KR100736228B1 - 알에프아이디 시스템에 있어서의 심볼 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID 시스템에서 사용되는 신호 전송 방식에 대한 심볼 동기 복조 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따른 심볼 검출 방법은 제로크로싱(zero-crossing, 이하, "영점교차")을 기반으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 RFID의 심볼 검출방법은, 태그로부터 리더로 전송된 태그응답 신호에서 DC 옵셋을 제거하는 단계, 상기 단계에 의해 DC 옵셋이 제거된 신호에 잡음의 영향을 줄이기 위해 이동평균(moving average)을 수행하는 단계, 상기 이동평균을 수행한 신호로부터 위상옵셋을 보상하는 단계, 소정 알고리즘을 이용하여 상기 위상옵셋이 보상된 신호로부터 심볼을 검출하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 심볼 검출 단계의 소정 알고리즘은, 위상옵셋이 보상된 신호가 양에서 음으로 그리고 음에서 양으로 영점교차되는(zero-crossing) 회수를 계수하여 영점교차된 회수에 따라 심볼이 '0'인지 '1'인지 판단하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어서, 상기 심볼 검출 단계는 위상옵셋이 보상된 신호의 영점이 2회 교차시에는 심볼 '0'으로, 4회 교차시에는 심볼 '1'로 판단하도록 설정할 수 있다

RFID, 심볼, 영점교차

Description

알에프아이디 시스템에 있어서의 심볼 검출방법{Symbol detection method for RFID system}

도1은 일반적인 RFID 시스템의 구성도.

도2는 종래의 심볼 검출 방법의 흐름도.

도3은 종래의 심볼 검출방법의 원리 설명도.

도4는 종래의 심볼 검출방법에서의 문제점 설명도.

도5는 본 발명에 따른 심볼 검출방법의 흐름도.

도6은 본 발명에 따른 심볼 검출방법의 원리 설명도.

본 발명은 RFID 시스템에서 사용되는 신호 전송 방식에 대한 심볼 동기 복조 기술에 관한 것이다.

본 발명의 기술 분야인 RFID(Radio Frequency IDentification)는 각 주파수 대역별 RF 신호를 사용하여 개체들을 식별하는 '비접촉 또는 무선 주파수 인식 기술'로서 유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitous Sensor Network)의 핵심이 되는 기술 분야이다. RFID 기술은 제2차 세계대전 중에 영국이 자국 전투기의 식 별(IFF system: Identification of Friend or Foe system)을 위해 개발하여 사용한 것이 최초의 도입 사례로 알려져 있으나, 고가의 Tag 비용 때문에 널리 활용되기 어려웠다. 그 후, 60년대부터 실용화를 위한 연구개발이 시작되어 60년대 후반부터 70년대까지 물류관리 자동화 등에 일부 응용되기 시작하였고, 90년대 중반부터 각 응용 분야에 대해 국제표준화기구(ISO)에서 국제표준화가 논의되고 있다. RFID 시스템은 무선주파수 시스템으로서 반도체칩(tag)과 안테나, 리더기로 구성되며, 전자기 스펙트럼 부분의 무선 주파수 내에 전자기 또는 정전기 커플링 사용을 통합시킨 기술이다. 반도체칩에는 태그가 부착된 상품의 정보가 저장되어 있고, 안테나는 이러한 정보를 무선으로 수~수십 m까지 전송시키며, 리더기는 이 신호를 받아 상품 정보를 해독한다. 따라서 태그가 달린 모든 상품은 언제 어디서나 자동으로 확인 또는 추적이 가능하다.

RFID 시스템은 도1과 같이 크게, IC칩과 안테나를 내장하고 장비나 사물에 부착되어 소정 프로토콜에 따라 데이터를 교환하는 태그(tag)와, 태그로부터 전송된 정보를 수신하기 위한 안테나와 소정의 데이터가공 유닛을 포함하고 있는 리더(Reader)와, 리더와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터 교환을 하며 정보를 수집, 정리, 처리하고 네트웍 또는 중앙처리 시스템에 전송하고 각 하위장치들을 통제하는 호스트컴퓨터(서버)로 구성된다.

RFID 시스템에 있어서, 태그와 리더간에 교환되는 메시지는 심볼로써 정의되는데, 심볼이란 일정 시간(time duration) 동안에 전송되는 신호의 주기수(cycles)에 의해 메시지를 전달하는 것을 규약한 것이다. 예를 들어서, 일정 시간 동안에 1 주기의 신호가 전송되는 경우에는 0이 전달되는 것으로, 일정 시간 동안에 2주기의 신호가 전송되는 경우에는 1이 전달되는것으로 정의함으로써, 태그와 리더 사이에 메시지가 교환될 수 있다.

도2는 종래의 RFID 시스템에서 사용되는 심볼 검출 방법, 즉, 태그로부터 리더로 전송된 신호로부터 심볼을 검출하기 위한 처리방식을 나타낸다. 먼저 수신된 신호에 포함되어 있는 DC 성분(DC offset)을 제거하기 위한 DC옵셋 보상(101)을 수행한다. 다음 단계로 위상옵셋 보상(102)을 수행한다. 다음에 양(+)의 피크(pick) 개수를 통하여 심볼을 검출하는 피크 지점(peak position)에 의한 심볼 검출(103)을 수행한다.

도3은 종래의 심볼 검출의 원리를 설명하기 위한 파형도이다. RFID 시스템의 규격 중의 하나인 CLASS 0 및 CLASS 1 규격에서는 태그 응답신호를 다음과 같이 규정하고 있다 - 심볼 '0'의 경우, 단위 기간 동안에 정현파가 한 번(1-cycle) 나타나도록 하고, 심볼 '1'의 경우에는 정현파가 두 번(2-cycle) 나타나도록 함. 따라서 심볼 '0'의 경우에는 하나의 심볼 구간(symbol duration) 동안에 양(+)의 피크가 한 번 나타나고(201), 심볼 '1'의 경우에는 두 번의 양의 피크가 나타난다(202). 이러한 특징을 이용하여 태그의 응답 신호로부터 하나의 심볼 구간 동안에 신호의 피크 지점을 검출하고 그 개수를 통해 심볼을 검출한다. 양의 피크의 검출은 각 샘플 신호의 크기를 비교함으로써 가능하며, 이 때에는 샘플 신호 크기가 증감되는 천이 지점을 기준으로 한다.

도4는 기존의 피크 지점의 개수를 기반으로 심볼을 검출하는 방식에서 발생 할 수 있는 에러의 예를 보인 것이다. 수신된 태그 응답신호는 잡음 및 심볼 구간 변화 등에 의해 신호가 왜곡될 수 있기 때문에, 도4에 나타낸 것과 같이 하나의 심볼 구간 동안에 다수의 피크가 검출될 수 있다.

따라서 양의 피크의 수를 통해 심볼을 검출하는 종래 기술에서는 이러한 파형 부정형에 의하여 발생하는 에러를 극복하기 어려운 문제가 있다. 이러한 문제 이외에도, 피크치를 검출하기 위해서는 파형의 구간별로 전후값을 반복적으로 비교해야 함으로 검출수단의 로드가 비교적 크다.

본 발명은 RFID 시스템에 있어서 태그로부터 전송된 신호로부터 정확한 심볼 검출이 가능한 방법에 관한 것이다. RFID 태그는 기본적으로 저가 구현을 목적으로 하므로 내부 PLL 등의 동작 정확도를 희생해야 할 경우가 있다. 그러나 RFID 리더에서는 다양한 변화에도 신뢰성 있는 신호의 수신이 가능해야 한다. 본 발명은 이러한 목적하에 개발된 것이다.

일반적인 무선 이동통신 시스템에서는 송ㆍ수신단 간의 발진기(Oscillator) 부정합에 의해 고정 주파수 옵셋이 발생한다. 그러나 RFID 시스템에서는 IC의 태그 응답 신호가 리더기 신호와 커플링되어 생성되므로 동일한 발진기 사용에 따라 주파수 옵셋이 발생하지 않는다. 다만, 태그칩 내의 신호 생성 과정과 신호의 전송 과정에서 시간에 독립적인 고정 위상 옵셋이 발생할 수 있다. 따라서 태그로부터 전송되는 신호는 진폭이 일정하게 유지되지 못한다. 또한 잡음이나 심볼 구간의 변화로 인해 신호가 왜곡될 수 있으므로 정확한 동기를 통한 심볼 검출 알고리즘에 대한 연구가 요구된다. 본 발명의 방식은 종래 기술에 비해 복잡한 구성을 요하지 않으면서도 비교적 정확하게 심볼 검출하여 기존 방식의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 심볼 검출 방법은 제로크로싱(zero-crossing, 이하, "영점교차")을 기반으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 RFID의 심볼 검출방법은, 태그로부터 리더로 전송된 태그응답 신호에서 DC 옵셋을 제거하는 단계, 상기 단계에 의해 DC 옵셋이 제거된 신호에 잡음의 영향을 줄이기 위해 이동평균(moving average)을 수행하는 단계, 상기 이동평균을 수행한 신호로부터 위상옵셋을 보상하는 단계, 소정 알고리즘을 이용하여 상기 위상옵셋이 보상된 신호로부터 심볼을 검출하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 심볼 검출 단계의 소정 알고리즘은, 위상옵셋이 보상된 신호가 양에서 음으로 그리고 음에서 양으로 영점교차되는(zero-crossing) 회수를 계수하여 영점교차된 회수에 따라 심볼이 '0'인지 '1'인지 판단하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어서, 상기 심볼 검출 단계는 위상옵셋이 보상된 신호의 영점이 2회 교차시에는 심볼 '0'으로, 4회 교차시에는 심볼 '1'로 판단하도록 설정할 수 있다

또한, 본 발명에 따른 심볼 검출방법을 채용한 리더는 태그로부터 전송된 태그응답 신호에서 DC 옵셋을 제거하는 수단, 상기 수단에 의해 DC 옵셋이 제거된 신호에 잡음의 영향을 줄이기 위해 이동평균(moving average)을 수행하는 수단, 상기 이동평균을 수행한 신호로부터 위상옵셋을 보상하는 수단, 상기 위상옵셋이 보상된 신호로부터 심볼을 검출하는 수단을 포함한다.

여기서, 상기 심볼 검출 수단은, 위상옵셋이 보상된 신호가 양에서 음으로 그리고 음에서 양으로 영점교차되는(zero-crossing) 회수를 계수하여 영점교차된 회수에 따라 심볼이 0인지 1인지 판단하는 심볼 판단부를 추가로 포함한다. 이 심볼 판단부는, 예를 들어, 위상옵셋 보상 수단에서 출력된 신호의 영점교차가 2회 이루어질 때에는 심볼 0으로, 영점교차가 4회 이루어질 때에는 심볼 1로 판단하도록 설정될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 심볼 검출방법의 일실시예에 대해서 설명한다.

그 구성은 도5와 같다. 심볼 검출 방식은 먼저 수신된 신호에서 발생한 DC 옵셋 제거를 수행한다. 다음 단계로 DC 옵셋을 제거한 신호의 결과에 잡음의 영향을 줄이기 위해 이동평균(moving average)을 수행한다. 다음 단계로 이동평균(moving average)을 수행한 신호에 위상옵셋 보상을 수행한다. 다음 단계로 위상옵셋을 보상한 신호의 결과에 영점교차 기반의 알고리즘을 적용함으로써 신호의 심볼 검출을 수행한다. 영점교차 지점의 검출은 샘플 신호의 부호가 양에서 음, 또는 음에서 양으로 변환되는 지점을 기준으로 하며, 2회의 영점교차는 심볼 '0', 4회의 영점교차는 심볼 '1'로 판단한다.

본 발명에 따르면, 종래의 피크치 비교 방법에 비해 시간축과 파형간의 교차점을 체크하기만 하면 되므로, 검출처리 로직이 매우 단순해지는 부가적 장점이 있다.

발명의 동작설명

도5는 본 발명에서 제안하는 영점교차 기반의 RFID 태그 응답신호의 신호처리 과정과 심볼 검출 방법을 보인 것이다. 태그 응답 신호

는 동상성분(Inphase)

와 Q성분(Quadrature)

에 대해 정해진 샘플 구간(N) 동안 평균값을 계산하여, 그 값을 제거함으로써 수학식 (1)과 같이 DC 옵셋 보상(501)을 수행한다.

이 과정을 거친 신호에 대하여 잡음의 영향을 줄이기 위해 일정 샘플간격(M)에 대해 이동평균(moving average)을 다음 수학식 (2)과 같이 수행한다(502).

위상옵셋 보상 단계(503)는 동상성분 신호와 Q성분 신호의 진폭 변화를 고려하여 두 신호의 합(

)과 차(

)의 연산을 수학식 (3)과 같이 수행하고 절대값이 큰 쪽(

또는

)을 수학식 (4)와 같이 선택함으로써 위상옵셋의 영향을 제거한다.

신호가 영점을 교차하는 횟수를 심볼의 일주기 동안 카운트하여 심볼을 검출한다(504).

도6은 본 발명에 따라 태그 응답 신호의 심볼 '0'(601)과 '1'(602)에 대한 이상적인 파형을 기준으로 심볼을 검출하는 예를 나타낸다. 이상적인 경우에, 심볼 '0'일 때에는 단위 심볼 구간(L) 동안에 정현파가 한 번 나타나는 반면에, 심볼 '1'의 경우에는 정현파가 두 번 나타나는 특징을 보인다. 따라서 심볼 '0'인 경우에는 영점을 두 번 교차하게 되며(정현파와 x축의 교점), 심볼 '1'인 경우에는 영점을 네 번 교차하게 된다. 이러한 특징을 이용하여 수신 신호로부터 심볼을 검출할 수 있다. 심볼 구간 동안에 영점을 찾는 과정은 수학식 (5)를 이용하여 수행할 수 있으며, 심볼의 판단은 수학식 (6)에 의해 수행될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

종래의 기술인 피크 지점을 이용한 심볼 검출 방식은 수신 신호의 왜곡이 발생할 경우 신호의 검출 성능이 현저하게 저하된다. 그러나 본 발명에 따르면, 신호의 왜곡이 발생하더라도 심볼 검출 방식에 있어 신호의 피크 지점의 개수에 의존하지 않고 영점교차 횟수에 의존하므로 종래의 기술보다 우수한 심볼 검출 성능을 얻을 수 있으며, 따라서 RFID 리더의 수신 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 종래의 반복적인 피크치 비교 방법에 비해 시간축과 파형간의 교차점을 체크하기만 하면 되 므로 검출처리 로직이 매우 단순해지는 부가적 장점이 있다.

Claims (2)

1. IC칩과 안테나를 내장하고 장비나 사물에 부착되어 소정 프로토콜에 따라 데이터를 교환하는 태그(tag)와, 태그로부터 전송된 정보를 수신하기 위한 안테나와 소정의 데이터가공 유닛을 포함하고 있는 리더(Reader) 간에 교환되는 심볼을 검출하는 방법에 있어서,

   태그로부터 리더로 전송된 태그응답 신호에서 DC 옵셋을 제거하는 단계,

   상기 단계에 의해 DC 옵셋이 제거된 신호에 잡음의 영향을 줄이기 위해 이동평균(moving average)을 수행하는 단계,

   상기 이동평균을 수행한 신호로부터 위상옵셋을 보상하는 단계,

   소정 알고리즘을 이용하여 상기 위상옵셋이 보상된 신호로부터 심볼을 검출하는 단계를 포함하되,

   상기 심볼 검출 단계의 소정 알고리즘은, 위상옵셋이 보상된 신호가 양에서 음으로 그리고 음에서 양으로 영점교차되는(zero-crossing) 회수를 계수하여 영점교차된 회수에 따라 심볼이 '0'인지 '1'인지 판단하는 것을 특징으로 하는, RFID의 심볼 검출 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 심볼 검출 단계에서

   위상옵셋이 보상된 신호의 영점이 2회 교차시에는 심볼 '0'으로, 4회 교차시에는 심볼 '1'로 판단하는 것을 특징으로 하는, RFID의 심볼 검출 방법.

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