KR20170110353A - 수동형 rfid 리더, 위상차 추정 서버 및 이의 위상차 추정 방법 - Google Patents

수동형 rfid 리더, 위상차 추정 서버 및 이의 위상차 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 수동형 RFID 리더는 목표 태그 및 복수의 참조 태그와 무선 주파수 신호를 송수신하는 통신모듈, 상기 목표 태그의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 주파수별로 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하고, 상기 산출된 위상차에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하며, 상기 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정한다.

Description

수동형 RFID 리더, 위상차 추정 서버 및 이의 위상차 추정 방법{PASSIVE RFID READER, SERVER FOR ESTIMATING PHASE DIFFERENCE AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 수동형 RFID 리더, 위상차 추정 서버 및 이의 위상차 추정 방법에 관한 것이다.
기술이 발달함에 따라, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이 여러 다양한 기술에 적용되어, RFID를 이용한 실시간 위치 탐색 기술 분야에 대하여 많은 연구가 진행되어 오고 있다.
그러나 수동형 RFID를 이용한 위치 탐색은 전파 특성으로 인하여 노이즈에 의한 간섭이 일어나기 쉽고, 다중 경로로 인하여 신호 분석이 어렵다는 문제가 있다.
또한, 실 사용예에 따라 NLOS(Non Line of Sight) 환경이 수신 신호 분석을 이용한 태그의 위치 탐색에 많은 오차를 발생시킨다.
종래 기술의 경우, 수동형 RFID 태그의 위치 확인을 위하여 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값을 사용하였다. 그러나 RSSI 값은 거리에 따라 변동이 매우 심한 값이며, RSSI 값만을 이용하여 위치 탐색을 수행하였을 때, 정확한 위치 탐색이 어렵다는 문제가 있다.
또한, 종래 기술에서 사용하는 RSSI를 이용한 위치 탐색은 일반적인 RFID에서 사용하는 안테나의 방사 특성으로 동일한 거리에 있는 태그의 RSSI가 안테나의 방향에 따라 이득이 곱해져 위치 계산에 오차가 발생하는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, RFID 태그의 위상 정보를 이용하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 위상 정보 역시 수동형 RFID 전파 특성에 의해 분석이 어렵다는 문제가 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허공보 제10-2013-0007130호(발명의 명칭: 수동형 RFID를 이용한 실시간 위치 추적 시스템 및 그 방법)는 수동형 RFID를 이용하여 이동체(예컨대, 사람 또는 자산 등)의 위치를 실시간으로 추적하는 위치 추적 시스템 및 그 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 실시예는 사용자가 지정한 참조 태그와 목표 태그의 신호 특성을 이용하여 위상 정보를 추출하고, 주파수에 따른 위상차에 대한 참조 태그와 목표 태그의 관계 정도를 산출하여, 목표 태그의 위상차를 추정할 수 있는 수동형 RFID 리더, 위상차 추정 서버 및 이의 위상차 추정 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 수동형 RFID 리더는 목표 태그 및 복수의 참조 태그와 무선 주파수 신호를 송수신하는 통신모듈, 상기 목표 태그의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함한다. 이때, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 주파수별로 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하고, 상기 산출된 위상차에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하며, 상기 산출된 거리 및기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 수동형 RFID 태그의 위상차를 추정하는 서버는 복수의 수동형 RFID 리더와 데이터를 송수신하는 통신모듈, 목표 태그의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함한다. 이때, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 상기 통신모듈을 통해 상기 복수의 RFID 리더로부터 산출된 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 간의 거리의 정보를 수신하면, 상기 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정한다.
또한, 본 발명의 제 3 측면에 따른 수동 RFID 리더에서 목표 태그의 위상차를 추정하는 방법은 주파수별로 복수의 참조 태그 및 목표 태그의 수신 위상을 추출하는 단계; 상기 추출된 수신 위상에 기초하여, 상기 주파수 별 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하는 단계; 상기 산출된 각 위상차에 기초하여 상기 RFID 리더와 상기 복수의 참조 태그 및 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하는 단계; 상기 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 종래 기술에 비하여 다양하고 확장된 응용 서비스에 적용이 가능한 이점이 있다.
또한, 수동형 RFID 태그의 위치 탐색의 오차 발생 문제를 해소할 수 있다.
또한, 수동형 RFID 리더는 태그로부터의 수신 위상 값을 이용하므로, 안테나 이득에 의한 오차를 효과적으로 개선시킬 수 있다.
또한, 다중 경로에 의한 오차를 참조 태그에 의하여 효과적으로 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차 추정 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 방법의 순서도이다.
도 4는 위상차 추정 시스템의 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템은 사용자가 지정한 참조 태그와 목표 태그의 신호 특성을 이용하여 위상 정보를 추출하고, 주파수에 따른 위상차에 대한 참조 태그와 목표 태그의 관계 정도를 산출하여, 목표 태그의 위상차를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(1)의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(1)은 수동형 RFID 리더(100), 복수의 참조 태그(110-1~110-n, 110) 및 목표 태그(120)를 포함한다.
수동형 RFID 리더(100)는 목표 태그(120)의 위상차를 추정하는 역할을 수행하며, 통신모듈(101), 메모리(103) 및 프로세서(105)를 포함한다.
통신모듈(101)은 목표 태그(120) 및 복수의 참조 태그(110)와 무선 주파수 신호를 송수신한다. 즉, 통신모듈(101)은 송신부와 수신부로 구성될 수 있으며, RFID 리더(100)에서 RFID 태그를 목표로 단일의 무선 주파수 신호 또는 복수의 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있다. 여기에서 무선 주파수 신호는 임펄스(impulse) 신호, 패턴(pattern) 신호 등의 RF 신호를 예시할 수 있다.
메모리(103)에는 목표 태그(120)의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된다. 여기에서, 메모리(103)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.
예를 들어, 메모리(103)는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.
프로세서(105)는 메모리(103)에 저장된 프로그램을 실행시킨다. 즉, 프로세서(105)는 RFID 리더(100)의 중앙 처리를 담당한다. 이와 같은 프로세서(105)는 예를 들어, 참조 태그(110) 및 목표 태그(120)로부터 수신한 무선 주파수 신호에 기초하여 수신 위상을 추출하는 위상차 추출부(미도시), 주파수에 따른 목표 태그(120)와 참조 태그(110)의 위상차를 산출하고, 목표 태그(120)와 참조 태그(110) 간의 유클리디안 거리를 산출하는 위상차 산출부(미도시) 및 주파수에 따른 목표 태그(120)의 위상차를 추정하는 위상차 추정부(미도시)로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동형 RFID 리더(100)는 복수의 안테나(107)를 더 포함할 수 있다.
복수의 안테나(107)는 통신모듈(101)로부터 전달된 무선 주파수 신호를 방사할 수 있다. 이때, 복수의 안테나(107)는 각각 서로 다른 수신 위상 및 위상차 값을 가질 수 있다.
이에 따라, 프로세서(105)는 복수의 안테나(107)별로 목표 태그(120)의 위상차를 각각 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(1)은 복수 개의 참조 태그(110)와, 목표 태그(120)를 포함할 수 있다. 이때, 참조 태그(110)의 개수는 사용자의 정의에 따라 설정될 수 있다.
구체적으로, 프로세서(105)는 복수의 참조 태그(110) 및 목표 태그(120)의 수신 위상을 추출한다.
이때, 프로세서(105)는 제 1 주파수(f1)를 설정하고, 복수의 참조 태그(110)별로 제 1 주파수(f1)에 대응하는 수신 위상을 추출하고, 제 1 주파수(f1)에 대응하는 목표 태그(120)의 수신 위상을 추출할 수 있다.
그 다음, 프로세서(105)는 제 1 주파수(f1)와 상이한 제 2 주파수(f2)를 설정하고, 복수의 참조 태그(110)별로 제 2 주파수(f2)에 대응하는 수신 위상을 추출하며, 제 2 주파수(f2)에 대응하는 목표 태그(120)의 수신 위상을 추출할 수 있다.
이와 같은 수신 위상은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
먼저, 수학식 1에 따라, 제 1 주파수(f1)를 설정하고, N개의 안테나(107)별로 참조 태그(110)와 목표 태그(120)의 수신 위상을 각각 추출한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기에서,
Figure pat00002
는 수신 위상 값, N은 안테나(107)의 총 개수, K는 참조 태그(110)의 총 개수를 나타낸다. 이때, N은 도 2에 따른 실시예의 경우 RFID 리더(210)의 총 개수를 의미하는 것일 수 있다.
그 다음, 수학식 2에 따라, 제 1 주파수(f1)와 상이한 제 2 주파수(f2)를 설정하여, N개의 안테나(107)별로 참조 태그(110)와 목표 태그(120)의 수신 위상을 각각 추출한다.
[수학식 2]
Figure pat00003
이와 같이, 복수의 참조 태그(110) 및 목표 태그(120)의 수신 위상이 추출되면, 프로세서(105)는 주파수별로 복수의 참조 태그(110) 및 목표 태그(120)의 위상차를 각각 산출한다. 즉, 프로세서(105)는 복수의 참조 태그(110)별로 제 1 주파수에 대응하는 수신 위상 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상에 대하여 위상차를 산출하고, 목표 태그(120) 역시 제 1 주파수에 대응하는 수신 위상 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상에 대하여 위상차를 산출한다.
이와 같은 위상차는 하기 수학식 3 및 수학식 4에 의해 산출될 수 있다.
먼저, 수학식 3에 따라, 복수의 참조 태그(110)별로 제 1 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상에 대한 위상차를 산출한다.
[수학식 3]
Figure pat00004
여기에서 ΔΦ는 위상 차 벡터,
Figure pat00005
는 수신 위상 값, N은 안테나의 총 개수, K는 참조 태그(110)의 총 개수를 나타낸다.
다음으로, 수학식 4에 따라, 목표 태그(120)의 제 1 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상에 대한 위상차를 산출한다.
[수학식 4]
Figure pat00006
프로세서(105)는 각각 산출된 위상차에 기초하여 복수의 참조 태그(110) 및 목표 태그(120) 간의 거리를 각각 산출한다. 그리고 프로세서(105)는 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그(110)의 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그(120)의 위상차를 추정할 수 있다.
여기에서 프로세서(105)에 의해 산출된 거리는 유클리디안 거리일 수 있다. 유클리디안 거리는 하기 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00007
여기서 Ek는 k번째 태그의 유클리디안 거리 벡터, ΔΦRT,i 는 I번째 행 벡터를 나타내며 K는 참조 태그(110)의 총 개수를 나타낸다.
프로세서(105)는 각 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 복수의 참조 태그(110) 중 기 설정된 범위 내의 참조 태그(110) T개를 선택한다. 그리고 유클리디안 거리에 기초하여 선택된 T개의 참조 태그(110)와 목표 태그(120) 간의 관계도를 산출하며, 산출된 관계도 및 기 설정된 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그(120)의 위상차를 추정할 수 있다.
이때, 참조 태그(110)와 목표 태그(120) 간의 관계도는 하기 수학식 6에 따라 산출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00008
여기에서, w는 관계도, Ei는 I번째 태그의 유클리디안 거리, T는 선택한 근접 태그의 수, K는 참조 태그(110)의 총 개수를 나타낸다.
이와 같이 관계도가 산출되면, 프로세서(105)는 수학식 7에 기초하여 안테나(107)별로 목표 태그(120)의 위상차를 추정할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00009
여기서 ΔΦESTIMATED,n은 n번째 리더에 대한 목표 태그(120)의 추정 위상을 나타내며 w는 관계도이며, ΔΦIDEAL,k,n은 k번째 참조태그가 n번째 안테나(107)에 대한 이상적 위상차 값을 나타낸다.
각 참조 태그(110)와 목표 태그(120)는 RFID 리더(100)와 무선 주파수 신호를 송수신하는 통신 모듈(111-1~111-n, 121)과, RFID 리더(100)의 명령에 따라 태그 상태(tag stage)를 천이하고 각 상태에서의 동작을 수행하는 태그 상태 장치(112-1~112-n, 122)로 구성될 수 있다.
또한, 각 참조 태그(110)와 목표 태그(120)는 하나 이상의 안테나(113-1~113-n, 123)를 포함할 수 있으며, 통신모듈(111-1~111-n, 121)로부터 전달된 무선 주파수 신호를 방사할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(2)의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(2)은 위상차 추정 서버(200), 복수의 수동형 RFID 리더(210-1~210-m, 210) 복수의 참조 태그(220-1~220-n, 220) 및 목표 태그(230)를 포함한다.
도 1에 따른 실시예는 단일 수동형 RFID 리더(100)이고, 도 2의 경우 다중 수동형 RFID 리더(210)로 구성되며, 위상차 추정 서버(200)가 다중 수동형 RFID 리더(210)를 관리한다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 위상차 추정 서버(200)는 통신모듈(201), 메모리(203) 및 프로세서(205)를 포함한다.
통신모듈(201)은 복수의 수동형 RFID 리더(210)와 데이터를 송수신한다. 이와 같은, 통신모듈(201)은 유선 통신모듈 및 무선 통신모듈을 모두 포함할 수 있다. 유선 통신모듈은 전력선 통신 장치, 전화선 통신 장치, 케이블 홈(MoCA), 이더넷(Ethernet), IEEE1294, 통합 유선 홈 네트워크 및 RS-485 제어 장치로 구현될 수 있다. 또한, 무선 통신모듈은 WLAN(wireless LAN), Bluetooth, HDR WPAN, UWB, ZigBee, Impulse Radio, 60GHz WPAN, Binary-CDMA, 무선 USB 기술 및 무선 HDMI 기술 등으로 구현될 수 있다.
메모리(203)에는 목표 태그(230)의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된다. 이때, 메모리(230)는 도 1에서 설명한, 그리고 하기에서 설명할 수동형 RFID 리더(100, 210)의 메모리(103, 213)와 같은 형태로 구성될 수 있다.
프로세서(205)는 메모리(203)에 저장된 프로그램을 실행시킨다. 즉, 프로세서(205)는 메모리(203)에 저장된 프로그램을 실행시킴에 따라 복수의 RFID 리더(210)를 관리하는 중앙 처리를 담당한다.
구체적으로 프로세서(205)는 통신모듈(201)을 통해, 복수의 RFID 리더(210)로부터 산출된 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230) 간의 거리의 정보를 수신하면, 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그(220)의 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그(230)의 위상차를 추정한다.
수동형 RFID 리더(210)는 도 1과 달리 복수 개가 구비될 수 있으며, 통신모듈(211-1~211-m, 211), 메모리(213-1~213-m, 213) 및 프로세서(215-1~215-m, 215)를 포함할 수 있다.
수동형 RFID 리더(210)의 통신모듈(211)은 목표 태그(230) 및 복수의 참조 태그(220)와 무선 주파수 신호를 송수신한다.
그리고 수동형 RFID 리더(210)의 메모리(213)에는 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230)의 위상차를 산출하고, 참조 태그(220) 및 목표 태그(230) 간의 거리를 산출하기 위한 프로그램이 저장되어 있다.
수동형 RFID 리더(210)의 프로세서(215-1~215-m, 215)는 주파수별로 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230)의 수신 위상을 추출하고, 추출된 수신 위상에 기초하여, 주파수 별 상기 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230)의 위상차를 각각 산출할 수 있다.
구체적으로, 수동형 RFID 리더(210)는 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230)별로 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상을 각각 추출하고, 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230) 각각에 대하여, 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출할 수 있다.
이와 같이 수신 위상의 위상차가 산출되면, 수동형 RFID 리더(210)는 산출된 위상차에 기초하여 복수의 참조 태그(220) 및 목표 태그(230) 간의 유클리디안 거리를 각각 산출할 수 있다.
이와 같이 수동형 RFID 리더(210)에 의해 각 유클리디안 거리가 산출되면, 위상차 추정 서버(200)의 프로세서(205)는 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 기 복수의 참조 태그(220) 중 기설정된 범위 내의 참조 태그를 선택하고, 유클리디안 거리에 기초하여 선택된 참조 태그와 목표 태그(230) 간의 관계도를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 관계도 및 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그(230)의 위상차를 추정할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 실시예의 경우, 도 1과 달리 위상차 및 거리는 각 RFID 리더(210)에서 산출하며, 목표 태그(230)의 위상차 추정은 위상차 추정 서버(200)에서 수행한다는 점에서 차이가 있다.
한편, 위상차 산출 단계, 유클리디안 거리 산출 단계 및 위상차 추정 단계 등에 대한 구체적은 내용은 도 1에서 설명한 것과 동일하므로, 구체적인 내용은 생략하도록 한다.
다만, 상술한 바와 같이, 도 1에 따른 위상차 추정 시스템(1)은 단일 RFID 리더(100)에 기반하고 있는바, 단일 RFID 리더(100)에 포함된 복수의 안테나(107)별로 목표 태그의 위상차를 각각 추정하는 반면, 도 2의 위상차 추정 시스템(2)은 복수의 RFID 리더(210)별로 목표 태그(230)의 위상차를 각각 추정한다는 점에서 차이가 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 2에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 방법을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 방법은 먼저, 수동형 RFID 리더가 주파수별로 복수의 참조 태그의 수신 위상을 추출한다.
구체적으로, 수동형 RFID 리더는 제 1 주파수를 선택하고(S305), 복수의 참조 태그별로 제 1 주파수에 대응하는 수신 위상을 추출한다(S310). 그 다음, 제 1 주파수에 대응하는 목표 태그의 수신 위상을 추출한다(S315). 또한, 수동형 RFID 리더는 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수를 선택하고(S320), 복수의 참조 태그별로 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상을 추출하며(S325), 제 2 주파수에 대응하는 목표 태그의 수신 위상을 추출한다(S330).
이와 같은 수신 위상을 추출하는 각 단계는 주파수별로 각 참조 태그마다 추출할 수 있으며, 다중 RFID 리더를 포함하는 경우 RFID 리더별로 수신 위상을 추출할 수 있다.
이와 같이 참조 태그 및 목표 태그의 수신 위상을 추출하면, 수동형 RFID 리더는 추출된 수신 위상에 기초하여, 주파수 별 복수의 참조 태그 및 목표 태그의 위상차를 각각 산출한다. 즉, 수동형 RFID 리더는 복수의 참조 태그별로, 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출하고(S335), 목표 태그의 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출할 수 있다(S340).
다음으로, 수동형 RFID 리더는 산출된 각 위상차에 기초하여 RFID 리더와 복수의 참조 태그 및 목표 태그 간의 유클리디안 거리를 각각 산출한다(S345).
다음으로, 수동형 RFID 리더 또는 위상차 추정 서버는 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그의 위상차를 추정한다. 이를 위해 수동형 RFID 리더 또는 위상차 추정 서버는 각 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 복수의 참조 태그 중 기 설정된 범위 내의 참조 태그를 선택하고(S350), 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 선택된 참조 태그와 목표 태그 간의 관계도를 산출한다(S355). 그리고 산출된 관계도 및 미리 저장된 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그의 위상차를 추정한다(S360).
이때, 목표 태그의 위상차는 단일 RFID 리더를 구비하는 경우, 단일 RFID 리더의 복수의 안테나별로 목표 태그의 위상차를 추정할 수 있으며, 다중 RFID 리더를 구비하는 경우, 복수의 RFID별로 목표 태그의 위상차를 추정할 수 있다.
한편, 상술한 설명에서, 단계 S305 내지 S360는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 2에서의 위상차 추정 시스템(1, 2)에 관하여 이미 기술된 내용은 도 3의 위상차 추정 방법에도 적용된다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(1, 2) 및 그 방법이 적용되는 예시를 설명하도록 한다.
도 4는 위상차 추정 시스템의 예시도이다.
본 발명의 일 예시에 따른 위상차 추정 시스템은 4개의 RFID 리더 또는 RFID 리더의 4개의 안테나(210), 7개의 참조 태그(402), 1개의 목표 태그(403)를 포함하고 있다. 또한, 각 환경에 따라 위상차 추정 시스템에는 방해물(404)이 혼재되어 있을 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 4개의 RFID 리더 또는 안테나(401)는 7개의 참조 태그(402)와 1개의 목표 태그(403)로부터 주파수 별 수신 위상을 추출하고, 주파수 별 위상차를 산출할 수 있다.
그리고 위상차에 기초하여 7개의 참조 태그(402)와 1개의 목표 태그(403)와의 유클리디안 거리를 산출한 다음, 기 설정된 범위 내의 참조 태그(예를 들어, 2개)를 선택하여 목표 태그(403) 간의 관계도를 산출할 수 있다.
이와 같이 관계도가 산출되면, 관계도와 미리 설정된 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 목표 태그(403)의 위상차를 추정할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 기술에 비하여 다양하고 확장된 응용 서비스에 적용이 가능한 이점이 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 종래 기술에서부터 지속적으로 연구가 진행중인 기술에서 문제가 되었던 수동형 RFID 태그의 위치 탐색의 오차 발생 문제를 해소할 수 있다.
또한, 수동형 RFID 리더는 태그로부터의 수신 위상 값(위상은 거리에 비례함)을 이용하므로, 안테나 이득에 의한 오차를 효과적으로 개선시킬 수 있다.
또한, 다중 경로에 의한 오차를 참조 태그에 의하여 효과적으로 보상할 수 있다.
한편, 수신 위상은 수동형 RFID의 경우 리더에서 시작하여 태그에서 반사하여 다시 리더로 되돌아오기까지의 거리에 비례하여 발생하는데, 리더에서 수신할 때는 (0, 2π)의 wrapped phase 형태로 발생된다.
그러나 위치 탐색에 이용할 수 있는 unwrapped phase는 구현상 어려움이 있다. 또한, 수신 위상에는 거리에 의한 위상 변위 이외에도 케이블이나 리더 하드웨어 또는 안테나에 의한 위상 오프셋과 태그 변조에 의한 반사 위상이 존재한다. 이에 따라, 위상 정보를 위치 탐색에 이용하기에 어려움이 존재한다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 추정 시스템 및 방법은 주파수에 따른 위상차를 이용하기 때문에, 위상의 unwrapping 수행 없이 활용 가능하다는 장점이 있다.
또한, 위상 오프셋과 반사 위상 역시 주파수에 따른 위상차를 이용하기 때문에, 동일 리더 및 동일 태그에 대하여 발생한 위상값은 소거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 추정한 위상차 정보를 이용하여 다양하고 확장된 응용 서비스로의 적용이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 추정 시스템(1, 2)에서의 위상차 추정 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 위상차 추정 시스템 100: 수동형 RFID 리더
110: 참조 태그 120: 목표 태그
2: 위상차 추정 시스템 200: 위상차 추정 서버
210: 수동형 RFID 리더 220: 참조 태그
230: 목표 태그

Claims (19)

  1. 수동형 RFID 리더에 있어서,
    목표 태그 및 복수의 참조 태그와 무선 주파수 신호를 송수신하는 통신모듈,
    상기 목표 태그의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및
    상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 주파수 별로 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하고, 상기 산출된 위상차에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하며, 상기 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 것인 수동형 RFID 리더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신모듈로부터 전달된 무선 주파수 신호를 방사하는 복수의 안테나를 더 포함하되,
    상기 복수의 안테나는 각각 서로 다른 수신 위상 및 위상차 값을 갖는 것인 수동형 RFID 리더.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 안테나별로 상기 목표 태그의 위상차를 각각 추정하는 것인 수동형 RFID 리더.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 주파수별로 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 수신 위상을 추출하고, 상기 추출된 수신 위상에 기초하여, 상기 주파수 별 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하는 것인 수동형 RFID 리더.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그별로 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상을 각각 추출하는 것인 수동형 RFID 리더.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 각각에 대하여, 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출하는 것인 수동형 RFID 리더.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 산출된 각 위상차에 기초하여, 상기 복수의 참조 태그 및 목표 태그 각각의 유클리디안 거리를 산출하되,
    상기 프로세서는 상기 각 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 중 기 설정된 범위 내의 참조 태그를 선택하고, 상기 유클리디안 거리에 기초하여 상기 선택된 참조 태그와 상기 목표 태그 간의 관계도를 산출하며, 상기 산출된 관계도 및 상기 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 것인 수동형 RFID 리더.
  8. 수동형 RFID 태그의 위상차를 추정하는 서버에 있어서,
    복수의 수동형 RFID 리더와 데이터를 송수신하는 통신모듈,
    목표 태그의 위상차를 추정하기 위한 프로그램이 저장된 메모리 및
    상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 상기 통신모듈을 통해 상기 복수의 RFID 리더로부터 산출된 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 간의 거리의 정보를 수신하면, 상기 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 것인 위상차 추정 서버.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 RFID 리더는 주파수별로 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 수신 위상을 추출하고, 상기 추출된 수신 위상에 기초하여, 상기 주파수 별 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하며, 상기 산출된 위상차에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하는 것인 위상차 추정 서버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 RFID 리더는 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그별로 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상을 각각 추출하고, 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그 각각에 대하여, 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출하는 것인 위상차 추정 서버.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 RFID 리더는 상기 산출된 각 위상차에 기초하여, 상기 복수의 참조 태그 및 목표 태그 각각의 유클리디안 거리를 산출하는 것인 위상차 추정 서버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 중 기설정된 범위 내의 참조 태그를 선택하고, 상기 유클리디안 거리에 기초하여 상기 선택된 참조 태그와 상기 목표 태그 간의 관계도를 산출하며, 상기 산출된 관계도 및 상기 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 것인 위상차 추정 서버.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 RFID별로 상기 목표 태그의 위상차를 각각 추정하는 것인 위상차 추정 서버.
  14. 수동 RFID 리더에서 목표 태그의 위상차를 추정하는 방법에 있어서,
    주파수별로 복수의 참조 태그 및 목표 태그의 수신 위상을 추출하는 단계;
    상기 추출된 수신 위상에 기초하여, 상기 주파수 별 상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하는 단계;
    상기 산출된 각 위상차에 기초하여 상기 RFID 리더와 상기 복수의 참조 태그 및 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하는 단계;
    상기 산출된 거리 및 기 설정된 각 참조 태그의 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 단계를 포함하는 위상차 추정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    주파수별로 복수의 참조 태그 및 목표 태그의 수신 위상을 추출하는 단계는,
    상기 복수의 참조 태그별로 제 1 주파수에 대응하는 수신 위상을 추출하는 단계;
    상기 제 1 주파수에 대응하는 목표 태그의 수신 위상을 추출하는 단계;
    상기 복수의 참조 태그별로 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상을 추출하는 단계 및
    상기 제 2 주파수에 대응하는 목표 태그의 수신 위상을 추출하는 단계를 포함하는 것인 위상차 추정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 참조 태그 및 상기 목표 태그의 위상차를 각각 산출하는 단계는,
    상기 복수의 참조 태그별로, 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출하는 단계 및
    상기 목표 태그의 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 수신 위상의 위상차를 산출하는 단계를 포함하는 것인 위상차 추정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수동 RFID 리더와 상기 복수의 참조 태그 및 목표 태그 간의 거리를 각각 산출하는 단계는,
    상기 산출된 위상차에 기초하여 상기 수동 RFID 리더와 상기 복수의 참조 태그 및 목표 태그 각각의 유클리디안 거리를 산출하는 것인 위상차 추정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 단계는,
    상기 각 산출된 유클리디안 거리에 기초하여 상기 복수의 참조 태그 중 기설정된 범위 내의 참조 태그를 선택하는 단계;
    상기 유클리디안 거리에 기초하여 상기 선택된 참조 태그와 상기 목표 태그 간의 관계도를 산출하는 단계 및
    상기 산출된 관계도 및 상기 이상적 위상차 값에 기초하여 상기 목표 태그의 위상차를 추정하는 단계를 포함하는 것인 위상차 추정 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 수동형 RFID 리더는 무선 주파수 신호를 방사하는 복수의 안테나를 더 포함하되,
    상기 복수의 안테나는 각각 서로 다른 수신 위상 및 위상차 값을 갖는 것인 위상차 추정 방법.
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