KR20100055707A

KR20100055707A - Ｒｆｉｄ 리더와 그의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치 및 수신 장치

Info

Publication number: KR20100055707A
Application number: KR1020080114554A
Authority: KR
Inventors: 문전일
Original assignee: 호서대학교 산학협력단
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-05-27

Abstract

본 발명은 UHF 대역의 RFID 표준 프로토콜인 ISO 18000-6B, EPC Class-1, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)를 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀에 통합 구성함으로써, RFID 리더의 활용성을 높일 수 있음과 동시에 각 프로토콜을 개별 구성할 경우보다 리더의 사이즈를 줄일 수 있어 제조비용 측면에서 우수한 RFID 리더와 그의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치 및 수신 장치를 제공한다.

RFID, 리더, 베이스밴드 모뎀, 멀티 프로토콜, SoC

Description

ＲＦＩＤ 리더와 그의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치 및 수신 장치{RFID READER AND TRANSMITTER/RECEIVER OF BASEBAND MODEM IN RFID READER}

본 발명은 RFID 리더에 관한 것으로, 특히 다양한 RFID 표준을 지원하기 위하여 UHF 대역의 RFID 표준 프로토콜인 ISO 18000-6B, EPC Class-1, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)를 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀에 통합 구성하는 RFID 리더와 그의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치 및 수신 장치에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency Identification) 기술은 무선기반의 정보교환을 통하여 개체의 정보를 판별하여 활용하는 방식이다. 상기 각 개체는 RFID 태그(Tag 또는 transponder)라 불리는 디바이스(레이블 타입, 카드 타입 등)가 부착되어 있으며, 마스터 기능을 담당하는 리더(reader)가 태그와 정보교환이 가능한 유효거리 내에 설치되어 운용이 된다.

RFID 시스템은 각종 물품에 소형 태그(Tag)를 부착해 사물의 정보와 이력 및 주변 환경정보를 획득하여 처리하는 무선 인식시스템으로 기존의 바코드를 대체할 뿐 아니라 출입 통제, 교통카드, 유통 및 물류, 환경 관리 등에 적용되어 다양한 서비스를 제공하고 있으며, 상용 통신 인프라와 융합하여 더욱 광범위한 서비스 제공이 가능한 분야이다. 최근 RFID 디바이스와 초음파 센서 등의 다양한 센서 시스템과 연동하여 이동형 로봇의 위치를 파악하거나 서비스 로봇이 주변 물체를 파악하여 서비스하는 연구가 수행되고 있다.

RFID 사용 주파수는 125~135KHz의 저주파 대역과, 13.56MHz의 고주파 대역, 433.92MHz 대역, 860~960MHz의 UHF(Ultra High Frequency; 극초단파) 대역, 2.45GHz의 마이크로파 대역 등이 있으며, 전자파 에너지 전달 방식에 따라 상호 유도 방식과 전자기파 방식으로 나눌 수 있다. 상호 유도 방식은 13.56MHz 이하의 주파수에서 코일 안테나를 이용하여 근거리용으로 사용되며, 전자기파 방식은 UHF 대역 이상의 주파수를 이용하여 중거리용으로 사용된다. 특히 UHF 대역은 물류 유통 등을 포함한 다양한 응용에 적용하기가 가장 적합한 대역으로 현재 가장 주목받고 있다.

UHF 대역 RFID 국제 표준화는 ISO/IEC에서 추진되어지고 있으며, EPC global은 사실상의 표준화 규격을 제시하고 있다. 대표적인 표준 규격으로는 ISO 18000-6A, ISO 18000-6B, EPC Class-0, EPC Class-1, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C) 등의 표준이 제정되어 활용 중이다.

RFID 시스템은 산업, 물류 분야에서의 수요가 급속히 증가되고 있으며, Mobile RFID의 등장과 함께 개인용 수요의 증가가 예상되고 있다. 따라서 RFID 리더는 고정형(Stationary or Fixed type)에서 휴대형(Handheld)과 이동형(Mobile)으 로 소형화가 진행되고 있다.

이와 같이 소형 디바이스를 위해서는 다양한 표준을 동시에 지원 가능하면서 컴퓨팅 기능을 내장한 멀티 프로토콜 모뎀 SoC(System on a Chip)가 필요하다.

최근까지 상용화에 활용된 추세는 단일 표준 프로토콜, 예를 들면 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C) 단위로 칩 구성에 포함시키거나 또는 DSP에 구현해서 사용하고 있다. 즉, 멀티 프로토콜을 칩화해서 상용화가 가능한 연구결과를 제시한 경우가 미진한 실정이다.

본 발명의 목적은 UHF 대역의 RFID 표준 프로토콜인 ISO 18000-6B, EPC Class-1, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)를 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀에 통합 구성함으로써, RFID 리더의 활용성을 높일 수 있음과 동시에 각 프로토콜을 개별 구성할 경우보다 리더의 사이즈를 줄일 수 있어 제조비용 측면에서 우수한 RFID 리더와 그의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치 및 수신 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 리더는, 베이스밴드 모뎀에서 생성된 송신 프레임의 주파수를 업 컨버전하여 전력 증폭한 후 태그 측으로 전송하는 RF송신부; 상기 태그에서 수신된 수신 프레임을 다운 컨버전하여 잡음 제거한 후 베이스밴드 모뎀으로 출력하는 RF수신부; 소정의 제어신호에 따라 RF송신부 및 RF수신부의 업 또는 다운 컨버전을 위한 로컬신호를 공급하는 PLL; 및 태그로 전송할 송신 프레임을 생성하여 아날로그 신호로 변환한 후 RF송신부로 출력하거나 태그로부터 전송된 수신 프레임을 RF수신부를 통해 제공받아 디지털로 복원함과 아울러 상기 RF송신부의 전력 증폭과 PLL의 발진주파수를 제어하는 베이스밴드 모뎀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스밴드 모뎀은, UHF 대역의 표준 프로토콜인 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)와 ISO 18000-6B 및 EPC Class-1을 포함한 모뎀과, 멀티 프로토콜 모뎀을 연결하기 위해 OPB(On chip Peripheral Bus) 버스 인터페이스와, 2채널의 OPB UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) 인터페이스와, 상기 PLL의 로컬 주파수와 RF송신부의 전력을 제어하기 위한 RF 컨트롤러와, 각종 메모리와 모뎀 동작 상태에 따라 인터럽트 신호를 발생하는 인터럽트 컨트롤러와, 내부 동작 프로그램이 저장된 메모리와, 상기 메모리를 제어하는 메모리 컨트롤러, 및 상기 베이스밴드 모뎀 내의 각종 장치의 동작을 제어하기 위한 CPU를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 리더의 베이스밴드용 송신 장치는, 송신 데이터를 일시 저장하는 FIFO 메모리; 표준 멀티 프로토콜에 따라 상기 송신 데이터를 맨체스터 인코딩, 펄스폭 인코딩 또는 펄스간격 인코딩 중 어느 하나를 이용하여 인코딩하는 인코더; 상기 송신 데이터의 전송 여부를 통해 모뎀의 송신 및 수신 상태를 체크하는 모뎀 스테이트 머신; 상기 표준 멀티 프로토콜에 따 라 송신 데이터의 CRC(Cyclic Redundancy Check) 값을 생성하는 CRC 생성기; 상기 인코더에서 생성된 송신 데이터와, 상기 CRC 생성기에서 생성된 CRC값, 프리앰블 신호, 및 프레임 동기 신호를 각각 혼합하여 송신 프레임을 생성하고, 생성된 송신 프레임을 RF송신부로 전달하는 프레임생성기; 및 일정시간 동안 태그에서 송신 프레임에 대한 응답이 없을 경우, 수신 타임아웃 신호를 생성시켜 모뎀이 아이들(idle) 상태로 전환되도록 하는 타이머;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 표준 멀티 프로토콜은, UHF 대역의 프로토콜로서 ISO 18000-6B와, EPC(Electronic Product Code) Class-1, 및 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)인 것을 특징으로 한다.

상기 인코더는 ISO 18000-6B에서는 맨체스터 인코더를 사용하고, EPC(Electronic Product Code) Class-1에서는 펄스폭 인코더를 사용하며, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 펄스간격 인코더를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 FIFO 메모리는 송신을 모두 마친 후 자동으로 수신용 FIFO 메모리로 전환되는 것을 특징으로 하며, 상기 CRC 생성기는, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 CRC-CCIT 타입과 CRC5 타입을 이용하여 CRC 값을 생성하고, ISO 18000-6B는 CRC-CCIT를 이용하여 CRC 값을 생성하며, EPC Class-1에서는 송신 프레임의 각 필드마다 1Bit의 기수 패리티(Odd Parity)를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 수신장치는, RF수신부로부터 아날로그디지털변환기를 통해 입력된 신호의 DC 오프셋을 제거하는 하이패스필터; 상기 하이패스필터에서 입력된 신호 중 고주파수에 대한 노이즈를 제거하는 로우패스필터; 상기 로우패스필터에서 입력된 신호를 이용하여 데이터와 클록을 각각 생성하는 D/C(Data/Clock) 생성기; 상기 D/C 생성기로부터 데이터와 클록을 받아들여 내부에 가지고 있는 프리앰블과 프레임 동기신호를 비교하여 후단의 디코더 측에 수신 프레임의 시작을 알려주는 프리앰블 검출기; 상기 D/C 생성기에서 입력된 데이터와 클록을 표준 통신 규약에 따라 디코딩하는 디코더; 상기 디코더에서 입력된 수신 프레임의 시작부터 끝까지 CRC 연산을 수행한 후 프레임의 끝 신호가 발생되면 계산된 CRC값을 보고 정상인지 에러인지를 판단하는 CRC 체커; 및 상기 디코더에서 디코딩된 수신 프레임을 바이트 단위로 저장하는 FIFO 메모리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 디코더는, 표준 통신 규약인 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C) 및 ISO 18000-6B에서는 D/C 생성기에서 입력된 데이터와 클록을 가지고 각 데이터 중간에서 천이가 발생하면 '0'으로 디코딩하고 천이가 발생하지 않으면 '1'로 디코딩하며, EPC Class-1에서는 각 데이터에서 천이가 한번 발생하면 '0'으로 디코딩하고 천이가 세 번 발생하면 '1'로 디코딩하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다양한 표준을 동시에 지원 가능하며, 컴퓨팅 기능을 내장한 멀티 프로토콜 RFID 리더 SoC(System on a Chip)를 확보함으로써, 소형 RFID 리더 디바이스 구성이 가능하다.

또한, 단일 프로토콜을 적용한 기존 상용제품 대비 리더의 사이즈를 축소할 수 있고, 양산칩화 했을 때에 가격절감 효과가 크고, 또한 표준 알고리즘을 소프트웨어로 구현해서 사용하는 경우에 대비해 체계적이고 심도있는 검증과정을 거쳐서 생산된 양산칩을 사용하는 경우가 신뢰성 높아 오류 가능성이 낮은 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 RFID 리더를 나타낸 회로 블록도로서, RFID 리더(100)는 RF송신부(110)와 RF수신부(150), PLL(190) 및 베이스밴드 모뎀(200) 등을 포함하여 이루어져 있다.

RF송신부(110)는 베이스밴드 모뎀(200)에서 생성된 송신 프레임의 주파수를 업 컨버전하여 전력 증폭한 후 태그 측으로 전송하도록 구성되어 있다.

RF수신부(150)는 상기 태그에서 수신된 수신 프레임을 다운 컨버전하여 잡음 제거한 후 베이스밴드 모뎀(200)으로 출력하도록 구성되어 있다.

PLL(190; Phase Locked Loop)은 소정의 제어신호에 따라 RF송신부(110) 및 RF수신부(150)의 업 또는 다운 컨버전을 위한 로컬신호를 공급하도록 구성되어 있다.

베이스밴드 모뎀(200)은 태그로 전송할 송신 프레임을 생성하여 아날로그 신호로 변환한 후 RF송신부(110)로 출력하거나 태그로부터 전송된 수신 프레임을 RF수신부(150)를 통해 제공받아 디지털로 복원함과 아울러 상기 RF송신부(110)의 전 력 증폭과 PLL(190)의 발진주파수를 제어하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 RF송신부(110)는 I채널과 Q채널로 이루어져 있는데, 각 채널은 베이스밴드 모뎀(200)에서 각각 입력된 I신호와 Q신호를 선택적으로 필터링하는 대역통과필터(111)와, 입력된 로컬신호에 따라 대역통과필터(111)에서 입력된 베이스밴드 신호를 소정의 RF 주파수로 업 컨버전하는 업믹서(112)로 이루어져 있다. 그리고, RF송신부(110)는 상기 I채널과 Q채널을 통과한 신호를 합산하는 덧셈기(113)와, 상기 덧셈기(113)를 통과한 신호의 전력을 증폭하는 전력증폭기(114)와, 상기 전력증폭기(114)에서 출력된 신호 중 특정 주파수대역의 신호를 필터링하여 안테나(116)로 출력하는 필터(115)를 포함하고 있다.

RF수신부(150)는 안테나(151)를 통해 수신된 신호 중 특정 주파수대역의 신호를 필터링하여 출력하는 필터(152)와, 상기 필터(152)를 통해 출력된 신호의 잡음은 감소하고 신호를 증폭하는 저잡음증폭기(153)로 이루어져 있다. 그리고, RF수신부(150)는 상기 저잡음증폭기(153)를 통해 출력된 신호를 I채널과 Q채널로 분리하여 처리하게 되는 데, 각 채널은 입력된 로컬신호에 따라 저잡음증폭기(153)에서 입력된 RF 신호를 베이스밴드로 다운 컨버전하는 다운믹서(154)와, 상기 다운믹서에서 입력된 I신호 또는 Q신호를 필터링하는 대역통과필터(155)와, 상기 대역통과필터(155)에서 입력된 신호를 증폭한 후 베이스밴드 모뎀(200)의 I, Q포트로 출력하는 증폭기(156)를 포함하여 이루어져 있다.

PLL(190)은 베이스밴드 모뎀(200)에서 출력된 제어신호에 따라 로컬신호의 주파수를 가변하여 각 믹서(112, 154)로 공급하도록 구성되어 있다.

그리고, 베이스밴드 모뎀(200)에는 데이터의 송수신 이외에도 RF송신부(110)의 전력증폭기(114)를 제어하는 기능과, 로컬신호를 발생하는 PLL(190)을 제어하는 기능이 추가되어 있다.

한편, 상기 베이스밴드 모뎀(200)의 디지털 송신부(Transmission Digital Block)에서는 송신 데이터를 생성해 주는 블록과 변조 정도(Modulation Depth)를 변환할 수 있는 블록과, RCF(Raised cosine filter), 그리고 PSK 신호를 만들어 주는 힐버트 변환(Hilbert Transform) 등으로 구성되어 있다. 상기 디지털 송신부에서 만들어진 신호는 DAC(Digital to Analog Converter)를 통해 RF송신부(110)로 전송되며, RF송신부(110)는 믹서(112)를 통해 SSB(Single Side Band transmission, 단측파대전송), DSB(Double Side Band transmission, 양측파대전송) 신호를 만들어 안테나(116)를 통해 공기 중으로 송출하게 된다. 안테나를 통해 송신된 신호는 공기 중에서 손실(Free Space Loss)이 발생되고, 태그의 수신부에는 리더(100)에서 송신된 신호와 반사된 신호, AWGN 노이즈(Additive White Gausian Noise, 부가적인 백색 가우시안 잡음) 등이 더해져 들어오게 된다.

태그에 도달된 신호는 back-scatter되어 리더(100)의 RF수신부(150)로 보내지게 되는데, 리더(100)의 RF수신부(150)로는 태그에서 보낸 신호와 태그의 신호가 반사된 신호, AWGN 노이즈, 리더가 보낸 신호가 반사된 신호 등이 더해져 수신되게 된다. 리더(100)의 RF수신부(150)에서는 수신된 신호를 믹서(154)를 통해 다운 컨버전하고, 필터(155)를 통해 DC 오프셋과 노이즈를 제거하게 된다. 베이스밴드 모뎀(200)의 디지털 수신부에서는 소정의 ADC(Analog to Digital Converter)를 통해 I와 Q채널 신호를 받아 태그에서 송신된 데이터를 복원시켜 준다.

위와 같은 RFID의 RF 시스템에서 국부 발진기의 위상 노이즈와 송수신 채널의 커플링, 반사 환경, AWGN 노이즈, DC 오프셋, I/Q 미스매치(mismatch) 등이 성능에 영향을 주게 된다. 이들 중에서 DC 오프셋과 AWGN 노이즈에 대한 영향을 줄이기 위해 베이스밴드 모뎀(200)의 디지털 수신부에서는 필터를 추가하는 것이 바람직하다.

UHF 대역의 RFID 표준인 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 송신시에 데이터를 PIE(Pulse Interval Encoding)　인코딩한 후 DSB-ASK, SSB-ASK, 또는 PR-ASK 방식을 사용하며, UHF 대역의 다른 RFID 표준인 ISO 18000-6B와 EPC Class-1은 ASK방식을 사용한다.

EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 리더에서 송신되는 데이터의 앞부분에 프레임 동기 신호(sync) 또는 프리앰블이 놓이게 된다. 상기 프리앰블은 Query 커맨드일 때 사용되고 나머지 커맨드는 모두 프레임 동기신호를 사용한다. 상기 프리앰블의 구조는 도 2a와 같이 시작 구분자(start delimiter), data-0 심볼, RTcal(calibration) 심볼, TRcal 심볼로 구성되어 있으며, 프레임 sync의 구조는 도 2b와 같이 시작 구분자(start delimiter), data-0 심볼, RTcal 심볼로 구성되어 있다.

시작 구분자는 12.5㎲ㅁ 5%이며, RTcal은 data-0 심볼의 길이와 data-1 심볼의 길이를 더한 길이와 같다. 태그에서는 RTcal/2를 계산하여 피벗(pivot)이라 하고 피벗보다 짧은 신호가 들어오면 데이터를 '0'으로 판단하고, 피벗보다 긴 신호 가 들어오면 데이터를 '1'로 판단하는데 사용한다. TRcal은 태그의 back-scatter 링크 주파수(Link frequency)를 결정하는데 사용된다.

Tari는 data-0의 주기(period)를 의미하며 6.25㎲, 12.5㎲, 25㎲ㅁ 1%의 값을 가질 수 있다. 송신 데이터는 펄스간격 인코딩 방식을 사용하며, 데이터 레이트(rate)는 최대 160Kbps~20Kbps를 가질 수 있다.

태그는 back-scatter 방식으로 응답을 하며, ASK 또는 PSK 방식을 사용한다. 인코딩은 FM0 또는 Miller 서브 캐리어(Subcarrier) 방식을 사용한다.

링크 주파수(LF)는 TRcal값에 의해 결정되어지는데 계산 방법은 아래 수학식 1과 같으며, DR은 8 또는 64/3 값을 가질 수 있다. 따라서 FM0 방식일 경우 최대 640Kbps~40Kbps의 데이터 레이트의 범위를 갖게 되며, Miller 방식일 경우 320Kbps~5Kbps의 범위를 갖게 된다.

ISO 18000-6B에서는 송신시 맨체스터(Manchester) 방식을 이용하며, 수신시 FM0 방식을 이용한다. 송수신 데이터 레이트는 10Kbps 또는 40Kbps를 갖는다.

EPC Class-1에서는 송신시 펄스폭 방식을 사용하며, 수신시에는 FM0 방식을 사용한다. 송신 데이터 레이트는 70.18Kbps 또는 15Kbps이며, 수신 데이터 레이트는 140.35Kbps 또는 30Kbps를 갖는다.

도 3은 본 발명에 의한 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀의 SoC(System on a Chip)의 구조를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 SoC는 멀티 프로토콜 모뎀(201, 202; EPC Class-1 Gen2 및 ISO 18000-6B)과, OPB(On chip Peripheral Bus) 버스(203), 2채널의 OPB UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) 인터페이스(204), RF 컨트롤러(205), CPU(206), 인터럽트 컨트롤러(207), 메모리(208) 및 메모리 컨트롤러(209) 등으로 구성되어 있다.

즉, 상기 베이스밴드 모뎀(200)은, UHF 대역의 표준 프로토콜인 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)와 ISO 18000-6B 및 EPC Class-1을 포함한 모뎀(201, 202)과, 멀티 프로토콜 모뎀을 연결하기 위해 OPB버스 인터페이스(203)와, 2채널의 OPB UART 인터페이스(204)와, 상기 PLL(190)의 로컬 주파수와 RF송신부(110)의 전력을 제어하기 위한 RF 컨트롤러(205)와, 각종 메모리와 모뎀 동작 상태에 따라 인터럽트 신호를 발생하는 인터럽트 컨트롤러(207)와, 내부 동작 프로그램이 저장된 메모리(208), 상기 메모리를 제어하는 메모리 컨트롤러(209) 및 베이스밴드 모뎀(200) 내의 각종 장치의 동작을 제어하기 위한 CPU(206) 등을 포함하여 구성되어 있다.

상기 베이스밴드 모뎀(200)의 SoC 구성을 위하여 CPU(206)는 Xilinx사의 32bit RISC Processor인 Microblaze를 IP(Intellectual Property)로 사용하였으며, 시스템 버스로 Xilinx사에서 IP로 제공하는 IBM사의 CoreConnect Technology를 사용한다. 그리고, OPB에 멀티 프로토콜 모뎀을 연결하기 위해 OPB 버스 인터페이스(203)를 추가하고, 외부와의 통신을 위하여 OPB 버스 인터페이스를 가진 2채널의 UART 인터페이스(204)를 추가한다. 상기 UART 인터페이스(204)는 외부에서 입력되는 직렬신호를 내부에서 빠르게 처리하기 위해서 병렬로 변경하거나 외부로 출력하 는 신호를 병렬신호를 직렬로 변경하는 역할을 한다.

그리고 RF 컨트롤러(205)를 추가하여 RF송신부(110)와 PLL(190)를 제어할 수 있도록 한다. 이와 같은 구현예는 실시예에 불과할 뿐 다양한 제품의 하드웨어를 이용하여 SoC를 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 도 3의 멀티 프로토콜 모뎀을 나타낸 세부 블록도로서, 멀티 프로토콜 모뎀(201, 202)은 태그에 데이터와 전력을 공급하기 위한 송신부(210)와, 태그에서 보내온 데이터를 분석하여 호스트에 전달하기 위한 수신부(250)로 구성되어 있다. 물론, 상기 송/수신부(210, 250)는 CPU(206)에 의해 제어되며, 호스트와의 통신은 UART 인터페이스(204)를 통해 수행된다.

도 5는 본 발명에 의한 도 4의 RFID 리더 모뎀의 송신부(210)를 나타낸 블록도이고, 도 9는 본 발명에 의한 도 4의 RFID 리더 모뎀의 수신부(250)를 나타낸 블록도이다.

도 5에서와 같이 RFID 리더 모뎀의 송신부(210; TX)는, FIFO(First-In First_Out) 메모리(211)와 인코더(212), CRC(Cyclic Redundancy Check) 생성기(213), 모뎀 스테이트 머신(214), 및 프레임 생성기(215) 등을 포함하여 구성되어 있다.

FIFO 메모리(211)는 태그로 송신하고자 하는 송신 데이터를 일시 저장하도록 구성되어 있다.

인코더(212)는 표준 멀티 프로토콜에 따라 상기 송신 데이터를 맨체스터 인코딩, 펄스폭 인코딩 또는 펄스간격 인코딩 중 어느 하나를 이용하여 인코딩하도록 구성되어 있다.

모뎀 스테이트 머신(214)은 상기 송신 데이터의 전송 여부를 통해 모뎀(200)의 송신 및 수신 상태를 체크하도록 구성되어 있다.

CRC 생성기(213)는 상기 표준 멀티 프로토콜에 따라 송신 데이터의 CRC(Cyclic Redundancy Check) 값을 생성하도록 구성되어 있다.

프레임 생성기(215)는 상기 인코더(212)에서 생성된 송신 데이터와, 상기 CRC 생성기(213)에서 생성된 CRC값, 프리앰블 신호, 및 프레임 동기 신호를 각각 혼합하여 송신 프레임을 생성하고, 생성된 송신 프레임을 RF송신부(110)로 전달하도록 구성되어 있다.

타이머(216)는 일정시간 동안 태그에서 송신 프레임에 대한 응답이 없을 경우, 수신 타임아웃 신호를 생성시켜 모뎀이 아이들(idle) 상태로 전환되도록 한다.

한편, 상기 인코더(212)는 맨체스터 인코더(212)와 펄스폭 인코더(212) 및 펄스간격 인코더(212) 등을 각각 구비하고 있는데, 전송 데이터를 보내기 위해 ISO 18000-6B에서는 맨체스터 인코더(212)를 사용하고, EPC(Electronic Product Code) Class-1에서는 펄스폭 인코더(212)를 사용하며, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 펄스간격 인코더(212)가 사용된다. 상기 각 인코더(212)는 데이터 레이트를 변경할 수 있다.

송수신을 위한 컴퓨팅 CPU가 내릴 수 있는 커맨드(command)는 송신(Transmit)과, 송수신(Transceive) 및 수신(Receive)으로 구성되어 있으며, 상기 송수신은 송신 후 자동으로 수신 모드로 전환되도록 동작한다. ISO 18000-6B에서는 상기의 명령 외에 Resync, Write command가 추가될 수 있다.

모뎀 스테이트 머신(214)은 도 6과 같이 상태가 천이되며, 상태 값은 송신(TX)과 수신(RX)을 제어하기 위해 사용되는 동시에 현재의 상태를 시스템에 알려준다. 타이머(216)에서는 일정시간 동안 태그에서 신호의 응답이 없을 경우 수신 타임아웃 신호를 생성시켜 리더가 다른 명령을 수행할 수 있도록 모뎀을 아이들(idle) 상태로 옮겨준다.

FIFO 메모리(211)는 최대 64Byte까지 송신 데이터를 저장할 수 있도록 구성되었으며, 64Byte이상의 데이터를 송신할 경우에는 송수신이나 송신 명령 수행 후 모뎀 스테이트가 송신 상태에 있을 때 FIFO 메모리(211)에 송신 데이터를 추가적으로 넣어주는 방법으로 송신 데이터의 길이를 확장할 수 있도록 구성된다. 상기 FIFO 메모리(211)는 송신을 모두 마친 후 자동으로 수신용 FIFO 메모리(257)로 전환되도록 한다.

IRQ 제어기(217)에서는 IRQ 인에이블 레지스터, 모뎀 스테이트, FIFO 메모리의 스테이트를 보고 CPU(206)에 인터럽트를 발생시켜 주고, 현재 인터럽트의 상태를 표시한다.

EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 도 7의 CRC-CCIT와 도 8의 CRC5를 이용하여 CRC를 생성하며, ISO 18000-6B는 CRC 생성기(213)에서 CRC-CCIT를 이용하여 CRC를 생성하여 송신 데이터의 후반에 붙여 전송하고, EPC Class-1에서는 각 필드마다 1Bit의 기수 패리티(Odd Parity)를 생성하여 전송한다.

프레임 생성기(215)에서는 프리앰블과 프레임 동기 신호(Sync Start delimiter), 각 인코더(212)에서 생성된 데이터, 및 CRC 데이터를 합해 RF송신부(110)로 신호를 전달한다.

한편, 도 4에서 수신부(250)의 구조는 도 9와 같으며, 도 9의 수신부(250)는 필터(251)와 D/C(data & clock) 생성기(252), 프리앰블 검출기(253), 디코더(254), CRC 체커(256), FIFO 메모리(257) 등을 포함하여 구성되어 있다. 상기 필터(251)와 D/C 생성기(252), 프리앰블 검출기(253), 및 디코더(254)는 채널별(I채널 및 Q채널)로 별도로 구성되어 있으나, 하나의 채널로도 구성할 수 있음은 당연하다.

상기 필터(251)는 하이패스필터(HPF)와 로우패스필터(LPF)로 구성되어 있는 데, 하이패스필터(HPF)는 RF수신부(150)로부터 소정의 아날로그디지털변환기를 통해 입력된 신호의 DC 오프셋을 제거하도록 구성되어 있고, 로우패스필터(LPF)는 하이패스필터(HPF)에서 입력된 신호 중 고주파수에 대한 노이즈를 제거하도록 구성되어 있다.

D/C 생성기(252)는 상기 로우패스필터(LPF)에서 입력된 신호를 이용하여 데이터와 클록을 각각 생성하도록 구성되어 있다.

프리앰블 검출기(253)는 상기 D/C 생성기(252)로부터 데이터와 클록을 받아들여 내부에 가지고 있는 프리앰블과 프레임 동기신호를 비교하여 후단의 디코더(254) 측에 수신 프레임의 시작을 알려주도록 구성되어 있다.

디코더(254)는 상기 D/C 생성기(252)에서 입력된 데이터와 클록을 표준 통신 규약에 따라 디코딩하도록 구성되어 있다.

CRC 체커(256)는 상기 디코더(254)에서 입력된 수신 프레임의 시작부터 끝까 지 CRC 연산을 수행한 후 프레임의 끝 신호가 발생되면 계산된 CRC값을 보고 정상인지 에러인지를 판단하도록 구성되어 있다.

FIFO 메모리(257)는 상기 디코더(254)에서 디코딩된 수신 프레임을 바이트 단위로 저장하도록 구성되어 있다.

아울러, 도면부호 255는 선택기로서, CPU(206)의 제어신호에 따라 동작되어 복수의 디코더(254)로부터 입력된 신호가 선택적으로 출력되도록 한다. 즉, 도 9와 같이 상기 필터(251)와 D/C 생성기(252), 프리앰블 검출기(253) 및 디코더(254)는 복수개가 있으며, 상기 선택기(255)는 복수의 디코더(254)로부터 입력된 신호가 선택적으로 출력되도록 한다.

이와 같이 구성된 수신부(250)에서는 태그에서 보내온 신호에서 프리앰블 신호를 찾은 후에 이어서 수신된 데이터를 디코딩해서 FIFO 메모리(257)에 저장해주고 인터럽트를 통해 CPU(206)에 자신의 상태를 전달한다.

상기 하이패스필터(HPF)는 RF수신부(150)로부터 소정의 ADC를 통해 신호를 받아들이며, RF수신부(150)에서 발생된 DC 오프셋을 제거한다. 하이패스필터(HPF)에서 나온 신호는 로우패스필터(LPF)의 입력으로 전달되며, 로우패스필터(LPF)에서는 태그에서 보낸 신호보다 빠른 주파수의 노이즈를 제거함으로써 데이터 디코딩시 발생하는 오류를 방지할 수 있다.

상기 두 필터(HPF, LPF)는 CPU(206)를 통해 계수(Coefficient)값을 변경할 수 있도록 하여 필터의 특성을 조정할 수 있다.

D/C 생성기(252)에서는 필터(LPF)에서 나온 신호를 가지고 데이터와 클록을 생성시켜 주는데, 도 10과 같이 태그에서 보낸 신호가 ㅁ 25%와 같이 변하는 신호까지 이상없이 받아들일 수 있도록 구성되어 있다.

EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C) 및 ISO 18000-6B를 위한 FM0 디코더(254)에서는 D/C 생성기(252)에서 보내준 데이터와 클록을 가지고 각 신호 데이터 중간에서 천이가 발생하면 '0'으로 천이가 발생하지 않으면 '1'로 디코딩한다. EPC Class-1의 경우 각 데이터 시간에서 천이가 한번 발생하면 '0'으로 천이가 세 번 발생하면 '1'로 디코딩한다.

8bit을 디코딩할 때마다 FIFO 메모리(257)에 Byte 단위로 저장하기 위해 라이트(Write) 신호와 8Bit 데이터를 FIFO 메모리(257)에 전달한다.

프리앰블 검출기(253)에서는 D/C 생성기(252)로부터 데이터와 클록을 받아들여 내부에 가지고 있는 프리앰블과 프레임 동기신호를 비교하여 FM0 디코더(254)와 EPC Class-1 디코더(254)에 동기신호를 전달해 주고, 이 동기신호는 데이터 프레임의 시작을 알려주는데 사용된다.

CRC 체커(256)에서는 ISO 1800-6B와 EPC Class-1 모두 CRC-CCIT CRC를 이용하며, 동기 신호에 CRC를 초기화하고 데이터의 시작(start)부터 프레임 끝(end)까지 CRC 연산을 수행한 후 프레임 끝 신호가 발생하면 계산된 CRC값을 보고 정상인지 에러인지를 판단하게 된다.

비록 상세하게 도시하지는 않았지만, 프리앰블 검출기(253)에 포함된 충돌 검출기와, CRC 체커(256)에 포함된 프레임 엔드 검출기를 수신부(250)에 구성하여, 로우패스필터(LPF)로부터 신호를 받아들여 충돌 신호와 프레임 끝 신호를 생성시켜 주고 에러 플래그 레지스터(Error Flag Register)를 통해 CRC, 충돌, FIFO 메모리(257) 오버플로우 에러 등을 표시할 수 있다.

상기 도 3에서 송신부(210)와 수신부(250)의 FIFO 메모리(211, 257)는 공통으로 사용하도록 하여 칩 면적을 줄일 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 단일 프로토콜을 구현 적용한 기존 상용제품 대비 사이즈의 축소가 가능하며, 칩을 양산할 경우 가격절감 효과가 크다.

그리고, 본 발명에서 UHF 대역의 ISO 18000-6B, EPC Class-1, EPC Class1 Gen2 표준을 지원하는 멀티 프로토콜 알고리즘을 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀에 통합하여 구성함으로써, 개별 프로토콜을 DSP에 C언어로 코딩 구현했을 때보다 빠른 처리속도가 가능하다.

또한, 각 프로토콜을 개별 구성할 경우보다 베이스밴드 모뎀의 소형화가 가능하며, 향후 다양한 분야에서 적용될 수 있을 것이다. 휴대형 리더, 소형 고정형 리더, 서비스 로봇에 필요한 로봇의 위치인식 및 주변 객체인식을 위한 소형 리더모듈 등에 사용이 확대 가능하다.

상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 RFID 리더를 나타낸 회로 블록도이다.

도 2a 및 도 2b는 표준 통신 규약에 의한 프레임 동기신호와 프리앰블의 구조를 각각 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀의 SoC(System on a Chip)의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 도 3의 멀티 프로토콜 모뎀을 나타낸 세부 블록도이다.

도 5는 본 발명에 의한 도 4의 RFID 리더 모뎀의 송신부를 나타낸 블록도이다.

도 6은 본 발명에 의한 모뎀 스테이트 천이를 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8은 표준 통신 규약의 CRC 타입에 따른 CRC 생성방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명에 의한 도 4의 RFID 리더 모뎀의 수신부를 나타낸 블록도이다.

도 10은 도 9의 D/C 생성기에서 데이터와 클록 생성시에 수신 데이터의 오차 허용 범위를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: RFID 리더 110: RF송신부

150: RF수신부 190: PLL

200: 베이스밴드 모뎀 201,202: 멀티 프로토콜 모뎀

206: CPU 210: 송신부

211: FIFO 메모리 212: 인코더

213: CRC 생성기 214: 모뎀 스테이트 머신

215: 프레임 생성기 250: 수신부

251: 필터(HPF, LPF) 252: D/C(data & clock) 생성기

253: 프리앰블 검출기 254: 디코더

256: CRC 체커 257: FIFO 메모리

Claims

송신 데이터를 일시 저장하는 FIFO 메모리;

표준 멀티 프로토콜에 따라 상기 송신 데이터를 맨체스터 인코딩, 펄스폭 인코딩 또는 펄스간격 인코딩 중 어느 하나를 이용하여 인코딩하는 인코더;

상기 송신 데이터의 전송 여부를 통해 모뎀의 송신 및 수신 상태를 체크하는 모뎀 스테이트 머신;

상기 표준 멀티 프로토콜에 따라 송신 데이터의 CRC(Cyclic Redundancy Check) 값을 생성하는 CRC 생성기;

상기 인코더에서 생성된 송신 데이터와, 상기 CRC 생성기에서 생성된 CRC값, 프리앰블 신호, 및 프레임 동기 신호를 각각 혼합하여 송신 프레임을 생성하고, 생성된 송신 프레임을 RF송신부로 전달하는 프레임생성기; 및

일정시간 동안 태그에서 송신 프레임에 대한 응답이 없을 경우, 수신 타임아웃 신호를 생성시켜 모뎀이 아이들(idle) 상태로 전환되도록 하는 타이머;를 포함하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 표준 멀티 프로토콜은, UHF 대역의 프로토콜로서 ISO 18000-6B와, EPC(Electronic Product Code) Class-1, 및 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)인 것 을 특징으로 하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 인코더는 ISO 18000-6B에서는 맨체스터 인코더를 사용하고, EPC(Electronic Product Code) Class-1에서는 펄스폭 인코더를 사용하며, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 펄스간격 인코더를 사용하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 FIFO 메모리는 송신을 모두 마친 후 자동으로 수신용 FIFO 메모리로 전환되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 CRC 생성기는, EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)에서는 CRC-CCIT 타입과 CRC5 타입을 이용하여 CRC 값을 생성하고, ISO 18000-6B는 CRC-CCIT를 이용하여 CRC 값을 생성하며, EPC Class-1에서는 송신 프레임의 각 필드마다 1Bit의 기수 패리티(Odd Parity)를 생성하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 송신 장치.
RF수신부로부터 아날로그디지털변환기를 통해 입력된 신호의 DC 오프셋을 제거하는 하이패스필터;

상기 하이패스필터에서 입력된 신호 중 고주파수에 대한 노이즈를 제거하는 로우패스필터;

상기 로우패스필터에서 입력된 신호를 이용하여 데이터와 클록을 각각 생성하는 D/C(Data/Clock) 생성기;

상기 D/C 생성기로부터 데이터와 클록을 받아들여 내부에 가지고 있는 프리앰블과 프레임 동기신호를 비교하여 후단의 디코더 측에 수신 프레임의 시작을 알려주는 프리앰블 검출기;

상기 D/C 생성기에서 입력된 데이터와 클록을 표준 통신 규약에 따라 디코딩하는 디코더;

상기 디코더에서 입력된 수신 프레임의 시작부터 끝까지 CRC 연산을 수행한 후 프레임의 끝 신호가 발생되면 계산된 CRC값을 보고 정상인지 에러인지를 판단하는 CRC 체커; 및

상기 디코더에서 디코딩된 수신 프레임을 바이트 단위로 저장하는 FIFO 메모리;를 포함하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 수신 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 디코더는, 표준 통신 규약인 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C) 및 ISO 18000-6B에서는 D/C 생성기에서 입력된 데이터와 클록을 가지고 각 데이터 중간에서 천이가 발생하면 '0'으로 디코딩하고 천이가 발생하지 않으면 '1'로 디코딩하며, EPC Class-1에서는 각 데이터에서 천이가 한번 발생하면 '0'으로 디코딩하고 천이가 세 번 발생하면 '1'로 디코딩하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더의 베이스밴드 모뎀용 수신 장치.
베이스밴드 모뎀에서 생성된 송신 프레임의 주파수를 업 컨버전하여 전력 증폭한 후 태그 측으로 전송하는 RF송신부;

상기 태그에서 수신된 수신 프레임을 다운 컨버전하여 잡음 제거한 후 베이스밴드 모뎀으로 출력하는 RF수신부;

소정의 제어신호에 따라 RF송신부 및 RF수신부의 업 또는 다운 컨버전을 위한 로컬신호를 공급하는 PLL; 및

태그로 전송할 송신 프레임을 생성하여 아날로그 신호로 변환한 후 RF송신부로 출력하거나 태그로부터 전송된 수신 프레임을 RF수신부를 통해 제공받아 디지털로 복원함과 아울러 상기 RF송신부의 전력 증폭과 PLL의 발진주파수를 제어하는 베이스밴드 모뎀;을 포함하는 RFID 리더.
청구항 8에 있어서,

상기 베이스밴드 모뎀은,

UHF 대역의 표준 프로토콜인 EPC Class-1 Gen2(ISO 18000-6C)와 ISO 18000-6B 및 EPC Class-1을 포함한 모뎀과, 멀티 프로토콜 모뎀을 연결하기 위해 OPB(On chip Peripheral Bus) 버스 인터페이스와, 2채널의 OPB UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) 인터페이스와, 상기 PLL의 로컬 주파수와 RF송신부의 전력을 제어하기 위한 RF 컨트롤러와, 각종 메모리와 모뎀 동작 상태에 따라 인터럽트 신호를 발생하는 인터럽트 컨트롤러와, 내부 동작 프로그램이 저장된 메모리와, 상기 메모리를 제어하는 메모리 컨트롤러, 및 상기 베이스밴드 모뎀 내의 각종 장치의 동작을 제어하기 위한 CPU를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 RFID 리더.