된 사물의 고유 정보 등이 포함된 기타 태그 정보가 저장될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그는 UHF 대역 또는 UWB 대역의 통신이 가능하다. 다만, 상기 RFID 태그(100)는 RFID 리더와 통신하게 되는 주파수 대역과는 무관하게 UHF 대역의 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C)의 통신 프로토콜 중 하나에 따르게 된다. 즉, 상기 UWB 대역의 통신을 할 경우에도 상기 UWB 송신부(140)가 상기 UHF 송수신부(120)에서 상기 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2(ISO 18000-6C)의 통신 프로토콜 중 어느 하나에 따라 생성한 응답 신호에 대응하여 IR-UWB 송신 신호를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그는 태그 ID, 기타 태그 정보 뿐만 아니라 상기 태그의 위치 정보를 제공할 수 있다. RFID 리더가 상기 RFID 태그로부터 전송되는 IR-UWB 신호를 이용하여 ToA(time of arrival) 방식으로 수신하여 상기 RFID 태그의 위치 정보를 산출해낼 수 있다. 즉, 상기 RFID 리더는 IR-UWB 신호를 수신할 수 있는 UWB 대역 안테나를 3개 구비하고, 각 안테나를 통해 수신되는 IR-UWB 신호의 도달 시간 정보를 측정한다. 상기 도달 시간 정보 및 신호 전송 속도를 이용하여 상기 RFID 리더와 태그 간의 거리를 계산한다. 상기 3개의 안테나를 중심으로 하고 상기 리더와 태그 간의 거리를 반지름으로 하는 3개의 원을 각각 도시하여 상기 3개의 원이 중첩되어 형성되는 지점을 상기 태그의 위치 정보로 산출하게 된다. 이와 같이 상기 RFID 태그로부터 전송되는 IR-UWB 신호를 이용하여 태그의 위치 정보를 확인할 수 있으므로, 리더의 인식 영역 내에 다수의 태그가 존재하는 경우 효율적인 물류 관리 등이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 대역 RFID 태그에서 생성되는 응답 신호와 IR-UWB 송신 신호에 대한 도면이다.
도 2를 참조하면, (a)는 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그에 포함되는 UHF 송수신부(120)에서 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호에 대응하여 저장부(160)에 저장되어 있는 태그 ID 또는 기타 태그 정보를 포함하여 생성한 응답 신호를 도시한 도면이다. 상기 UHF 송수신부(120)는 표준 프로토콜인 EPC(Electronic Product Code) Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2에 따라 상기 RFID 리더와 통신하게 되는데, (a)는 EPC Class-1 GEN2에 대응한 응답 신호를 나타낸다. 상기 응답 신호의 앞부분에는 프리앰블이 놓인다. 상기 프리앰블은 시작 구분자(start delimiter), data-0 심볼, RTcal(calibration), TRcal로 구성되어 있다. 프리앰블의 다음 부분에 데이터 프레임이 위치하게 되고, 상기 태그 ID 또는 기타 태그 정보는 데이터 프레임에 포함된다.
도 2를 참조하면, (b)는 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그에 포함되는 UWB 송신부(140)에서 생성하는 IR-UWB 신호를 도시한 도면이다. 상기 UWB 송신부(140)에서 생성하는 IR-UWB 신호는 상기 UHF 송수신부(120)에서 RFID 리더로부터 수신되는 무선 주파수 신호에 대응하여 상기 저장부(160)에 저장되어 있는 태그 ID 또는 기타 태그 정보를 포함하여 생성한 응답 신호에 대응된다. 즉, 상기 UHF 송수신부(120)에서 생성된 응답 신호의 각 상승 에지(rising edge)에서 수 ns(nano second)의 시간 폭을 가지는 펄스를 연속적으로 발생시키게 되는데, (b)는 시간 폭이 4ns인 IR-UWB 신호를 도시한 것이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 이중 대역 RFID 태그의 UWB 송신부(140)에서 생성하는 IR-UWB 신호는, UHF 송수신부(120)에서 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 GEN2 등의 표준 프로토콜에 따라 생성한 응답 신호에 대응하여 각 상승 에지에서 발생되는 연속 펄스로 이루어지므로 상기 표준 프로토콜을 그대로 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 이중 대역 RFID 태그 110 : UHF 안테나
120 : UHF 송수신부 130 : UWB 안테나
140 : UWB 송신부 150 : 제어부
160 : 저장부

Claims (5)

  1. UHF(Ultra High Frequency) 대역의 표준 프로토콜에 따라 RFID 리더와 통신하는 UHF 송수신부;
    UWB 인에이블 신호가 입력되면, 상기 UHF 송수신부에서 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 따라 생성된 응답 신호에 대응하는 IR-UWB 송신 신호를 생성하여 상기 RFID 리더로 전송하는 UWB 송신부; 및
    동작 모드 설정에 의해 UWB 모드가 선택되는 경우에 UWB 인에이블 신호를 생성하여 상기 UWB 송신부로 전송하는 제어부;를 포함하는 이중 대역 RFID 태그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준 프로토콜은 EPC Class-1 또는 EPC Class-1 Gen2 중 하나인 것을 특징으로 하는 이중 대역 RFID 태그.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 IR-UWB 송신 신호는 상기 응답 신호의 상승 에지마다 발생되는 연속적인 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 이중 대역 RFID 태그.
  4. 제 1 항에 있어서,
    태그 ID 및 기타 태그 정보가 저장되어 있는 저장부;를 더 포함하고,
    상기 UHF 송수신부는 상기 RFID 리더로부터 수신한 무선 주파수 신호에 대응하여 상기 저장부에 저장되어 있는 태그 ID 또는 기타 태그 정보를 포함하는 상기 응답 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 RFID 태그.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 UHF 송수신부와 전기적으로 결합된 UHF 안테나; 및
    상기 UWB 송신부와 전기적으로 결합된 UWB 안테나;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 RFID 태그.



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