KR20150004497A - 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치 - Google Patents

태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150004497A
KR20150004497A KR20130077379A KR20130077379A KR20150004497A KR 20150004497 A KR20150004497 A KR 20150004497A KR 20130077379 A KR20130077379 A KR 20130077379A KR 20130077379 A KR20130077379 A KR 20130077379A KR 20150004497 A KR20150004497 A KR 20150004497A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
tag
preamble
pilot tone
sfd
Prior art date
Application number
KR20130077379A
Other languages
English (en)
Inventor
모상현
배지훈
박형철
정재영
양회성
박찬원
표철식
Original Assignee
한국전자통신연구원
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원, 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR20130077379A priority Critical patent/KR20150004497A/ko
Priority to US14/253,379 priority patent/US20150009014A1/en
Publication of KR20150004497A publication Critical patent/KR20150004497A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K17/00—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10366—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10019—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers.
    • G06K7/10029—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers. the collision being resolved in the time domain, e.g. using binary tree search or RFID responses allocated to a random time slot
    • G06K7/10059—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers. the collision being resolved in the time domain, e.g. using binary tree search or RFID responses allocated to a random time slot transponder driven

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그 송신 장치는 파일럿 톤, 프리앰블 및 SFD(Start Frame Delimiter)를 생성하고, 상기 파일럿 톤, 프리앰블 및 SFD를 각각 상기 복수의 구형파 중 하나의 구형파를 이용하여 전송한다.

Description

태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING OF TAG AND APPARATUS FOR RECEIVING OF READER}
본 발명은 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치에 관한 것으로, 특히 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그 및 리더에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification)는 비 접촉 자동 인식기술로 라디오 주파수를 이용하여 물품에 부착된 전자 태그를 인식하는 기술이다.
RFID 기술은 태그의 전원 공급 유무에 따라 크게 수동형 RFID 시스템과 능동형 RFID 시스템으로 구분된다. 이 중 수동형 RFID 시스템은 태그가 배터리로부터 전원을 공급받는 것이 아니라 리더에서 보내오는 반송파(carrier) 신호로부터 자체 전원을 생성하여 후방 산란(backscatter) 기반으로 리더와의 통신을 수행한다.
이러한 수동형 RFID 시스템은 개별 대상체의 정보 제공이 가능하여 바코드에 비해서 다양한 응용분야를 가질 수 있다. 그런데 기존의 수동형 RFID 시스템은 성능 및 전송 속도에 문제가 있다. 성능에 있어서 문제점은 프리앰블 코드의 정확도이다. 프리앰블은 송신 신호에서 실제 정보 신호의 시작 지점을 알려주는 역할을 수행한다. 그러므로 몇 개의 비트(bit)를 이용한 코드 시퀀스로 프리앰블을 구성하고, 코드가 가지고 있는 자기상관(auto-correlation) 특성을 이용하여 프리앰블을 검출하게 된다. 수동형 RFID 시스템에서는 프리앰블이 추가적인 기능을 수행해야 한다. 그것은 태그 송신 신호의 전송 속도를 추정하는 것이다. 수동형 RFID 시스템의 태그는 정확한 클럭 발생 회로를 사용하지 않는다. 또한 표준에 의해서도 전송 속도 변화의 허용치가 있다. 기존의 수동형 RFID 시스템에서도 전송 속도 추정이 중요하지만, 고속 전송 RFID 시스템에서는 전송 속도 추정이 더욱 중요하다. 그런데 기존의 수동형 RFID 시스템에서 사용하는 프리앰블 코드는 전송 속도 추정에 적합하지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 태그 송신 신호의 시작지점 및 전송 속도의 추정을 가능하게 하는 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그에서 태그 데이터를 송신하는 방법이 제공된다. 태그 송신 방법은 파일럿 톤, 프리앰블 및 SFD(Start Frame Delimiter)를 생성하는 단계, 복수의 구형파를 생성하는 단계, 그리고 상기 파일럿 톤, 프리앰블 및 SFD를 각각 상기 복수의 구형파 중 하나의 구형파를 이용하여 전송하는 단계를 포함한다.
상기 태그 송신 방법은 직렬로 입력되는 태그 데이터를 복수의 병렬 데이터로 변환하는 단계, 그리고 상기 복수의 병렬 데이터를 상기 복수의 구형파를 이용하여 전송하는 단계를 더 포함한다.
상기 복수의 구형파는 상호간 직교할 수 있다.
상기 프리앰블은 4비트 신호를 포함할 수 있다.
상기 4비트 신호는 -1, 1, 1, -1일 수 있다.
상기 SFD는 4비트 신호를 포함할 수 있다.
상기 4비트 신호는 -1, 1, 1, -1일 수 있다.
상기 파일럿 톤은 0으로 이루어진 비트 신호를 포함하며, 상기 태그로부터 송신되는 신호의 전송 속도 추정에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그 데이터를 송신하는 태그 송신 장치가 제공된다. 태그 송신 장치는 파일럿 톤, 프리앰블, SFD(Start Frame Delimiter) 및 태그 데이터를 각각 생성하는 신호 생성부, 부반송파로 사용할 복수의 구형파를 각각 생성하는 복수의 구형파 생성부, 입력되는 데이터와 복수의 구형파를 각각 연산하여 출력하는 복수의 연산부, 상기 복수의 구형파의 신호를 각각 부하 변조하여 송신하는 복수의 부하 변조부, 그리고 상기 파일럿 톤, 상기 프리앰블 및 상기 SFD를 상기 복수의 구형파 생성부 중 하나의 구형파 생성부로 출력하고, 상기 태그 데이터를 복수의 병렬 데이터로 변환한 후 상기 복수의 구형파 생성부로 출력하는 역 다중화기를 포함한다.
상기 복수의 구형파는 상호간 직교할 수 있다.
상기 프리앰블 및 상기 SFD는 4비트 신호를 포함할 수 있다.
상기 4비트 신호는 -1, 1, 1, -1일 수 있다.
상기 파일럿 톤은 0으로 이루어진 비트 신호를 포함하며, 상기 태그의 전송 속도 추정에 사용될 수 있따.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그로부터 태그 신호를 수신하는 리더 수신 장치가 제공된다. 리더 수신 장치는 수신되는 파일럿 톤 신호와 기준 파일럿 톤 신호와의 상호 상관을 이용하여 수신 신호의 전송 속도 오프셋을 추정하고, 전송 속도 오프셋을 보상하는 주파수 추정부, 수신되는 프리앰블 신호의 자기 상관을 이용하여 태그 신호의 유무를 검출하는 프리앰블 검출부, 그리고 수신되는 SFD(Start Frame Delimiter) 신호와 기준 SFD 신호와의 상호 상관을 이용하여 상기 태그 신호에서 페이로드의 시작 시점을 검출하는 SFD 검출부를 포함한다.
상기 파일럿 톤 신호는 연속하는 0비트 신호와 구형파를 XOR한 신호일 수 있다.
상기 주파수 추정부는 상기 파일럿 톤 신호의 I 신호와 상기 구형파의 한 주기 신호를 곱하고, 상기 파일럿 톤 신호의 Q 신호와 상기 구형파의 1/4 지연된 한 주기 신호를 곱한 후 이들 신호를 더한 값으로부터 주파수 오프셋을 추정하고, 상기 주파수 오프셋으로부터 상기 전송 속도 오프셋을 추정할 수 있다.
상기 프리앰블 신호는 -1, 1, 1, -1의 4비트 신호와 구형파를 XOR한 신호일 수 있다.
상기 SFD 신호는 -1, 1, 1, -1의 4비트 신호와 구형파를 XOR한 신호일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 자기 상관 및 상호 상관 특성이 우수한 프리앰블 및 SFD 구조를 제안함으로써 태그 신호 유무 및 실제 정보 신호의 시작점을 정확히 결정할 수 있으며 파일럿 톤으로부터 전송 속도 추정 성능을 향상시킴으로써 기존의 수동형 RFID 시스템에 비해서 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수동형 RFID 시스템의 태그 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 패킷의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블에 구형파를 반송파로 사용하였을 때의 자기 상관 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블 신호와 전송 속도가 다른 구형파를 부반송파로 사용하였을 때의 상호 상관 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 파일럿 톤 신호를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 리더 수신 장치의 주파수 추정 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 상호 상관 값의 출력 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리더 수신 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수동형 RFID 시스템의 태그 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 수동형 RFID 시스템의 태그 송신 장치(100)는 신호 생성부(110), 다중화기(multiplexer, 120), 역다중화기(de-multiplexer, 130), 복수의 구형파 생성부(1401~140n), 복수의 연산부(1501~150n), 복수의 부하 변조부(1601~160n) 및 복수의 태그 안테나(1701~170n)를 포함한다. 도 1에서는 설명의 편의상 n=4인 것으로 가정하였다.
신호 생성부(110)는 파일럿 톤 생성부(112), 프리앰블 생성부(114), SFD 생성부(116) 및 데이터 생성부(118)를 포함한다.
파일럿 톤 생성부(112)는 첫 번째 및 두 번째 파일럿 톤을 생성하고, 첫 번째 및 두 번째 파일럿 톤을 다중화기(120)로 전달한다. 프리앰블 생성부(114)는 프리앰블을 생성하고, 프리앰블을 다중화기(120)로 전달한다. SFD(start frame delimiter) 생성부(116)는 SFD를 생성하고, SFD를 다중화기(120)로 전달한다. 데이터 생성부(118)는 태그 데이터 예를 들면, 태그의 식별자 및 태그가 부착된 물품의 데이터를 저장하며, 저장되어 있는 태그 데이터를 다중화기(120)로 전달한다.
다중화기(120)는 파일럿 톤, 프리앰블, SDF및 태그 데이터를 선택적으로 역 다중화기(130)로 전달한다.
역 다중화기(130)는 첫 번째 파일럿 톤, 두 번째 파일럿 톤, 프리앰블 및 SDF를 연산부(1501)로 전달한다. 또한 역 다중화기(130)는 태그 데이터를 복수의 병렬 데이터로 변환하고, 복수의 병렬 데이터를 각각 복수의 연산부(1501~1504)로 전달한다. 즉, 태그 데이터는 병렬 형태로 전송될 수 있다.
복수의 구형파 생성부(1401~1404)는 각각 설정된 주파수의 구형파를 생성하고, 복수의 구형파를 해당하는 연산부(1501~1504)로 출력한다.
일반적으로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 송신기의 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)에 사용되는 부반송파는 각 부반송파가 하나의 주파수 성분만을 가지고 있는 정현파이다. 정현파는 수동형 RFID 시스템의 태그에서 송신이 힘들기 때문에 구형파 생성부(1401~1404)에서 구형파를 생성하고 구형파를 부반송파로 사용한다.
구형파의 부반송파는 OFDM 송신기의 IFFT에 사용되는 부반송파와 주파수 구성이 다르다. OFDM 송신기의 IFFT에서는 각 채널의 데이터율인 기본 주파수(fundamental frequency)의 1배에서부터 K배 사이의 모든 자연수 배수에 해당하는 주파수가 사용된다. 그런데, 구형파는 기본 주파수의 홀수 배 되는 주파수에 고조파(harmonic wave) 성분이 포함된다. 따라서, 부반송파로 사용되는 구형파의 주파수로는 다른 부반송파에 의해서 발생하는 고조파 주파수를 사용하지 않으며 사용되는 부반송파간 직교성을 갖는 주파수가 사용된다.
표 1은 데이터율을 1로 정상화 했을 때, 데이터율의 정수배가 되는 부반송파에서 발생하는 고조파 성분을 보여준다.
Figure pat00001
표 1의 분석을 바탕으로 사용 가능한 부반송파 주파수의 조합은 매우 다양할 수 있다. 표 2는 표 1의 분석을 토대로 사용 가능한 부반송파 주파수의 일 예를 나타낸 도면이다. 표 2에서는 데이터율의 16배까지의 부반송파 주파수만을 도시하였다.
Figure pat00002
표 2를 참고하면, 제외되는 부반송파 주파수가 DC 성분만 있을 경우(제외된 부반송파 주파수=0), 16개의 부반송파 중에서 사용 가능한 부반송파는 7개(1, 2, 4, 8, 11, 13 및 16)가 되며, 사용비율은 약 44%가 된다. (데이터율*1)인 부반송파 주파수가 제외되면, 사용 비율은 약56%가 되고, (데이터율*1) 및 (데이터율*2)인 부반송파 주파수가 제외되면, 사용 비율은 약 69%가 되며, (데이터율*1), (데이터율*2) 및 (데이터율*3)인 부반송파 주파수가 제외되면 사용 가능한 부반송파의 사용 비율은 약75%가 된다.
이러한 사용 가능한 부반송파 중에서 서로 다른 주파수의 구형파가 구형파 생성부(1401~140n)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, (데이터율*1)인 부반송파 주파수가 제외되면 구형파 생성부(1401~140n)는 각각 "2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 16" 중에서 서로 다른 주파수의 구형파를 생성할 수 있다. 이렇게 하면, 구형파 생성부(1401~140n)에 의해 생성되는 구형파는 서로 직교성을 유지하게 된다. 예를 들어, 구형파 생성부(1401~1404)는 각각 데이터율(R)의 2배, 3배, 4배 및 8배의 주파수(F=R*2, F=R*3, F=R*4, F=R*8)를 가지는 구형파를 생성할 수 있다.
복수의 연산부(1501~1504)는 역 다중화기(130)로부터 입력되는 데이터를 해당하는 구형파의 부반송파와 XOR(exclusive OR) 연산하여 부하 변조부(1601~1604)로 출력한다.
복수의 부하 변조부(1601~1604)는 각각 부반송파를 부하 변조하여 태그 안테나(1701~1704)를 통해 출력한다.
태그 안테나(1701~1704)는 부하 변조부(1601~1604)에 의해 부하 변조된 부반송파의 신호를 출력한다.
이와 같이, 태그 송신 장치(100)는 상호간 직교하며 부반송파간 고조파 주파수를 제외한 주파수의 구형파를 부반송파로 사용함으로써, OFDM 방식과 같이 태그 데이터를 직교성을 가지는 여러 개의 부반송파로 분할하여 간섭 없이 전송할 수 있게 된다. 따라서, 기존 수동형 RFID 시스템의 단일 부반송파 기반의 전송 방식에 비해 대역폭 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 패킷의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 데이터 패킷(200)은 파일럿 톤 필드(210), 프리앰블 필드(220), 파일럿 톤 필드(230), SFD 필드(240) 및 데이터 페이로드(250)를 포함한다.
파일럿 톤 필드(210)는 첫 번째 파일럿 톤을 포함한다. 첫 번째 파일럿 톤은 리더 수신 장치에서 DC 오프셋을 보상하는 데 사용되며 경우에 따라서 사용되지 않을 수 있다.
프리앰블 필드(220)는 프리앰블을 포함한다. 프리앰블은 리더 수신 장치에서 태그 송신 신호의 존재를 검출하는 데 사용된다. 프리앰블은 프로토콜 메시지를 구분하기 위하여 사용될 수도 있다. 즉, 프리앰블을 통해 태그에서 리더로의 응답 메시지인지 확인이 가능해진다.
파일럿 톤 필드(230)는 두 번째 파일럿 톤을 포함한다. 두 번째 파일럿 톤은 리더 수신 장치에서 태그 송신 신호의 전송 속도를 추정하고 반송파의 위상 회복 및 자동 이득 제어를 위해 사용된다.
SFD 필드(240)는 SFD를 포함한다. SFD는 리더 수신 장치에서 페이로드의 시작 부분을 검출하는 데 사용된다. 이러한 SFD는 프리앰블과 동일한 비트 신호를 갖는다.
데이터 페이로드(250)는 태그 데이터를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블 신호를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 정확한 태그 송신 신호의 검출을 위해서는 프리앰블의 자기 상관 및 상호 상관 특성이 중요하다. 프리앰블 생성부(114)는 프리앰블의 자기 상관 및 상호 상관 특성을 고려하여 프리앰블로 "-1, 1, 1, -1"의 4 비트 신호를 사용한다. "-1, 1, 1, -1"의 4 비트 신호는 연산부(1501)에 의해서 구형파와 XOR 연산되고, 그 결과 도 3과 같은 프리앰블 또는 SFD 신호가 리더 수신 장치에 수신된다. 이때 구형파 대신에 구형파에 PN 코드 등과 같은 수열이 곱해진 파형이 사용될 수도 있다.
결과적으로 비트"-1"은 Low-High로 표현되고, 비트"1"은 High-Low로 표현되는 프리앰블 신호가 리더 수신 장치에 수신된다.
그리고 SFD 생성부(116) 또한 SFD로 프리앰블과 동일하게 "-1, 1, 1, -1"의 4 비트 신호를 사용한다. 따라서 리더 수신 장치에 수신되는 SFD 신호 또한 도 3과 같을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블에 구형파를 반송파로 사용하였을 때의 자기 상관 특성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 전송 속도 오프셋이 20%이며, SNR이 10dB인 환경에서 자기상관 특성의 최대 상관 값은 약 135 정도이며 두 번째 상관 값은 60 정도이다. 이처럼 프리앰블은 자기상관 특성의 최대 상관 값과 두 번째 상관 값의 차이가 크기 때문에 리더 수신 장치에서 태그 송신 신호를 수신하였을 때 정확한 시점에서 태그 송신 신호의 유무 검출이 가능할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프리앰블 신호와 전송 속도가 다른 구형파를 부반송파로 사용하였을 때의 상호 상관 특성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 전송 속도 오프셋이 20%이며, SNR이 10dB인 환경에서 상호상관 특성의 최대 상관 값은 약 40 정도로서, 프리앰블 신호와 프리앰블 신호와 전송 속도가 다른 구형파를 상호 상관의 최대 상관 값은 도 4에 도시된 자기상관 특성의 최대 상관 값인 135와 차이가 크다는 것을 알 수 있다.
즉, 프리앰블 신호의 자기 상관을 이용하여 태그 송신 신호를 검출하면, 프리앰블 신호의 전송 속도가 변하더라도 정확한 시점에서 태그 송신 신호의 검출이 가능할 수 있다.
수동형 RFID 시스템의 태그 송신 신호의 전송 속도의 변화 허용치는 일반적인 통신시스템의 허용치와는 매우 큰 차이가 있다. 일반적인 통신 시스템에서는 ppm 정도를 허용하므로, 수신 신호의 전송 속도를 추정할 필요가 없다. 그런데 수동형 RFID 시스템은 최대 10% 이상의 전송 속도 오프셋을 허용한다. 따라서 샘플링 위치의 보정(timing synchronization)을 위한 장치가 필요하다. 그런데 수동형 RFID 시스템은 속도 변화가 매우 크기 때문에 전송 속도 추정이 우선적으로 필요하다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 파일럿 톤 신호를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 파일럿 톤 생성부(112)는 첫 번째 및 두 번째 파일럿 톤으로 0으로 이루어진 수 비트를 생성한다. 예를 들어, 파일럿 톤 생성부(112)는 0으로만 이루어진 10비트 신호 또는 그 이상의 비트 신호를 첫 번째 및 두 번째 파일럿 톤으로 사용할 수 있다.
이러한 비트 신호가 연산부(1501)에 의해서 구형파와 XOR 연산된다. 그러면, 도 6과 같은 파일럿 톤 신호가 리더 수신 장치에 수신된다.
즉, 리더 수신 장치에 수신되는 파일럿 톤 신호는 주기적인 구형파이다. 이 파일럿 톤 신호는 태그 송신 신호의 전송 속도에 비례하는 주파수를 가지게 된다. 그러므로 리더 수신 장치에서는 파일럿 톤 신호의 주파수를 측정하는 방법을 사용하여 태그 송신 신호의 전송 속도를 추정할 수 있다. 일반적으로 주파수를 추정하는 방법에는 PLL(phase locked loop)을 이용하는 방법, AFC(automatic frequency controller)를 이용하는 방법, 카운터(counter)를 이용하는 방법 등이 있을 수 있다. 그런데 각각의 방법들은 문제점이 있다. PLL을 이용하는 방법은 추정을 위해서 아주 많은 주기의 신호를 필요로 한다. AFC 방법의 경우 정확한 추정을 위해서는 CW(continuous wave) 신호가 필요한데, CW 신호는 복소 신호라서 위와 같은 실수 신호로는 구현이 불가능하다. 그리고 카운터를 이용하는 방법은 두 가지 제약이 있다. 첫 번째는 잡음으로 인해서 정확한 주파수 카운팅(counting)이 힘들다는 것이고, 두 번째는 주파수 카운터가 디지털로 동작하는데 동작 속도의 한계로 인해서 정확한 주파수 추정이 힘들다는 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 리더 수신 장치의 주파수 추정 방법을 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, 리더 수신 장치는 기준 구형파의 한 주기(Tref) 단위를 기준 신호로 하고, 기준 신호와 수신 신호인 두 번째 파일럿 톤 신호의 상호 상관(cross-correlation) 값을 계산한다.
이때 수신 신호 r(t)는 rI(t)+jrQ(t)이고, 기준 신호 s(t)는 sI(t)-jsQ(t)라고 하면, jsQ(t)는 기준 구형파의 1/4 주기 지연한 신호일 수 있다. 리더 수신 장치는 rI(t)+jrQ(t)과 sI(t)-jsQ(t)를 곱한 후 이들 I 신호 및 Q 신호를 각각 한 주기(Tref) 동안에 걸쳐 적분한 후 합산함으로써 r(t)와 s(t)의 상호 상관 값을 계산할 수 있다.
주파수 추정에 있어서 중요한 것은 한 주기(Tref) 단위의 상관 값 계산이다. 기준 신호와 수신 신호의 크기를 각각 At, Ar 이라고 하면, 기준 신호와 수신 신호가 t 만큼의 시간 차가 있을 경우 상호 상관 값은 수학식 1과 같이 나타날 수 있다.
Figure pat00003
수학식 1에서 보는 바와 같이 상호 상관 값은 기준 신호와 수신 신호 사이의 시간 차와 선형적인 관련이 있음을 알 수 있다. 따라서 상호 상관 값으로부터 태그송신 신호의 전송 속도 추정이 가능하다.
도 8은 도 7의 상호 상관 값의 출력 파형을 나타낸 도면이다. 도 8에서는 기준 신호의 한 주기(Tref)를 32 샘플로 정의하였고, 수신 신호와 기준 신호와의 전송 속도 차는 1%로 가정하였다.
도 8을 살펴보면, 상호 상관 파형이 2차 함수의 형태를 취함을 알 수 있다. 수학식 1에서 상호 상관 값은 태그 송신 신호의 기저 대역 신호와 기준 신호로 분석한 것으로, 도 7에서 rQ(t)와 sQ(t)를 생략한 형태가 되어 rI(t)와 sI(t)의 작용 만이 존재한다. 그런데, 실제 환경에서는 rQ(t)와 sQ(t)도 존재한다. 따라서 rI(t), sI(t), rI(t) 및 sI(t)의 4개 신호의 상호 작용에 의해서 상호 상관 파형은 도 8과 같은 형태를 가지게 된다.
수신 신호와 기준 신호와의 전송 속도 차가 1%인 경우, 100 주기의 시간 뒤에 1 주기만큼의 시간 지연이 발생한다. 그런데 Q 채널의 기준 신호가 I 채널의 기준 신호에 비해서 1/4 주기만큼 지연되어 있으므로 도 8에서 보는 바와 같이 25 주기를 가지는 신호가 출력된다. 이 출력 신호의 주기를 측정함으로써 태그 송신 신호의 전송 속도를 추정할 수 있다. 도 8과 같이 출력 신호의 주기가 25 주기이면 수신 신호와 기준 신호가 1%의 전송 속도 오프셋이 있는 것으로 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리더 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 9를 참고하면, 리더 수신 장치(900)는 DC 오프셋 보상부(910), 프리앰블 검출부(920), 주파수 추정부(930), 자동 이득 조정부(940), SFD 검출부(950), 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform, 이하 "FFT부"라 함)(960) 및 데이터 검출부(970)를 포함한다.
리더 안테나를 통해서 수신되는 부반송파 신호는 믹서(도시하지 않음)를 통해서 기저 대역의 I(In-phase) 및 Q(Quadrature-phase) 신호로 변환된다. 믹서는 로컬 오실레이터에서 발생된 기준 주파수를 이용한다. DC 오프셋은 직접 변환 수신기(direct conversion receiver, DCR) 구조에서 특히 크게 발생한다. DCR은 수신 신호의 중심 주파수와 믹서에 입력되는 로컬 오실레이터 신호의 주파수가 같다. 믹서를 통한 믹싱 과정에서 믹서의 회로 특성 때문에 자체 믹싱(self mixing)이 발생하여 DC 오프셋이 발생한다.
DC 오프셋 보상부(910)는 수신되는 첫 번째 파일럿 톤 신호의 I 신호 및 Q 신호로부터 각각 DC 오프셋을 구하여 수신 신호의 DC 오프셋을 보상한다.
프리앰블 검출부(920)는 수신 신호 즉, 프리앰블 신호의 자기 상관을 이용하여 태그 송신 신호의 유무를 검출한다.
주파수 추정부(930)는 수신되는 두 번째 파일럿 톤 신호와 기준 신호와의 상호 상관을 이용하여 주파수 오프셋 즉, 수신 신호의 전송 속도 오프셋을 추정하고, 수신 신호의 전송 속도 오프셋을 보상한다. 주파수 추정부(930)는 도 7에서 설명한 방법을 토대로 수신 신호의 전송 속도 오프셋을 추정할 수 있다. 이때 앞에서 설명한 바와 같이 도 6과 같은 구형파를 파일럿 톤 신호로 사용함으로써, 주파수 추정부(920)는 기준 신호와의 상호 상관을 통해서 정확한 전송 속도를 추정할 수 있다.
자동 이득 조정부(940)는 두 번째 파일럿 톤 신호와 기준 신호와의 상호 상관 값을 이용하여 DC 오프셋 및 전송 속도 오프셋이 보상된 수신 신호의 크기를 조절한다.
SFD 검출부(950)는 수신 신호 즉, SFD 신호와 기준 SFD 신호의 상호 상관을 이용하여 페이로드 즉, 실제 태그 데이터의 시작 위치를 검출한다. 기준 SFD 신호는 태그 송신 장치(100)에서 사용하는 SFD 신호와 동일한 신호일 수 있다. 이때 앞에서 설명한 것처럼 태그 송신 장치(100)에서 도 3과 같은 구형파를 SFD 신호로 사용함으로써, SFD 검출부(950)에서 실제 태그 데이터의 시작 시점을 정확히 결정할 수 있다.
FFT부(960)는 페이로드의 시작 시점에서 자동 이득 조절된 I 및 Q 신호를 입력으로 하여 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환하여 출력한다. 즉, 자동 이득 조절된 I 및 Q 신호는 고속 푸리에 변환을 통해서 각 부반송파 대역의 신호로 분리된다.
데이터 검출부(970)는 FFT부(960)를 통해서 각 부반송파 대역으로 분리된 신호에서 태그 데이터를 검출한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수동형 RFID 시스템의 태그 송신 장치는 프리앰블, 파일럿 톤 및 SFD를 구형파의 부반송파를 이용하여 전송함으로써, 태그 송신 신호를 수신하는 리더 수신 장치(900)에서 태그 송신 신호의 유무 및 실제 태그 데이터의 시작점을 정확히 결정할 수 있으며 전송 속도 추정 성능을 향상시켜, 기존의 RFID 시스템에 비해서 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그에서 태그 데이터를 송신하는 방법에서,
    파일럿 톤, 프리앰블 및 SFD(Start Frame Delimiter)를 생성하는 단계,
    복수의 구형파를 생성하는 단계, 그리고
    상기 파일럿 톤, 프리앰블 및 SFD를 각각 상기 복수의 구형파 중 하나의 구형파를 이용하여 전송하는 단계
    를 포함하는 태그 송신 방법.
  2. 제1항에서,
    직렬로 입력되는 태그 데이터를 복수의 병렬 데이터로 변환하는 단계, 그리고
    상기 복수의 병렬 데이터를 상기 복수의 구형파를 이용하여 전송하는 단계
    를 더 포함하는 태그 송신 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 구형파는 상호간 직교하는 태그 송신 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 프리앰블은 4비트 신호를 포함하는 태그 송신 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 4비트 신호는 -1, 1, 1, -1인 태그 송신 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 SFD는 4비트 신호를 포함하는 태그 송신 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 4비트 신호는 -1, 1, 1, -1인 태그 송신 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 파일럿 톤은 0으로 이루어진 비트 신호를 포함하며, 상기 태그로부터 송신되는 신호의 전송 속도 추정에 사용되는 태그 송신 방법.
  9. 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그 데이터를 송신하는 태그 송신 장치로서,
    파일럿 톤, 프리앰블, SFD(Start Frame Delimiter) 및 태그 데이터를 각각 생성하는 신호 생성부,
    부반송파로 사용할 복수의 구형파를 각각 생성하는 복수의 구형파 생성부,
    입력되는 데이터와 복수의 구형파를 각각 연산하여 출력하는 복수의 연산부,
    상기 복수의 구형파의 신호를 각각 부하 변조하여 송신하는 복수의 부하 변조부, 그리고
    상기 파일럿 톤, 상기 프리앰블 및 상기 SFD를 상기 복수의 구형파 생성부 중 하나의 구형파 생성부로 출력하고, 상기 태그 데이터를 복수의 병렬 데이터로 변환한 후 상기 복수의 구형파 생성부로 출력하는 역 다중화기
    를 포함하는 태그 송신 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 복수의 구형파는 상호간 직교하는 태그 송신 장치.
  11. 제9항에서,
    상기 프리앰블 및 상기 SFD는 4비트 신호를 포함하는 태그 송신 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 4비트 신호는 -1, 1, 1, -1인 태그 송신 장치.
  13. 제9항에서,
    상기 파일럿 톤은 0으로 이루어진 비트 신호를 포함하며, 상기 태그의 전송 속도 추정에 사용되는 태그 송신 장치.
  14. 제10항에서,
    상기 하나의 구형파 생성부는 상기 복수의 구형파 중에서 가장 낮은 주파수의 구형파를 생성하는 태그 송신 장치.
  15. 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 태그로부터 태그 신호를 수신하는 리더 수신 장치로서,
    수신되는 파일럿 톤 신호와 기준 파일럿 톤 신호와의 상호 상관을 이용하여 수신 신호의 전송 속도 오프셋을 추정하고, 전송 속도 오프셋을 보상하는 주파수 추정부,
    수신되는 프리앰블 신호의 자기 상관을 이용하여 태그 신호의 유무를 검출하는 프리앰블 검출부, 그리고
    수신되는 SFD(Start Frame Delimiter) 신호와 기준 SFD 신호와의 상호 상관을 이용하여 상기 태그 신호에서 페이로드의 시작 시점을 검출하는 SFD 검출부
    를 포함하는 리더 수신 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 파일럿 톤 신호는 연속하는 0비트 신호와 구형파를 XOR(exclusive OR) 한 신호인 리더 수신 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 주파수 추정부는 상기 파일럿 톤 신호의 I 신호와 상기 구형파의 한 주기 신호를 곱하고, 상기 파일럿 톤 신호의 Q 신호와 상기 구형파의 1/4 지연된 한 주기 신호를 곱한 후 이들 신호를 더한 값으로부터 주파수 오프셋을 추정하고, 상기 주파수 오프셋으로부터 상기 전송 속도 오프셋을 추정하는 리더 수신 장치.
  18. 제15항에서, 상기 프리앰블 신호는 -1, 1, 1, -1의 4비트 신호와 구형파를 XOR한 신호인 리더 수신 장치.
  19. 제15항에서,
    상기 SFD 신호는 -1, 1, 1, -1의 4비트 신호와 구형파를 XOR한 신호인 리더 수신 장치.
KR20130077379A 2013-07-02 2013-07-02 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치 KR20150004497A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130077379A KR20150004497A (ko) 2013-07-02 2013-07-02 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치
US14/253,379 US20150009014A1 (en) 2013-07-02 2014-04-15 Apparatus and method for transmitting tag and reader receiving apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130077379A KR20150004497A (ko) 2013-07-02 2013-07-02 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150004497A true KR20150004497A (ko) 2015-01-13

Family

ID=52132398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130077379A KR20150004497A (ko) 2013-07-02 2013-07-02 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150009014A1 (ko)
KR (1) KR20150004497A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7065780B6 (ja) * 2016-03-09 2022-06-06 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ デジタル通信システムにおけるパケット開始検出のための方法及び装置
CN109739712B (zh) * 2019-01-08 2022-02-18 郑州云海信息技术有限公司 Fpga加速卡传输性能测试方法、装置及设备和介质
CN112532342B (zh) * 2019-09-17 2023-05-16 华为技术有限公司 一种背反射通信中的数据传输方法和装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6842495B1 (en) * 1998-11-03 2005-01-11 Broadcom Corporation Dual mode QAM/VSB receiver
US6671334B1 (en) * 1998-11-03 2003-12-30 Tektronix, Inc. Measurement receiver demodulator
US6292518B1 (en) * 1999-10-21 2001-09-18 General Electric Company Use of 64-QAM circuitry for receiving and decoding 8-VSB signals
JP3533351B2 (ja) * 1999-12-28 2004-05-31 日本無線株式会社 フィードフォワード増幅器及びその制御回路
US6973098B1 (en) * 2000-10-25 2005-12-06 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for determining a data rate in a high rate packet data wireless communications system
US7038730B2 (en) * 2002-07-10 2006-05-02 Thomson Licensing Matched pulse shaping filter
JP4381749B2 (ja) * 2002-09-19 2009-12-09 パナソニック株式会社 無線通信装置及び無線通信方法
JP4470377B2 (ja) * 2003-02-28 2010-06-02 株式会社日立製作所 移動通信システムにおける伝搬路推定方法
US20070109129A1 (en) * 2005-05-24 2007-05-17 Sundstrom Kurt E Rfid reader systems detecting pilot tone
US7706696B2 (en) * 2006-05-19 2010-04-27 Alcatel-Lucent Usa Inc. Pilot tone bias control
WO2008027623A2 (en) * 2006-09-01 2008-03-06 Intermec Ip Corp. Rfid tags with orthogonal communication capabilities, and associated systems
US20090284352A1 (en) * 2006-11-14 2009-11-19 Nxp, B.V. Transponder, reader, method of operating a transponder, and method of operating a reader
WO2009144582A2 (en) * 2008-05-28 2009-12-03 Anthony Richards Ranging for wireless radio frequency communication devices
KR101091164B1 (ko) * 2008-11-21 2011-12-09 한국전자통신연구원 Ｐｎ 코드 발생을 개선한 능동형 ｒｆｉｄ 장치
KR101329059B1 (ko) * 2009-11-12 2013-11-14 한국전자통신연구원 무선 센서 네트워크에서 패킷 데이터의 전송 장치 및 방법
JP5936280B2 (ja) * 2011-01-28 2016-06-22 マーベル ワールド トレード リミテッド 長距離無線ｌａｎの物理層フレーム形式
KR20130075544A (ko) * 2011-12-27 2013-07-05 한국전자통신연구원 태그 송신 장치 및 방법
US9313075B2 (en) * 2012-08-17 2016-04-12 Intel Corporation Methods and arrangements for channel updates in wireless networks

Also Published As

Publication number Publication date
US20150009014A1 (en) 2015-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vangelista Frequency shift chirp modulation: The LoRa modulation
De Oliveira et al. Joint radar-communication systems: Modulation schemes and system design
CN101651469B (zh) 用于lte系统中发送上行监测参考符号的跳频方法
KR20200064004A (ko) 협대역 신호들을 사용하는 도착 시간 및 도착 각도 측정을 위한 방법 및 장치
Yu et al. EVM and achievable data rate analysis of clipped OFDM signals in visible light communication
RU2008132877A (ru) Схема модуляции на нескольких несущих, а также передающее устройство и приемное устройство, использующие указанную схему
US11456852B2 (en) Transmitter, receiver, and method for chirp-modulated radio signals
WO2015070820A1 (zh) 扩频信号的生成方法、生成装置、接收方法和接收装置
KR101467252B1 (ko) 낮은 복잡도의 ｏｆｄｍ 정수 주파수 옵셋 추정 방법, 이를 이용한 ｏｆｄｍ 정수 주파수 옵셋 추정 장치 및 ｏｆｄｍ 수신기 시스템
CN109309557A (zh) 一种信号处理方法、装置、设备及计算机可读存储介质
KR20130075544A (ko) 태그 송신 장치 및 방법
CN104735017A (zh) 一种非正交多载波数字调制与解调方法及装置
KR101525931B1 (ko) Ofdm 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법 및 ofdm 수신기
US20140233623A1 (en) Signal generation device, mobile communication terminal test device including the same, signal generation method, and mobile communication terminal test method
KR20150004497A (ko) 태그 송신 장치 및 방법과 리더 수신 장치
US11909572B2 (en) Symbol generator and symbol generation method
CN101309100B (zh) 正交接收机的i/q相位和增益失衡的补偿装置和方法
US20220187443A1 (en) Doppler ranging system
KR20090131543A (ko) 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서의 차동 결합을 이용한정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 그 장치
JPH04346532A (ja) フレーム同期方法および装置
US20230284187A1 (en) Signal sending method, signal receiving method, and apparatus
KR20120059243A (ko) 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식 통신 시스템에서 간소화된 주파수 오프셋 추정 방법 및 수신기
KR20080109448A (ko) 고속 퓨리에 변환기 기반 주파수 분할 다중 접속시스템에서 주파수 오차 추정 장치 및 방법
JP6269873B1 (ja) 受信装置及び受信方法
JP5812179B2 (ja) スプリアス測定装置及びそれを利用した受信装置，通信システム

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid