IT R&D Global Leader

IT R&D Global Leader RFID 주파수 간섭 완화 방안 연구 [REG Korea, On-Line Forum] 2007.11.07 정병현

EPC global 제안 방법 기타 회피 및 완화 방법 간섭 회피 목 차 1 간섭의 종류 및 영향 분석 2 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 3 새로운 간섭 회피 방안 제안 4 질의 및 응답

간섭 원인의 여러 경우 1. 간섭의 종류 및 영향 분석 • 충돌이 발생하는 경우 • 인식거리 중첩 • 태그-이웃 리더의 간섭 신호 • 리더-이웃 리더의 간섭 신호 R1 인식거리 R2 인식거리 T1 R1 R2 태그-인식거리 중첩 R1 간섭거리 R2 간섭거리 R1 간섭거리 R2 간섭거리 R1 인식거리 R2 인식거리 R1 인식거리 R2 인식거리 T1 T1 R1 R2 R1 R2 리더와 이웃리더의 간섭 신호 태그와 이웃리더의 간섭 신호

주변 리더의 간섭 신호 [동일 채널] 1. 간섭의 종류 및 영향 분석 • 공중선 손실 • 자유공간 손실 • 빌딩 안에서 손실 • 주변 리더의 신호가 더 큰 경우 이웃리더의 신호 보다 크기 위한 최소 거리 태그 신호 A < 주변 리더 신호 B

주변 리더의 간섭 신호 [동일채널] 1. 간섭의 종류 및 영향 분석 • 유럽 ETSI 규격-최소 격리 • ERP 2.0W, Threshold -96 dBm, 1,069m 격리 • 과도한 리더 Sensitivity 간섭 원인 • 리더 Sensitivity -70~101 dBm • 태그 Sensitivity -10 dBm • 리더 A Sensitivity 보다 B가 큰 경우 • Sensitivity -101 dBm 이고, Max Output이 30 dBm 인 경우 • 동일 채널을 사용하는 리더간 거리 1,219 m 격리 • 유럽 ETSI 규격에 준한 최소 리더간 격리 • 안테나 방향을 고려한 최소 리더간 격리 리더 A Sensitivity < B의 간섭 신호

주변 리더의 간섭 신호 [인접채널] 1. 간섭의 종류 및 영향 분석 • 주변 리더의 인접 채널의 신호에 의한 간섭 분석[Multi 채널 모드] • 인접 채널 사용이 어려움 • 리더 Sensitivity -101 dBm, 태그 Sensitivity -10 dBm 인 경우 • Offset 채널 1을[-20dBch] 사용하는 주변리더의 최소 격리 거리 326 m • Offset 채널 2을[-50dBch] 사용하는 주변리더의 최소 격리 거리 12 m • 리더 Sensitivity -70dBm, 태그 Sensitivity -10 dBm 인 경우 • Offset 채널 1을[-20dBch] 사용하는 주변리더의 최소 격리 거리 42 m 인접채널 간섭 제한 Mask

Tx Signal Feedback [동일리더] Rx Signal TX Leakage 2 TX Power (30dBm) TX Leakage 1 1. 간섭의 종류 및 영향 분석 • Tx 신호의 간섭-KAIST • Isolation이 완벽한 Ideal Circulator 를 만들 수 없음 (Tx Leakage 1] • 모든 출력이 안테나에서 소비 되지 못함 [Tx Leakage 2] • 강한 Tx 신호에 의하여 LNA, Active Mixer등이 Saturation 됨. • Tx Leakage의 Phase Noise 때문에 Tag 신호 수신이 어려움. Reader Tx Signal in CW Tag Backscattering Signal

리더 전송 마스크-EPC global 2. 기존의 간섭회피 및 완화 방법 • 인접 채널 간섭 때문에 2가지 Mask를 규정 • Multiple 리더 Mask (여러 채널을 사용하는 경우) • 미국 500 kHz 채널 대역, 유럽은 200 kHz 채널 대역 • 채널 마스크는 0, -20, -50, -60, -65 dBch • Dense 리더 Mask (모든 가용 채널을 사용하는 경우) • 전송속도에 따라 Mask 규격 결정 • Tari 25 us => 100 kHz 채널 대역, 40 kbps • Tari 6.25 us => 400 kHz 채널 대역, 128 kbps • 채널 마스크는 0, -30, -60, -65 dBch Transmit Mask for Dense Interrogator Transmit Mask for Multiple Interrogator

Dense 리더 동작-EPC global 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • Single 250 kHz 채널(유럽 ETSI EN 220 v2.1.1] • TDM 방식으로 리더와 태그의 동작시간을 분리 • 리더-DBS-ASK 변조, 25 us Tari • 태그-20 kbps, 80kHz 부반송파 • 가용 채널이 하나인 단순 구조 80 -80

Dense 리더 동작-EPC global 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • 채널 Boundary Backscatter [미국 FCC 15.247] • FDM 방식으로 리더와 태그의 사용 주파수 분리 • 리더 - PR-ASK 변조, 25us Tari, • 태그 – 62.5 kbps, 250 kHz 부반송파 • 500 kHz BW, 50개의 채널을 Frequency 호핑 • 시간에 있어서 동기화를 요구하지 않음 • 태그는 주파수 선택 권한이 없어서 리더가 인접 채널을 사용하면 충돌 발생 • 또한 대역폭이 작은 나라에서는 사용할 수 없음.

Dense 리더 동작 –EPC global 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • 인접 채널 Backscatter[유럽 ETSI EN 302-208 v1.1.1] • FDM 방식으로 태그 출력을 인접 채널에 배치 • 리더 – SSB-ASK 변조, 25 us Tari • 태그 – 50 kbps, 200 kHz 부반송파 • 200 kHz BW, 10 채널, 2W ERP • 리더 태그 채널을 분리하여 사용하면 실제 가용 채널은 3 채널뿐 • 가용 채널을 늘리기 위한 모든 리더와 태그의 동기화는 비현실적임

Dense 리더 동작-EPC global 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • 채널 대역 내 Backscatter • FDM 방식으로 채널 대역을 리더와 태그가 나누어 사용 • 리더 – PR-ASK 변조, 25us Tari • 태그 – 25 kbps, 200 kHz 부반송파 • 500 kHz BW, 4 채널 • 가설적인 규정임

Tx Feedback Signal 제거 방법- 2 Ant. 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • Reshaping the beam : array structure [KAIST]-특허 • W.I.Son, et al, “Printed Square Quadrifilar Spiral Antenna for UHF RFID Reader”, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium2007 • Electronic Band Gap (EBG) structure • 동일한 PCB에 2 안테나를 위치, Pettilä et al, 2005, Sydänheimo et al. 2005) • Physical encapsulation structure [ETRI]-특허 • H.W.Son,et al ”Design of compact RFID reader antenna with high transmit/receive isolation,”Microwave and Optical Technology Letters, 2006 • Placing the Tx antenna closer to the tags • Katariina Penttila, et al “ Implementation of Tx/Rx isolation in an RFID reader”, Int. J. Radio Frequency Identification Tech. and Appl. 2006 • Leakage Cancelable Feeding Network (KAIST)-특허 • W.G.Lim, et al,”Compact Integrated Antenna with circulator for UHF RFID System”,IEEE AP,2007 * KAIST, 유종원교수 , UHF RFID Reader Front-End, ’07년도 RFID/USN 전파기술 워크샾, 한국전자파학회

Tx Feedback Signal 제거 방법- 1 Ant. 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • Forwarding Embedding Circulator 개선-Phase Shift 활용 • S.L.Karode and V.F.Fusco,”Forward Embedding Circulator Enhancement in Transmit/Receive Applications”,IEEE MWCL, 1998 • Directional Coupler의 Idle Port 활용 • W.K.Kim, et al “A Passive Circulator for RFID Application with High Isolation using a Directional Coupler”,EuMC 2006 • 2개의 Circulator를 사용한 Leakage Canceller [KAIST]-특허 • W.G.Lim, et al “Compact Integrated Antenna with High Tx/Rx Isolation”, IEEE AP, 2007 * KAIST, 유종원교수 , UHF RFID Reader Front-End, ’07년도 RFID/USN 전파기술 워크샾, 한국전자파학회

리더 LBT-동기화 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • Listen 먼저 수행한 다음 Talking 하는 방법 • 모든 리더가 동기를 맞추어 동시에 Listen하고 Talking 하는 방법 • Idle 이면 다른 리더와 동기를 맞추어 태그와 통신 • 아니면 Random Backoff 하여 다음 사이클에서 다시 시도 • 모든 리더가 중앙 제어 유닛에 연결 • 만약 휴대용/모바일등 유선으로 연결이 어려운 경우는 충돌 발생 Reader Tx Signal in CW (수신할 때) Reader Tx Signal in Modulation(송신할 때) Tag Backscattering Signal 모든 리더가 동기화 하여 Listen과 Talk 반복

Colorwave Pulse Protocol 2. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • Time Slot을 이용한 일종의 TDMA 방법을 사용하여 채널 할당 방법 • 리더가 Time Slot을 랜덤 선택 • 충돌이 있으면 다시 Time Slot을 랜덤 선택 • 충돌이 없으면 주변 리더에 Kick을 보내고 태그와 통신 • 만약 충돌을 검출 할 수 없다면 • 충돌 회피는 사실상 불가능함. • 고정형 리더 뿐만 아니라 휴대용/모바일 리더도 고려함. • 통신 채널 이외에 출력이 더 큰 Beacon 제어 채널을 사용 • 각국의 주파수 자원은 한정적 • 더 출력의 Beacon 신호를 사용하면 또 다른 IT 기기 간섭을 유발함.

송, 수신 채널 분리 및 배치 3. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • 간섭을 줄이기 위하여 가급적 멀리 떨어진 리더에 동일 채널 할당 • 송, 수신 채널 분리 • 짝수 채널 5개는 리더 Interrogation. • 홀수 채널 5개는 태그 Backscattering. 송, 수신 채널 분리 채널 배치

리더의 출력 조정 리더의 Talking 시간 조절 3. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • EPC Global의 리더 최대 출력은 1W[4W EIRP]이고, 유럽은 2W ERP임. • 최대 10m 이상 인식거리 갖는 경우도 있음. • 그러나 물류창고의 출입문은 3m • 필요한 만큼 리더 출력을 조정하여 간섭을 줄임. • 출입문 양쪽에 안테나를 설치하여 리더 출력을 더 줄일 수 있음. • 리더 Talk 시간은 약 수초임. • 실제 리더 Talk 시간은 주변 환경에 의존. • On-Site 측정 및 튜닝을 수행

센서를 이용한 리더 ON/OFF 3. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • 출입문에 리더 뿐만 아니라 센서를 설치하여 트럭의 접근 감지. • 트럭이 접근할 때는 리더 ON, 아닐 때는 리더 OFF • 채널 할당에 유리하며 간섭을 줄일 수 있음. • 그림에서 출입문 3의 채널을 그 다음 출입문에 할당 사용하지 않는 리더 OFF

RF 흡수체 사용 3. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • 리더 안테나, 즉 출입문들 사이에 RF 흡수체 설치. • 안테나 측면 Leakage 때문에 간섭을 완벽히 막지는 못함. • 그러나 안테나 정면 보다 측면은 약 20 dB 정도 작지만 여전히 간섭을 미치므로 출입문들 사이에 RF 흡수체를 설치하여 간섭을 완화 시킴. 출입문들 사이에 RF 흡수체 설치

채널 스위칭 3. 기존의 간섭 회피 및 완화 방법 • Listen Before Talk 사이클 마다 채널 주파수 변경. • 중앙 제어 유닛에서 채널 할당. • 외부 잡음에 의한 Interrogation 및 Jamming을 개선함. 리더 채널 주파수 변경

Channel Holder Ch Allocation Table Control Computer Channel Holder R1 R2 R3 Rn M1 H1 4. 새로운 간섭 회피 방안 제안 • Channel Allocation Table in Control Computer • 일반형[고정형) 리더 R1, R2, ,,, Rn 에서 사용 가능한 주파수 채널 배정 • 일반형 리더와 휴대용/모바일[이동형] 리더 각각의 주파수 채널 분리 • 일반형 리더 R1, R2, ,,, Rn 에서 사용 중인 주파수 채널 관리 • Channel Holder가 Holding 하고 있는 채널 관리 • Channel Holder • Dummy Signal ON/OFF 에 의한 채널 Holding/Release • 모바일 리더 M1, 휴대용 리더 H1 • Channel Holder가 Holding하지 않는 채널 사용 * 특허 출원

Channel Grouping reader max. output power Pr Pt Pm mobile channel regular channel 4. 새로운 간섭 회피 방안 제안 • 일반형 리더 Output Power • EPC global의 리더 최대 출력을 1W임. • 모바일/휴대용 리더의 Output Power • 모바일/휴대용 리더는 태그에 근접하여 사용함. • 배터리 수명 및 주변 리더에 주는 간섭을 고려해야 함. • 일반형 리더 보다는 작은 출력을 사용하는 것이 필요함. • Channel Grouping • 리더 출력 레벨이 비슷한 채널들을 함께 그룹핑 해야 간섭을 줄임. • 일반형 리더와 모바일/휴대용 리더를 위한 채널을 분리. • 또한 모바일/휴대용 리더 채널에 근접한 일반형 리더 채널의 최대 출력을 줄여야 채널 간섭을 효과적으로 줄임. * 특허 출원

Dual Sensitivity Reader Sensitivity (-96 dBm) Reduced Reader Sensitivity Tag Sensitivity (-10 dBm) 4. 새로운 간섭 회피 방안 제안 • 리더/태그 Sensitivity • 리더 -96 dBm, 태그 -10 dBm • 리더-태그의 과도한 역방향 링크 마진 • 순방향 6.8 dB, 역방향 56.2 dB • 과도한 sensitivity • 주변 간섭 신호에 예민 • Normal Sensitivity에서 채널 점유 확인 • Reduced Sensitivity에서 통신 • 리더 –태그 순방향 Link budget • 리더 –태그 역방향 Link budget * 특허 출원

모바일/휴대용 리더 4. 새로운 간섭 회피 방안 제안 • 모바일 휴대용 리더 특징 • 태그와 주로 1 m 이내에서 사용 • 리더 출력과 Sensitivity 조정 • 순방향 마진 2.3 ~ 9.3 dB at 0.1~0.5 W of output power • 역방향 마진 1.3 ~ 8.3 dBm at -40 dBm of Sensitivity • 역방향 마진 31.3 ~ 38.3 dBm at -70 dBm of Sensitivity • 리더 –태그 역방향 Link budget • 리더 –태그 순방향 Link budget * 특허 출원

Sensitivity 조정 효과 4. 새로운 간섭 회피 방안 제안 • 간섭 영향 • R1, R2, R3 서로간 간섭을 받음. • M은 R2 리더에만 영향을 받음 • 충돌 회피 최소거리 • 11.5~18.1m at -40 dBm • 82.1~130.2 at -70 dBm • 인접 채널 사용시 최소거리 수 m • 모바일 리더의 충돌 회피를 위한 빌딩 내에서 최소 거리 [동일 채널] • 모바일 리더의 충돌 회피를 위한 빌딩 내에서 최소 거리[인접채널] R1 R2 M R3 Reading Range Sensitivity Coverage (Interference Range) * 특허 출원

감사합니다. 질의 응답

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