WO2010074374A1 - 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체 - Google Patents

자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체 Download PDF

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magnetic field
physical layer
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김선희
원윤재
임승옥
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전자부품연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a physical layer configuration method of a low frequency band wireless communication based on a magnetic field and a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method.
  • the present invention relates to a low frequency band wireless communication based on a magnetic field applied to a difficult environment.
  • the present invention relates to a physical layer construction method of magnetic field-based low frequency band wireless communication, and a program for executing the method, which can be efficiently supported, and to a computer readable recording medium.
  • RFID Radio Frequency IDentification
  • This RFID technology can be active, passive, or semi-active, depending on whether the tag is powered by its own power source or derives energy from radio waves received from an interrogator. Can be classified. Also, depending on the application or recognition distance, low frequency (LF) in the band of 135 kHz or less, high frequency in the 13.56 MHz band, high frequency in the 433.92 MHz or 860 to 960 MHz band, and radio frequency in the 2.45 GHz band use.
  • LF low frequency
  • RFID technology using low frequency (LF) of band of 135kHz or less is strong in the influence of the surrounding environment because it operates on the basis of magnetic field, and accordingly underground works such as oil pipelines and water / sewage pipes covered with soil or concrete Alternatively, it can be effectively used to recognize objects in various difficult environments such as water, metal or disaster environment.
  • the physical layer (PHY layer) that is, the air interface standard, is referred to as ISO / IEC 18000-2 (hereinafter referred to as 'prior art'). ) Is defined in detail.
  • FIG. 1 is a frame configuration of a general request format from the master to the slave in the air interface method of the conventional low frequency band wireless communication
  • Figure 2 is a frame of the general response format from a slave to master in the air interface method of a conventional low frequency band wireless communication
  • It is a block diagram. According to the air interface method of the conventional low frequency band wireless communication, the packet format, the coding (coding) method, and the data rate of the master and the slave do not all match, and a passive tag is used.
  • the general request format of FIG. 1 is used to send a command to a tag in which a master, for example, an RFID pager is a slave.
  • PIE Packe Interval Encoding
  • the data rate is about 5.1 kbps.
  • the slave sends a response to the command of FIG. 1
  • the general response format as shown in FIG. 2 is used.
  • a response to the inventory command is transmitted by dividing the pager command into an inventory command and an international standard command
  • a dual pattern data coding method using 2kbps is used.
  • the Manchester coding method is used at 4kbps.
  • type A FDX
  • type B HDX
  • FDX type A
  • type B type B
  • NRZ Non-Return-to-Zero
  • FSK Frequency Shift Keying
  • the present invention actively adapts to the surrounding communication environment to perform efficient communication. There was a problem that can not be done.
  • the slave for example tag
  • the slave is defined as passive, not only is there a limitation in the length of the response frame, but also active communication with the master, for example, a pager, is not possible. There were problems with many restrictions.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems.
  • wireless communication can be performed at a variable data rate or coding method according to the surrounding environment. It is an object of the present invention to provide a computer-readable recording medium in which a physical layer configuration method of a magnetic field-based low frequency band wireless communication supporting a suitable packet format, coding and modulation scheme, and a program for executing the method are recorded.
  • the present invention provides a method for configuring a physical layer in a low frequency band wireless communication based on a magnetic field, wherein a data rate and a coding scheme of a payload field included in a request frame and a response frame between a master and a slave are determined in advance. It can be changed according to the surrounding communication environment within the range.
  • the request frame and the response frame may be formed in the same format.
  • the request frame and the response frame may each include a preamble field, a header field, and a payload field.
  • the preamble field may consist of a fixed sequence of 16 bits.
  • the preamble field may be BPSK modulated after Manchester coded at a data rate of 1 kbps.
  • the header field may include an area indicating a data rate and coding information of the payload field, an area indicating a data length of the payload field, and a header check sequence.
  • the header field may have a data rate of 1 kbps.
  • BPSK can be modulated after being Manchester coded.
  • the payload field may include a data region of 0-255 bytes and a frame check sequence of 2 bytes.
  • the payload field may be Manchester coding or 2, 4 or 1, 2 or 4 kbps data rate.
  • NRZ-L coding at a data rate of 8 kbps can be selectively coded before BPSK modulation.
  • the NRZ-L coded output may be modulated in the BPSK after being scrambled.
  • FIG. 1 is a frame configuration diagram of a general request format from a master to a slave in a physical layer configuration method of a conventional magnetic field based low frequency band wireless communication;
  • FIG. 2 is a frame configuration diagram of a general response format from slave to master in a physical layer configuration method of a conventional magnetic field based low frequency band wireless communication;
  • FIG. 3 is a frame configuration diagram of a bidirectional communication format between a master and a slave in a method for configuring a physical layer in a low frequency band wireless communication based on a magnetic field of the present invention
  • FIG. 4 is a frame configuration diagram of a preamble field in FIG. 3;
  • FIG. 5 is a frame configuration diagram of a payload field in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a view for explaining Manchester coding and NRZ-l coding schemes applicable to the method of the present invention
  • FIG. 7 is a block diagram of a scrambler that can be applied to the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a coding and modulation process of a preamble in the method of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a coding and modulation process of a header in the method of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a coding and modulation process of payload data in the method of the present invention.
  • FIG. 3 is a frame configuration diagram of a bidirectional communication format between a master and a slave in the method for configuring a physical layer of low frequency band wireless communication based on the present invention
  • FIG. 4 is a frame configuration diagram of a preamble field in FIG. 3 is a frame configuration diagram of a payload field.
  • a slave for example, a tag, which is active by its own power supply.
  • the slave may be implemented in a passive type or semi-active type in which a variable or passive type variable operation is performed depending on the length of data.
  • the communication frame may be composed of a preamble, a header, and a payload field in order, where the preamble field is a frame start of a conventional general request format or a general response format. It performs the same function as the Of Frame (SOF) field.
  • the preamble field is composed of the least significant bit (LSB) to the most significant bit (MSB), and the preamble consists of a 12-bit '000000000000' sequence and a 4-bit '1010' sequence. Will be.
  • the header field may be composed of a total of 3 bytes.
  • a payload data length region for example, a 5-bit reserved region and an 8-bit header check sequence (HCS) may be included.
  • the payload data length region of 8 bits in this header field indicates the length of data included in the payload in bytes.
  • the header check sequence may consist of, for example, an 8-bit Cyclic Reduncy Check (CRC).
  • the payload field may consist of a data area of up to 255 bytes and a frame check sequence of 2 bytes to protect the data area. For example, when the length of data is 0, the frame check sequence is not included.
  • the data rate and coding method for the preamble field, header field, and payload field are expressed in 3 bits to support a total of eight methods as shown in Table 1 below.
  • one of a Manchester coding scheme and a NonReturn-to-Zero Level (NRZ-L) coding scheme may be selected as a coding scheme according to the method of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining Manchester coding and NRZ-l coding schemes applicable to the method of the present invention.
  • the signal level changes in the middle of the bit interval.
  • the data bit changes from level '1' to level '0' while the data bit is '1'. ', It changes from level' 0 'to level' 1 '.
  • the NRZ-L coding scheme matches level '0' when the data bit is '0' and level '1' when the data bit is '1'.
  • the Manchester coding scheme is advantageous because it has less DC components than the NRZ-L coding scheme, but is disadvantageous in that it uses twice the frequency band. Therefore, when the communication environment is relatively good, the NRZ-L coding scheme is used, while in other cases, the Manchester coding scheme can be flexibly changed and used.
  • FIG. 7 is a block diagram of a scrambler that can be applied to the present invention.
  • the NRZ-L coding scheme has a lot of DC disadvantages compared to the Manchester coding scheme.
  • the NRZ-L coding result is treated with a scrambler as shown in FIG. 7. It is preferable to suppress the DC component.
  • the scrambler is input to prevent loss of timing information among consecutive input data and to suppress cross-modulation in a transmission path by suppressing a single frequency component generated by repeating a periodic data pattern. Since it is a well-known circuit for converting data into a random code sequence, the receiving side, i.e., the master or the slave, can reproduce the original data signal by a descrambler having the opposite calculation function.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a coding and modulation process of a preamble in the method of the present invention
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a coding and modulation process of a header in the method of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram of a method of the present invention.
  • the generated preamble sequence is encoded by using a Manchester coding scheme having a data rate of type 0 of Table 1, that is, 1 kbps.
  • BPSK modulation is performed again.
  • the coding and modulation process for the header field is also coded by using a Manchester coding scheme having a data rate of type 0, that is, 1 kbps in Table 1, after adding a header check sequence to protect the header field. Later on, BPSK modulation will occur again.
  • the payload check sequence is added to the upper end of the data to protect it, and the encoding is performed by selecting an appropriate data rate and coding method among types 0 to 7 in Table 1 above.
  • the encoded result is BPSK modulated again.
  • the preamble field and the header field are encoded to have a low data rate using a Manchester coding scheme that is relatively stable to intermodulation interference regardless of the surrounding communication environment, while the payload field is appropriate to the communication environment.
  • a Manchester coding scheme that is relatively stable to intermodulation interference regardless of the surrounding communication environment
  • the payload field is appropriate to the communication environment.
  • the tag since the slave, for example, the tag may be actively configured, the tag may give a command to the pager. Coding schemes may also be actively performed on both master and slave.
  • the physical layer configuration method of the magnetic field-based low frequency band wireless communication and the computer-readable recording medium in which the program for executing the method are recorded are not limited to the above-described embodiments, but the scope of the technical idea of the present invention allows. Various modifications can be made within the apparatus.

Abstract

본 발명은 난환경에 적용되는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신에서 주변 환경에 따라 가변적인 데이터율이나 코딩 방식으로 무선통신을 수행할 수 있도록 마스터와 슬레이브 사이의 적합한 패킷 포맷, 코딩 및 변조 방식 등을 지원하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다. 본 발명은 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에 있어서, 마스터와 슬레이브 사이의 요청 프레임 및 응답 프레임에 포함된 페이로드 필드의 데이터율과 코딩 방식을 미리 정해진 범위 내에서 주변 통신 환경에 따라 변경할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 전술한 구성에서, 상기 요청 프레임과 상기 응답 프레임은 동일한 포맷으로 이루어질 수 있는데, 이러한 상기 요청 프레임과 상기 응답 프레임은 각각 프리엠블 필드, 헤더 필드 및 페이로드 필드를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체{PHY LAYER OF LOW FREQUENCY BAND BASED ON WIRELESS MAGNETIC FIELD COMMUNICATION}
본 발명은 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 난환경에 적용되는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신을 효율적으로 지원할 수 있도록 한 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, RFID(Radio Frequency IDentification; 무선인식)는 초소형 반도체인 태그에 식별정보를 입력하고, 무선 주파수를 이용해 이러한 태그를 지닌 물체나 동물 또는 사람 등을 판독, 추적 및 관리할 수 있는 유비쿼터스 컴퓨팅 기반기술의 하나다. 이러한 RFID 기술은 태그가 자체적인 전원에 의해 동작하는지 아니면 호출기(Interrogator)에서 수신한 전파에서 에너지를 얻어 동작하는지의 여부에 따라 능동형(Active), 수동형(Passive) 또는 반능동형(Semi-Active)으로 분류될 수 있다. 또한 적용분야나 인식거리에 따라 135㎑ 이하 대역의 저주파(LF), 13.56㎒ 대역의 고주파(HF), 433.92㎒ 또는 860~960㎒ 대역의 극초단파(UHF) 및 2.45㎓ 대역의 마이크로파의 무선 주파수를 사용한다. 이 중에서, 135㎑ 이하 대역의 저주파(LF)를 사용하는 RFID 기술은 자기장 기반으로 동작하기 때문에 주변 환경의 영향에 강하고, 이에 따라 흙이나 콘크리트 등으로 덮여 있는 송유관이나 상/하수도관과 같은 지중 매설물 또는 물, 금속이나 재난 환경과 같은 각종 난환경에서 대상물을 인식하는데 효과적으로 사용될 수 있는바, 그 물리 계층(PHY layer), 즉 에어 인터페이스 규격이 ISO/IEC 18000-2(이하 '종래 기술'이라 한다)에 상세하게 규정되어 있다.
도 1은 종래 저주파 대역 무선통신의 에어 인터페이스 방법에서 마스터에서 슬레이브로의 일반 요청 포맷의 프레임 구성도이고, 도 2는 종래 저주파 대역 무선통신의 에어 인터페이스 방법에서 슬레이브에서 마스터로의 일반 응답 포맷의 프레임 구성도이다. 종래 저주파 대역 무선통신의 에어 인터페이스 방법에 따르면, 마스터와 슬레이브의 패킷 포맷, 코딩(부호화) 방법 및 데이터율(data rate)가 모두 일치하지 않고, 수동형 태그를 사용한다.
우선 마스터, 예를 들어 RFID 호출기가 슬레이브인 태그에 명령어를 보낼 때는 도 1의 일반 요청 포맷(general request format)이 사용하는데, 이때의 데이터 코딩 방법으로는 PIE(Pulse Interval Encoding)가 사용되며, 평균 데이터율은 약 5.1kbps이다. 반면에 슬레이브가 도 1의 명령어에 대해 응답을 보낼 때는 도 2에 도시한 바와 같은 일반 응답 포맷(general response format)을 사용한다. 그리고 호출기의 명령어를 인벤토리 명령어(inventory command)와 국제 표준 명령어(international standard command)로 구분하여 인벤토리 명령어에 대한 응답을 송신할 때에는 2kbps로 이중 패턴 데이터 코딩(dual pattern data coding) 방식을 사용하는 반면에 그외 국제 표준 명령어에 대한 응답을 송신할 때에는 4kbps로 맨체스터 코딩(Manchester coding) 방식을 사용한다.
더욱이, 종래 기술은 A 타입(FDX)과 B 타입(HDX) 등 두가지 타입의 태그를 규정하는데, A 타입의 태그는 태그- 호출기간 송신 중을 비롯해 호출기에 의해 영구적으로 전원을 공급받는 반면에 B 타입의 태그는 태그-호출기간 송신 중을 제외한 나머지 시간에 호출기에 의해 전원을 공급받는데, 데이터 코딩 및 변조 방식으로 A 타입의 경우에는 맨체스터 코딩 방식과 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식을 사용하는 반면에 B 타입의 경우에는 NRZ(NonReturn-to-Zero) 코딩 방식과 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식을 사용한다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에 따르면 마스터와 슬레이브간 데이터율이 단일 값으로 고정되어 있고, 데이터 코딩 및 변조 방식 또한 선택의 여지 없이 고정되어 있기 때문에 주변의 통신 환경에 능동적으로 적응하여 효율적인 통신을 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.
나아가, 종래 기술에 따르면, 슬레이브, 예를 들어 태그가 수동형으로 규정되어 있기 때문에 그 응답 프레임의 길이에 한계가 있을 뿐만 아니라 마스터, 예를 들어 호출기로의 능동적인 통신이 불가능하기 때문에 그 적용 분야에 많은 제약이 따르는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 난환경에 적용되는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신에서 주변 환경에 따라 가변적인 데이터율이나 코딩 방식으로 무선통신을 수행할 수 있도록 마스터와 슬레이브 사이의 적합한 패킷 포맷, 코딩 및 변조 방식 등을 지원하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에 있어서, 마스터와 슬레이브 사이의 요청 프레임 및 응답 프레임에 포함된 페이로드 필드의 데이터율과 코딩 방식을 미리 정해진 범위 내에서 주변 통신 환경에 따라 변경할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 요청 프레임과 상기 응답 프레임은 동일한 포맷으로 이루어질 수 있는데, 이러한 상기 요청 프레임과 상기 응답 프레임은 각각 프리엠블 필드, 헤더 필드 및 페이로드 필드를 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 상기 프리엠블 필드는 16비트의 고정 수열로 이루어질 수 있는데, 이러한 상기 프리엠블 필드는 1kbps의 데이터율로 맨체스터 코딩된 후에 BPSK 변조될 수 있다.
한편, 상기 헤더 필드는 상기 페이로드 필드의 데이터율과 코딩 정보를 나타내는 영역, 상기 페이로드 필드의 데이터 길이를 나타내는 영역 및 헤더 검사 수열을 포함하여 이루어질 수 있는데, 이러한 상기 헤더 필드는 1kbps의 데이터율로 맨체스터 코딩된 후에 BPSK 변조될 수 있다.
한편, 상기 페이로드 필드는 0-255 바이트의 데이터 영역과 2바이트의 프레임 검사 수열을 포함하여 이루어질 수 있는데, 상기 페이로드 필드는 1, 2 또는 4 kbps의 데이터율의 맨체스터 코딩 또는 2, 4 또는 8 kbps의 데이터율의 NRZ-L 코딩 중어서 선택적으로 코딩된 후에 BPSK 변조될 수 있다.
더욱이, 상기 NRZ-L 코딩된 결과물은 스크램블링된 후에 상기 BPSK 변조될 수 있다.
본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 따르면, 난환경에 적용되는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신에서 주변 환경에 따라 가변적인 데이터율이나 코딩 방식으로 무선통신을 수행할 수 있도록 마스터와 슬레이브 사이의 적합한 패킷 포맷, 코딩 및 변조 방식 등을 지원함으로써 통신 성능 및 효율을 제고시킬 수가 있다.
도 1은 종래 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에서 마스터에서 슬레이브로의 일반 요청 포맷의 프레임 구성도,
도 2는 종래 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에서 슬레이브에서에서 마스터로의 일반 응답 포맷의 프레임 구성도,
도 3은 본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에서 마스터와 슬레이브 사이의 양방향 통신 포맷의 프레임 구성도,
도 4는 도 3에서 프리앰블 필드의 프레임 구성도,
도 5는 도 3에서 페이로드 필드의 프레임 구성도,
도 6은 본 발명의 방법에 적용될 수 있는 맨체스터 코딩 및 NRZ-l 코딩 방식을 설명하기 위한 도,
도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 스크램블러의 블록 구성도,
도 8은 본 발명의 방법에서 프리앰블의 코딩 및 변조 과정을 설명하기 위한 도,
도 9는 본 발명의 방법에서 헤더의 코딩 및 변조 과정을 설명하기 위한 도,
도 10은 본 발명의 방법에서 페이로드 데이터의 코딩 및 변조 과정을 설명하기 위한 도이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에서 마스터와 슬레이브 사이의 양방향 통신 포맷의 프레임 구성도이고, 도 4는 도 3에서 프리앰블 필드의 프레임 구성도이고, 도 5는 도 3에서 페이로드 필드의 프레임 구성도이다. 먼저 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에 따르면, 마스터와 슬레이브 사이의 양방향 통신 프레임은 동일한 포맷으로 구성하는 것이 바람직한바, 마스터에서 슬레이브로의 통신 프레임의 길이가 길기 때문에 슬레이브, 예를 들어 태그도 자체 전원에 의해 동작하는 능동형으로 구현하는 것이 바람직하다. 물론, 슬레이브를 수동형이나 그 데이터의 길이에 따라 수동형이나 능동형으로 가변 동작하는 반능동형으로 구현할 수도 있을 것이다.
다시 도 3으로 돌아가서, 통신 프레임은 크게 프리앰블(Preamble)과 헤더(Header) 및 페이로드(Payload) 필드 순서로 이루어질 수 있는데, 여기에서 프리앰블 필드는 종래 일반 요청 포맷이나 일반 응답 포맷의 프레임 시작(Start Of Frame; SOF) 필드와 동일한 기능을 수행한다. 이러한 프리앰블 필드는 다시 최하위 비트(Least Significant Bit: LSB)부터 최상위 비트(Most Significant Bit: MSB)의 순서로 이루어지되, 프리앰블은 12비트의 '000000000000' 수열과 4비트의 '1010' 수열로 이루어지게 될 것이다.
다음으로, 헤더 필드는 도 3에 도시한 바와 같이, 총 3바이트로 이루어질 수 있는데, 최하위 비트부터 최상위 비트의 순서로, 예를 들어 3비트의 데이터율 및 코딩 정보 영역, 예를 들어 8비트의 페이로드 데이터 길이 영역, 예를 들어 5비트의 예비(Reserved) 영역 및 8비트의 헤더 검사 수열(Header Check Sequence; HCS)로 이루어질 수 있다. 이러한 헤더 필드에서 8비트의 페이로드 데이터 길이 영역은 바이트 단위로 페이로드에 포함되는 데이터의 길이를 나타낸다. 헤더 검사 수열은, 예를 들어 8비트의 순환 잉여 검사(Cyclic Reduncy Check; CRC)로 이루어질 수 있다.
마지막으로, 페이로드 필드는 최대 255 바이트로 이루어지는 데이터 영역과 이를 보호하기 위한, 예를 들어 2바이트의 프레임 검사 수열로 이루어질 수 있는데, 데이터의 길이가 0일 때는 당연히 프레임 검사 수열도 포함되지 않는다. 위의 프리앰블 필드, 헤더 필드 및 페이로드 필드에 대한 데이터율 및 코딩 방법은 3비트로 표현되어 아래의 표 1과 같이 총 8가지 방법을 지원할 수 있다.
표 1
데이터율 및 코딩 데이터율 코딩 방식
b2b1b0=000(타입 0) 1 kbits/s 맨체스터
b2b1b0=001(타입 1) 2 kbits/s 맨체스터
b2b1b0=010(타입 2) 4 kbits/s 맨체스터
b2b1b0=011(타입 3) 2 kbits/s NRZ-L + 스크램블링
b2b1b0=100(타입 4) 4 kbits/s NRZ-L + 스크램블링
b2b1b0=101(타입 5) 8 kbits/s NRZ-L + 스크램블링
b2b1b0=110(타입 6) Reserved -
b2b1b0=111(타입 7) Reserved -
위의 표 1에 기재한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따른 코딩 방식으로는 맨체스터 코딩 방식과 NRZ-L (NonReturn-to-Zero Level) 코딩 방식 중 하나가 선택될 수 있다.
도 6은 본 발명의 방법에 적용될 수 있는 맨체스터 코딩 및 NRZ-l 코딩 방식을 설명하기 위한 도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 맨체스터 코딩 방식은 비트 구간의 중간에서 신호 레벨이 변하는데, 데이터 비트가 '0'인 경우에는 레벨 '1'에서 레벨 '0'로 변하는 반면에 데이터 비트가 '1'인 경우에는 레벨 '0'에서 레벨 '1'로 변한다. NRZ-L 코딩 방식은 데이터 비트가 '0'인 경우에는 레벨 '0', 데이터 비트가 '1'인 경우에는 레벨 '1'로 매칭된다. 결과적으로, 맨체스터 코딩 방식은 NRZ-L 코딩 방식에 비해 DC 성분이 적기 때문에 그만큼 유리한 반면에 2배의 주파수 대역을 사용하는 점에서는 불리하다. 따라서, 통신 환경이 상대적으로 양호한 경우에는 NRZ-L 코딩 방식을 사용하는 반면에 그렇지 않은 경우에는 맨체스터 코딩 방식을 코딩 방식을 유연하게 변경하여 사용할 수가 있다.
도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 스크램블러의 블록 구성도이다. 한편, 전술한 바와 같이, NRZ-L 코딩 방식은 맨체스터 코딩 방식에 비하여 DC가 많은 단점이 있는바, 이를 극복하기 위하여 NRZ-L 코딩한 결과물을 도 7에 도시한 바와 같은스크램블러(scramber)로 처리하여 DC 성분을 억압하는 것이 바람직하다.
여기에서, '스크램블러'라 함은 연속되는 입력 데이터 중에서 타이밍 정보가 유실되는 것을 방지하고, 주기적인 데이터 패턴을 되풀이함으로써 생기는 단일 주파수 성분을 억압하여 전송로 구간에서의 혼/변조를 방지하기 위해 입력 데이터를 랜덤 부호 계열로 변환하는 공지의 회로인바, 수신측, 즉 마스터 또는 슬레이브에서는 이와 반대의 계산 기능을 가지는 디스크램블러에 의해 원래의 데이터 신호를 재생할 수가 있다.
도 8은 본 발명의 방법에서 프리앰블의 코딩 및 변조 과정을 설명하기 위한 도이고, 도 9는 본 발명의 방법에서 헤더의 코딩 및 변조 과정을 설명하기 위한 도이며, 도 10은 본 발명의 방법에서 페이로드 데이터의 코딩 및 변조 과정을 설명하기 위한 도이다.
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법에서 프리앰블 필드에 대한 코딩 및 변조 과정은, 생성된 프리앰블 수열을 위의 표 1의 타입 0, 즉 1kbps의 데이터율을 갖는 맨체스터 코딩 방식으로 부호화한 후에 다시 BPSK 변조하게 된다. 이와 마찬가지로, 헤더 필드에 대한 코딩 및 변조 과정도, 생성된 헤더 수열에 이를 보호하기 위한 헤더 검사 수열을 추가한 후에 위의 표 1에서 타입 0, 즉 1kbps의 데이터율을 갖는 맨체스터 코딩 방식으로 부호화한 후에 다시 BPSK 변조하게 된다.
반면에 페이로드 필드의 경우에는 데이터의 상위 단에 이를 보호하기 위한 페이로드 검사 수열을 추가하고, 다시 위의 표 1에서 타입 0 내지 7 중에서 적절한 데이터율과 코딩 방식을 선택하여 부호화를 수행하고, 이렇게 부호화된 결과물을 다시 BPSK 변조하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 방법에서는 프리앰블 필드와 헤더 필드는 주변의 통신 환경에 관계없이 상대적으로 혼변조 간섭에 안정적인 맨체스터 코딩 방식으로 낮은 데이터율을 갖도록 부호화하는 반면에 페이로드 필드는 통신 환경에 따라 적절한 데이터율과 코딩 방식을 사용하고, 나아가 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조 방식을 사용함으로써 통신 성능을 그만큼 향상시킬 수가 있을 뿐만 아니라 주변 통신 환경에 적응적으로 대응할 수가 있다.
본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에서 슬레이브, 예를 들어 태그를 능동형으로 구성할 수 있기 때문에 태그가 호출기에게 명령을 내릴 수도 있고, 이에 따라 페이로드 필드의 적절한 데이터율과 코딩 방식도 마스터와 슬레이브의 양쪽 모두에서 능동적으로 수행할 수 있을 것이다.
본 발명의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법 및 이 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

Claims (10)

  1. 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법에 있어서,
    마스터와 슬레이브 사이의 요청 프레임 및 응답 프레임에 포함된 페이로드 필드의 데이터율과 코딩 방식을 미리 정해진 범위 내에서 주변 통신 환경에 따라 변경할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요청 프레임과 상기 응답 프레임은 동일한 포맷으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요청 프레임과 상기 응답 프레임은 각각 프리엠블 필드, 헤더 필드 및
    페이로드 필드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리엠블 필드는 1kbps의 데이터율로 맨체스터 코딩된 후에 BPSK 변조되는 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 헤더 필드는 상기 페이로드 필드의 데이터율과 코딩 정보를 나타내는 영역, 상기 페이로드 필드의 데이터 길이를 나타내는 영역 및 헤더 검사 수열을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 헤더 필드는 1kbps의 데이터율로 맨체스터 코딩된 후에 BPSK 변조되는 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 페이로드 필드는 0-255 바이트의 데이터 영역과 2바이트의 프레임 검사 수열을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 페이로드 필드는 1, 2 또는 4 kbps의 데이터율의 맨체스터 코딩 또는 2, 4 또는 8 kbps의 데이터율의 NRZ-L 코딩 중에서 선택적으로 코딩된 후에 BPSK 변조되는 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  9. 8 항에 있어서,
    상기 NRZ-L 코딩된 결과물은 스크램블링된 후에 상기 BPSK 변조되는 것을 특징으로 하는 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 자기장 기반의 저주파 대역 무선통신의 물리계층 구성 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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