KR20160110941A - 표준 nfc 태그가 제공된 모바일 요소들을 위치파악하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표준 NFC 태그가 제공된 모바일 요소들의 위치파악에 관한 것이다. 위치파악 디바이스(200)는 상기 적어도 하나의 태그를 조회하는 신호를 전송하기 위한 전송 수단(215), 모니터링 수단(205, 245), 및 상기 모니터링 수단에 선택적으로 접속된 복수의 수신 수단(225)을 포함하고, 상기 수신 수단은 상기 조회 신호와 상기 적어도 하나의 태그로부터의 응답 신호를 수신한다. 상기 모니터링 수단은 상기 모니터링 수단에 접속된 수신 수단으로부터의 신호들을 순차적으로 측정하고 측정들을 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하도록 구성된다.

Description

표준 NFC 태그가 제공된 모바일 요소들을 위치파악하기 위한 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR LOCATING MOBILE ELEMENTS PROVIDED WITH STANDARD NFC TAGS}

본 발명은 특히 게임 분야에서 사용자와 컴퓨터 시스템 사이의 인터페이스에 관한 것으로, 더 구체적으로는, NFC 타입 표준 태그(NFC는 근접장 통신(Near Field Communication)을 의미함), 즉, 컴퓨터 시스템과의 근접장 통신을 이용하며 또한 종래의 판독 및 기입 기능을 제공하는 태그가 제공된 모바일 엔티티들을 위치파악하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

수 많은 상황에서, 컴퓨터 시스템이 모바일 엔티티들뿐만 아니라 그들의 위치 및/또는 배향을 검출하여 그에 따라 컴퓨터 시스템이 반응할 수 있게 하는 것이 필요할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 사용자가 컴퓨터 시스템에 의해 시뮬레이팅된 가상 플레이어에 맞서 플레이할 수 있게 하는 체스 게임에서, 컴퓨터 시스템 상에 구현된 애플리케이션은, 체스판 상의 모든 요소들과 그들의 위치, 특히 사용자에 의해 이동되는 요소들과 그들의 위치를 알아야 그 움직임을 계산할 수 있다.

NFC 기술 또는 RFID 기술(RFID는 무선 주파수 식별(Radio Frequency IDentification)을 의미함)을 이용하여 게임판 상의 실제 물체를 검출하기 위한 솔루션들이 존재하며, NFC 기술은 RFID 기술의 특정한 확장이라는 점에 유의한다. 게임판은, 판독기 NFC라 불리며 일반적으로 게임판 아래에 위치하는 NFC 타입 판독기를 포함한다. 게다가, 각각의 물체에는 고유 식별자를 포함하는 NFC 타입 태그가 제공된다. 따라서, 게임판 부근에 위치한 모든 NFC 태그들의 판독을 수행함으로써, 게임판 상에 존재하는 모든 물체를 검출하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 시스템은 일반적으로 물체의 위치 및/또는 배향을 정확히 검출하는 것이 가능하지 않다.

게임판 상의 실제 물체를 검출하고 그 위치 및/또는 배향을 판정하여 컴퓨터 시스템을 위한 인터페이스로서 이들 물체를 이용할 수 있게 하기 위한 솔루션도 역시 존재한다.

따라서, 예를 들어, N TRIG사에 의해 개발된 기술은 스크린의 용량성 표면과 접촉할 수 있게 하는 접촉점을 갖춘 NFC 태그를 장착하는 것으로 구성된다. 접촉점의 위치파악은 NFC 태그가 위치파악될 수 있게 한다. 그러나, 이러한 솔루션은 NFC 태그들에 대한 수정을 요구하여 가격이 상당한 용량성 표면의 이용뿐만 아니라 그들의 제조 비용 증가로 이어진다.

또한, NFC 판독기에서, 멀티플렉싱에 의해 순차적으로 이용될 수 있는 수 개의 안테나를 이용하는 솔루션도 존재한다. 게임판의 정사각형에 대응하는 각각의 안테나는, 대응하는 정사각형 상의 NFC 태그의 존재를 검출하고 그 식별자를 획득하는 것을 가능케 한다. 안테나의 위치를 알면, 그로부터 NFC 태그의 위치를 유추하는 것이 가능하다. 여기서 정확도는 안테나를 포함하는 정사각형의 크기와 연계된다. 이러한 정사각형은, 예를 들어, 4cm×4cm의 정사각형일 수 있다. 그러면 정확도는 4cm이다. 그러나, 이러한 솔루션은 표준 NFC 태그의 이용을 가능케 할 수 있지만, NFC 태그를 검출하는 것이 가능해야 하는 모든 위치가 판정될 것을 요구한다.

본 발명은 전술된 문제들 중 적어도 하나가 해결될 수 있게 한다.

따라서 본 발명은 근접장 통신 기술을 이용하는 적어도 하나의 태그가 제공된 적어도 하나의 모바일 엔티티를 위치파악하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 상기 디바이스는 다음과 같은 수단들을 포함한다,

- 상기 적어도 하나의 태그를 조회하기 위한 조회 신호를 방출하기 위한 방출 수단;

- 제어 수단;

- 상기 제어 수단에 선택적으로 링크되어 상기 조회 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 태그로부터 응답 신호를 수신하는 복수의 수신 수단;

상기 제어 수단은 상기 제어 수단에 링크된 수신 수단으로부터 오는 신호들을 순차적으로 측정하고 측정들을 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하도록 구성된다.

따라서 본 발명에 따른 디바이스는 근접장 통신 기술을 이용하여 검출 표면 부근에 존재하는 태그들의 수, 이들 태그들의 식별자들뿐만 아니라 밀리미터 미만까지 가능한 정확도로 태그들의 위치를 실시간으로 파악하는 것을 가능케 한다. 이용되는 태그들은, 특히 표준 태그, 특히, NFC 타입의 태그들, 예를 들어, 13.56 MHz의 캐리어 주파수를 이용하는 안테나를 포함하는 바이폴라 NFC 태그들일 수 있다.

특정한 실시예에 따르면, 이 디바이스는 상기 수신 수단을 순차적으로 선택하기 위해 상기 제어 수단에 의해 제어되는 스위칭 수단을 더 포함한다. 따라서 본 발명에 따른 디바이스는 간단한 방식으로 태그들을 위치파악하는 정확도를 개선시키는 것을 가능케 한다.

특정한 실시예에 따르면, 이 디바이스는 상기 수신 수단을 상기 방출 수단에 의해 방출된 신호의 캐리어의 주파수에 튜닝하기 위한 적응 수단(adaptation means)을 더 포함한다.

특정한 실시예에 따르면, 이 방법은 상기 제어 수단과 상기 방출 수단에 접속되어 태그들을 판독하기 위한 특정 기능을 실행하기 위한 특정 컴포넌트(specific component)를 더 포함한다.

특정한 실시예에 따르면, 상기 제어 수단은 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭을 나타내는 값을 판정하기 위한 수단을 포함한다.

특정한 실시예에 따르면, 상기 제어 수단은 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭을 나타내는 값을 판정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 유용한 성분은 데이터를 교환하는데 이용된다.

특정한 실시예에 따르면, 상기 수신 수단은 상기 적어도 하나의 태그의 위치가 추정되어야 하는 표면의 적어도 하나의 차원으로 연장되는 적어도 한 세트의 루프를 포함한다.

특정한 실시예에 따르면, 각각의 상기 수신 수단은 2개의 부분을 포함하고, 상기 2개의 부분 각각은 상기 방출 수단의 각각의 대향 측들 상에 위치한다. 따라서 디바이스는 태그의 위치를 개선하는 것을 가능케 한다.

특정한 실시예에 따르면, 상기 방출 수단 및 상기 제어 수단은 상기 적어도 하나의 태그 상의 메모리에 저장된 데이터의 적어도 하나의 항목을 판독하거나 상기 적어도 하나의 태그 상에 데이터의 적어도 하나의 항목을 기입하도록 구성된다. 본 발명에 따른 디바이스는 이들 태그들 상에서의 판독 또는 기입의 표준 기능을 제공한다.

특정한 실시예에 따르면, 디바이스는, 상기 수신 수단 및 상기 제어 수단에 선택적으로 링크되는 선택 수단 및 처리 수단을 더 포함하고, 상기 선택 수단, 상기 처리 수단 및 상기 제어 수단은 근접장 통신 기술과는 별개의 통신 기술을 구현하는 적어도 하나의 태그의 위치를 판정하도록 구성된다. 따라서 본 발명에 따른 디바이스는, 근접장 통신 기술을 이용하는 표준 태그의 위치, 및 상이한 통신 기술을 이용하는 태그의 위치를 판정할 수 있다.

본 발명은 또한 근접장 통신 기술을 이용하는 적어도 하나의 태그가 제공된 적어도 하나의 모바일 엔티티를 위치파악하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 적어도 하나의 태그를 조회하기 위한 적어도 하나의 조회 신호를 방출하기 위한 방출 수단, 제어 수단, 및 상기 제어 수단에 선택적으로 링크되어 상기 방출 수단에 의해 및 상기 적어도 하나의 태그에 의해 방출된 신호들을 수신하는 복수의 수신 수단을 포함하는 디바이스에서 구현되고, 이 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다,

- 상기 적어도 하나의 태그를 조회하기 위한 조회 신호의 방출을 가동하는 단계;

- 수신 수단을 순차적으로 선택하고 상기 선택된 수신 수단을 통해 수신된 적어도 하나의 신호 ―상기 수신된 신호는 상기 방출 수단에 의해 방출된 적어도 하나의 신호와 상기 방출 수단에 의해 방출된 상기 신호에 응답하여 적어도 하나의 태그에 의해 방출된 신호의 결과임― 를 측정하는 단계; 및

- 선택된 수신 수단을 통해 수신된 신호의 측정치를 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 단계.

따라서 본 발명에 따른 방법은 근접장 통신 기술을 이용하여 검출 표면 부근에 존재하는 태그들의 수, 이들 태그들의 식별자들뿐만 아니라 밀리미터 미만까지 가능한 정확도로 태그들의 위치를 실시간으로 파악하는 것을 가능케 한다. 이용되는 태그들은, 특히 표준 태그, 특히, NFC 타입의 태그들, 예를 들어, 13.56 MHz의 캐리어 주파수를 이용하는 안테나를 포함하는 바이폴라 NFC 태그들일 수 있다.

특정한 실시예에 따르면, 이 방법은, 상기 적어도 하나의 태그의 근사 위치를 추정하는 제1 단계, 및 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 제2 단계를 포함하고, 위치를 추정하는 상기 제2 단계는, 조회 신호의 방출을 가동하고, 수신 수단을 순차적으로 선택하며, 상기 선택된 수신 수단을 통해 수신된 적어도 하나의 신호를 측정하고, 및 선택된 수신 수단을 통해 수신된 신호의 측정치를 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 상기 단계들을 포함한다.

특정한 실시예에 따르면, 위치를 추정하는 상기 제1 단계는, 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭 및/또는 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 신호는 데이터를 교환하는데 이용된다.

특정한 실시예에 따르면, 이 방법은 식별된 태그들의 수와 식별된 태그들의 식별자들을 획득하는 초기 단계를 포함한다.

특정한 실시예에 따르면, 조회 신호의 방출을 가동하고, 수신 수단을 순차적으로 선택하며, 상기 선택된 수신 수단을 통해 수신된 적어도 하나의 신호를 측정하고, 및 선택된 수신 수단을 통해 수신된 신호의 측정치를 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 상기 단계들은 각각의 식별된 태그에 대해 실행된다.

특정한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 수신된 신호를 측정하는 상기 단계는, 상기 수신 수단을 통해 수신된 캐리어 또는 신호에 대응하는 성분의 진폭 및/또는 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭을 측정하는 단계를 포함하고, 이 성분은 데이터를 교환하는 데 이용된다.

특정한 실시예에 따르면, 이 방법은 상기 적어도 하나의 태그 상의 메모리에 저장된 데이터의 적어도 하나의 항목을 판독하거나 상기 적어도 하나의 태그 상에 데이터의 적어도 하나의 항목을 기입하는 단계를 더 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 이들 태그들 상에서의 판독 또는 기입의 표준 기능을 제공한다.

본 발명은 또한, 마이크로제어기 상에서 실행될 때 전술된 방법의 단계들 각각의 구현을 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 이 컴퓨터 프로그램에 의해 획득되는 이점은 방법과 관련하여 언급된 이점과 유사하다.

본 발명의 다른 이점, 목적 및 피쳐들은, 첨부된 도면과 관련하여, 비제한적 예로서 주어지는 이하의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다:
- 도 1은 근접장 통신 기술을 이용하는 태그 판독기와 이러한 태그 사이의 통신의 원리를 도식적으로 나타낸다;
- 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태그들의 위치파악을 가능케 하는 디바이스의 예를 나타낸다;
- 도 3은 도 2에 나타낸 필터링 및 적응 유닛의 아키텍처의 예를 나타낸다;
- 도 4는 도 2에 나타낸 마이크로제어기에 임베딩된 소프트웨어의 Descartes로부터의 예, 즉, 검출 표면 상의 태그의 위치를 판정하고 태그와의 데이터 판독 및 기입을 가능케 하기 위한 도 2와 도 3을 참조하여 설명되는 디바이스에서 구현된 단계들의 예를 나타낸다;
- 도 5a 및 도 5b를 포함하는 도 5는 주어진 루프의 단자들에서 수신되는 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭의 측정을 나타낸다;
- 도 6은 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 디바이스에서 태그의 위치의 x-좌표를 추정하는데 이용되는 루프의 구성의 간단한 예를 나타낸다;
- 도 7은, 수 개의 루프를 이용하여 이루어진 측정에 기초하여 이로부터 태그의 위치를 유추하기 위한, (이론적으로) 이용되는 루프와 태그의 상대적 위치에 따른 수신된 신호의 레트로-변조된(retro-modulated) 캐리어의 진폭의 이론적 변동 뿐만 아니라 포물선에 의한 그 진폭의 변동의 국지적 근사치를 나타낸다.
- 도 8a 및 도 8b 및 도 8c를 포함하는 도 8은 수신된 신호의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 평균 진폭의 측정을 나타낸다;
- 도 9는, 수 개의 루프를 이용하여 이루어진 측정에 기초하여 이로부터 태그의 위치를 유추하기 위한, (이론적으로) 이용되는 루프와 태그의 상대적 위치에 따른 레트로-변조된 신호의 유용한 성분의 진폭의 이론적 변동 뿐만 아니라 포물선에 의한 그 진폭의 변동의 국지적 근사치를 나타낸다;
- 도 10a 및 도 10b를 포함하는 도 10은, 태그로부터의 응답 신호를 측정하고 이로부터 그 태그의 위치를 판정하는데 이용되는 이중 루프를 위한 구조의 예를 나타낸다; 및
- 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 상이한 타입들의 태그의 위치파악을 가능케 하는 디바이스의 예를 나타낸다.

명료성을 위해, 이하의 설명은, 캐리어 주파수가 흔히 이용되는 13.56 MHz인 신호를 교환하는 태그 판독기와 태그의 구현에 관한 것이다. 그러나, 다른 캐리어 주파수도 이용될 수 있다. 유사하게, 관련된 태그는 본질적으로 근접장 통신 기술을 이용하는 수동 태그, 즉 NFC 타입의 태그이지만, 본 발명은 다른 타입의 태그, 특히 RFID 타입 태그로 구현될 수도 있다.

우선, NFC 기술은, 소위 레트로-변조(retro-modulation)라 불리는, 부하 변조 기술에 기초한 기술이라는 점에 유의한다.

이 기술을 구현하는 태그의 안테나의 단자들에서의 저항 또는 커패시턴스를 변동시킴으로써, 즉, 그 태그가 나타내는 부하를 변조함으로써, 태그는 이용되는 태그 판독기에 의해 방출되는 자기장에서 자신이 나타내는 에너지 소비를 수정한다. 태그의 안테나와 태그 판독기의 안테나 사이에 존재하는 자기 결합으로 인해, 이 에너지 소비는 태그 판독기 안테나 회로에 흐르는 전류의 값을 수정하는 경향이 있다(이 회로는 또한 베이스 스테이션이라 불린다).

도 1은 근접장 통신 기술을 이용하는 태그 판독기와 이러한 태그 사이의 통신의 원리를 도식적으로 나타낸다.

제1 국면(참조번호 100)에서, 태그 판독기의 안테나는 단순히 캐리어로 구성된 신호, 여기서는 13.56 MHz의 주파수를 갖는 캐리어를 방출하여 태그에 에너지를 제공해 "태그를 깨운다". 후속 국면에서(참조번호 105), 태그 판독기는, 캐리어를 변조함으로써, 그 안테나를 통해, 정보 항목(통상적으로는, 명령)을 태그에 방출한다.

에너지와 정보 항목을 수신한 후에, 후속 국면(참조번호 110)에서, 태그는, (통상적으로는 수신된 정보 항목에 따라, 미리 메모리에 저장된 정보 항목과 비교하여), 그 안테나의 임피던스를 변경함으로써, 예를 들어, 스위치를 이용하여 그 안테나를 단락-회로화하거나 단락-회로화하지 않음으로써 응답할 수 있다. 이러한 변경은, 도 1에 나타낸 바와 같이 태그 판독기의 안테나에 의해 방출된 캐리어에 레벨 수정이 이루어질 수 있게 한다(참조번호 115).

이들 레벨 수정이 검출되고 태그 판독기에 의해 디코딩된다. 디코딩은 태그의 응답을 나타내는 비트스트림을 형성하는 것을 가능케 한다. 태그는 무선 기술에 의해 직접 응답하지 않고 결합을 부정합시키는 이 현상을 이용함으로써 응답하는데, 이 기술은 레트로-변조에 의한 반응이라 불린다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 레트로-변조에 의한 반응(참조번호 115)으로부터 생기는 신호의 일부는, 데이터의 캐리어에 대응하는 성분과 톱니 형태로 표현된 유용한 성분을 포함하여, 데이터의 전송을 가능케 한다.

태그 판독기와 태그 사이에서 교환되는 신호는 스크램블링되어 교환이 더욱 신뢰성 있게 한다는 점에 유의한다. 스크램블링의 성질은, 높은 상태와 낮은 상태의 2진 분포가 균일하도록(높은 상태에서의 비트수가 평균적으로 낮은 상태의 비트수만큼 존재하도록) 하는 것이다.

일반적인 실시예에 따르면, 한 세트의 겹친 루프가 태그 판독기 안테나의 위 및/또는 아래에 놓임으로써 검출 표면을 형성한다. 이 루프 세트는 여기서 2개의 타입의 루프, 즉, 행을 형성하는 수평 루프와 열을 형성하는 수직 루프를 포함한다. 이들은 검출 표면의 범위를 정한다. 행을 형성하는 루프는 태그의 위치의 y-좌표를 판정하는데 이용되고 열을 형성하는 루프는 태그의 위치의 x-좌표를 판정하는데 이용된다.

이들 루프는 그들 아래에 놓인 태그 판독기 안테나에 의해 방출된 신호를 수신한다. 이들은 태그 판독기 안테나에 의해 방출된 캐리어, 예를 들어, 13.56 MHz의 주파수를 갖는 캐리어의 주파수에 튜닝된다. 루프의 튜닝의 품질 인자(quality factor)는 바람직하게는, 적절한 위치파악을 위해 최소 레벨의 전력이 수신되는 것을 보장하면서, 태그 판독기 안테나에 의해 방출된 전자기장의 흡수를 제한하도록 조정된다.

태그가 검출 표면 상에, 즉, 태그 판독기 안테나 및 루프 세트 위에 놓이고, 태그 판독기에 의해 조회 신호가 방출되면, 검출 표면 상에 놓인 태그는 그것이 놓인 루프와 태그 판독기 안테나 사이의 유도성 결합에 대해 약간 디튜닝(detune)된다. 이 디튜닝은 보간에 의해 태그의 위치를 추정하기 위해 수 개의 루프 상에서 측정된다.

더 구체적으로는, 루프 세트는, 수 개의, 바람직하게는 적어도 3개의 인접한 겹친 루프들이 태그의 존재에 의해 디튜닝되도록 구성된다. 이들 3개의 인접한 루프의 단자에서의 신호(태그 판독기에 의해 방출되고, 태그 응답에 링크된 레트로-변조 반응에 의해 수정된 캐리어에 대응하는 신호)의 특성의 측정은, 보간에 의해, 검출 표면에 링크된 좌표 시스템에서의 태그의 정확한 위치를 계산하는 것을 가능케 한다.

(도 5 내지 도 7을 참조하여 더 구체적으로 설명되는) 특정한 실시예에 따르면, 태그의 위치의 판정은, 3개의 인접한 겹친 루프들 각각의 단자에서 수신되는 신호의 캐리어(이 캐리어는 통상적으로 13.56 MHz의 주파수를 가짐)에 대응하는 성분의 진폭을 측정함으로써 이루어진다.

선행 실시예와 결합되거나 결합되지 않을 수 있는, (도 8 및 도 9를 참조하여 더 구체적으로 설명되는) 또 다른 특정한 실시예에 따르면, 태그의 위치의 판정은 3개의 인접한 겹친 루프들 각각의 단자들에서 수신되는 신호의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭을 측정함으로써 이루어진다.

이들 실시예는 도 2를 참조하여 설명되는 디바이스로 구현될 수 있다. 정확히 말하면, 이용되는 필터링 및 증폭 유닛은 바람직하게는 태그의 위치를 판정하는 책임을 지는 마이크로제어기에 양쪽 신호(루프의 단자에서 수신된 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭과 루프의 단자에서 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭)를 제공할 수 있다.

특정한 구성에 따르면, 각각의 루프는 직사각형에 가까운 형상을 가진다. 행을 형성하는 루프의 길이는, 바람직하게는, 태그의 위치파악을 위한 구역(즉, 검출 표면)의 폭과 실질적으로 동일하다. 유사하게, 열을 형성하는 루프의 길이는, 바람직하게는, 태그의 위치파악을 위한 구역의 높이와 실질적으로 동일하다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 행을 형성하는 루프들의 폭이 서로 실질적으로 동일하고, 열을 형성하는 루프들의 폭이 서로 실질적으로 동일하고 행을 형성하는 루프의 폭이 열을 형성하는 루프의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다.

여기서 태그는 위치파악 구역(location zone)의 면적보다 작은 안테나 면적을 가진다. 태그가 원형(통상적으로는 나선형)의 안테나를 가질 때, 행과 열을 형성하는 루프에 의해 검출되는 자기장의 진폭은 이들 루프들의 폭이 태그의 안테나의 직경과 실질적으로 동일할 때 최대화된다는 점에 유의한다.

더 복잡한 형상, 예를 들어, 직사각형의 안테나를 갖는 태그의 경우, 결합의 최적화는 루프의 폭을 조절함으로써 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태그들의 위치파악을 가능케 하는 디바이스의 예를 나타낸다. 이 디바이스는 여기서 태그 판독기를 포함한다.

명료성을 위해, 단 3개의 수직 루프만이 예시되어 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 루프 세트는, 3개보다 많은 루프를 포함하고, 그들의 수는 그들의 치수와 검출 표면의 치수에 따라 결정되며, 전술된 바와 같이 수직 루프와 수평 루프를 포함한다. 유사하게, 이들 루프의 표현은 도식적이다. 도 6 및 도 10을 참조하여 그들의 구조가 설명된다.

예시된 바와 같이, 디바이스(200)는 여기서, 태그 판독기의 특정 기능을 실행하기 위한 (칩셋이라 불리는) 특정한 컴포넌트(210)가 접속되어 있는 마이크로제어기(205)(MCU라고도 함)를 포함한다. 태그의 판독 및/또는 기입을 가능케 하는 안테나(215)는 (안테나 정합이라 불리는) 임피던스 어댑터(220)를 통해 칩셋(210)에 접속된다. 부품들(210, 215 및 220)은, 태그 상의 메모리에 저장된 데이터의 판독과 태그 상의 데이터의 기입을 가능케 하기 위한 표준 태그 판독기 부품들이다.

디바이스(200)는, 루프, 특히, 수직 루프(225-i, 225-j 및 225-k)를 더 포함한다. 디바이스는 또한 수평 루프(미도시)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 나타낸 수직 루프의 단자는 각각 임피던스 어댑터(235-i, 235-j 및 235-k)와 신호 감쇠기(240-i, 240-j 및 240-k)를 통해 멀티플렉서(230-1 및 230-2)에 링크된다.

따라서, 예를 들어, 루프(225-i)의 단자들 중 하나는 임피던스 어댑터(235-i)와 신호 감쇠기(240-i)를 통해 멀티플렉서(230-1)에 접속되는 반면 루프(225-i)의 다른 단자는 동일한 임피던스 어댑터(235-i)와 동일한 신호 감쇠기(240-i)를 통해 멀티플렉서(230-2)에 접속된다. 루프들(225-j 및 225-k)의 단자들은 유사한 방식으로 멀티플렉서들(230-1 및 230-2)에 링크된다.

이용되는 루프들은, 특히 루프들(225-i, 225-j 및 225-k)은 태그 판독기의 안테나(215)에 의해 방출된 캐리어의 주파수, 예를 들어, 13.56 MHz의 주파수에 튜닝된다. 이 튜닝은 여기서, 임피던스 어댑터들, 특히 임피던스 어댑터들(235-i, 235-j 및 235-k)에 의해 수행된다. 이러한 임피던스 어댑터는 통상적으로 태그 판독기 안테나에 의해 방출된 캐리어의 주파수(통상적으로는 13.56 MHz)에 대응하는 공진 주파수를 획득하는 것을 가능케 하는 RLC 회로로 구성된다. 공진시에, 따라서 각각의 루프는 태그 판독기의 안테나(215)에 의해 방출된 캐리어를 포함하는 신호를 검출한다.

이용되는 신호 감쇠기들(특히 신호 감쇠기들(240-i, 240-j 및 240-k))은 멀티플렉서(230-1 및 230-2)에 전송되는 신호의 전압을 제한하기 위하여 임피던스 어댑터로부터 수신된 신호를 감쇠하는 목적을 가진다. 이들 신호의 최대 전압은 일반적으로 디바이스(200)의 전원 전압이다.

신호 감쇠기들 각각은 저항기망에 의해 또는 직렬로 장착된 저항으로 구성될 수 있고, 이들 저항기들의 값은 태그 판독기의 안테나(215)에 의해 방출된 신호의 전력에 따라 결정된다.

마이크로제어기(205)에 의해 제어되는 멀티플렉서(230-1 및 230-2)로부터의 출력은 필터링 및 적응 유닛(245)으로 향한다. 이들 출력들 중 하나, 예를 들어, 멀티플렉서(230-1)로부터의 출력은 GND로 표기된 접지에 접속된다. 다른 출력, 여기서는 멀티플렉서(230-1)로부터의 출력은, (멀티플렉서 명령에 따른) 루프들 중 하나로부터의 출력 신호 S를 나타낸다.

필터링 및 적응을 위한 유닛(245)은 마이크로제어기(205)에 접속되어 (멀티플렉서(230-1 및 230-2)를 통해) 접속된 루프의 단자들에서 수신되는 신호 S의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭, 즉, 그 루프에 의해 수신된 신호 S 및/또는 이 유닛이 접속되어 있는 루프의 단자에서 수신된 신호의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭을 나타내는 신호 SR의 캐리어의 엔빌로프의 진폭을 나타내는 신호 SE를 마이크로제어기에 전송한다.

마지막으로, 마이크로제어기(205)는 또한, 애플리케이션 필요성에 따라, 예를 들어, 호스트 컴퓨터(250)에 의해 실행되는 게임의 규칙에 따라 마이크로제어기(205)를 제어하고, 태그들의 추정된 위치(뿐만 아니라, 바람직하게는, 태그들의 수와 그들의 식별자)가 전송되는 호스트 컴퓨터(250)에 링크된다.

따라서, 디바이스(200)는, 임피던스 어댑터와 신호 감쇠기에 각각 링크되고 필터링 및 적응 유닛에 선택적으로 링크된 한 세트의 루프를 포함한다.

루프들은 서로 접속되지 않는다(공통 접지가 없다)는 점에 유의한다. 따라서 루프들을 서로 격리하고 그에 따라 한 루프에 의해 수신된 신호가 다른 루프로 전파되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

마이크로제어기(205)는 멀티플렉서들(230-1 내지 230-2)을 병렬로 어드레싱하여 측정이 이루어지는 특정한 루프를 선택한다. 따라서, 멀티플렉서(230-1)는 특정한 루프의 단자들 중 하나를 접지에 접속하는 것을 가능케 하는 반면 멀티플렉서(230-2)는 그 루프의 다른 단자를 필터링 및 적응 유닛(245)에 접속하여 이 유닛에 측정할 신호 S를 전송하는 것을 가능케 한다.

디바이스(200)는 태그(255)의 위치가 추정될 수 있게 한다.

도 3은 도 2에 나타낸 필터링 및 적응 유닛(245)의 아키텍처의 예를 나타낸다.

필터링 및 적응 유닛(245)은 본질적으로 2개의 기능을 가진다.

- 이 유닛이 접속된 루프의 단자들에서 수신되는 신호 S의 캐리어, 전형적으로는, 13.56 MHz의 주파수를 갖는 캐리어에 대응하는 성분을 추출하여 그 성분의 진폭을 나타내는 신호 SE의 전송을 가능케 하는 것; 및

- 이 유닛이 접속된 루프의 단자들에서 획득된 레트로-변조된 신호 S의 진폭에 관한 정보를 보존하면서 조회된 태그에 의해 방출된 비트스트림을 추출하여, 이 유닛이 접속된 루프의 단자들에서 수신되는 신호의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭을 나타내는 신호 SR의 전송을 가능케 하는 것.

입력에서 멀티플렉서(230-1)에 링크되고 출력에서 마이크로제어기(205)에 링크된 필터링 및 적응 유닛(245)은, 수신된 신호를 증폭하는 연산 증폭기(300), 증폭된 신호의 일부를 절삭하는 제1 정류기(305), 및 캐리어 주파수(통상적으로는 13.56 MHz)의 기여분을 감쇠하는 제거 필터(rejection filter)(310)를 포함한다. 제거 필터(310)의 출력은, 수신된 신호(신호 SE)의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭을 나타내는 전압이다.

게다가, 필터링 및 적응 유닛(245)은, 이득 요소(315)와 대역-통과 필터(320)를 포함하여 조회된 태그로부터의 응답으로부터 발생하는 비트스트림을 추출한다. 이용되는 대역-통과 필터의 단자들은 26 KHz 및 213 KHz 정도일 수 있다. 이득 제어기(325)는 회로가 포함되지 않는 경우의 필터링된 신호의 범위를 증가시키는데 이용된다. 마지막으로, 적분 정류 필터는, 신호를 합산하고 양의 전압으로 정류함으로써 신호의 고주파에서 노이즈를 감쇠시켜 마이크로제어기(205) 내에서의 아날로그-디지털 변환을 가능케 한다. 조회된 태그에 의해 전송되는 각각의 비트는 적분 필터가 적분 단계를 실행하게 한다.

여기서 우선, 태그로부터의 응답으로부터 생기는 비트스트림에서 하이 상태와 로우 상태의 2진 분포는 균일하고, 따라서, 그 신호의 적분은 그 진폭을 나타낸다는 점을 상기한다.

NFC 표준에 따르면 조회된 태그로부터의 응답은 그 조회에 후속하는 최대 시간 내에 있게 하지만, 실제로는, 그 응답은, 판독 명령에 후속하는 일정한 시간 이후에 이루어진다는 것도 관찰된다.

이 시간은, 명령과 칩셋(210)으로부터 나오는 판독 응답 사이의 시간을 측정함으로써, 실험실에서 특성규명되거나 각각의 태그에 대해 마이크로제어기(205)에 의해 평가된다. 이 시간은 전체의 처리 체인의 응답 시간들을 포함하고 태그의 응답 시간을 포함한다. 태그와는 독립적인 시간의 부분은 실험실에서 미리특성규명될 수 있기 때문에(이것은 변하지 않음), 태그에 기인한 시간은 용이하게 결정될 수 있다.

관찰된 응답 시간으로부터 태그와는 독립된 시간의 부분을 차감하는 것에 더하여, 마이크로제어기는 태그에 기인한 시간을 메모리 저장한다. 이 시간이 결정되고 나면, 마이크로제어기는 조회된 태그의 응답 국면의 시작 직전에 적분기의 "리셋"을 릴랙스시킬 수 있다.

필터가 수신된 전력(즉, 유용한 성분의 진폭)의 측정을 위한 양호한 정확성을 획득하기에 충분히 긴 기간에 걸쳐 데이터를 적분할 시간을 갖기 위하여, 태그에 대한 판독 명령은 최소 비트 또는 바이트를 판독할 것을 요청해야 한다.

적분 정류 필터(330)로부터의 출력은 유닛(245)이 접속되어 있는 루프의 단자들에서 수신되는 신호의 유용한 성분의 진폭을 나타내는 신호 SR에 대응한다.

도 4는 도 2에 나타낸 마이크로제어기에 임베딩된 소프트웨어의 Descartes로부터의 예, 즉, 검출 표면 상의 태그의 위치를 판정하고 태그 내의 메모리에 저장된 데이터의 판독 및 태그 상의 데이터의 기입을 가능케 하기 위한 도 2와 도 3을 참조하여 설명되는 디바이스에서 구현된 단계들의 예를 나타낸다;

이들 단계들의 실행은 여기서, 예를 들어, 제어를 위해 구성된 펌웨어를 포함하는 마이크로제어기(205)에 의해 제어된다.

예시된 바와 같이, 제1 단계(단계 400)는 태그의 수와 그들의 식별자를 획득하기 위하여 검출 표면 상에 존재하는 모든 태그에 인벤토리 요청(inventory request)을 전송하는 것에 관한 것이다. 이러한 요청은 마이크로제어기(205)에 의해 칩셋(210)에 전송된다. 이것은, 예를 들어, SPI 표준에 따른 요청이다(SPI는 직렬 주변기기 인터페이스(Serial Peripheral Interface)를 의미함).

여기서, 마이크로제어기(205)와 칩셋(210) 사이의 태스크의 분배는 이용되는 칩셋(210)의 타입과 마이크로제어기(205)의 펌웨어에 따라 달라질 수 있다는 점에 유의한다. 도 4에 예시된 예에 따르면, 칩셋(210)은 검출 표면 상에 존재하는 태그들의 개수와 그들의 식별자를 획득하는 태스크를 떠맡는다.

따라서, 인벤토리 요청을 수신한 후에, 칩셋(210)은 태그 판독기 안테나에 의해 방출된 캐리어를 변조하여 태그에 대한 식별 명령을 인코딩한다(단계 402).

칩셋(210)은, T로 표기된 태그들의 개수를 카운팅하고 프리젠팅하며 여기서는 ID()로 참조되는 표로 그들의 식별자를 메모리에 저장하기 위하여 수신된 응답들을 디코딩한다. 그 다음, 태그들의 개수와 태그 식별자들의 표는 마이크로제어기(205)에 전송된다(단계 404). 다시 한번, SPI 표준은 이 전송에 이용될 수 있다.

모든 식별된 태그들 중에서의 태그 인덱스를 나타내는 변수 t는 값 1로 초기화된다(단계 406).

그 다음, 테스트가 실행되어 인덱스 t의 값이 변수 T보다 작거나 같은지를 판정한다(단계 408). 인덱스 t의 값이 변수 T보다 크다면, 변수 T, 식별자들의 표 ID(), 및 식별된 태그들의 위치를 나타내는 표 P()가 마이크로제어기(205)에 의해 호스트 컴퓨터(250)에 전송된다(단계 410).

그 다음, 알고리즘은 단계(400)로 복귀하여 태그 식별과 위치파악 사이클을 재수행한다. 이러한 복귀는 자동적이거나 및/또는 호스트 컴퓨터(250)에 의해 제어될 수 있다.

반면, 인덱스 t의 값이 변수 T보다 작거나 같다면, 인덱스 t를 갖는 태그의 조회 요청이 마이크로제어기(205)에 의해 칩셋(210)에 전송된다(단계 412). 다시 한번, 이것은 SPI 표준에 따른 요청일 수 있다.

조회 요청을 수신한 후에, 칩셋(210)은 태그 판독기 안테나에 의해 방출된 캐리어를 변조하여 조회 명령을 인코딩한다(단계 414).

행을 형성하는 모든 루프들 중에서의 루프 인덱스를 나타내는 변수 n은, 도 2에 나타낸 디바이스가 행을 형성하는 N개의 루프를 포함한다는 것을 고려하여, 값 1로 초기화된다(단계 416).

그 다음, 테스트가 실행되어 인덱스 n의 값이 변수 N보다 작거나 같은지를 판정한다(단계 418).

인덱스 n의 값이 변수 N보다 작거나 같다면, 마이크로제어기는 멀티플렉서(230-1 및 230-2)에게 루프 n의 단자를 접지에 접속하고 그 루프의 다른 단자를 필터링 및 적응 유닛(245)에 접속할 것을 명령한다(단계 420).

구현된 실시예에 따르면, 수신된 신호(신호 SE)의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭 및/또는 수신된 신호(신호 SR)의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭이 마이크로제어기(205)에 전송되어, 변환(아날로그-디지털 변환)된 다음 표 SL()에 저장된다(단계 422).

변수 n은 1만큼 증가되고(단계 424) 알고리즘은 단계(418)에서 계속된다.

인덱스 n의 값이 변수 N보다 크다면, 열을 형성하는 모든 루프들 중에서의 루프의 인덱스를 나타내는 변수 p는, 도 2에 나타낸 디바이스가 열을 형성하는 P개의 루프를 포함한다는 것을 고려하여, 값 1로 초기화된다(단계 426).

그 다음, 테스트가 실행되어 인덱스 p의 값이 변수 P보다 작거나 같은지를 판정한다(단계 428).

인덱스 p의 값이 변수 P보다 작거나 같다면, 마이크로제어기는 멀티플렉서(230-1 및 230-2)에게 루프 p의 단자를 접지에 접속하고 그 루프의 다른 단자를 필터링 및 적응 유닛(245)에 접속할 것을 명령한다(단계 430).

구현된 실시예에 따르면, 수신된 신호(신호 SE)의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭 및/또는 수신된 신호(신호 SR)의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭이 마이크로제어기(205)에 전송되어, 변환(아날로그-디지털 변환)된 다음 표 SC()에 저장된다(단계 432). 변수 p는 1만큼 증가되고(단계 434) 알고리즘은 단계(428)에서 계속된다.

반면, 인덱스 p의 값이 변수 P보다 크다면, 검출 표면에 링크된 좌표계에서 x(t)로 표기된 태그 t의 x-좌표는 표 SC()에 저장된 값들에 기초하여 계산되고(단계 436), 동일한 좌표계의, y(t)로 표기된 태그 t의 y-좌표는, 표 SL()에 저장된 값들에 기초하여 계산된다. 값들 x(t) 및 y(t)는 표 P()에 저장된다.

다음으로 인덱스 t는 1만큼 증가되고(단계 440) 알고리즘은 단계(408)에서 계속된다.

명료성을 위해 루프들은 단일의 필터링 및 적응 유닛(245)에 의해 하나씩 어드레싱되지만, 측정을 병렬로 수행하기 위해 수 개의 필터링 및 적응 유닛을 이용하는 것이 가능하다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어, 2개의 필터링 및 적응 유닛을 이용하여, 하나는 행을 형성하는 루프들 중 하나로부터 나오는 신호를 수신하고 다른 하나는 열을 형성하는 루프들 중 하나로부터 나오는 신호를 수신하는 것이 가능하다.

앞서 지적된 바와 같이, 국지적으로 이용되는 루프 부근에 태그를 위치시킨다는 사실은 루프의 유도성 결합을 디튜닝한다.

제1 실시예에 따르면, 수신된 신호(신호 SE)에 대응하는 성분의 진폭의 측정은 각각의 루프에 대해 이루어진다.

유익하게도, 각각의 루프의 단자들에서의 신호들의 측정을 피하기 위하여, 태그의 위치의 판정은 2개 국면, 소위 "탐색" 국면과 소위 "추적" 국면을 포함한다. 명료성을 위하여, 이들 2개 국면은 도 4에 예시되어 있지 않고, 각각의 식별된 태그에 대해 루프 세트들에 걸쳐 체계적 방식으로 단 하나의 측정이 이루어지고 있다.

"탐색" 국면에서, 그 위치가 추정될 태그가 근사적으로, 즉, 가장 가까운 하나 또는 2개의 루프 정도로 위치파악된다. 이 제1 위치파악은 (루프 세트의) 2개중 하나의 루프 또는 3개중 하나의 루프로부터 나오는 신호 SE의 전력을 샘플링함으로써 수행된다. 정확히 말하면, 측정된 신호는 그 위치가 추정될 태그 부근에 위치한 행들에 대한 국지적 최소와 열들에 대한 국지적 최소를 나타낸다.

"추적" 국면에서, 수신된 신호의 진폭은, 신호 SE에 대해 국지적 최소를 나타내는 행들과 열들을 정의하는 2개의 루프들 각각에 중심을 둔 3개 또는 5개의 인접한 루프들에 대해서만 측정된다.

이 측정 사이클은, 2개의 일련의 측정들 사이에서, 국지적 최소의 위치가 중앙에 있거나 기껏해야 한 루프만큼 오프셋되어 있는 위치에 항상 머물도록, 충분히 빠르게 반복된다. 3개 또는 5개의 측정된 루프들의 그룹은 국지적 최소에 재중심을 두도록 동적으로 선택된다. 선행 사이클에서 태그의 위치 변화에 기초한 태그의 움직임의 추정은 현재 사이클에서의 국지적 최소를 더 양호하게 위치파악하는 것을 가능케 한다.

이 실시예에서, 이 진폭은, 필터링 및 적응 유닛(245)으로부터의 출력 SE를 이용해 캐리어(통상적으로는 13.56 MHz)의 피크-대-피크 값을 측정함으로써 측정될 수 있다.

획득된 3개 또는 5개의 값들은, 보간에 의해, 태그(255)의 위치 추정을 가능케 한다.

도 5a 및 도 5b를 포함하는 도 5는 주어진 루프의 단자에서 수신되는 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭의 측정을 나타낸다.

도 5a는, 캐리어, 여기서는 13.56 MHz의 주파수를 갖고, 위치가 추정될 태그에 의해 레트로-변조된 캐리어를 나타낸다. 톱니(500)는 신호의 유용한 성분에 대응한다, 즉, 태그로부터의 응답의 비트스트림에 대응한다. 예시로서, 이러한 신호의 레벨은 캐리어에 대해 6V 피크-대-피크일 수 있다.

도 5b는, 도 5a에 나타낸 신호에 대해 획득된, 필터링 및 적응 유닛(245)으로부터 출력된 신호 SE(505)의 값을 나타낸다. 예시된 바와 같이, 이 값은 레트로-변조된 캐리어의 극단 값들, 즉, 주어진 시구간에 걸쳐 가장 큰 진폭들간의 차이에 대응한다.

도 6은 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 디바이스에서 태그의 위치의 x-좌표를 추정하는데 이용되는 루프의 구성의 간단한 예를 나타낸다.

예시된 바와 같이, 바람직하게는 인접한, 여기서는 열들을 형성하는, 3개의 루프(225'-i, 225'-j 및 225'-k)는 중첩이 발생하도록 겹쳐진다. 그러나, 이들은 서로 절연되어 있다(즉, 이들 루프들 간에 전기적 접촉은 없다).

나타낸 루프들은 상이한 크기인 것처럼 보이지만, 이들은 실제로는, 여기서는, 동일하거나 실질적으로 동일한 크기라는 점에 유의한다.

이들 루프들은 여기서 이들 루프들 위에 놓인 태그(255)의 위치의 y-좌표를 추정하는데 이용되며, 그 위치가 추정될 태그가 소정 루프의 중심에 더 가까이 있을수록, 태그 판독기 안테나와 그 루프 사이의 결합이 더욱 부정합된다는 점에 유의한다. 따라서, 그 위치가 추정될 태그가 루프의 중심에 더 가까이 있을수록, 루프에서 레트로-변조된 캐리어의 진폭의 값이 더 낮게 측정된다.

역으로, 그 위치가 추정될 태그가 루프의 가장자리에 더 가까이 있을수록, 태그 판독기 안테나와 그 루프 사이의 결합이 덜 부정합된다. 따라서, 그 위치가 추정될 태그가 루프의 가장자리에 더 가까이 있을수록, 루프에서 레트로-변조된 캐리어의 진폭의 값이 더 높게 측정된다.

루프들(225'-i, 225'-j 및 225'-k)에서 레트로-변조된 캐리어(신호 SE)의 진폭의 측정은 여기서 각각 값들 Si, Sj 및 Sk를 준다. 따라서, 루프들(225'-i, 225'-j 및 225'-k)에 관한 태그(255)의 상대적 위치를 감안하면, 획득된 측정의 값들은 다음과 같은 방식으로 정렬된다: Sk > Si > Sj.

국지적으로, 이용된 루프와 태그 사이의 거리에 관한 레트로-변조된 캐리어의 진폭에서 변동은 포물선(차수 2의 다항식)에 의해 근사화될 수 있다. 따라서, 값들 Si, Sj 및 Sk를 알면, 이로부터 레트로-변조된 캐리어의 진폭을 국지적으로 나타내는 포물선의 극값, 및 그에 따라 태그의 위치의 y-좌표를 유추하는 것이 가능하다.

도 7은, 수 개의 루프를 이용하여 이루어진 측정에 기초하여 이로부터 태그의 위치를 추론하기 위한, (이론적으로) 이용되는 루프와 태그의 상대적 위치에 따른 수신된 신호의 레트로-변조된 캐리어의 진폭의 이론적 변동(700) 뿐만 아니라 포물선에 의한 그 진폭의 변동의 국지적 근사치를 나타낸다.

예시된 바와 같이, 루프들(225'-i, 225'-j 및 225'-k)에서 측정된 값들(Si, Sj 및 Sk)은, 각각, 위치 x(i), x(j) 및 x(k)에 대응한다. 차수 2 다항식에 의해 레트로-변조된 캐리어의 진폭의 국지적 근사는 여기서는 포물선(705)으로 이어진다. 이 후자의 극값은 태그의 위치의 x-좌표 x(t)가 추정될 수 있게 한다.

태그의 위치의 x-좌표를 추정하기 위해 여기서 제시된 보간은 그 y-좌표를 추정하는데도 유익하게 이용된다. 또한, 열을 형성하는 루프와 행을 형성하는 3개의 루프에 의해 이루어진 3개의 측정으로부터 태그의 위치의 x-좌표와 y-좌표를 보간하는 것이 가능하지만, 더 많은 루프, 예를 들어, 열을 형성하는 5개의 루프와 행을 형성하는 5개의 루프를 이용하는 것도 가능하다. x-좌표의 보간에 이용되는 루프의 개수는 y-좌표를 보간하는데 이용되는 루프의 개수와는 상이할 수 있다.

루프들의 위치는 규칙적(2개의 인접한 루프들 간의 거리가 일정)이거나 그렇지 않을 수도 있다는 점에 유의한다.

제2 실시예에 따르면, 수신된 신호(신호 SR)의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭의 측정이 태그의 위치를 판정하기 위해 각각의 루프에 대해 이루어진다.

루프에서 측정된 신호 SR의 레벨은 태그가 그 루프에 중심을 두고 있을 때 최대가 된다는 점에 유의한다. 더 구체적으로는, 태그와 (적어도 부분적으로 태그 아래에 위치한) 그 루프 사이의 표면적의 비율은, 태그가 그 루프 위에 중심을 두고 있을 때 루프가 레트로-변조에 더욱 민감하게 하는 것이다. 역으로, 태그가 루프로부터 멀수록, 레트로-변조된 신호에 대해 측정된 레벨은 더 낮다.

따라서, 즉, 수신된 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭이 (결합 정합 때문에) 거리에 따라 증간한다면, 수신된 신호의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 진폭은 (전력 강하 때문에) 거리에 따라 강하된다.

다시 한번, 태그의 위치의 판정은, 바람직하게는, 2개의 국면, "탐색" 국면과 "추적" 국면을 포함한다. 앞서 지적한 바와 같이, 이들 2개 국면은 도 4에 예시되어 있지 않고, 명료성을 위해, 각각의 식별된 태그에 대해 루프 세트들에 걸쳐 체계적 방식으로 단 하나의 측정이 이루어지고 있다.

"탐색" 국면에서, 그 위치가 추정될 태그가 근사적으로, 즉, 가장 가까운 하나 또는 2개의 루프 정도로 위치파악된다. 이 제1 위치파악은 (루프 세트의) 2개중 하나의 루프 또는 3개중 하나의 루프로부터 나오는 신호 SR을 샘플링함으로써 수행된다. 정확히 말하면, 측정된 신호(신호 SR)는 그 위치가 추정될 태그 부근에 위치한 행들에 대한 국지적 최대와 열들에 대한 국지적 최대를 나타낸다.

"추적" 국면에서, 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭은, 신호 SR에 대해 국지적 최대를 나타내는 행들과 열들을 정의하는 2개의 루프 각각에 중심을 둔 3개 또는 5개의 인접한 루프들에 대해서만 측정된다.

이 측정 사이클은, 2개의 일련의 측정들 사이에서, 국지적 최대의 위치가 중앙에 있거나 기껏해야 한 루프만큼 오프셋되어 있는 위치에 항상 머물도록, 충분히 빠르게 반복된다. 3개 또는 5개의 측정된 루프들의 그룹은 국지적 최대에 재중심을 두도록 동적으로 선택된다. 선행 사이클에서 태그의 위치 변화에 기초한 태그의 움직임의 추정은 현재 사이클에서의 국지적 최대를 더 양호하게 위치파악하는 것을 가능케 한다.

본 실시예에서, 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭은 다음과 같은 방식으로 측정될 수 있다: 필터링 및 적응 유닛(245)은, 전술된 바와 같이, 레트로-변조된 신호를 복조한 다음 증폭하고 필터링하여 신호 SR을 공급한다.

인접한 루프들로부터 획득된 3개 또는 5개의 값들은, 보간에 의해, 태그(255)의 위치의 x-좌표 또는 y-좌표를 추정하는 것을 가능케 한다(이들 동작들은 열을 정의하는 루프와 행을 정의하는 루프를 이용하여 x-좌표 및 y-좌표에 대해 독립적으로 실행된다).

이 실시예는 검출 표면 상의 바람직하지 않은 금속 물체의 존재와 같은 제약을 없애면서 조회된 현재의 태그를 위치파악하는 것을 가능케 한다.

도 8a 및 도 8b 및 도 8c를 포함하는 도 8은 수신된 신호의 (데이터를 교환하는 데 이용되는) 유용한 성분의 평균 진폭의 측정을 나타낸다.

도 8a는, 캐리어, 여기서는 13.56 MHz의 주파수를 갖고, 위치가 추정될 태그에 의해 레트로-변조된 캐리어를 나타낸다. 톱니(800)는 수신된 신호의 유용한 성분에 대응한다, 즉, 태그로부터의 응답의 비트스트림에 대응한다. 예시로서, 이러한 신호의 레벨은 캐리어에 대해 6V 피크-대-피크일 수 있다. 도 8a에 나타낸 신호는 도 5a에 표시된 신호와 같다.

도 8b는, 레트로-변조된 신호, 즉, 도 8a에 나타낸 신호에 대한, 필터링 및 적응 유닛(245)의 출력에서 얻어지는 그 신호 SR(800)의 값이 진폭을 나타내는, 태그로부터의 응답 비트스트림의 (즉, 데이터를 전송하는데 이용되는) 유용한 성분을 나타낸다. 이러한 신호의 진폭은 통상적으로 수 밀리볼트이다.

측정된 값들의 정확도를 개선시키기 위해, 신호 SR은 도 3을 참조하여 전술된 바와 같이, 레트로-변조된 신호의 유용한 성분의 측정된 진폭이 아니라 적분에 의해 획득된 평균 값을 나타낸다(하이 상태의 분포는 로우 상태의 분포와 실질적으로 동일하기 때문에, 레트로-변조된 신호의 적분은 그 평균 진폭을 나타낸다는 점을 상기한다).

따라서, 소정 이득, 예를 들어, 20과 동등한 이득이, 도 8b에 나타낸 신호에 적용된다. 그 결과는 대역-통과 필터에서 필터링된 다음 도 8c에 나타낸 바와 같이 양의 값으로 렌더링된다(그 진폭은 0과 3 볼트 사이로 구성된다). 그 다음, 그 결과는 적분되어 레트로-변조된 신호(신호 SR)의 유용한 성분의 진폭을 나타내는 평균 값을 판정한다.

레트로-변조된 신호(유용한 성분의 평균 진폭)의 측정을 수행하고 이로부터 태그의 위치를 유추하는데 이용되는 루프의 구성은 도 6을 참조하여 제1 실시예에서 설명된 것과 유사하다.

그러나, 루프의 구성이 동일하거나 유사하더라도, 여기서 그 위치가 추정될 태그가 루프의 중심에 가까울수록, 그 루프에서 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭은 더 높아진다는 점을 상기해야 한다.

역으로, 그 위치가 추정될 태그가 루프의 중심으로부터 멀수록, 그 루프에서 수신되는 신호의 유용한 성분의 진폭은 더 낮아진다.

루프들(225'-i, 225'-j 및 225'-k)에서 수신된 신호(신호 SR)의 유용한 성분의 진폭의 측정은 각각 값들 Si, Sj 및 Sk를 준다. 따라서, 루프들(225'-i, 225'-j 및 225'-k)에 관한 태그(255)의 상대적 위치를 감안하면, 획득된 측정의 값들은 다음과 같은 방식으로 정렬된다: Sj > Si > Sk.

국지적으로, 레트로-변조된 신호의 유용한 성분의 진폭은 포물선(차수 2 다항식)에 의해 근사화될 수 있다. 따라서, 값들 Si, Sj 및 Sk를 알면, 이로부터 레트로-변조된 신호의 유용한 성분의 진폭을 국지적으로 나타내는 포물선의 극값을 유추하는 것이 가능하다. 이 극값의 위치는 태그 위치의 x-좌표에 대응한다.

도 9는, 수 개의 루프를 이용하여 이루어진 측정에 기초하여 이로부터 태그의 위치를 추론하기 위한, (이론적으로) 이용되는 루프와 태그의 상대적 위치에 따른 레트로-변조된 신호의 유용한 성분의 진폭의 이론적 변동(900) 뿐만 아니라 포물선에 의한 그 진폭의 변동의 국지적 근사치를 나타낸다.

예시된 바와 같이, 루프들(225'-i, 225'-j 및 225'-k)에서 측정된 값들(Si, Sj 및 Sk)은, 각각, 위치 x(i), x(j) 및 x(k)에 대응한다. 차수 2 다항식에 의해 레트로-변조된 신호의 유용한 성분의 진폭의 국지적 근사는 여기서는 포물선(905)으로 이어진다. 이 후자의 극값은 태그의 위치의 x-좌표 x(t)가 추정될 수 있게 한다.

태그의 위치의 x-좌표를 추정하기 위해 여기서 제시된 보간은 그 y-좌표를 추정하는데도 유익하게 이용된다. 또한, 열을 형성하는 루프와 행을 형성하는 3개의 루프에 의해 이루어진 3개의 측정으로부터 태그의 위치의 x-좌표와 y-좌표를 보간하는 것이 가능하지만, 더 많은 루프, 예를 들어, 열을 형성하는 5개의 루프와 행을 형성하는 5개의 루프를 이용하는 것도 가능하다. x-좌표의 보간에 이용되는 루프의 개수는 y-좌표를 보간하는데 이용되는 루프의 개수와는 상이할 수 있다.

다시 한번, 루프들의 위치는 규칙적(2개의 인접한 루프들 간의 거리가 일정)이거나 그렇지 않을 수도 있다.

이용되는 루프의 수신 감도를 개선시키기 위해, 이들 각각을 이중 루프로 대체하는 것이 가능하다.

도 10a 및 도 10b를 포함하는 도 10은, 태그로부터의 응답 신호를 측정하고 이로부터 그 태그의 위치를 판정하는데 이용되는 이중 루프를 위한 구조의 예를 나타낸다.

도 10a는 이중 루프의 배열을 도식적으로 나타내는 반면 도 10b는 이중 루프가 통합되어 있는 디바이스(200)의 단면도를 나타낸다.

예시된 바와 같이, 디바이스(200)의 각각의 루프(225-j)는 태그 판독기의 안테나(215)의 각각의 대향 측들 상에 위치한 2개의 루프(225a-j 및 225b-j)로 대체된다. 이들 루프들 각각은 전술된 바와 같이 인접한 루프들과 겹쳐진다(예를 들어, 루프(225a-j)에 대해 루프들(225a-i 및 225a-k) 및 루프(225b-j)에 대해 루프들(225b-i 및 225b-k)).

루프들(225a-j 및 225b-j) 각각의 2개의 단자는, 각각 임피던스 어댑터(235a-j 및 235b-j)에 접속되고, 임피던스 어댑터(235a-j 및 235b-j)의 출력은 동일한 신호 감쇠기(240-j)에 링크되고, 신호 감쇠기(240-j)의 출력은 전술된 바와 같이 멀티플렉서(230-1 및 230-2)에 접속된다. 또한, 루프들(225a-j 및 225b-j) 중 하나의 단자들 중 하나는 예시된 바와 같이 루프들(225a-j 및 225b-j) 중 다른 하나의 동등한 단자에 링크된다.

루프들(225a-j 및 225b-j) 각각은 임피던스 어댑터(235a-j 및 235b-j)를 이용하여 태그 판독기에 의해 판독된 캐리어의 주파수(통상적으로는 13.56 MHz)에 튜닝된다.

이러한 배열은 디바이스의 감도가 증가될 수 있게 한다: 이중 루프의 출력은 이중 루프의 루프들 각각에 의해 수신되는 신호들 사이의 차이에 대응하여 캐리어의 상당한 부분을 제거하는 것을 가능케 한다.

태그가 이중 루프 위에서 레트로-변조 신호를 방출할 때, 그 각각의 루프는 (루프의 적층으로 인해) 상이한 레벨로 레트로-변조 신호를 수신한다. 따라서, 이들 루프에 의해 수신되는 신호들 사이의 차이는 노이즈가 적은 레트로-변조 신호를 수신하는 것을 가능케 한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 상이한 타입들의 태그의 위치파악을 가능케 하는 디바이스의 예를 나타낸다.

디바이스(200")는 여기서 부품들(205", 210", 215", 220", 225"-i, 225"-j, 225"-k, 230"-1, 230"-2, 235"-i, 235"-j, 235"-k, 240"-i, 240"-j, 240"-k, 245" 및 250")을 포함하고, 이들은 각각 도 2를 참조하여 설명된 부품들(205, 210, 215, 220, 225-i, 225-j, 225-k, 230-1, 230-2, 235-i, 235-j, 235-k, 240-i, 240-j, 240-k, 245 및 250)과 유사하다. 디바이스(200")는 (도시되지 않은) 다른 열을 형성하는 루프들과 행을 형성하는 루프들을 더 포함한다.

디바이스(200")는 또한 2개의 멀티플렉서(1100-1 및 1100-2)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 나타낸 수직 루프들의 단자들은 멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)에 및 멀티플렉서들(230"-1 및 230"-2)에 링크된다.

따라서, 예를 들어, 루프(225"-i)의 단자들 중 하나는 멀티플렉서(1100-1)에 접속되는 반면, 루프(225"-i)의 다른 단자는 멀티플렉서(1100-2)에 접속된다. 루프들(225-j" 및 225"-k)의 단자들은 유사한 방식으로 멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)에 링크된다.

도시되지 않은 다른 루프들은 유사한 방식으로 멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)에 링크된다.

멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)은 멀티플렉서들(230"-1 및 230"-2)의 경우와 같이 마이크로제어기(205")에 의해 가동된다.

예시된 바와 같이, 멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)로부터의 출력들은 그 출력이 마이크로제어기(205")에 접속되는 부품(1105)에 링크된다.

태그의 위치는 전술된 바와 같이, 멀티플렉서들(230"-1 및 230"-2)로부터 나오는 신호, 또는, 대안으로서, 멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)로부터 나오는 신호를 이용하여 판정된다.

멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)로부터 나오는 신호는 부품(1105)에서 처리된다. 이것은, 예를 들어, 특허 출원 FR1255334에서 설명된 것과 같은 위치파악 시스템의 구현을 가능케 하는 한 세트의 컴포넌트들일 수 있다. 그 다음, 부품(1105)은 통상적으로, 대역-통과 필터, 자동 이득 제어기 및 복조기를 포함한다.

따라서, 디바이스(200")는, 멀티플렉서들(230"-1 및 230"-2)을 이용함으로써, 표준 타입의 태그들의 위치, 예를 들어, 태그(255)의 위치를 판정하고, 멀티플렉서들(1100-1 및 1100-2)을 이용함으로써, 특정한 타입의 태그들의 위치, 특히, 태그(1110)의 위치, 예를 들어, 특허 출원 FR1255334에서 설명된 것들과 같은 태그들의 위치를 판정한다.

당연히, 특정한 필요성을 만족하기 위하여, 본 발명의 분야의 통상의 기술자라면 상기 설명에 대한 수정을 가할 수 있을 것이다.

특히, NFC 수단이 장착된 모바일 전화, 특히, 전화가 NFC 태그를 포함하는 모바일 엔티티처럼 거동하게 하는 NFC 태그를 활성화할 수 있는 스마트폰(예를 들어, Samsung Galaxy S II, Samsung Galaxy Nexus, Samsung, Galaxy 및 Nexus는 상표임)이 존재한다. 그러나, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 근접장 통신 기술을 이용하는 태그가 제공된 임의의 모바일 엔티티에 적용되므로, 또한, 이러한 태그 기능이 활성화될 수 있는 전화에도 적용된다.

Claims (18)

1. 근접장 통신 기술을 이용하고 고유 식별자를 포함하는 적어도 하나의 태그(255)가 제공된 적어도 하나의 모바일 엔티티를 위치파악(locating)하기 위한 디바이스(200)로서, 상기 디바이스는,
   - 상기 적어도 하나의 태그를 조회하기 위한 조회 신호를 방출하기 위한 방출 수단(215);
   - 제어 수단(205, 245); 및
   - 상기 제어 수단에 선택적으로 링크되어 상기 조회 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 태그로부터 응답 신호를 수신하는 복수의 수신 수단(225)
   을 포함하고,
   상기 제어 수단은 상기 제어 수단에 링크된 수신 수단으로부터 오는 신호들을 순차적으로 측정하고 측정들을 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 수신 수단을 순차적으로 선택하기 위해 상기 제어 수단에 의해 제어되는 스위칭 수단(230)을 더 포함하는 디바이스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수신 수단을 상기 방출 수단에 의해 방출된 신호의 캐리어의 주파수에 튜닝(tuning)하기 위한 적응 수단(235)을 더 포함하는 디바이스.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단과 상기 방출 수단에 접속되어 태그들을 판독하기 위한 특정 기능들을 실행하기 위한 특정 컴포넌트(specific component)(210)를 더 포함하는 디바이스.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭을 나타내는 값을 판정하기 위한 수단을 포함하는, 디바이스.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭을 나타내는 값을 판정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 유용한 성분은 데이터를 교환하는 데 이용되는, 디바이스.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신 수단은 상기 적어도 하나의 태그의 위치가 추정되어야 하는 표면의 적어도 하나의 차원으로 연장되는 적어도 한 세트의 루프를 포함하는, 디바이스.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 수신 수단은 2개의 부분을 포함하고, 상기 2개의 부분 각각은 상기 방출 수단의 각각의 대향 측들 상에 위치하는, 디바이스.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 수단 및 상기 제어 수단은 상기 적어도 하나의 태그 상의 메모리에 저장된 데이터의 적어도 하나의 항목을 판독하거나 상기 적어도 하나의 태그 상에 데이터의 적어도 하나의 항목을 기입하도록 구성되는, 디바이스.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신 수단 및 상기 제어 수단에 선택적으로 링크되는 선택 수단(1100-1 및 1100-2) 및 처리 수단(1105)을 더 포함하고, 상기 선택 수단, 상기 처리 수단 및 상기 제어 수단은 근접장 통신 기술과는 별개의 통신 기술을 구현하는 적어도 하나의 태그의 위치를 판정하도록 구성되는, 디바이스.
11. 근접장 통신 기술을 이용하고 고유 식별자를 포함하는 적어도 하나의 태그(255)가 제공된 적어도 하나의 모바일 엔티티를 위치파악하는 방법으로서, 상기 방법은 적어도 하나의 태그를 조회하기 위한 적어도 하나의 조회 신호를 방출하기 위한 방출 수단(215), 제어 수단(205, 245), 및 상기 제어 수단에 선택적으로 링크되어 상기 방출 수단에 의해 및 적어도 하나의 태그에 의해 방출된 신호들을 수신하는 복수의 수신 수단(225)을 포함하는 디바이스에서 구현되고, 상기 방법은,
    - 상기 적어도 하나의 태그를 조회하기 위한 조회 신호의 방출을 가동(actuating)하는 단계(412);
    - 수신 수단을 순차적으로 선택하여(420, 430) 상기 선택된 수신 수단을 통해 수신된 적어도 하나의 신호 ―상기 수신된 신호는 상기 방출 수단에 의해 방출된 적어도 하나의 신호와 상기 방출 수단에 의해 방출된 상기 신호에 응답하여 적어도 하나의 태그에 의해 방출된 신호의 결과임― 를 측정하는 단계; 및
    - 선택된 수신 수단을 통해 수신된 신호의 측정치를 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 단계(422, 432)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치파악 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 태그의 근사 위치를 추정하는 제1 단계, 및 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 제2 단계를 포함하고, 위치를 추정하는 상기 제2 단계는, 조회 신호의 방출을 가동하고, 수신 수단을 순차적으로 선택하여 상기 선택된 수신 수단을 통해 수신된 적어도 하나의 신호를 측정하고, 및 선택된 수신 수단을 통해 수신된 신호의 측정치를 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 상기 단계들을 포함하는, 위치파악 방법.
13. 제12항에 있어서, 위치를 추정하는 상기 제1 단계는, 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 캐리어에 대응하는 성분의 진폭 및/또는 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 신호는 데이터를 교환하는 데 이용되는, 위치파악 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 식별된 태그들의 수와 상기 식별된 태그들의 식별자들을 획득하는 초기 단계를 포함하는 위치파악 방법.
15. 제14항에 있어서, 조회 신호의 방출을 가동하고, 수신 수단을 순차적으로 선택하여 상기 선택된 수신 수단을 통해 수신된 적어도 하나의 신호를 측정하고, 및 선택된 수신 수단을 통해 수신된 신호의 측정치를 보간함으로써 상기 적어도 하나의 태그의 위치를 추정하는 상기 단계들은, 각각의 식별된 태그에 대해 실행되는, 위치파악 방법.
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 수신된 신호를 측정하는 상기 단계는, 상기 수신 수단을 통해 수신된 캐리어 또는 신호에 대응하는 성분의 진폭 및/또는 상기 수신 수단을 통해 수신된 신호의 유용한 성분의 진폭을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 성분은 데이터를 교환하는 데 이용되는, 위치파악 방법.
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 태그 상의 메모리에 저장된 데이터의 적어도 하나의 항목을 판독하거나 상기 적어도 하나의 태그 상에 데이터의 적어도 하나의 항목을 기입하는 단계를 더 포함하는 위치파악 방법.
18. 마이크로제어기에서 실행될 때 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들 각각을 실행하도록 구성되는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

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