RFID 기술은 태그 아이디 정보 획득이라는 기본적인 역할을 넘어 태그 아이디와 위치 정보를 동시에 획득하는 기술이 개발되고 있으며 최근 들어서는 이동태그의 속도, 방향 등 부가적인 정보도 획득하는 방향으로 발전하고 있다. 본 논문에서는 서로 다른 속도로 이동하는 다수의 태그 부착 물체들에 대한 태그 아이디 획득 및 거리, 속도 등 부가적인 정보를 추출할 수 있는 RFID 시스템을 제안한다. 제안된 시스템에서는 태그는 FMCW로 변조된 아이디 신호를 전송하며 리더는 배열(array) 안테나를 이용해서 방위각 방향으로 태그 신호를 일차 분리하고 이어서 FMCW 복조를 통해서 속도, 거리 외에 태그 아이디를 복조한다. 요구된 기능을 수행하기 위한 리더 수신부 구조를 제시하고 제시된 시스템이 동작 가능함을 이론적으로 분석하며 시뮬레이션을 통해서 제시된 시스템의 성능을 검증한다.
RFID 기술은 태그 아이디 정보 획득이라는 기본적인 역할을 넘어 태그 아이디와 위치 정보를 동시에 획득하는 기술이 개발되고 있으며 최근 들어서는 이동태그의 속도, 방향 등 부가적인 정보도 획득하는 방향으로 발전하고 있다. 본 논문에서는 서로 다른 속도로 이동하는 다수의 태그 부착 물체들에 대한 태그 아이디 획득 및 거리, 속도 등 부가적인 정보를 추출할 수 있는 RFID 시스템을 제안한다. 제안된 시스템에서는 태그는 FMCW로 변조된 아이디 신호를 전송하며 리더는 배열(array) 안테나를 이용해서 방위각 방향으로 태그 신호를 일차 분리하고 이어서 FMCW 복조를 통해서 속도, 거리 외에 태그 아이디를 복조한다. 요구된 기능을 수행하기 위한 리더 수신부 구조를 제시하고 제시된 시스템이 동작 가능함을 이론적으로 분석하며 시뮬레이션을 통해서 제시된 시스템의 성능을 검증한다.
RFID technology has evolved from basic operation like the acquisition of tag IDs into a more complicated operation such as the simultaneous acquisition of tag IDs and their positions and recently, is raising the possibility of obtaining additional informations, which include their velocities, direct...
RFID technology has evolved from basic operation like the acquisition of tag IDs into a more complicated operation such as the simultaneous acquisition of tag IDs and their positions and recently, is raising the possibility of obtaining additional informations, which include their velocities, directions and distances. In this paper, we present a RFID system that can fullfil aforementioned advanced functions. In the proposed system, a tag transmits a sequence of FMCW pulses modulated by ID signals and a reader separates the tag signals in azimuth direction using an array antenna, followed by the FMCW demodulation from which distances, velocities as well as the tag IDs are extracted. We propose a receiver structure of the reader and theoretically analyze its operability. Moreover, its performance is examined by simulation.
RFID technology has evolved from basic operation like the acquisition of tag IDs into a more complicated operation such as the simultaneous acquisition of tag IDs and their positions and recently, is raising the possibility of obtaining additional informations, which include their velocities, directions and distances. In this paper, we present a RFID system that can fullfil aforementioned advanced functions. In the proposed system, a tag transmits a sequence of FMCW pulses modulated by ID signals and a reader separates the tag signals in azimuth direction using an array antenna, followed by the FMCW demodulation from which distances, velocities as well as the tag IDs are extracted. We propose a receiver structure of the reader and theoretically analyze its operability. Moreover, its performance is examined by simulation.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
Binary tree 프로토콜도 메시지 교환 횟수는 줄일 수 있지만 리더가 inventory 과정을 수행하는데 시간이 걸려 고속으로 이동하는 표적에 대한 태깅은 여전히 어렵다. 다수의 이동 태그를 인식하고자 할때, FDMA 기술은 기본적으로 성능 향상을 가져올 수있으나 본 논문에서는 FDMA 외에 리더에 배열 안테나 등을 사용한 SDMA 방식을 통해서 태그 missing 확률을 최소화하는 RFID 시스템 및 신호처리 과정을 제안한다. 이를 위해 II.
본 논문에서는 고정된 RFID 리더가 리딩 영역에 들어오는 속도가 다른 복수의 이동 태그를 읽으면서 태그 아이디 외에 거리, 속도 등 부가적인 정보를 추출할 수 있는 RFID 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템에서는 리더와 태그간 주고 받는 메시지를 기본적으로는 한번씩 사용하면서도 빔포밍 기술을 적용하여 방위각 방향으로 태그 신호를 분리해서 복수의 태그를 읽을 수 있었다.
리더 태그간 시간 동기를 위해서 리더가 전송하는 동기신호 변조 과정 및 이 신호를 수신한 태그가 복조 및 동기를 획득하는 과정은 보통의 이동통신 단말기에서 이루어지는 과정과 유사하다. 본 절에서는 이 과정은 생략하고 태그가 아이디 정보를 변조하고 리더가 이 신호를 복조한 후 태그를 구분하는 과정에 대해서 설명하고자 한다.
빔포밍 후 리더 시스템은 모뎀부를 통해서 FMCW 신호 복조를 한다. 우선 본 절에서는 수신되는 태그 아이디 신호를 안다고 가정하고 모뎀부 동작을 설명한 후 이어서 일반적으로 모르는 경우에 대한 복조 과정을 설명하고자 한다.
가설 설정
결국 두 종류 신호의 송수신을 위해서 태그 모뎀부는 동기 신호로 부터 도달 시간을 추출할 수 있는 코드동기 회로부 및 미리 설정된 시간이 지난 후 태그 아이디를 변조하는 변조부로 구성되어야 하며 리더는 수신신호를 복조하여 거리, 속도 및 아이디를 추정할 수 있어야 한다. 제안된 시스템에서는 Gen2프로토콜 처럼 리더와 태그간 메시지(message) 교환절차가 복잡하지 않고 각각 한번씩 만 이루어지도록 하며 태그 아이디 데이터 전송률은 보통의 RFID 시스템에처럼 수십 내지 수백 kbps 라고 가정하고 전체 시스템 파라메타를 설계하였다.
제안 방법
빔포머의 steering 각도가 2도인 경우와 6도인 경우 각각에 대해서 공간 필터링을 한 후 FMCW 복조를 하였다. 6도인 경우는 태그 신호 방향과 동일하여 복조 성능이 좋을 것이므로 여기서는 태그 신호가 1.5도에서 입력되고 빔포머는 2도에서 공간필터링을 한 후 복조했을 때의 결과를 제시하였다. 그림 6은 그 결과로서 ‘0’을 FMCW 변조한 신호가 기준 신호와 믹싱된 후 FFT한 결과이다.
신호의 입사각과 동일한 각에서 피크값이 뜨는 것을 확인할 수 있었다. 빔포머의 steering 각도가 2도인 경우와 6도인 경우 각각에 대해서 공간 필터링을 한 후 FMCW 복조를 하였다. 6도인 경우는 태그 신호 방향과 동일하여 복조 성능이 좋을 것이므로 여기서는 태그 신호가 1.
그러므로 태그는 active 이거나 semi-active 로 동작해야 하며 리더 태그간 프로토콜을 단순화해서 메시지 교환을 최소화해야 한다. 이를 위해 본 논문에서 제안한 리더/태그 시스템은 두 종류의 신호를 송수신하는 것으로 설계하였다. 첫 번째 신호는 리더 태그간 시간 동기를 위해서 리더가 전송하는 신호다.
절에서는 리더/태그 시스템을 제안하고 관련된 신호처리 과정을 이론적으로 설명하며 마지막으로 IV. 절에서 시뮬레이션을 통해 성능을 검증한다.
빔포밍부 설계는 리더 태그간 공간 위치 및 신호 파라메타에 따라 정해지며 IV.절에서 예시에 의해 빔포밍부 설계 과정을 제시하였다.
제안된 시스템에서는 리더와 태그간 주고 받는 메시지를 기본적으로는 한번씩 사용하면서도 빔포밍 기술을 적용하여 방위각 방향으로 태그 신호를 분리해서 복수의 태그를 읽을 수 있었다. 태그 아이디 정보는 FMCW 변조하여 전송하므로써 태그 속도, 거리 등이 추출될 수 있음을 이론적 분석하였고 시뮬레이션을 통해서 검증하였다. 제안된 시스템이 성공적으로 동작하기 위해서는 태그의 동기신호 획득이 정확해야 한다.
이론/모형
그림 2는 본 논문에서 제시하는 리더 시스템의 블록도이다. 리더는 태그가 전송한 신호를 방위각 방향으로 구분하기 위해서 빔포밍(beam- forming) 기법을 적용하며 이를 위해 안테나는 M 개의 배열(array) 소자로 구성된 배열 안테나 구조를 가지고 있다.
성능/효과
그림 2의 LO1과 LO2 신호파형의 길이는 태그 아이디 신호파형 길이와 동일하다. 결과적으로 리더 모뎀부는 두 가지에서 FFT를 수행한 후 피크값을 비교해서 데이터를 복조하면서 피크가 큰 가지에서 fub와 fdb를 추출해서 도플러 속도 및 거리 정보를 추출할 수 있다.
제시한 시뮬레이션 환경처럼 잡음 전력이 크지 않은 경우에는 빔포머가 공간 필터링에서 적용한 각인 2도가 신호의 입사각인 1.5도와 차이가 있었지만 거리 및 속도가 거의 정확하게 찾아짐을 알 수 있었다.
본 논문에서는 고정된 RFID 리더가 리딩 영역에 들어오는 속도가 다른 복수의 이동 태그를 읽으면서 태그 아이디 외에 거리, 속도 등 부가적인 정보를 추출할 수 있는 RFID 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템에서는 리더와 태그간 주고 받는 메시지를 기본적으로는 한번씩 사용하면서도 빔포밍 기술을 적용하여 방위각 방향으로 태그 신호를 분리해서 복수의 태그를 읽을 수 있었다. 태그 아이디 정보는 FMCW 변조하여 전송하므로써 태그 속도, 거리 등이 추출될 수 있음을 이론적 분석하였고 시뮬레이션을 통해서 검증하였다.
후속연구
제안된 시스템이 성공적으로 동작하기 위해서는 태그의 동기신호 획득이 정확해야 한다. 본 논문에서는 동기 신호 획득이 정확하게 이루어졌다는 가정 하에 시스템을 제안하였으나 동기 오차는 필연적으로 발생하므로 동기 오차 상황에서도 성능 열화가 적은 시스템 연구가 향후 필요할 것으로 사료된다.
FMCW 펄스 파형을 사용한 태그 위치정보 획득 외에도 입사되는 태그 신호를 복수의 리더 수신부를 사용해서 AOA(angle of arrival) 정보를 획득하는 방법도 발표되었다[8]. 향후 RFID 리더는 태그의 아이디, 위치정보 외에도 이동하는 물체의 경우 방향, 속도 등 부가 정보 획득이 요망될 수 있다. 태그를 부착한 물체가 고속으로 이동하는 경우를 예로 들면 태그와 RFID 리더간 거리가 급격히 멀어지면 수동형 모드로 동작하기 힘들며 특히 리더 태그간 통신을 하는 프로토콜의 inventory 과정에서는 주고 받는 메시지 교환 횟수가 많은 경우 물체가 리더 안테나 빔을 벗어나게 되어 Gen2 프로토콜을 적용시키기 힘들다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 RFID 기술의 기술 표준으로 선정된 프로토콜은 무엇인가?
RFID 기술은 수동형, 능동형, 반능동형, 반수동형 등 다양한 모드로 동작할 수 있으며 각 모드는 사용 주파수 및 응용분야가 상이하게 발전하였다[1, 2]. 국내의 경우는 수동형 모드가 가장 대표적으로 사용되고 있으며 그 가운데 900MHz Gen2 프로토콜 및 13.56MHz 유사 Gen2 프로토콜이 기술 표준으로 선정되어 이미 상용화되었다. 수동형 모드는 바코드를 대체하는 기술로 고속으로 대용량 태그를 인식하는 용도로 많이 사용되고 있다.
RFID 기술은 어떤 모드로 동작할 수 있는가?
RFID 기술은 수동형, 능동형, 반능동형, 반수동형 등 다양한 모드로 동작할 수 있으며 각 모드는 사용 주파수 및 응용분야가 상이하게 발전하였다[1, 2]. 국내의 경우는 수동형 모드가 가장 대표적으로 사용되고 있으며 그 가운데 900MHz Gen2 프로토콜 및 13.
augmented reality 기술은 어떤 기술인가?
이상의 연구들에서 리더가 획득하는 정보는 태그 아이디 정보에 국한되어 있으나 최근들어 아이디 태깅 외에 태그 위치 정보를 동시에 획득하고자 하는 연구들이 많이 진행되었다. 카메라와 위치센서가 있는 리더가 태그 위치 정보와 영상을 매칭시키는 augmented reality 기술이 개발되었고 능동형 태그에 대한 아이디 및 위치 정보를 동시에 획득하는 연구도 발표되었다[5, 6]. 태그의 위치 정보를 획득하기 해서 리더는 FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) 펄스 파형을 사용하는 연구를 많이 하였고 FMCW 파형을 반사시키는 수동형 태그의 회로 설계 방법에 대한 연구 결과도 발표되었다[7].
참고문헌 (10)
Klaus Finkenzeller, "RFID Handbook 2nd Edition," Wiley, 2003.
Weinstein, R., "RFID: a technical overview and its application to the enterprise," IEEE IT Prof., 7(3), pp.27- 33, May-Jun., 2005.
H. W. Son, G. Y. Choi and C. S. Pyo, "Design of wideband RFID tag antenna for metallic surfaces," Electronics Letters, vol. 42, no. 5, pp. 263-265, Mar. 2006.
CS Chang, KF Tsang, "A cost effective approach on railway vehicle identification and positioning using RFID technology", IET 2nd International Conference on Wireless, Mobile and Multimedia Networks, 2008.
Kunkel, S., Bieber, R., Ming-Shih Huang, Vossiek, M., " A concept for infrastructure independent localization and augmented reality visualization of RFID tags", IEEE MTT-S International Microwave Workshop on Wireless Sensing, Local Positioning, and RFID, 2009.
Carlowitz, C., Strobel, A., Schafer, T., Ellinger, F., Vossiek, M., "A mm-wave RFID system with locatable active backscatter tag", 2012 IEEE International Conference on Wireless Information Technology and Systems (ICWITS)
Ussmueller, T., Brenk, D., Essel, J., Heidrich, J., Fischer, G., Weigel, R., "Roundtrip-Time-of-Flight based localization of passive multi-standard RFID-tags" 2012 IEEE International Conference on Wireless Information Technology and Systems (ICWITS)
J. Zhou, H. Zhang, and L. Mo, "Two-dimension localization of passive RFID tags using AOA estimation," in Proc. IEEE Instrum, Meas. Technol. Conf., 2011, pp. 1-5.
Auer, M., Missoni, A., Kargl, W., "HF RFID transponder with phase demodulator for very high bit-rates up to 13.56Mbit/s," IEEE Int. Conf. on RFID, Apr., 2010.
Joon Hyung Yi, Inbook Lee, Shbat, M. S. Tuzlukov, V. "24GHz FMCW radar sensor algorithms for car applications," Radar Symposium (IRS), 2011 Proceedings International, pp.465-470, Sept. 2011.
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