KR20000049066A - 물품검색 시스템 - Google Patents

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KR20000049066A
KR20000049066A KR1019990703139A KR19997003139A KR20000049066A KR 20000049066 A KR20000049066 A KR 20000049066A KR 1019990703139 A KR1019990703139 A KR 1019990703139A KR 19997003139 A KR19997003139 A KR 19997003139A KR 20000049066 A KR20000049066 A KR 20000049066A
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머키니커넬므
웨브제이
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핀포인트 코포레이션
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Abstract

움직이는 태그를 추적하기 위한 시스템. 다수의 안테나모듈을 갖는 셀 제어기는 상기 태그에 의해 수신된 반송파신호를 발생시킨다. 태그는 상기 반송파신호의 상기 주파수를 이동시키고, 인식코드를 반송파신호 위로 변조시키며, 그리고 랜덤마이즈된 간격으로 상기 결과되는 태그 신호를 송신한다. 상기 안테나는 반응을 수신하고 처리하며, 그리고 삼각측량법 및 근접에 의해 상기 태그의 존재를 결정한다. 안테나에서 태그까지의 거리는 상기 왕복 신호시간을 측정하여 계산된다. 상기 셀 제어기는 상기 안테나에서 호스트 컴퓨터로 데이터를 보낸다. 상기 호스트 컴퓨터는 상기 데이터를 모으고, 상기 데이터를 분해하여 위치추정 한다. 데이터는, SQL 서버같은, 데이터창고에 보관된다.

Description

물품검색 시스템{ARTICLE TRACKING SYSTEM}
본 발명은 무선주파수확인(RFID) 시스템에 관한 것으로서, 특히, 빌딩을 통과하는 개인 및 물품을 연속적으로 추적하기 위한 RFID 시스템에 관한 것이다.
RFID 제품은 통상적으로 3가지 부품을 갖는다: (1)태그(식별되는 항목), (2)호출기(태그의 존재를 탐지하는 장치), (3)시스템(통상적으로 케이블, 컴퓨터, 그리고 유용한 해를 찾도록 태그와 호출기를 함께 묶는 소프트웨어를 포함). RFID 제품은 태그가 고정 또는 휴대용 호출기 범위 안에서 지날 때 태그를 탐지하도록 설계되어 있다.
RFID 시스템은 보통 바코딩을 위한 하이-엔드(high-end) 대체 기술로서 개발되었다. RFID 및 관련 시스템은 수동 RFID 시스템, 능동 RFID 시스템, 적외선 ID 시스템, 및 전자물품감시(EAS) 시스템을 포함한다.
수동 RFID 시스템의 태그는 내장형 전력을 지니지 못한다. 상기 시스템의 호출기는 태그를 위한 동작전력을 송신한다. 일반적으로, 상기 시스템은, 비록 다소 더 긴 범위가 성취될 수 있음에도 불구하고, 1미터 또는 보다 작은 탐지범위를 갖는다. 통상적으로, 상기 시스템은 125KHz의 무선 주파수대에서 동작한다.
대부분의 수동 RFID 시스템은 아래와 같이 동작한다. 호출기는 태그 전력을 위해 전자기장을 방출한다. 태그의 코일은 전자기장에 의해 가동되어, 태그회로를 "깨운다(wake up)". 태그는 상기 전력을 이용하여 호출기로 식별신호를 되돌려 보낸다.
비록 대부분의 수동 RFID 시스템은 읽는 동작만을 함에도 불구하고(즉, 상기 시스템의 태그는 자신의 기억장소에서 정보를 읽어 질문에 응답하고, 그리고 호출기로 정보를 돌려보낸다), 몇몇 수동 RFID 시스템에 이용된 태그는 호출기로부터 정보 및 지시를 받는데 제한된 능력을 갖으며, 예를 들어, 산업용 응용의 스마트 카드(전자화폐) 및 "전자송장"에서 읽고/쓰는 능력.
수동 RFID 태그는 접근 제어, 스마트 카드, 차량위치확인(AVI), 쓰레기 관리, 항목 추적, 동물식별, 제조업 제어, 재료취급, 및 여러 가지의 다른 목적과 연관되어 사용된다.
소정의 RFID 시스템의 한가지 기본적인 설계목적은 태그로부터 방출된 약한 신호가 호출기로부터 방출된 강한 신호로부터 구별되도록 하는 것이다. 상기를 하기 위한 몇 가지 방법이 아래 기술된다.
주파수 이동(half shifting). 상기 태그회로는 호출기로부터 반송파를 수신하여, 상기 신호를 다른 주파수로 변환하고, 상기 두 번째 주파수에 대해 변조된 반응을 방출한다.
반 이중통신방식 동작(half duplex operation). 상기 태그는 호출기에 의해 충전된다. 상기 호출기의 충전회로가 꺼져있을 때, 상기 태그는 저장한 전력을 이용하여 반응한다.
변조된 후방산란(madulated backscatter). 상기 태그는 자신의 안테나 횡단면을 변조하여 상기 호출기에 대해 자신을 인식한다.
지연된 재송신(delayed retransmission). 표면 어쿠스틱파(SAW) 장치는 지연 후에 상기 호출기의 반송파를 재 송신한다. 상기 태그의 인식은 지연된 응답에서 시간 변이에 의해 나타내어진다.
수동 RFID 시스템은 배터리 전력을 갖는 태그를 필요로 한다. 배터리는 3에서 100미터 사이의 긴 탐지범위를 허용한다. 상기 시스템은 수동 RFID 시스템보다 훨씬 더 정확히 태그 위치를 알아낼 수 있고, 전형적으로 400, 900, 또는 2440MHz 주파수대에서 동작한다. 능동 태그는 여러 개의 태그가, 각각의 태그가 번갈아 신호를 송신하도록, 태그 및 호출기 사이에 "핸드셰이킹(handshaking)"을 이용하여 호출기 범위 안에 있도록 하여준다. 능동 RFID 시스템에서 태그 및 호출기 사이의 통신은 수동 태그의 경우보다 더 빠르다.
대부분의 능동 RFID 태그는, 통신 프로토콜과 일치하여 폴링 될 때 호출기에 응답한다. 몇몇 능동 RFID 태그는 미리 결정된 간격으로 스스로 신호를 "알린다(chirp)(송신한다)". 태그의 송신된 신호는, 만일 태그가 호출기 범위 안에 있다면, 호출기에 의해 탐지된다.
적외선 시스템(IRID)은, RFID 시스템이 아니라, 이동 태그의 위치를 식별 및 탐지하려고 시도한다. 전형적인 IRID 시스템은 임의로 된 간격으로 태그 식별을 송신하는 태그를 포함한다. 천장에 위치한 적외선 판독기는 상기 송신을 탐지하고, 상기를 호스트에 보고한다. 태그로부터 판독기로의 송신률은 통상적으로 600보(baud)이다. 태그의 동작 탐지기는 태그가 움직일 때 더 빈번하게 송신한다. 태그는 전형적으로 도미노 크기 정도이다.
EAS 시스템은 소매환경에서 도둑질을 막는다. EAS 태그는 높이 신뢰할 수 없고, 비용이 매우 낮고, 능력이 제한된다. 비록 상기가 움직이는 태그를 추적할 수 있음에도 불구하고, EAS 태그가 코딩되지 않고 서로로부터 구별되지 않기 때문에, 상기는 RFID 제품으로 고려되지 않는다.
[발명의 요약]
이동 태그 추적 시스템은 태그에 의해 수신된 반송파 신호를 발생시키는 다수의 안테나모듈을 갖는 셀 제어기를 포함한다. 태그는 임의 간격으로 인식 코드를 송신함에 의해 반응하며, 상기 코드는 반송파 신호 위로 변조된다. 예를 들면, 안테나모듈은 천장에 위치하여, 반응을 수신 및 반응을 셀 제어기로 보내는데, 여기서 셀 제어기는 반응를 처리하고, 반응을 이용 근접 및 삼각측량에 의해 태그 위치를 계산한다. 소정의 안테나 모듈로부터 태그의 거리는 왕복시간을 측정하여 계산된다. 셀 제어기는 수신된 신호로부터 나온 처리된 데이터를 호스트 컴퓨터로 보낸다. 호스트 컴퓨터는 데이터를 모으고, 데이터를 분석하여 위치를 판단한다. 호스트 컴퓨터는, SQL 서버같은, 데이터 창고 안에 데이터를 모은다.
본 발명의 이점 중에서 하나 또는 더 많은 이점이 아래에 기술된다.
본 발명의 한가지 이점은 완벽한 시설을 갖춘 태그를 갖고 계속적인 통신에서 남아 있도록 의도되었다는 것이다. 상기 시스템은 심한 다중경로 효과의 존재에도 불구하고 태그의 위치를 확인하고 계산한다.
본 발명의 또 하나의 이점은, 전력 구동 태그의 수명이 근사적으로 배터리 수명이 되도록 하는, 저전력 소모를 필요로 하는 태그를 이용한다는 것이다. 더욱이, 태그는 이용되지 않을 시 저전력 모드로 들어가서, 더욱 전력을 보존할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 이점은 스케일러블(scaleable)하다는 것이다. 적은 수의 넓게 퍼져있는 안테나모듈은 시설 안에서 대략적으로 태그의 위치를 찾는데 이용될 수 있다. 만일 더 정확한 태그 위치를 바란다면, 부가적인 안테나모듈이 시스템에 쉽게 가산될 수 있다. 더욱이, 새로운 태그는 소정의 시스템을 재구성함 없이 시스템에 가산될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 이점은 태그 신호의 충돌로 인한 문제를 완화한다는 것이다. 태그는 자발적으로 깨어나고 랜덤마이즈된 기초 위에서 "보내기(chirp)"때문에, 여러 태그가 동시에 신호를 송신할 수 없다. 더욱이, 소정의 환경에서 시스템은 태그 신호 충돌이 일어나고 자발적으로 반응하는 시간을 예측할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 이점은 태그가 동시에 다수의 셀 제어기에 반응한다는 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 아래의 기술 및 청구항으로부터 명백해진다.
도1은 본 발명에 따라 구성된 시스템의 개략도이다.
도2는 고층 건물 내에 배치된 여러 개의 셀 제어기를 도시한 것이다.
도3은 본 발명에 따라 설계된 태그 RF의 블록다이어그램이다.
도4는 태그의 선택적인 실시예의 블록다이어그램이다.
도5A-5G는 시스템의 여러 단계를 통과할 때의 신호의 다이어그램이다.
도6은 셀 제어기 RF 설계의 블록다이어그램이다.
도7은 셀 제어기 능동 안테나모듈의 블록다이어그램이다.
도8은 변조기 RF 설계의 블록다이어그램이다.
도9는 셀 제어기 케이블 익스텐더(extender) 모듈의 블록다이어그램이다.
도10은 셀 제어기의 블록다이어그램이다.
도11은 일련의 상호관계로부터 태그 데이터의 추출을 설명한 도면이다.
도12A-C는 태그 데이터그램의 다이어그램이다.
도13은 지연소자를 포함하는 태그를 도시한 것이다.
도14는 여러 개의 셀 제어기가 병렬로 동작하는 체인을 수신하는 것을 도시한 것이다.
도1을 참조하여, 물품검색시스템 100은 아래의 일반적인 부품을 포함한다.
태그: 비싸지 않은 소형 RF 트랜스폰딩 태그 101a-c는 사람 및/또는 검색될 항목에 부착된다. 태그 101a-c는 주기적으로 "일어나서(wake up)", 그리고 무선 코딩된 독특한 인식코드(UID)를 "송신한다". 태그101a-c는 상기의 범위가 전형적인 옥내 환경에서 15-30m가 되도록 설계되며, 상기 범위는 태그 배터리의 수명을 보존할 필요 및 태그 101a 및 태그 배터리가 소형 및 얇아야 한다는 필요조건에 의해 주로 제한된다.
셀 제어기: 셀 제어기 102a-c는 태그 101a-c의 소리를 탐지한 다음, 상기 태그 101a-c로부터 셀 제어기 102a-c에 연결된 능동 안테나모듈 104a-d까지의 거리를 계산한다. 각각의 안테나 모듈은 송신안테나 및 수신안테나를 갖는다. 도1에서, 안테나모듈은 셀 제어기 102b에 연결되고, 102c는 간략화를 위해 생략된다. 셀 제어기 102a는 전형적으로 케이스 안에 포함되어, 천장 뒤에 설치된다. 셀 제어기 102a는 전형적인 벽 코드구멍 또는 등가로부터 전력을 수신할 수 있다. 셀 제어기 102a는 동축케이블 103a-d를 통하여, 옥내시설 110의 지역을 적용범위로 하는 안테나모듈 104a-d에 각각 부착된다. 태그 101a에 의해 송신된 태그 신호 107은 하나 또는 더 많은 안테나모듈 104a-d에 의해 수신되어, 디지털신호처리(DSP) 칩과 같은, 셀 제어기 102a내의 칩에 의해 처리된다. 상기 처리과정으로부터 결론되는 정보는 태그 101a의 송신 그리고 태그 101a 및, 예를 들면, 각각의 수신 안테나모듈 104a-d 사이의 거리를 알아내는데 이용된다.
호스트 컴퓨터: 셀 제어기 102a-c는 호스트 컴퓨터 105를 갖고 데이터통신 내에 존재하는데, 여기서 호스트 컴퓨터는 셀 제어기 102a-c로부터 이용할 수 있는 데이터 및 정보를 모은 다음 데이터를, SQL서버 같은, 개방형 데이터베이스에 보관한다.
사용자 적용: 더 양호한 옵션으로, 고객용 워크스테이션 120a-c는, LAN 115와 같은, 통신망을 통해 호스트 컴퓨터 105와 통신한다. 각각의 워크스테이션 120a-c에 대해 운영하는 고객 적용은 SQL 서버를 접근할 수 있고, 최종 사용자에게 유용한 방식으로 데이터를 제공한다.
태그 101a는 자신의 무선 신호를 발생시키지 못한다. 안테나모듈은, 예를 들면 안테나모듈 104a에서, 첫 번째 주파수에서, 예를 들면 2440MHz, 직접 시퀀스 스프레드(spread) 스펙트럼 호출기 신호 106을 연속적으로 송신한다. 태그 101a는 상기 신호 106을 수신하여, 상기의 UID 코드를 신호 106위에 변조한 다음, 곧바로 5780MHz인 주파수 이동된 신호 107를 안테나 104a로 역 송신한다. 안테나모듈 104a로부터 태그 101a까지의 거리는, 선로 또는 전자공학에서 정해지고 알려진 지연을 설명하기 때문에, 송신의 왕복시간으로부터 셀 제어기 102a에 의해 결정될 수 있다. 셀 제어기 102a는 태그 101a로부터 각각의 안테나모듈 104a-d(귀환신호 107을 수신하는)까지의 거리를 얻기 위해서 안테나모듈 104a-d사이에서 빨리 스위치 할 수 있으며, 상기로부터 정보는 삼각함수기술에 의해 태그의 위치를 결정한다.
시스템 100은, 결정되는 태그 위치의 정밀도를 향상시키기 위해서 존재하는 셀 제어기 102a-c에 부가적인 셀 제어기 및 존재하는 안테나모듈 104a-d에 부가적인 안테나모듈을 허락하도록 스케일러블하게 설계되었다. 도2는 셀 제어기 102a-c의 집합이 큰 고층빌딩 110에서 전개되는 방법을 도시한다. 도2에 도시된 것과 같이, 다층 셀 제어기 102a-c는 데이터를, 통상적으로 TCP/IP 통신망을 통하여, 호스트 컴퓨터에 제공한다. TCP/IP의 이용은 시스템동작을 위해 필요하지는 않고, 여러 종류의 데이터 프로토콜 및 전달 메커니즘이 이용될 수 있다. 예를 들면, LAN을 이용할 수 없다면, 호스트로의 연결은 RS485, RS232, RS422, 전력선 모뎀, 또는 제공된 전화선을 경유하여 수반된다. 선택적으로, 상기 케이블 이용을 위해 설계된 특수한 모뎀이 사용될 수 있다.
각각의 셀 제어기 102a-c는, 각각, 시스템 관리자에 의해 수정되는 정확한 구조로, 개별적인 층 130a-c를 충당하도록 장치된다. 130a층위에서, 상기의 안테나모듈 104a-d를 갖는 셀 제어기 102a는 천장 140a에 장치된다. 같은 구조의 장치가 나머지 층 130b-c위에서 이용된다. 안테나모듈 104a-d는 태그 101a의 수직 위치(즉, 바닥)는 안테나모듈 104a-d가 태그 101a로부터 강한 신호를 수신하는 것을 주목함에 의해 결정될 수 있도록, 아래쪽 및 수평으로 좋은 이득을, 위쪽으로는 빈약한 이득을 제공하도록 설계된다. 구조적으로, 그라운드 평면은 신호를 아래쪽으로 반사하도록 각각의 안테나 뒤에 놓인다. 태그 101a의 수평 위치는 안테나모듈 104a-d가 태그 101a로부터 강한 신호를 수신하는 것을 주목함에 의해 대략적으로 결정된다. 안테나모듈 104a-d에 대한 태그 101a의 수평 위치는, 호출신호 106 및 태그 신호 107의 결합된 비행시간에 기초하여, 태그 101a로부터 각각의 안테나모듈 104a-d가 이르는 거리를 평가하여 더 정확하게 결정될 수 있다. 셀 제어기 102a 및 상기의 안테나모듈 104a-d로 되어있는, 각각의 "셀"은 바다 공간의 수천 평방 피트를 커버한다. 각각의 셀은, 더 많은 셀이 존재하는 셀의 실행에 영향을 미치지 않고 부가되도록, 독립적으로 동작한다.
만일 사용자가 "지역(zone)"에 의해 태그의 위치를 알기를 원한다면, 지역당 1개의 안테나가 장치되어야 한다. 복도 아래쪽으로 움직이는 하나 또는 더 많은 태그 130a-c를 추적하기를 원하는 사용자는, 복도 130a-c를 따라 매 20 또는 그 정도의 미터마다 안테나모듈 104a-d를 장치할 수 있고, 태그 101a로부터 상기 안테나모듈 104a-d까지의 거리를 측정하여, 태그 101a의 선형위치를 계산할 수 있다. 태그 101a의 위치에 대해 삼각측량을 하기를 바라는 고객은 태그 101a가 적어도 3개의 안테나모듈 범위 내에 있도록 충분한 안테나모듈을 설치한다. 통상적인 설치는 평방피트당 상대적으로 저렴한 비용으로 "지역" 및 "복도" 적용범위를 갖는 완벽한 시설 110을 커버하고, 시간에 대해서는, 태그의 위치에 대한 삼각측량을 위해 충분한 안테나모듈을 갖는 소정의 영역을 업그레이드한다.
태그 RF 설계
도3을 참조하여, 태그 RF회로 300은 태그 수신안테나 301에서 신호 106을 수신하고, 태그 송신안테나 312에서 신호 107을 송신한다. 태그 RF회로 300의 기능은 주파수 자동중계에 의해 들어오는 스프레드 스펙트럼 신호 106을 트랜스폰드(transpond)한다는 것이다. 태그 RF회로 300의 두 번째 기능은, 마이크로프로세서 308아래, 태그 데이터를 방출된 태그 신호 107위에 변조한다는 것이다. 태그 신호 107위에 방출된 정보는, 본 발명의 더 양호한 실시예로, 동작지시기 또는 저전력지시기에서 유도된 것과 같은 태그 데이터 309, 데이터그램 헤더, 태그의 일련번호를 포함한다.
상기 들어오는 신호 106은 직접적인 시퀀스 스프레드 스펙트럼 신호이며, 바이페이스(biphase) 또는 직교(quadrature)는 2440MHz 주파수대에서, 셀 제어기 102a로부터 변조된다. 상기 신호 106은, 신호 106을 모아 상기 신호를 태그 RF회로 300에 제공하는, 태그 수신안테나 301에 의해 수신된다.
상기 신호 106이 태그 수신안테나 301에 의해 수신된 후에, Rx(수신) 대역필터 302는 태그가, 레이더신호, 전자 뉴스게더링(newsgathering) 신호 등과 같은 종류의 것은 제거하고, 2440MHz ISM 주파수대역에서만 신호를 수신하는 것을 보장한다. 하나의 실시예로, 필터 302는 회로보드에 삽입된 에칭되어 연결된 스트립라인 필터로서 장치된다. 신호 106은 수신된 신호가, 신호대잡음비(SNR)를 감쇠없이, 주파수믹서 304로 믹싱되는 것을 보장하기 위해 증폭기 303에 의해 증폭된다.
주파수믹서 304는 2440MHz에서 5780MHz로 반송파 주파수를 변환시킨다. 중앙주파수 2440MHz를 갖고 들어오는 신호는 중앙주파수 3440MHz를 갖는 위상고정 오실레이터(PLO) 305의 출력과 같이 믹스된다. 상기는, 차이 주파수 및 다수의 고조파 및 부고조파가 대역필터 306으로 제거되었기 때문에, 합 주파수가 5780이 된다. 하나의 실시예로서, PLO 305는 3개의 위상고정루프(PLL) 칩으로 되어있다: (1)전압제어오실레이터(VOC)로부터의 샘플된 출력; (2)10MHz 오실레이터에서 나온 기준 톤(tone); (3)마이크로프로세서 308에 대한 주파수 프로그램 인터페이스. 상기는 3340MHz 태그 LO주파수에서 좋은 위상잡음을 갖는 순수한 톤을 발생시킨다. 다른 실시예로서, PLO 305는, 바라는 3340MHz 결과를 주기 위해 두 배가되는, 1670MHz 톤을 출력한다.
태그 RF회로 300의 다음 성분은, 마이크로프로세서 308 제어 하에, 5780MHz 신호를 변경하지 않고 또는 신호의 위상을 180도 변화시켜서 통과시킬 수 있는 바이페이스(biphase) 변조기 307이다. 변조기 307은, 도8에 도시된 것과 같이, 180도 하이브리드(hybrid)를 제공하는 단일 폴로 두 번의 동작을 하는 RF 스위치 801로서 실행된다. 여러 가지 형태의 변조가, 온-오프(on-off)키(OOK) 변조, 2진위상이동키(BPSK) 변조, 다중위상이동키(MPK) 변조, 그리고 직교(quadrature)(QAM) 변조를 포함하여 이용된다. BPSK는 선호하는 변조형태이다. 변조기 307로부터의 출력은 증폭기 310속으로 제공되어, 송신기 대역필터 311에 의해 필터링되며, 출력필터 311은 태그 신호 107로서 송신안테나 312로부터 방출된다. 증폭기 310은 고주파에서 동작하기 때문에, 많은 전력을 소모하고, 다른 실시예(도4에 보여진 것과 같이)가 불필요한 상기 증폭기 310을 양호하게 해준다. 5개의 폴 필터로 실행되는, Tx 필터 311은 FCC부품 15 필요조건을 갖는 태그 승낙을 보장하는 것이 필요하다.
도3에 도시된 태그 RF 회로 300은 동작할 수 있고, 명백한 실시예를 갖는, 태그 101a-c의 일반적인 기능을 설명한다. 상기 기술에 익숙한 사람들은, 전력의 보존 및 이용할 수 있는 부분을 최대한 이용, 또는 같은 기능을 주문형 ASIC로 하여주기 위해서 다수의 기능을 하나의 성분으로 결합할 수 있다. 도4는 도3에 도시된 것과 같이 동일한 기본적인 기능을 이행하는 선택적인 실시예 400을 도시하였으나, 더 적은 부품을 갖고, 더 적은 전력을 이용한다. 도4에 도시된 회로 400 및 도3에 도시된 회로 300사이의 가장 중요한 차이는 도4의 변조기 404가 여러 개의 부품를(예를 들면, 증폭기 310이 제거된다) 줄이고, 전력을 보존하기 위해서 주파수 믹서 406앞에 놓인다는 것이다.
주파수 믹서 304(도3) 또는 시간지연소자(도13)대신에, 다른 신호송신 판별장치가 다른 방법에 의해 트랜스폰드하도록 이용된다. 예를 들면, 태그 101a와 같은 태그는 후방산란, 믹싱에 의한 주파수 변환, 신규 고조파를 취함에 의해 주파수 변환, 신규 부고조파, 또는 신호지연(SAW 장치를 경유하는 것과 같은)에 의한 주파수 변환을 이용하여 트랜스폰드 할 수 있다.
도4에 도시되지는 않았지만, 태그 RF 회로에 바람직한 것은 마이크로프로세서 내의 PLO 407 및 클락 시간 둘을 위해 공통의 크리스털 기준을 이용하는 것이다. 정확한 시간은, 절대적이지는 않지만, 태그 101a가 태그 신호 107를 송신하려는 시간을 셀 제어기 102a-c가 예측할 수 있게 하여주기 때문에, 중요한 시스템 특성이다. PLO 407 및 마이크로프로세서 405 클락 시간에서 동일한 크리스털 기준을 이용하는 것은 셀 제어기 102a가 수신된 신호(아래 기술된 것과 같이)에서 위상 이동을 측정하여 소스를 정확히 재게 하여주고, 상기의 클락 타이밍에 동기화 하도록 하여준다.
도4에 도시되진 않았지만, 몇몇 응용에 바람직한 것은, 송신안테나 409 및 수신안테나 401이 단일 소자로 결합되는 구체화며, 상기는 단일 안테나 구조를 갖는 디플렉서(diplexer)를 이용한다.
태그 101a-c가 전력을 공급받는 방법은 상기 적용에 의존한다. (도3 및 4는 태그 전력 소스를 생략한다는 것을 주목.) 전형적으로, 태그 101a는, 마이크로프로세서 405 제어 하에 켜지고 꺼지는 RF 단계를 갖고, 배터리로 전력이 공급된다. 더 양호한 실시예로서, 마이크로프로세서 405는, 태그 101a가 다시 켜질 때까지 단지 기다리는, 저전력 상태로 들어간다. 선택적인 실시예로서, 모든 태그회로 400은, 상기 시간 소스와 같이 회로 400에서 RC 시간상수를 이용하여, 아날로그 제어하에 켜고 끄는 과정을 주기적으로 한다.
도3 또는 4의 태그 RF회로 300 또는 400을 이용하여, 만일 태그 101a가 2개의 셀 제어기 102a-c의 범위 안에 있고, 상기 셀 제어기가 낮은 십자형 코릴레이션 특성을 갖는 의사잡음을 보낸다면, 태그 101a는 2개의 신호를 동시에 정확하게 트랜스폰드 할 것이다.
태그 101a는, 위 및 아래로 충전하기 위해서, 밀리초 차수의 시간 주기를 필요로 한다. 통상적으로, 상기 짧은 주기동안, 태그 101a-c는 이용하기에 충분히 안정하지는 않지만, 그럼에도 불구하고 송신안테나 409를 통하여 무선 채널로 RF를 방출한다. 무선 대역폭은 제한되는, 높은 실행능력을 갖는 적용에서, 마이크로프로세서로 제어되는 스위치가 상기 가짜 방출을 제거하기 위해 태그 송신 고리에 부가된다.
도3 및 4에 도시된 태그 RF 회로 300, 400은 서로 다른 쌍의 주파수와 연관되어 이용될 수 있다. 전술된 일반적인 접근은 소정의 2개의 허락할 수 있는 FCC 스프레드 스펙트럼 주파수대역에서 동작한다. 예를 들면, 아래의 조합은 FCC 규정 부분 15.247에서 무허가 라디오에 허용된다.
915MHz는 2440MHz로 변형된다.
915MHz는 5780MHz로 변형된다.
2440MHz는 915MHz로 변형된다.
5780MHz는 915MHz로 변형된다.
5780MHz는 2440MHz로 변형된다.
그렇지만, 스프레드 스펙트럼 동작은 필요하지 않고, 2개의 허가된 협대역에서 이용될 수 있다. 그렇지만, 2440 및 5780MHz 주파수대역에서 스프레드 스펙트럼 동작은 토론의 나머지 부분에서 맡는다.
시간 지연을 갖는 태그
도3 및 4에 도시된 태그 RF 회로 300, 400은 주파수분할다중접근(frequency division multiple access)을 이용하고, 태그회로 300, 400은 서로 다른 주파수 위로 신호를 수신 및 방출한다. 대체 구체화 1500은, 도13에 도시된 것과 같이, 시간분할다중접근(time division multiple access)을 이용한다. 실제 예를 들을 목적으로, 도13에 도시된 태그회로 1500은, 915mHz와 같은, 하나의 주파수에서 어떤 신호를 수신안테나 1501에서 입력으로 태그하고, 마이크로초 지연 후에 동일한 주파수에서 송신 안테나 1508을 통하여 동일한 신호를 방출한다. 셀 제어기 102a와 같은, 셀 제어기는 매 2마이크로초마다 한꺼번에 호출신호 106을 송신한다. 태그 101a와 같은, 태그는 상기 신호를 수신안테나 1501를 통하여 입력으로 취한다. 그때, 상기 신호는, 도3 및 4에서와 같이, 성분 1502-1504를 통해 지나간다. 그런 다음, 시간지연소자 1505는 마이크로초동안 지연하는데 이용된다. 그때, 상기 신호는 송신 대역통과필터 1507를 통해 지나고, 송신안테나로부터 방출된다. SAW 장치는 시간지연소자 1505로서 이용된다. 시간지연동안, 셀 제어기는 송신을 중단하고, 상기 환경에서 호출신호 106의 반사는 극소 레벨로 소멸한다. 상기 반-이중통신방식의 접근은, 비록 완전-이중통신방식의 주파수 이동 접근보다 더 낮은 밴드폭을 갖음에도 불구하고, 단일 주파수 동작을 허락한다. 주파수를 변환시키는 태그에서와 같이, 지연에 기초한 태그는 180도 위상 이동에 의해 반응 신호를 변조할 수 있다. 다른 면에서, 도13에 도시된 태그 설계도 1500은 도1 및 4에서 도시된 것들과 유사하다.
셀 제어기 RF 설계
도6은 셀 제어기 102a의 무선 단계를 보여준다. 안테나모듈 104와 같은, 안테나모듈의 구성은 도7에 도시된다. 셀 제어기 102a 및 상기의 원거리 안테나모듈 104a-d는 기저대역의 방형파 입력을 2440MHz로 변조하고, FCC 송신 필요조건에 따르도록 결론되는 2440MHz 신호를 걸러내고, 선택된 안테나모듈을 통하여 2440MHz 신호를 걸러낸 신호를 송신하고, 동일한 안테나모듈을 통과하는 5780MHz의 귀환 태그 반응을 수신하며, 복조된 기저대역 신호의 I(Inphsae) 및 Q(Quadrature) 성분을 뽑아내고, 다음 처리과정을 위해 결과를 디지털화 한다.
도10은 셀 제어기 디지털 부시스템 650의 주요 부품을 도시한다. 요약하면, 디지털 부시스템 650은 기저대역 입력신호 601를 제공하고, 수 나노초 후에 태그 102a로부터 복조된 반응 107를 수신한다. 전술된 것과 같이, 마이크로프로세서 1001은 무선 시스템의 행동을, 아래의 경우에 의해, 변환시킬 수 있다. (a) 기저대역 입력신호 601를 수정 (b) 칩 비율, 의사잡음 시퀀스(sequence) 길이, 그리고/또는 의사잡음 시퀀스 코드를 수정 (c) 좁은 범위 안에서 무선 송신기 1002의 송신주파수 610 및 무선수신기 1003의 수신주파수를 수정 (d) 무선송신기 1002의 송신 이득 및 무선수신기 1003의 수신 이득을 수정 (e) 안테나모듈 104a-d를 스위칭.
태그 102a로부터의 복조된 반응 107은 수신기 라디오 1003에 의해 I(Inphase) 및 Q(Quadrature) 성분으로 분리되고, 디지타이저 636에 의해 디지털화 된다. 정수 DSP 프로세서 1004, 예들 들면, TMS 320c54는, 높은 속도록 코릴레이션 동작을 실행하여, 디지타이저 636으로부터 출력을 줄인다. 만일 2진위상이동키(BPSK) 변조가 송신측에서 이용된다면, I 및 Q채널은 개별적으로 코릴레이션되고 결합된다. 직교(Quadrature) 위상이동키(QPSK) 변조의 경우에, 각각의 채널은, 각각의 시퀀스에 한번씩, 2번 콜릴레이션되야 한다. 정수 DSP 1004로부터 코릴레이션된 데이터는, 펜티움 프로세서와 같은, 마이크로프로세서 1001에 의해 처리된다. 비용절감 및 높은 실행을 위해, TMS 320C30과 같은 부동소수점 DSP 프로세서, 보다 강력하지 않은 x86 프로세서가 이용될 수 있다. 마이크로프로세서 1001 및 호스트 컴퓨터 105 사이의 통신은, 더 양호한 이더넷(ethernet)을 갖는, TCP/IP를 이용하여 수행된다.
송신회로에 입력인 데이터는 의사잡음 스프레딩 시퀀스인 기저대역 입력신호 601이다. 시퀀스 및 시퀀스에서 코딩된 코드의 길이는 셀 제어기 마이크로프로세서 1001에 의해 정해지고, 신호처리 필요조건에 따라서 변환될 수 있다. 31 또는 127비트 시퀀스는, 각각 15dB 및 20dB의 압축이득을 주기 때문에 통상적이다. 2440MHz 및 5780MHz의 주파수대역은 40MHz의 기저대역 입력신호 601을 제공하고, 셀 제어기 102a는 상기의 완전 대역폭이 이용되도록 설계된다.
도5A-5G는 호출신호가 셀 제어기 RF회로 600의 여러 가지 단계를 통과할 때의 상기를 보여준다. 도5A는 변조기 500으로의 방형파 기저대역 입력을 도시한다. 도5B는 디지털로 코릴레이션된 510의 상기 기저대역 입력을 도시한다. 도5C는, 중앙 주파수가 2440MHz인 스펙트럼 어넬라이저를 통해 본, 변조기 602의 출력 520을 도시한다. 도5D는, 중앙 주파수가 5780MHz인 스펙트럼 어넬라이저를 통해 본, 태그 신호 107의 출력 530을 도시한다. 도5E는, 상기의 I 545 및 Q 540 성분으로 분리된, 태그 107로부터의 복조된 반응을 보여준다. 도5F는 I 및 Q 성분, 디지털로 코릴레이션된 550을 도시한다. 도5G는, I 및 Q 성분 560을 결합하는, 코릴레이션된 파형의 2차 미분의 음을 도시한다.
변조기 602(도6)는 기저대역 입력 601를 2440MHz 반송파 위로 변조시킨다. 여러 가지 형태의 변조가 이용되고, 상기 기술에 능숙한 사람들에게 잘 알려져 있다. BPSK 변조의 경우에, 변조기 602는, 도8에 도시된 것과 같이, 180도 하이브리드 결합기를 제공하는 단일 폴로 두 가지 동작을 하는 RF 스위치 801로서 실행된다. 변조기 602는, 다른 것으로 90도 1채널 오프??(offset)을 갖는 BPSK 변조기를 복사하는, QPSK 변조기로서 양호하게 실행되며, 여기서 각 채널은 받아들여질 수 있는 십자형 코릴레이션 특성을 갖는 서로 다른 기저대역 시퀀스에 의해 구동된다. 보다 높은 차수의 변조가 또한 가능하다. 변조기 602에 의한 변조기는, FCC 필요조건을 따르도록 필터링되는 것이 필요한, 수백MHz에 뻗치는 사이드로브(sidelobe)를 초래한다. 2440MHz 주파수대역은 인접한 주파수대역이며, 상기는, 넓은 패스밴드(passband)와 빽빽한 스톱밴드(stopband)를 결합하는 SAW 필터 607를 이용하여 설명된 실시예에서 이용하는 것이 언급된, 매우 강한 필터링 필요조건을 강요한다. 보다 넓은 패스밴드는 기저대역 입력신호 601에서 보다 빠른 칩핑율(chipping rate)을 지원하나, 보다 좁은 패스밴드는 방해전파를 피하기 위해 보다 넓은 범위의 주파수 변화를 이용 및/또는 향상된 신호처리 기술을 지원하기 위한 기회를 제공한다. 변조기 602는 이용할 수 있는 IF 필터 607과 같은, 통상적으로 200MHz에서 400MHz 범위의, 주파수에서 동작해야 한다. 전치증폭기 606은 SAW IF 필터 607보다 먼저 필요하고, 필터의 출력은 증폭기 608에 의해 증폭되는 것이 필요하다.
셀 제어기 회로 600에서 모든 다른 RF 오실레이터와 같이, 송신 IF 오실레이터 605는 10MHz 크리스털 소스 603에 위상 고정되며, 상기는 각각의 오실레이터에 대해 필터 및 스프리터(splitter) 방송망 604를 통하여 분포된다. 10MHz의 소스 603은 지나친 기저대역 위상 이동을 피하기 위해 태그 위에 있는 10MHz 소스의 수 KHz 안에 있을 필요가 있다.
IF 필터 607로부터 출력(증폭기 608로부터)은 위상고정오실레이터(PLO)로부터 출력을 갖는 믹서 609에 의해 믹스되고, 2440MHz의 반송파 주파수로 변환된다. PLO 611의 주파수는, 방해전파를 피하기 위해 및/또는 여러 가지의 향상된 신호처리기술을 위해 필요한 주파수 변화를 제공하기 위해서, 마이크로프로세서 제어 610 아래 좁은 범위 안에서 수정될 수 있다. 이용할 수 있는 주파수 변화의 정도는, 보다 느린 칩비율을 허용하지만, 보다 많은 주파수 융통성을 갖는 보다 좁은 주파수를 갖는, IF 필터 607의 명세서에 관련된다. 도6에 도시되지 않은 것은 바람직하지 않은 고조파를 제거하는데 필요한 필터 및 믹서 609의 출력으로부터의 차이주파수이다.
믹서 609를 따르는 것은 신호 106의 파워 레벨을 증가시키는 구동증폭기 612이므로, 케이블 103a를 원거리 안테나모듈 104a로 가설될 수 있고, 상기는 대역통과필터 613을 위해 믹서 609의 출력을 완화한다. 방향 커플러 616은, 원거리 안테나모듈, 예들 들면, 안테나모듈 104a-d로 송신되기 전에 신호 106을 검사하는 포트(port)를 제공한다.
마이크로프로세서 제어 615하에 감쇄기 615는 태그 101a-d가 근처에 있는 것으로 알려졌을 때 신호처리 소프트웨어가 출력 전력을 줄이도록 하여준다. 상기는 근처의 태그가 셀 제어기에 의해 지나치게 구동되었다고 알려진 상황에서 도움이 되며, 그리고/또는 신호처리 소프트웨어는 태그가 보다 선형 범위에서 동작하는 것이 필요하다.
그때, 상기 신호는, 송신된 106 및 수신된 107신호를 단일 선로 위에서 결합하여 주는, 디플렉서 618로 제공된다. 디플렉서 618은 송신 측에 관련된 수신된 신호 107를 감쇠 및 수신 측에 관련된 송신신호 106을 감쇠시키는 고역통과/저역통과 필터 조합 619a이다. Tx 및 Rx 대역통과 필터 613, 624의 존재 때문에, 디플렉서 618의 명세서는 엄격하지 않다.
도6에 도시된 셀 제어기 RF 단계 600은 한번에 하나의 원거리 안테나모듈 104a-d를 지원한다. 동일한 셀 제어기로부터 다수의 안테나를 지원하기 위해서, 시스템은, 마이크로프로세서 제어 620을 하나의 안테나로부터 다음 안테나로 빠른 스위치를 가능하게 하여주는, 스위치 619를 필요로 한다. 스위치 619는 RF를 태그한다음, 상기를 n케이블중 하나의 속으로 통과하는데, 여기서 n은, 예를 들면, 8 또는 16이다. 스위치 619는 또한 선택된 선로에 DC 전력을 제공한다. RF 신호는, DC 분리를 제공하는, 캐패시터(도시되지 않은)를 갖는 케이블속으로 커플링 되고, DC 파워는 RF 분리를 제공하는 RF 초크(choke)를 갖는 케이블 속으로 커플링 된다. 이리하여, DC 및 RF는 선택된 안테나로 동축케이블을 통하여 함께 전파한다.
안테나에서 DC의 상승시간은, 회로 내의 유효한 저항 및 안테나의 특성 및 동작을 위해 필요한 캐패시터에 의해 제한된, 100마이크로초 범위 안에 있다. 마이크로초 범위 내에서 안테나 스위칭 시간을 제공하기 위해서, 안테나에 대한 DC 전력은 RF가 스위치 되기 전에 미리 적재된다.
도7을 참조하여, 안테나 시스템 700에서, 결합된 DC 및 RF 신호는, 셀 제어기 102a로부터의 케이블 103a와 같은, 동축케이블을 통하여 도착한다. 바이어스 티(bias tee) 701는 DC신호 712로부터 RF신호 710을 분리한다. DC신호 712는, 가장 간단한 구체화 예에서 선으로부터 잡음을 제거 및 깨끗한 5V 전력 소스를 제공하는 필터가 존재하는, Tx/Rx 전력제어논리 702로 보내진다. 바이어스 티 701로부터 RF 출력 710은, 셀 제어기 102a에서 디플렉서 618과 동일한, 디플렉서 715로 제공된다. 상기는 FCC 의해 허락되는 전력레벨로 증폭기 703에 의해 증폭기에 의해 증폭되고, 선 및 FCC 규정을 따르는 증폭기 잡음을 제거하기 위해 필터 704에 의해 필터링 된다. 그때, 결론되는 신호는 송신안테나 705로 보내어진다.
송신안테나 705 및 수신안테나 706은, 상기 구체화에서, 전력이 바닥 및 천장에서 낭비되지 않고, 그리고 최소 전력이 위쪽으로 발산되도록, 수직방향으로 감소된 에너지를 제공 및 에너지를 측면으로 펼치는, 패치(patch) 배열이다. 태그 101a로부터 5780MHz 반응 107은 필터 707에 의해 필터링 되고, 증폭기 708에 의해 증폭되며, 그리고 케이블 103a을 셀 제어기 102a로 되돌려 보낸다.
시스템은, 예를 들면, 표준길이 20m인 케이블 103a-d를 이용하도록 설계된다. 케이블 익스텐더(extender) 모듈 900은 2개의 케이블 길이를 연결하고, 연장된 케이블 길이를 지원한다. 도9를 참조로, 모듈 900의 성분은, 다음 부분의 케이블을 구동하도록 충분한 이득을 제공하는, 낮은 잡음 증폭기 903, 904를 구동하는 케이블 103으로부터 DC 전력 910을 이용한다. 바이어스 티 906, 907은 RF신호로부터 DC전력 910을 분리하고, 디플렉서 908, 909는 수신신호 107로부터 송신신호 106을 분리하도록 동작한다.
도6을 참조로, 안테나모듈 104a로부터 셀 제어기 102a로의 귀환신호는 셀 제어기 수신 RF 체인 622로 스위치 성분 621, 619 및 디플렉서 618를 통해 통과한다. 상기 신호는 결합된 전치증폭기 623 및 대역통과 필터 624를 통해 통과하며, 상기의 정확한 배열은 선태그된 부분들에 기초하여 변한다. 마이크로프로세서 626하에 디지털로 제어되는 수신 감쇠기 625는 태그 101a가 근처에 있다고 알려질 때 수신체인을 포화시키지 않도록 이용된다. 상기는, 적절한 코릴레이션 및 다른 신호처리를 위해 필요한, 수신된 신호 107의 I 및 Q 성분 사이의 관계를 잃지 않도록 하는 것이 필요하다.
그때, 상기 신호는 I-Q 0 IF 복조기회로 627-623에 들어간다. 전술된 것과 같이, 마이크로프로세서 Rx 주파수 제어 635는 송신체인에서 상기의 부본과 제휴하여 놓여야 한다. 도5E에 보여진 예에서, 결론되는 신호는 디지털 신호처리의 준비로 디지타이저 636(도10)에 제공된다.
전술된 구체화는, 셀 제어기가 소정의 시간에 단지 하나의 안테나로부터 송신 및 수신할 수 있다. 향상된 실행은 서로에게 독립적으로 송신 및 수신 안테나를 선택함에 의해 성취된다. 셀 제어기의 소프트웨어는 안테나모듈이 태그로부터 최상의 신호를 수신하는 것을 결정한다. 예를 들면, 태그 101a와 같은, 특별한 태그가, 안테나 104a와 같은, 어떤 안테나에 가깝다면, 그때, 안테나 104는 태그 104a로부터 강한 신호를 수신한다. 셀 제어기 102a는, 안테나 104a로부터, 신호 106과 같은, 신호를 송신하고, 안테나 104b, 104c, 그리고 104d에서 교대로 트랜스폰드된 반응 107을 수신한다. 상기는 안테나 104b-d에서 수신된 보다 강한 신호를 초래하고, 상기 신호를 비교하면, 안테나 104b-d가 수신한 신호는, 각각의 안테나모듈 104b-d로부터 독립적으로, 송신된 신호 106 및 수신된 신호 107를 갖는다.
도14에 도시된 설계도 1600은 병렬로 동작하는 다수의 수신체인 1610a-1610n을 제공한다. 각각의 수신체인 1610a-1610n은 IQ 복조기, 디지타이저, 그리고 코릴레이팅 성분, 예를 들면, 정수 DSP들에 도시된, 정수 DSP 1620을 포함한다. 분리된 카드 위에 각각의 수신체인을 실행하는 것은 스케일러빌러티(scaleability)를 제공한다. 동일하게 송신된 신호를 위해 다수의 수신 안테나모듈을 이용은 셀 제어기 신호처리 소프트웨어가 다중경로를 격리하기 위해서 공간처리기술을 사용하도록 하여준다. 상기 기술은 다중경로로 변경된 반응은 각각의 안테나에서 서로 다른 특성을 갖는다는 사실을 이용한다.
비트 검색
실제 환경에서, 3중 코릴레이션 피크는, 도5B에 도시된 것과 같이, 수신된 태그신호 107로부터 유도된다. 무선회로에 소개된 왜곡은, 특히, 옥내의 다중경로 효과에 의해 일으켜진, 왜곡됐지만 명백한 코릴레이션 피크를 초래하며, 상기의 기능은 도5G 에 도시된다. 비트 검색을 위해, 가장 중요한 점은 코릴레이션의 존재를 신뢰성 있게 검색하는 것이고, 상기는 태그의 동작을 가리킨다. 도11은 태그 데이터가 일련의 코릴레이션으로부터 추출되는 방법을 보여준다. 도11에 도시된 도표 1110의 왼쪽 반에서, 태그는 "0"을 송신하고 있다. 상기는 태그 변조기 307이 변하지 않은 호출기신호 106을 지나도록 함에 의하여 수행된다. 수신된 태그신호 107이 송신된 의사잡음 시퀀스와 코릴레이션 될 때, 동일한 코릴레이션 피크 결과를 초래한다. 3개의 상기 피크 1120a-c는 아래에 기술된다. 4번째 코릴레이션 1120d 시간동안, 태그는, 도표 1110에 도시된 것과 같이, "1"을 지시하여 변조기의 위상을 180도 바꾼다. 변조기가 어떤 비트의 중간에서 바뀌기 때문에, 4번째 코릴레이션 데이터 피크 1120d는 변조되므로, 무시된다. 5 및 6번째 코릴레이션 피크 1120e-f는 명백히 180도 위상을 반사한다.
의사잡음 시퀀스 셀 제어기에서 마이크로프로세서하에 변경될 수 있다. 태그의 존재가 처음 탐지될 때, 도11에 도시된 것과 같이, 상대적으로 짧은 시퀀스가 이용되어야 한다. 일단 태그의 비트 시간이 확정되면, 향상된 SNR을 위해, 거리측정에 도움이 되는, 보다 긴 시퀀스를 이용하는 것이 가능하다.
도11에 도시되진 않았지만, 중요한 고려사항은 수신된 신호의 동상(inphase) 및 직교(quadrature) 성분 사이의 균형이 시간을 초과하여 표류한다는 점이다. 상기는 셀 제어기 102a 및 태그 101a에서 10MHz 소스는 전형적으로 수 KHz정도 다르기 때문이다. 상기 인자는, 수신된 신호의 동상(inphase) 및/또는 직교(quadrature) 성분의 변화를 주목하여 기저대역에서 탐지할 수 있는, 인접한 코릴레이션 사이의 위상차이를 주목하여 계산될 수 있다. 전술된 것과 같이, 상기 동일한 계산 과정이, 태그비트의 전이 시간을 정확히 측정할 필요 없이, 태그 춰핑(chirping) 시간을 정확히 예측하게 하는, 셀 제어기 클락을 기준으로 하여 태그 클락을 계산하는데 이용될 수 있다.
셀 제어기 및 태그 사이의 상호작용
각각의 태그는 외부 세계의 어떤 방법도 모르는 독립형 유니트이다. 각각의 태그는 제조시 태그와 연관된 독특한 인식 코드(UID)를 갖는다. 아주 짧은 주기의 시간동안, 태그는 주기적으로 깨어나며, 들어오는 2440MHz 신호 106을 나가는 5780MHz 신호107로 전환하고, 동시에 상기의 UID 및 다른 데이터를 태그가 송신한 나가는 신호 107 위로 변조시킨다. 태그는 다른 태그와 통신하지 않는다. 태그는 호출신호에 명백하게 반응하는 것이 아니라, 440MHz 주파수대역에서 소정의 들어오는 신호 106을 단지 트랜스폰드하며, 상기는 가까운 셀 제어기 안테나모듈 104a로부터 의사잡음 시퀀스를 포함 또는 포함하지 않을 수 있다. 상기 접근은 설계 및 태그 101a 의 제조를 크게 간략화 시킨다.
소정의 시간 몫에서, 2 또는 그 이상의 태그가 동시에 트랜스폰드할 것이다. 많은 경우에, 2개의 태그중 1개는 다른 태그보다 강한 신호를 돌려보내고, 어떤 데이터는 상기 충돌에서 손실된다. 반복 패턴에서 일어나는 충돌을 피하기 위해서, 태그는 "깨어나서", 임의의 시간에 태그의 UID를 송신하고, 상기의 시간은 태그의 UID를 구체화하는 의사난수(pseudorandom)의 수 발생기에 기초하여(태그 및 셀 제어기에 의해) 계산될 수 있다. 예를 들면, 대략 매 5초마다 송신하는 태그의 경우에, 태그는 0.0 및 2.0 사이에 의사난수의 수를 발생하고, 4.0초 최소 지연시간에 상기를 더하므로, 4.0 및 6.0초 사이에 균일하게 분포된 지연시간의 시퀀스를 초래한다.
내부 클락 또는 RC회로로부터 입력과 같은, 시간을 초과하여 시드(seed)를 변경시키는 수도랜덤 수 발생기에 대해, 아날로그 입력을 이용하는 것이 가능하지만, 순수한 디지털 구조는 셀 제어기 102a가 알려진 태그의 춰핑(chirping) 시간을 정확히 예측하게 하는 게 더 양호하다. 전형적인 의사난수의 수 발생기 아래 형식을 갖는다.
N=rand(seed) Formula 1
결론되는 N은 의사난수의 수 시퀀스에서 다음 의사난수의 수를 위한 시드로서 이용된다. 상기 종류의 의사난수의 수 발생기를 이용할 때, 2개의 태그이, 결국 상기의 태그 신호가 반복적으로 충돌하게 되는, 동일한 시드를 이용하는 것이 가능하다. 더욱이, 태그 클락의 조그만 차이로, 모든 쌍의 태그가 소정량의 시간동안 상기 동기화된 상태를 통하여 결과적으로 표류할 것이다. 상기 조건을 피하기 위해서, 전술된 것과 같이, 상기 태그를 위해 각각의 태그 UID를 지연시간에 통합하는 것이 바람직하며, 결국 각각의 태그를 위해 서로 다른 의사난수 시퀀스를 초래한다. 즉,
Delay = f(N,UID) Formula 2
상기 함수의 하나의 간단한 예제가 아래에 있다.
Delay=Xor(N, BitRotate(UID, AND(N,)) Formula 3
공식 3을 참조하여, N=Xor(Delay, BitRotate(UID, And(N,))를 계산함에 의해, UID, Delay 및 And(N,)으로부터 시드를 재구성하는 것이 가능하다.
도12a를 참조하여, 태그 데이터그램 1400의 하나의 구체화는 셀 제어기가 태그 존재를 탐지하도록 하여주는, 인식기 머리말(preamble) 1402 및 태그의 UID 1403을 수반하는, 헤더 1401를 포함한다. 예를 들면, 인식기 머리말 1402는 순환 여분 검사(CRC)와 같은 타당성 검사로서 설치된다. 매우 간단한 지연함수 및 높은 클락 안정도가 주어지며, 셀 제어기는 데이터그램 1400의 일련의 송신을 주목하여 태그의 송신 시퀀스를 추론할 수 있다.
도12b를 참조로, 태그 데이터그램 1410의 또 하나의 구체화 예에서, 태그는 지연정보 1414를 더하므로, 셀 제어기가 태그의 다음 송신시간 및 데이터그램 1410의 다음 송신을 예상하도록 하여준다. 공식 3의 예로서, 상기 정보는 데이터, 즉 지연 및 And(N,)를 포함한다.
도12c를 참조하여, 태그 데이터그램 1420의 또 하나의 구체화 예에서, 셀 제어기가 태그 데이터그램 1420에 포함된 UID 1423이 송신되기 전에 태그 존재를 탐지할 만큼 충분한 시간을 갖는 것을 보장하지 못하도록, 도 12a 및 12b의 데이터그램 1400, 1410에서 보다도 짧은 헤더가 이용된다. 데이터그램 1420에 부가된 것은, 비록 셀 제어기가 데이터그램 1420의 최초의 수신된 송신으로부터 태그의 본질을 인식하기에 충분한 시간이 없을 지라도, 셀 제어기가 태그가 다음으로 데이터그램 1420을 송신할 시간을 예측하도록 하여주는, 다음 송신의 송신지연 1425이다. 그때, 셀 제어기는 다음 송신을 예측 및 상기 시간에 태그의 본질을 확인할 수 있다. 일단 태그가 확인되면, 셀 제어기는 태그에 의한 모든 미래 송신의 시간을 계산하도록 태그의 의사난수 수 발생기를 복사할 수 있다. 도12c의 태그 데이터그램에서, 일련의 특별한 동기화 비트 1424는, UID 1423이 끝나는 시간을 신뢰성 있게 결정하기 위해, UID 1423 및 지연정보 1425 사이에 삽입된다. 상기 경우에, UID 1423은 동기화 시퀀스 또는 상기의 역을 포함하지 않도록 정의되어야 한다.
도12a, 12b, 그리고 12c는, 태그가 셀 제어기로 데이터를 송신하게 하여주는, 선태그할 수 있는 데이터 부분 1404, 1415, 1426을 포함한다. 상기 부분 1404, 1415, 1426은, 태그가 사람에게 부착되면 의학적 원격측정법을 위한 신진대사 정보와 같은, 태그에 부가된 외부 장치로부터, 또는 동작탐지기 또는 저전력지시기와 같은 것으로부터, 태그 내부로부터 데이터를 포함할 수 있다.
태그 UID에 관련된 인식기 머리말은 태그 UID보다 앞에 있다. 상기 인식기 머리말은, 태그의 완벽한 UID를 디코딩 할 필요 없이, 셀 제어기가 태그가 기대했던 것과 같이 송신하고 있는 것을 빨리 검증하도록 하여준다. 상기는, 다른 안테나 근처에 있는 서로 다른 태그와 통신하는 것과 같은, 다른 활동을 위해 셀 제어기를 자유롭게 하여준다. 인식기 머리말은 1402, 1412, 1422 및 태그 UID들 1403, 1413, 1423은 외부적으로 정해져 있고, 적절하다면, 에러보정비트를 포함하도록 정의될 수 있다.
태그의 UID는 태그내부로 하드코딩(직렬로 된 수)될 수 있다. 태그는 상기의 UID들에 기초하여 그룹 지어질 수 있고, 서로 다른 그룹은 서로 다른 셀 제어기와 관련된다. 각각의 셀 제어기는 어느 태그가 상기 셀 제어기와 관련 있는 그룹에 있는가에 대한 정보(또 다른 소스로부터 수신된)를 포함한다. 셀 제어기가 태그 시호를 수신할 때, 상기 셀 제어기는 상기 태그 신호가 상기 셀 제어기와 관련된 그룹의 태그에 의해 보내어 졌는지를 결정하기 위해서 상기 태그로부터 UID 정보를 끌어낼 수 있다.
도12a-c의 태그 데이터그램1400, 1410, 1420에서, 지연정보분야 1414, 1425 및 데이터분야 1404, 1415, 1426은 에러보정비트를 포함한다. 간략화 된 처리과정을 위해, 데이터는 반 바이트 스트림으로 줄여질 수 있다. 특별한 반 바이트를 위해 어떤 값을 보낼 것인가를 결정하기 위해, 태그는, 예를 들면, 반 바이트에다 에러보정정보를 더한 값을 나타내는, 8비트 값을 포함하는 테이블에서 반 바이트 값을 찾아볼 수 있다. 하나의 셀 제어기는 도12a-c에 도시된 3가지형의 모든 데이터그램 1400, 1410, 1420을 다룰 수 있다. 데이터그램 형의 선택은 특별한 태그를 위한 적용 필요조건에 의존한다.
셀 제어기가 태그 존재를 탐지하는데 걸리는 시간은 상기 셀 제어기 설계의 성질에 따라 변한다. 예를 들면, 안테나를 스위치 하는데 100마이크로초 시간이 셀 제어기가 16개의 안테나 중에서 순환할 때는 중요하다. 태그 신호가 셀 제어기에 의해 수신되는 최초의 시간에 태그가 식별되는 것을 보장하기 위해서, 태그 데이터그램 헤더는 상기의 모든 안테나를 시도할 셀 제어기 시간을 줄만큼 충분히 길어야 한다. 실행 필요조건이 초당 100태그의 범위에 있다면, 헤더에서 여분의 2 또는 3 밀리 초가 허용될 수 있다. 그러나, 높은 실행 필요조건의 경우에, 또는 태그 전력 소비가 최소화되어질 때, 셀 제어기를 향상시키거나 또는 도12c에 도시된 태그 데이터그램 1420형를 이용하는 것이 필요하다.
특별한 태그의 송신시간을 예측하여, 셀 제어기는, 안테나 및/또는 주파수 변화를 이용하여 태그 위치를 보다 잘 계산하기 위해서, 체계화된 방법으로 다양한 안테나로부터 태그 정보를 모을 수 있다. 태그가 반응이 기대될 때 정확하게 반응한다면, 셀 제어기가 올바른 태그로부터 신호를 수신하는 것을 합리적으로 확인하기 위해 텍 데이터그램 내에 송신된 모든 비트를 검색할 필요가 없다. 일정표대로 정확히 도착하는 정확한 인식기 머리말은 예측한 태그에 정확히 존재한다. 상기는 셀 제어기가 태그와 통신할 수 있든 없든 다양한 안테나를 시도할 기회를 제공한다.
태그 데이터그램 송신시 태그를 정확히 추적할 필요가 있다면, 상기 태그는 짧은 송신을 더 빈번하게 보내도록 만들어 질 수 있다. 예를 들면, 태그가 평균 매 10초마다 태그 데이터그램을 보내도록 만들어진다면, 매 0.5초 같이, 더 빈번하게 많은 짧은 코드를 송신하도록 만들어 질 수 있다. 상기 짧은 코드는 1비트 길이 만큼 짧을 수 있고, 송신하는데는 단지 수 마이크로초 걸린다. 그러므로, 매초마다 수백 개의 상기 송신이 통신채널의 조그만 퍼센티지만 소비한다. 셀 제어기는 각각의 상기 송신의 정확한 시간을 예측할 수 있으므로, 각각의 신호를 송신시간에 기초하여 시작하는 태그와 배합시켜준다. 에러보정코드는 하나의 태그의 긴 송신이 다른 태그의 빠른 송신에 의해 방해받지 않도록 배열될 수 있다. 셀 제어기는 대부분의 상기 충돌을 예측하는 데이터를 갖는다.
태그가 최초로 셀 제어기의 범위 속으로 삽입될 때, 서로 다른 태그의 데이터그램 송신사이의 충돌이 예측할 수 없는 방법으로 일어난다. 상기 영역으로 새롭게 삽입된 태그, 또는 상기의 송신 비율을 스스로 증가시키는 태그(동작탐지기 또는 "비상버튼"에 반응하는)의 송신은, 상기 셀 제어기102a에 의해 예측할 수 없고, 데이터 훼손을 일으킬 수 있다. 그렇지만, 일단 태그가 시별되면, 전의 충돌은 모델링 되고 의심스러운 데이터는 버린다. 대안으로, 만일 2개의 태그 신호가 충돌한다면, 셀 제어기는 안테나가 하나의 태그로부터 수신한 신호가 다른 태그로부터 수신한 신호보다 강하도록 안테나를 선택할 수 있다.
더 진보된 태그 설계에서, 상기 셀 제어기는 상기 태그가 셀 제어기에 의해 동작하도록 알려진 시간동안 태그에게 정보 및 지시항을 보내는 방법을 갖는다. 상기 지시항은 태그에 부착된 장치로 통과될 명령을 포함할 수 있다. 셀 제어기는, 가장 간단한 온오프 키 조작으로, 상기 정보를 다운로딩(downloading)할 수 있고, 또는 더 진보된 태그는 의사잡음 비트 시퀀스를 플리핑(flipping)하여 1 또는 0을 가리키게 한다. 일반적으로, 다운링크(downlink)(다운로딩) 접근은, 보다 상위 비트 다운링크 송신률은 전력을 보다 많이 소비하는 더 비싼 수신기를 필요로 하기 때문에, 태그 가격 및 특성 필요조건에 의해 결정된다. 그러므로, 셀 제어기는 특별한 태그에 지원되는 특징에 따라 자신의 행동을 채택하기 때문에, 단일 셀 제어기는 단지 읽기만 하는 태그, 읽고/쓰는 태그, 및 고속 읽고/쓰는 태그를 동시에 지원할 수 있다.
태그에서 셀 제어기로의 송신 시간은 태그(tag)되는 항목에 의존한다. 명세서 및 장비는, 분당 1번 정도로, 상대적으로 드물게 송신되도록 할 수 있다. 예들 들면, 안전한 시설로 사람에게 부착된 태그의 경우, 보다 빈번한 송신이 필요하다. 태그의 읽고/쓰는 버전에서, 송신시간은 셀 제어기의 명령에 대해 수정될 수 있다.
선택적인 태그 설계는 환경인자에 기초한 송신시간에 변화를 줄 수 있다. 예를 들면, 동작탐지기는 태그가 동작시 송신간 시간을 줄이도록 태그 내부에 삽입된다. 또 하나의 예로서, 태그는 방해를 받을 때 보다 빈번하고 보다 높은 전력으로 송신한다. 또 하나의 예로서, 태그는, 태그가 표준 전자물품감시(EAS) 탐지기 범위에 있을 때 보다 빈번하게 자신의 UID를 송신하게 하는, 조금 수정된 EAS 장치를 구체화한다. 보다 일반적으로, 만일 태그가 별개의 전자장치에 부착된다면, 송신간격은 상기 장치의 제어하에 수정될 수 있다.
태그 전력
태그 101a-c는 자신의 휴대성 및 수명을 연장시키기 위해 낮은 RF 전력 레벨을 송신한다. 부가적으로, 태그 신호 송신 107은 지속기간이 단지 수 밀리초가 되도록 설계된다. 그러므로, 비록 태그가 매 수초마다 자신의 UID를 트랜스폰드 하더라도, 주의 깊은 태그 설계는 태그 배터리 수명이 배터리 자체의 근사적인 저장수명이 되도록 하여준다. 저전력 사용의 경우라도, 동작탐지기는 송신이 태그 안정시 보다 빈번하지 않도록 태그 속으로 포함될 수 있다.
몇몇 경우에, 배터리 대체는 연결 메커니즘에서 배터리 통합을 수반한다. 예를 들면, 재사용 가능한 태그 전자장치가, 팔받이 내에 포함된 배터리를 갖는, 일회용 환자 팔받이에 부착될 수 있다. 또 하나의 예로서, 배터리는 ID 팔받이의 클립(clip)으로 통합될 수 있다. 보다 일반적으로, 배터리는, 다른 부분의 전자장치가 보다 비싸기 때문에, 능동 RFID 태그의 저렴한 일회용품으로 포함될 수 있다.
태그가 부착될 항목이 전력소스 자체라면, 태그는 상기 전력소스 속에 태핑(taping) 할 수 있다. 상기 접근은 태그가 장비 자체(휴대용 컴퓨터 같은) 내에 설계된, 또는 상기 장비 및 전력소스가 큰(지게차) 상황에서 가장 실용적이다. 보다 큰 전력소스는 보다 긴 태그 범위를 참작한다.
태그 위치 추정
태그 신호 107은, (1) 자신의 안테나모듈 104a-d로 오고 가는 배선 및 회로 때문에, 호출기신호 106을 송신하는 셀 제어기 102a에서 알려진 고정된 지연, (2) 안테나모듈 104a 및 태그 101a 내의 고정된 시간 지연, 및 (3) 호출기신호 106 및 태그 신호 107이 공기 속으로 전파하는 시간의 합이 되는 시간에 수신된다.
(1) 및 (2)가 고정되어있기 때문에, 감쇠는 공기중을 통과하는 호출기신호 106 및 태그 신호 107의 전파시간인 (3)때문에 일어난다. 셀 제어기 102a에 의한 2440MHz 반송파 신호 106로 변조된 의사잡음 시퀀스의 지속기간은 상기 신호 106 및 태그 신호 107의 결합된 전파시간보다 틀림없이 크다. 의사잡음 시퀀스를 코릴레이팅하는 기술은 잘 알려진 기술이다. 다중경로 효과가 없을 때, 셀 제어기 102a는, 도 5B에 도시된 것과 같이, 수신된 태그 신호로부터 단순한 3개의 코릴레이션 피크를 이끌어 낸다. 그러나, 대부분의 옥내환경에서, 실제 수신된 태그 신호는 도 5D-5G에 도시된 신호와 더 비슷하다. 옥내의 무선신호는, 화이트보드(whiteboard), 형광등, 파일 캐비넷, 엘리베이터 샤프트(shaft), 강철 빔, 및 동류와 같은, 여러 종류의 표면으로부터의 반사 때문에, 상당한 다중경로 효과에 지배된다. 태그 101a가 태그 신호 107를 송신할 때, 직접적인 태그 신호 107 및 반사된 신호의 합은 셀 제어기 안테나모듈 104a에 수신된다. 특별한 접근법이 이용할 신호 품질, 프로세싱 전력, 및 필요한 실행능력에 따라, 여러 종류의 접근법이 상기 정보로부터 코릴레이션 피크를 뽑아내기 위해 사용될 수 있다.
40MHz 칩 비율은, 약 25피트의 상승시간거리에 대응하는, 25나노초의 상승시간을 갖는 코릴레이션 피크를 초래한다. 태그 위치가 왕복 전파시간을 이용하여 계산되기 때문에, 그러므로, 단일 칩 정밀도는, 소정의 진보된 신호처리과정 없이, 태그 거리가 약 12피트 내에서 계산되도록 한다.
근사적인 태그의 위치는 코릴레이션된 신호대잡음비는 위에서 미리 정해진 레벨로 상승하는 시간을 주시하여 계산될 수 있다. 향상된 정밀도가 반송파 주파수의 조그만 변화를 주거나 가장 빨리 증가하는 주파수를 채택하여 수행될 수 있고, 상기 주파수 변화는 도4-6에 도시된 무선시스템에 의해 지원된다.
대체 접근법은 코릴레이션 함수의 피크를 찾는 방법이다. 개선된 결과의 경우, 신호지연은 십자 코릴레이션 함수의 이차 미분의 음을 취하거나, 도5G에 도시된 것과 같이, 신호의 피크 위치를 찾음에 의해 측정된다.
가장 높은 정밀도의 경우에, 음악 알고리즘 분야의 사람들에 알려진 음악 알고리즘은, 보고된 0.01칩 범위내의 정밀도를 요하는 경우에, 이용될 수 있다. 음악은, 도6에서 도시되고 발표된 무선 시스템에 의해 지원되는, 주파수 변화를 필요로 한다. 상기 방법은 지연윤곽 데이터벡터의 의사잡음 코릴레이션 매트릭스의 고유벡터공간의 분해에 기초한다. 주파수 변화는, 각각의 별개의 주파수는 부가적인 다중경로 성분에 대한 해를 제공할 정보를 제공한다. 가장 변동이 없는 태그의 경우에, 필요한 데이터는 수집되고 계산은 주변 프로세서로서 완성된다. 명세서 적용의 경우에, 동작탐지기는 태그 속으로 포함되고, 그때 상기 태그는 셀 제어기의 위치가 다시 계산되어야 할 때마다 셀 제어기에게 알린다.
적절한 데이터보정시간, 안테나 변화, 주파수 변화, 또는 프로세싱 전력을 이용할 수 없는 상황에서, 심한 다중경로 효과의 존재에도 불구하고, 다양한 발견적인(heuristic) 기술이 태그 위치를 계산하는데 이용될 수 있다. 종래에 잘 알려진 다양한 기술이, 필요에 따라 사용되는, 각각의 안테나에 대한 관계를 추정하는데 이용될 수 있다.
많은 상황에서, 태그 위치 계산의 명확한 정밀도가 필요하지 않음에도 불구하고, 바닥 또는 칸막이를 기준으로 하여 태그 위치를 계산하는 것이 중요하다. 빌딩 내의 층별 식별은, 도2에 도시된 것과 같이, 아래쪽으로 발산하도록 천장에 안테나를(또는 위쪽으로 발산하도록 바닥에 안테나를) 장치하여 수행될 수 있다. 유사하게, 수평분할을 위해 측면에 장착된 안테나가 상기 분할에 대한 위치를 결정할 수 있다. 다중경로 효과에 덜 민감한, 상대적으로 좁은 밴드폭 안테나는 출구방향 및 동일한 방향으로 장착될 수 있다.
셀 제어기 안테나 104a는, 스크린 시야각에 대응하는 적용범위로, 컴퓨터스크린 근처에 장착될 수 있다. 소프트웨어는 사람의 동작범위 내에 동작시스템을 자동으로 구성하도록, 또는 사람이 동작범위 내에 존재하느냐 않하느냐에 따라 보호 목적을 위해 스크린을 없에도록 배열될 수 있다. 유사한 개념이 카피 기계, 마이크로필름 판독기, 제한된 장비, 및 동류와 관련되어 이용될 수 있다.
단일 안테나모듈은 삼각형으로 위치한 3개의 개별적인 안테나를 포함할 수 있다. 결과되는 신호의 동상(inphase) 및 직교(quadrature) 성분을 이용한 위상차를 비교하여, 태그의 각 표시가 결정될 수 있다. 2.45GHz와 같은, 고주파 구현에서, 상기 안테나는 서로에게 인치 단위 거리 안에 있고 매우 효과적이다.
발견적인(heuristic) 기술이 코릴레이션이 시작하는 시간을 추정하기 위해 코릴레이션 윤관을 해판하는데 이용될 수 있고, 즉, 코릴레이션 피크가 "잡음" 기준선으로부터 식별할 수 있는 시간이다. 주파수변화는, 최상의 샘플이 선택되도록, 다양한 샘플을 제공할 수 있다. 개선된 추정은 열심히 연구된 전형적인 코릴레이션 윤곽 어휘중 하나를 갖는 코릴레이션 피크를 조화시키는 패턴에 의해 성취될 수 있다. 측정을 위해, 태그는 알려진 고정된 위치에 놓이고, 상기 위치 근처를 지나는 태그는 유사한 코릴레이션 윤곽을 나타낸다. 상기 고정된 태그는 방해전파(의식적 또는 무의식적으로 간섭신호를 발산하는 물체)를 탐지하고 여러 가지의 전파방해해결 기술을 위해 실시간 시험대를 제공하도록 이용될 수 있다.
안테나 변화는 태그 위치 계산의 정밀도를 향상시키기 위한 가장 중요한 도구이다. 만일 저정밀도가 필요하다면, 안테나는 단지 하나 또는 두 개의 안테나가 소정의 태그의 범위 안에 있도록 놓일 수 있다. 상기 경우에 삼각측정을 위해서는 불충분한 데이터이고, 단지 태그 존재를 탐지하고 어떤 시간에 하나 또는 두 개의 안테나로부터의태그의 거리를 추정하는데 충분한 정보이다. 태그의 근사적인 태도는 상기 목적을 위해 설계되고, 상당한 다중경로 성분을 포함하는, 수신된 가장 강한 신호를 반사할 수 있다는 경고를 갖는, 종전의 기술에 익숙한 사람들에게 잘 알려진 안테나의 신호 크기로부터 추정될 수 있다. 예를 들면, 역으로, 고정밀도를 필요로 하는 영역의 경우에, 상대적으로 다양하고 좁은 빔폭 안테나는, 명확한 위치 사진을 함께 제공하는 출입문에 장치될 수 있다.
안테나 변화는 또한 시스템 스케일러빌러티(scaleability)를 제공한다. 고정밀도로 태그 위치를 계산할 필요가 없는, 다른 시설, 또는 시설 안 구역의 경우, 적용범위의 평방피트당 가격이 상대적으로 저렴한 경우에, 대체로 전방향성 및/또는 천장에 장착된 안테나는 상대적으로 서로에게 멀리 설치될 수 있다. 높은 위치적인 정밀도를 필요로 하는 시설, 또는 시설내의 구역의 경우에, 밀접하게 위치하고 및/또는 방향성의 다양한 안테나는 증가된 가격으로 고정밀도를 제공할 수 있다.
셀 제어기 동작
전체 시스템 설계, 및 태그 신호 송신 사이의 간격은 의사 무작위추출로 발생한다는 사실은 안전한 동작을 위한 기회를 제공한다. 안전한 시설의 출입문에 분산된 태그는 상기 시설을 통하여 추적될 수 있고, 특별한 코드가 태그가 방해받을 때 방출될 수 있다. 비록 상기 태그 코드가 태그의 반응을 감시하여 결정될 수 있음에도 불구하고, 태그 송신간격은 단지 태그 및 호스트로 알려지고, 태그를 훼손하지 않고 직접적으로 결정하는 것이 불가능하도록 배열된 알고리즘에 따라 변한다. 예를 들면, 상기 태그는, 자신의 코드 및 송신간격을 재프로그래밍을 위해, 물리적 성분과 같은, 성분을 포함한다. 예를 들면, 통합된 태그를 갖는 사진 ID는, 잠재적으로 생물측정학 기술과 연관되어, 사진 ID를 지닌 사람이 안전검사점을 지날 때마다 재프로그래밍 된다.
어떤 시설의 모든 적용범위의 경우, 복합적인 셀 제어기가, 다소 중복되는 영역을 커버하면서, 설치될 수 있다. 비록 각각의 셀 제어기가 검색 및 데이터 수집 방법에 따라 동작함에도 불구하고, 안테나간의 빠른 움직임, 의사잡음 코드, 변하는 칩핑(chipping) 비율 등은 다른 셀 제어기에 대한 랜덤한 잡음으로서 나타날 것이다. 게다가, 금 코드와 같은, 알려진 십자형 코릴레이션 특성을 갖는 코드는, 특히 태그 검색을 위해 이용된 코드는, 호스트 컴퓨터에 의해 여러 개의 셀 제어기로 할당될 수 있다. 대안으로, 셀 제어기는 랜덤마이즈된 기초로 의사잡음 코드의 선택을 스위치 할 수 있다.
두 개의 셀 제어기 사이의 경계선에 있는 태그의 경우에, 각각의 셀 제어기는 자신의 안테나모듈로부터 태그의 거리를 보고한다. 중앙 호스트 105는 상기 데이터를 모아서 태그의 위치를 계산한다.
다양한 의사잡음 코드는 셀 제어기의 이용을 위해 이용할 수 있다. 그러므로, 만일 하나의 코드가 스펙트럼의 다른 사용자로부터 간섭을 수신한 것처럼 보인다면, 상기 셀 제어기는 또 하나의 코드를 선택할 수 있다. 본질적으로 트랜스폰더이기 때문에, 상기 태그는 이용될 특별한 코드를 알 필요가 없다. 마차가지로, 중앙 주파수는 다른 이용자가 문제를 일으킨다면 다소 조정될 수 있다.
다른 구체화가 아래의 청구항의 범위 내에 있다. 예를 들면, 본 발명의 실행단계의 순서는 상기 분야에서 실행된 단계로 변경될 수 있고, 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

Claims (38)

  1. 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그로서,
    제1 주파수에서 상기 호출기신호를 수신하는 수신기,
    제2 주파수에서 상기 수신된 호출기신호로부터 무선 주파수 송신신호를 발생시키는 주파수 믹서기,
    태그 지정 데이터신호를 발생시키는 마이크로프로세서,
    제1 태그 신호를 발생시키도록 상기 태그 데이터신호를 상기 송신신호로 변조시키는 변조기와,
    선택된 시간에 상기 제1 태그 신호를 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  2. 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그로서,
    제1 주파수에서 상기 호출기신호를 수신하는 수신기,
    상기 수신된 호출기신호로부터 무선 주파수 송신신호를 발생시키는 시간 지연,
    태그 지정 데이터신호를 발생시키는 마이크로프로세서,
    제1 태그 신호를 발생시키도록 상기 태그 데이터신호를 상기 송신신호로 변조시키는 변조기와,
    선택된 시간에 상기 제1 태그 신호를 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  3. 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그로서,
    제1 주파수에서 상기 호출기신호를 수신하는 수신기,
    상기 수신된 호출기신호로부터, 호출기에서 식별되는 무선주파수 송신신호를 발생시키는 신호송신 판별기,
    태그 지정 데이터신호를 발생시키는 마이크로프로세서,
    제1 태그 신호를 발생시키도록 상기 태그 데이터신호를 상기 송신신호로 변조시키는 변조기와,
    선택된 시간에 상기 제1 태그 신호를 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기의 신호송신 판별기는 주파수 믹서기인 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  5. 제3항에 있어서,
    상기의 신호송신 판별기는 시간 지연부인 것을 특징으로 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 시간은 의사 난수로 발생되는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  7. 제3항에 있어서,
    2개의 선택된 시간차는 상기 태그 데이터신호의 상기 내용의 함수가 되는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 태그 데이터신호는 유일하게 상기 태그를 식별하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 태그 데이터신호는 헤더 및 유일한 태그 식별기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 태그 데이터신호는 타당성검사를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 태그 데이터신호는 부가적으로 에러보정 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 태그 데이터신호는 상기 태그와 관련된 물체로부터 나온 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 태그는 제1 태그 신호의 연속적인 송신사이에 저전력 상태로 있는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  14. 제9항에 있어서,
    사용자 입력에 응답하여 상기 마이크로프로세서는 유일한 태그 식별기를 변경시키는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 사용자 입력에 응답하여 상기 선택된 시간을 변경시키는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 변조기는 온/오프 키 변조를 이용하여 상기 송신신호를 변조시키는 변조기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 변조기는 2진 위상이동 키 변조를 이용하여 변조하는 변조기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  18. 제4항에 있어서,
    상기 변조기는 다중 위상이동 키 변조를 이용하여 변조하는 변조기로 이루어지는 것을 특징으로 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  19. 제4항에 있어서,
    상기 변조기는 직교 증폭 변조를 이용하여 변조하는 변조기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  20. 제7항에 있어서,
    제2 태그 신호가 주기적으로 송신되도록 하는 상기 마이크로프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  21. 제4항에 있어서,
    상기 태그는 다수의 호출기신호를 수신하여 다수의 호출기 신호에 동시에 응답하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 호출기신호 트랜스폰딩용 태그.
  22. 물체의 위치추정방법으로서,
    호출기신호를 송신하는 단계,
    상기 송신된 호출기신호를 수신하는 단계,
    상기 물체와 관련된 태그의 태그 신호를 송신하는 단계,
    적어도 하나의 수신안테나에서 상기 송신된 태그 신호를 수신하는 단계로서, 상기 송신된 태그 신호는 상기 수신안테나를 위한 수신시간에 각각의 수신안테나에서 수신되는 단계,
    수신안테나중 적어도 하나에 수신된 상기 태그 신호로부터 태그의 동일성(identity)을 이끌어 내는 단계,
    수신안테나의 상기 부분집합으로 상기 태그 신호의 상기 수신시간 및 상기 태그 신호를 수신하는 상기 수신안테나의 부분집합의 위치 함수로서 상기 태그의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치추정방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 태그 신호를 수신하는 단계는,
    적어도 하나의 안테나세트 중 각각의 안테나에 대하여 상기 안테나가 태그 신호를 수신하는지를 결정하는 단계와,
    상기 안테나가 태그 신호를 수신할 경우, 상기 태그 신호를 위한 수신안테나로서 상기 안테나를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치추정방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 송신단계는
    의사잡음 시퀀스를 상기 호출기신호를 발생시키는 반송파신호로 변조시키는 단계와,
    상기 안테나를 상기 태그 신호를 위한 수신안테나로서 인식한 후에 의사잡음 시퀀스를 확장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치추정방법.
  25. 물체의 상기 위치 추정 방법으로서,
    송신시간에 호출기 신호를 송신하는 단계,
    상기 송신된 호출기신호를 수신하는 단계와,
    상기 물체와 관련된 태그로부터 태그 신호를 송신하는 단계와,
    적어도 하나의 수신안테나에서 상기 송신된 태그 신호를 수신하는 단계로서, 상기 송신 태그 신호가 상기 수신안테나를 위한 수신시간에 각각의 수신안테나에 수신되는 단계,
    상기 수신안테나 중 적어도 하나의 수신안테나에 수신된 상기 태그 신호로부터 태그의 동일성을 이끌어 내는 단계,
    셀 제어기에서, 각각의 상기 수신안테나에서 상기 수신안테나의 상기 수신시간 및 상기 송신시간을 기초로 상기 태그까지의 거리를 결정하는 단계와,
    상기 수신안테나의 부분집합에서 상기 태그까지의 거리 함수로서 태그의 상기 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치추정방법.
  26. 태그의 존재 탐지 방법으로서,
    셀 제어기에서, 제1 신호를 제1 주파수로 연속적으로 송신하는 단계,
    상기 태그에서, 상기 제1 신호를 수신하고, 제2 신호로서 제2 주파수에서, 선택된 시간에, 상기 제1 신호를 트랜스폰딩하는 단계,
    상기 셀 제어기에서, 상기 제2 신호를 수신하는 단계와,
    상기 셀 제어기에서, 상기 제2 신호의 상기 수신에 기초한 상기 태그 신호의 존재를 탐지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 존재 탐지방법.
  27. 안테나에서 태그까지의 거리측정방법으로서,
    상기 안테나에서, 송신시간에 제1 주파수로 제1 시호상의 의사잡음 시퀀스를 송신하는 단계,
    상기 태그에서, 상기 제1 신호를 수신하고, 제2 신호로서 제2 주파수에서 상기 제1 신호를 트랜스폰딩하는 단계,
    상기 안테나에서, 수신시간에 상기 제2 신호를 수신하는 단계와,
    셀 제어기에서, 상기 안테나에서 상기 수신시간 및 상기 송신시간에 기초한 상기 태그까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리측정방법.
  28. 셀 제어기로서,
    셀 제어기 신호를 제1 주파수상에서 송신하고, 제2 주파수상에서 트랜스폰딩 태그로부터 태그 신호를 수신하는 안테나,
    상기 수신된 태그 신호의 동상(inphase) 및 직교(quadrature) 성분을 추출하고,
    연속 처리를 위해 동상 및 직교 성분을 디지털화 하는 직교복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제어기.
  29. 셀 제어기로서,
    반송파신호상으로 변조된 셀 제어기신호를 송신하는 회로,
    태그의 선택시간에 송신된 태그 신호를 수신하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제어기.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 수신된 태그 신호로부터, 상기 태그의 동일성을 결정하는 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제어기.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 수신된 태그 신호로부터, 상기 태그가 태그 신호를 다음 송신할 시간을 결정하는 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제어기.
  32. 물체 위치 감시 시스템으로서,
    소정의 선택된 송신시간 및 제1 주파수에서 반송파신호로 변조된 셀 제어기신호를 송신하는 적어도 하나의 송신안테나에 연결되고, 소정의 수신시간 및 제2 주파수에서 태그 데이터그램을 포함하는 응답 태그 신호를 수신하는 적어도 하나의 수신안테나에 연결된 적어도 하나의 셀 제어기 유니트,
    각각의 수신된 셀 제어기신호를 상기 태그 신호로 변형하는 변형회로를 갖는 적어도 하나의 태그 유니트,
    적어도 하나의 수신안테나에서 상기 수신시간을 기초로 한 각각의 태그 유니트의 상기 위치를 계산하는 각각의 셀 제어기에 연결된 적어도 하나의 계산 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치감시시스템.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 셀 제어기는 여러 종류의 부가적인 안테나에 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 물체 위치 감시 시스템으로서,
    셀 제어기에 연결된 적어도 하나의 수신안테나는 장비의 한 부분에 가까운 곳에 접속되고,
    상기 셀 제어기는 장비의 상기 한 부분에 가까운 응답물체의 동일성에 기초한 장비의 상기 한 부분의 동작특성을 수정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 물체의 위치감시시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 수신안테나는 상기 수신안테나의 입력이 컴퓨터 스크린의 시야범위를 향하도록 컴퓨터스크린 근처에 설치되는 것을 특징으로 하는 물체의 위치감시시스템.
  36. 상기 물체 위치 감시 시스템으로서,
    태그 신호 수신 및 셀 제어기신호를 연속적으로 송신하는 적어도 하나의 안테나모듈에 접속되는 적어도 하나의 셀 제어기 유니트,
    상기 셀 제어기신호를 수신하여, 상기 수신된 셀 제어기신호를 상기 태그 신호로 변형하고, 선택된 시간에 상기 태그 신호를 송신하는 적어도 하나의 태그 유니트,
    상기 수신된 태그 신호에 기초한 각각의 태그 유니트의 상기 위치를 결정 및 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매개물내의 상기 수신된 태그 신호로부터 얻어진 정보를 저장하는 각각의 셀 제어기 유니트에 접속된 적어도 하나의 계산 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치감시시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    시스템 측정을 실행을 위한 알려진 고정된 위치에 위치한 태그 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치감시시스템.
  38. 물체 상기 위치 감시 시스템내의 태그의 태그 클락을 측정하는 방법으로서,
    태그에 의해 송신된 태그 신호를 동상(inphase) 및 직교(quadrature) 성분으로 분리하는 단계,
    의사잡음 시퀀스를 갖는 상기 동상 및 직교를 반복적으로 코릴레팅하는 단계,
    연속적인 코릴레이션 사이의 위상차를 결정하는 단계,
    상기 위상차를 기초로 상기 태그 클락을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 상기 위치 감시 시스템내의 태그의 태그 클락을 측정하는 방법.
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