KR100762826B1 - 무선주파수인식 시스템의 리더 장치 - Google Patents

Abstract

리더와 태그 간의 거리 정보에 따라 태그로 출력되는 RF 신호인 질문 신호의 전력을 제어함으로써, 소비 전력을 최소로 줄일 수 있도록 한 무선 주파수 인식 시스템의 리더 장치가 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, RF 신호인 질문 신호를 증폭하여 태그로 공급하는 순방향 신호 처리부; 상기 태그의 응답 신호인 RF 신호를 복조한 후 복조 신호의 이득을 추출한 후 추출한 복조 신호의 이득 정보의 레벨과 기 설정된 기준 레벨과의 비교를 통해 상기 복조 신호의 이득 정보의 레벨을 기초하여 상기 리더와 태그 간의 거리 정보를 연산하는 역방향 신호 처리부; 및 수신 또는 송신 신호를 처리하고, 상기 역방향 신호 처리부의 거리 정보를 수신하여 수신된 거리 정보 및 미리 설정된 기준 레벨을 기초로 상기 순방향 신호 처리부의 RF 신호의 전력 레벨을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하는 프로세서를 포함한다.

RFID, 태그, 리더, USN, 유비쿼터스, 고주파방사, 무선전력전송

Description

무선주파수인식 시스템의 리더 장치{READER FOR RFID SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 구성도이다.

도 2는 도 1의 RFID 시스템의 기본적인 작용을 보여주는 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 RFID 시스템의 리더의 구성을 보인 도이다.

도 4는 도 3에 도시된 거리 측정부의 구성을 보인 도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 프로세서 20 : 순방향 신호 처리부

21 : 제1 주파수 합성부 23 : 송신부

25 : 커플러 30 : 역방향 신호 처리부

31 : 수신부 33 : 제2 주파수 합성부

35 : 거리 측정부 35a : 이득 검출부

35b : 디지털 변환부 35c : 거리 연산부

100 : 리더 300 : 태그

본 발명은 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification)의 리더 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하세는, 리더와 태그 간의 소비 전력을 최소로 줄일 수 있도록 한 무선 주파수 인식 시스템의 리더 장치에 관한 것이다

일반적으로 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification)은 최소형 IC 칩에 고유한 식별정보를 입력하고 무선주파수(RF)를 이용하여 이 칩이 부착된 물체나 동물 등을 인식·추적·관리할 수 있는 기술을 말한다. 이러한 RFID 시스템은 고유한 식별정보가 입력되고 물체나 동물 등에 부착되는 RFID 태그(Tag 또는 Transponder)와, 이 태그가 가지고 있는 식별정보를 비접촉식으로 읽거나 또는 쓰기 위한 리더(Reader 또는 Interrogator)로 이루어진다. 그리고 상기 리더에는 컴퓨터 등 정보처리장치가 연결되어 태그로부터 수집된 데이터를 처리한다.

도1은 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 태그(5)는 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그로서, 소형 반도체 IC 칩과 안테나로 이루어지고, 상기 IC 칩에는 RF회로, 로직 및 메모리가 내장되어 있다. 이러한 태그(5)는 다양한 크기와 형태를 갖는다. 그리고 리더(1)는 특정 주파수대역의 RF신호를 태그(5)로 전송하는 전송부와 태그(5)에서 보내주는 신호를 수신하는 수신부 및 이를 송수신하기 위한 안테나를 포함하여 구성된다.

도 2는 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 작용을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 리더(1)는 고주파 캐리어신호와 소정의 질문신호을 포함하는 소정 주파수대역의 RF신호를 전송한다. 상기 RF신호에 의해 형성되는 리더(1)의 전자기장 내에 태그(5)가 위치되면, 상기 태그(5)는 IC 칩을 동작시키는데 필요한 동작 전원을 리더(1)의 고주파 캐리어신호로부터 공급 받는다. 즉, 리더(1)에서 전송되는 고주파 캐리어신호는 태그의 안테나에 교류를 발생시키고 발생된 교류는 정류된 후 IC 칩을 위한 전기에너지로 사용되는 것이다. 또한 상기 태그(5)는 수신된 RF신호를 변조하고 이를 근거로 태그(5)에 저장된 데이터를 반사 변조하여 응답신호로서 리더(1)로 전송한다. 이와 같이 종래의 RFID 시스템은 리더(1)와 태그(5) 사이에 정보 전송은 물론 태그를 활성화 시키기 위한 전력 전송이 함께 수행된다.

일반적으로 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그(Passive tag)는 인식거리가 1m이하로 짧기 때문에 저주파(125kHz, 13.56MHz)의 근거리용 RFID 시스템이 주로 사용되고 있다. 이들 근거리용 RFID 시스템은 리더의 다권선 코일에 의하여 전원 및 신호를 송신하고 태그는 리더의 코일에 흐르는 교류 전류의 자계에 의한 자계결합(magnetic coupling) 방식에 의하여 전원 에너지 생성 및 신호를 수신한다. 따라서 수동형 태그를 사용하는 종래의 저주파 RFID 시스템은 태그의 인식거리가 짧기 때문에 물류관리, 출입관리 및 교통카드 등 한정된 목적으로 사용되었다.

한편, 읽기/쓰기가 가능하고 센서가 결합되어 이력관리 및 환경 정보 센싱이 가능하며 인식 거리가 긴 능동형 태그(Active tag)는 전력 소모가 크기 때문에 자체적으로 배터리가 내장되어야 한다. 따라서 이러한 능동형 태그는 소형화가 어렵고 가격이 고가이며 전원 수명에 따라 사용 기간이 제한 받는 단점이 있었다. 즉, 상기 리더와 태그의 거리와 무관하게 일정한 크기의 RF 신호가 상기 리더와 태그 간에 송수신되므로, 리더와 태그 간의 거리가 미리 설정된 인식 거리 이상인 경우 태그의 RF 신호에 대한 응답성이 저하되고, 그에 따른 소비 전력이 증가하는 문제점이 있었다. 따라서, 상기 리더와 상기 태그 간의 거리에 따라 통신하는 RF 신호의 크기를 조절하는 별도의 장치가 필요하였다.

본 발명은 이러한 종래 기술에 따른 RFID 시스템이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 리더와 태그 간의 거리 정보를 기초로 태그로 전송되는 RF 신호의 전력 레벨을 조절함으로써, RF 신호에 대한 응답성을 향상시키고, 소비 전력을 줄일 수 있도록 한 무선주파수인식 시스템의 리더 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무선주파수인식 시스템의 리더 장치는,

RF 신호인 질문 신호를 증폭하여 태그로 공급하는 순방향 신호 처리부;

상기 태그의 응답 신호인 RF 신호를 복조한 후 복조 신호의 이득을 추출한 후 추출한 복조 신호의 이득 정보의 레벨과 기 설정된 기준 레벨과의 비교를 통해 상기 복조 신호의 이득 정보의 레벨을 기초하여 상기 리더와 태그 간의 거리 정보를 연산하는 역방향 신호 처리부; 및 및

수신 또는 송신 신호를 처리하고, 상기 역방향 신호 처리부의 거리 정보를 수신하여 수신된 거리 정보 및 미리 설정된 기준 레벨을 기초로 상기 순방향 신호 처리부의 RF 신호의 전력 레벨을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하고,

여기서, 역방향 신호 처리부는,

상기 태그의 RF 신호를 증폭하는 수신부와,

상기 수신부의 태그의 RF 신호를 상기 순방향 신호 처리부의 출력 주파수 채널과 동일한 주파수 채널을 통해 수신하여 변조하는 제2 신호 처리부와,

상기 제2 신호 처리부의 변조 신호의 이득(gain)을 추출한 후 추출된 이득 정보의 레벨과 미리 설정된 기준 레벨에 따라 상기 리더와 태그 간의 거리 정보를 산출하는 거리 측정부를 포함하며, 여기서, 상기 거리 측정부는,

상기 제2 신호 처리부의 출력 신호의 이득을 추출하는 이득 검출부와,

상기 이득 검출부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 이득 정보를 출력하는 디지털 변환부와,

상기 디지털 변화부의 이득 정보를 상기 프로세서로부터 공급되는 기준 레벨을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 리더와 태그 간의 거리를 연산한 후 연산된 거리 정보를 상기 프로세서로 공급하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 태그로부터 공급되는 RF 신호의 이득을 통해 상기 리더와 상기 태그 간의 거리 산출하고, 산출된 거리 정보를 기초로 상기 태그로 공급하는 RF 신호의 전력 레벨을 제어함으로써, 태그의 RF 신호에 대한 응답성이 향상되고, 상기 리더와 태그의 거리에 따라 소비 전력이 가변되므로 전체 소비 전력을 줄일 수 있게 된다.

(실시예)

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예는 RF신호를 송수신하는 리더(100)와, 상기 리더(100)가 송신하는 특정 주파수대역의 RF신호(f1)를 이용하여 반사 변조(Backscattered Modulation) 방식으로 자신이 가지고 있는 정보를 상기 리더(100)로 전송하는 태그(300)를 가지는 RFID 시스템의 적용 예로 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 RFID 시스템의 리더(10)의 구조를 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 시스템의 리더(100)는, 수신 또는 송신되는 신호를 처리하는 프로세서(10)와, 상기 프로세서의 변조 신호를 RF 신호로 변환한 후 RF 용 안테나(ANT)를 통해 태그(300)로 공급하는 순방향 신호 처리부(20)와, 상기 태그(300)로부터 공급되는 RF 신호를 수신하여 복조하여 상기 프로세서(10)로 공급하는 역방향 신호 처리부(30)를 포함한다.

여기서, 상기 순방향 신호 처리부(20)는 상기 프로세서(10)의 변조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 발진된 소정의 반송파와 혼합하여 RF 신호를 출력하는 제1 주파수 합성부(21)와, 밴드패스 필터, 저잡음 증폭기, 및 자동이득제어기로 구비되고 상기 제1 주파수 합성부(21)의 출력 신호를 소정 레벨로 증폭한 후 커플러(25) 및 RF 용 안테나(ANT)를 통해 태그(300)로 전송하는 송신부(23)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 상기 역방향 신호 처리부(30)는, 상기 RF용 안테나(ANT) 및 커플러 (25)를 통해 수신된 태그(300)의 응답 신호인 RF 신호를 소정 레벨로 증폭하는 수신부(31)와, 상기 송신부(23)를 통해 태그(300)로 공급되는 주파수와 동일한 주파수 채널을 통해 상기 태그(300)의 응답 신호를 수신하기 위해 미리 설정된 기준 주파수에 위상 고정된 소정 주파수와 상기 수신부(31)의 출력 신호를 혼합하여 복조 신호(I 신호 및 Q 신호)를 출력하는 제2 주파수 합성부(33)와, 상기 제2 주파수 합성부(33)의 출력 신호의 이득을 검출하고 검출된 이득 정보와 상기 프로세서의 기준 레벨(ref)을 기초로 상기 리더(100)와 태그(300) 간의 거리 정보를 산출하는 거리 측정부(35)를 포함한다.

상기 역방향 신호 처리부(30)의 복조 신호 및 거리 정보는 프로세서(10)로 공급된다. 그리고 거리 정보를 수신한 프로세서(10)는 수신된 거리 정보에 따라 상기 송신부(23)의 출력 신호의 전력 레벨을 조절하기 위한 제어 신호(contl)를 발생하고, 이 제어 신호(,contl)는 상기 송신부(23)의 전력 증폭기(미도시됨)에 공급된다. 상기 제어 신호(contl)에 따라 설정된 전력 레벨만큼 증폭된 RF 신호(f1)는 RF 용 안테나(ANT)를 통해 상기 태그(300)와 수신 및 송신된다.

또한, 상기 RF 용 안테나(ANT)는 다이폴 안테나로서, 정류기(미도시됨)가 조합된 렉타나(Rectenna)이다. 상기 안테나(ANT)는 1/2파장의 다이폴 안테나의 중앙에 정류 다이오드를 접속한 구조이다.

여기서, 상기 거리 측정부(35)는 상기 제2 주파수 합성부(33)의 출력 신호의 이득을 검출하는 이득 검출부(35a)와, 상기 이득 검출부(35a)의 이득 정보를 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환부(35b)와, 상기 디지털 변환부(35b)의 출력 데이 터를 상기 프로세서(10)로부터 공급된 기준 레벨(ref)과 비교하고 비교 결과에 따라 상기 리더(100)와 태그 간(300)의 거리를 산출한 후 산출된 거리 정보를 상기 프로세서(10)로 공급하는 거리 연산부(35c)를 포함한다.

상기 거리 연산부(35c)의 거리 정보를 수신한 프로세서(10)는 상기 거리 정보를 기초로 상기 송신부(23)의 전력 증폭기의 전력 레벨을 조정하기 위한 제어 신호(contl)를 발생한다. 이 제어 신호(contl)는 상기 송신부(23)의 전력 증폭기에 공급된다.

따라서, 본 발명에 따른 RFID 시스템의 리더 장치는, 기존의 리더 장치에 비해 리더와 태그 간의 거리 정보를 산출하는 거리 측정부(35)를 더 포함하고, 상기 기존의 리더 장치의 프로세서(10)에 상기 거리 정보를 기초로 리더에서 태그로 공급되는 질문 신호의 전력 레벨을 조절하는 제어 신호(contl)를 발생하는 프로그램을 더 포함하는 것이다.

이와 같이 구비된 본 발명에 따른 무서 주파수 인식 시스템의 리더 장치에 있어서, 상기 프로세서(10)의 변조 신호(I 및 Q 신호)는 상기 제1 주파수 합성부(21)에 공급되고, 상기 제1 주파수 합성부(21)는 변조 신호를 발진된 소정 반송파와 합성한다. 상기 제1 주파수 합성부(21)의 출력 신호인 RF 신호는 송신부(23)에 공급된다. 상기 송신부(23)는 상기 제1 주파수 합성부(21)의 RF 신호는 소정의 전력 레벨로 증폭된 후 상기 커플러(25) 및 RF 용 안테나(ANT)를 통해 상기 태그(300)로 전송된다.

이때 상기 RF 신호는 어떠한 정보도 포함하지 않은 연속파(CW: Continuous Wave)를 포함하고, 이 연속파((CW)에 따라 상기 태그(300)가 활성화된다.

상기 리더(100)의 RF 신호를 수신한 태그(300)는 상기 리더(100)의 질문 신호에 대한 응답 신호의 RF 신호(f1)를 전송한다.

즉, 상기 태그(300)의 응답 신호(f1)는 RF 용 안테나(ANT)와 커플러(25)를 통해 역방향 신호 처리부(30)의 수신부(31)에 전송되고, 이 수신부(31)는 상기 태그(300)의 응답 신호를 밴드패스 필터, 저잡음 증폭기, 및 자동이득제어기를 통해 미리 설정된 소정 레벨로 증폭하고, 증폭된 상기 태그(300)의 RF 신호는 상기 제2 주파수 합성부(33)에 의거하여 상기 제1 주파수 합성부(21)의 출력 주파수 채널과 동일한 주파수 채널을 통해 출력된다. 이때 상기 제2 주파수 합성부(33)는 복조 신호(I 신호 및 Q 신호를 출력한다. 상기 제2 주파수 합성부(33)의 복조 신호(I 신호 및 Q 신호)는 상기 거리 측정부(35)의 이득 검출부(35a)에 공급되고, 상기 이득 검출부(35a)는 상기 복조 신호의 이득을 검출한다. 통상 상기 복조 신호의 이득은 스펙트럼 마스크를 통해 검출된다.

이때 상기 이득 검출부(35a)의 출력 신호는 디지털 변환부(35b)에 공급되어 이득 정보로 변환된다.

상기 디지털 변환부(35b)의 이득 정보는 거리 연산부(35c)에 공급되고, 상기 거리 연산부(35c)는 상기 디지털 변환부(35b)의 이득 정보의 레벨과 상기 프로세서(10)로부터 공급되는 기준 레벨(ref)과 비교하고 비교 결과에 따라 상기 리더(100)와 태그(300) 간의 거리를 연산한다.

상기 거리 연산부(35c)의 거리 정보는 상기 프로세서(10)에 공급된다. 상기 프로세서(10)는 수신된 거리 정보를 통해 상기 송신부(23)의 전력 증폭기의 전력 레벨을 조절하기 위한 제어 신호(contl)를 발생하고, 이 제어 신호(contl)를 수신한 송신부(23)는 전력 증폭기의 전력 레벨을 수신된 제어 신호(contl)에 따라 조정한다.

예를 들어 상기 리더(100)와 태그(300) 간의 거리 정보가 클수록 상기 송신부(23)의 전력 레벨이 크게 조절되고, 역으로 상기 리더(100)와 태그(300) 간의 거리 정보가 작을수록 상기 송신부(23)의 전력 레벨을 작게 조절함으로써, 상기 리더와 태그의 거리에 따라 리더(100)에서 상기 태그(300)로 공급되는 RF 신호의 전력 레벨이 가변되며, 가변된 전력 레벨에 따라 상기 제1 주파수 합성부(21)의 RF 신호는 증폭된 후 커플러(25) 및 RF 용 안테나(ANT)를 통해 태그(300)로 전송된다.

이 후의 과정은 앞서 설명한 바와 동일하므로 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선주파수인식 시스템의 리더는, 태그로부터 공급되는 RF 신호의 이득 정보를 통해 리더와 태그 간의 거리 산출하고, 산출된 거리 정보를 기초로 상기 태그로 공급되는 RF 신호의 전력 레벨을 제어함으로써, 태그의 RF 신호에 대한 응답성이 향상되고, 상기 리더와 태그의 거리에 따라 소비 전력이 가변되므로 소비 전력을 최소로 줄일 수 있는 효과를 얻는다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. RF 신호인 질문 신호를 증폭하여 태그로 공급하는 순방향 신호 처리부;

   상기 태그의 응답 신호인 RF 신호를 복조한 후 복조 신호의 이득을 추출한 후 추출한 복조 신호의 이득 정보의 레벨과 기 설정된 기준 레벨과의 비교를 통해 상기 복조 신호의 이득 정보의 레벨을 기초하여 상기 리더와 태그 간의 거리 정보를 연산하는 역방향 신호 처리부; 및

   수신 또는 송신 신호를 처리하고, 상기 역방향 신호 처리부의 거리 정보를 수신하여 수신된 거리 정보 및 미리 설정된 기준 레벨을 기초로 상기 순방향 신호 처리부의 RF 신호의 전력 레벨을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하는 프로세서를 포함하는 무선 주파수 인식 시스템의 리더 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 역방향 신호 처리부는,

   상기 태그의 RF 신호를 증폭하는 수신부와,

   상기 수신부의 태그의 RF 신호를 상기 순방향 신호 처리부의 출력 주파수 채널과 동일한 주파수 채널을 통해 수신하여 변조하는 제2 신호 처리부와,

   상기 제2 신호 처리부의 변조 신호의 이득(gain)을 추출한 후 추출된 이득 정보의 레벨과 미리 설정된 기준 레벨에 따라 상기 리더와 태그 간의 거리 정보를 산출하는 거리 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 인식 시스템의 리더 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거리 측정부는,

   상기 제2 신호 처리부의 출력 신호의 이득을 추출하는 이득 검출부와,

   상기 이득 검출부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 이득 정보를 출력하는 디지털 변환부와,

   상기 디지털 변화부의 이득 정보를 상기 프로세서로부터 공급되는 기준 레벨을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 리더와 태그 간의 거리를 연산한 후 연산된 거리 정보를 상기 프로세서로 공급하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 인식 시스템의 리더 장치.

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