UHF대역 RFID 리더 시스템의 성능향상 알고리즘 설계 연구

Abstract

The RFID technology is considered as one of the key technologies for the next generation supply chain managements. Since the EPC C1 Gen2 standard proposed by EPCglobal Inc. was approved as one of the international UHF band RFID standards in 2007, the RFID technology has been widely applied in the logistics and the related industries. In this paper, we presented and analyzed the 3 different methods for enhancing the RFID system performance at the base of the EPC C1 Gen2 standard. Firstly, the structure of the π/4-quadrature receiver is presented comparing to the structure of the existing I/Q demodulation receiver. In order to prevent the shadow area, i.e., too weak RF power area for the tags to work properly, caused by multi-path fading environments, we secondly proposed the antenna diversity algorithm using dual antenna scheme. We testified that the conventional single antenna scheme inevitably causes the shadow area in multi-path fading environments. We also showed that the algorithm using the dual antenna scheme could solve such the shadow area problem with various simulation results. Finally, we suggested that the scheme of the FEC codes to the EPC C1 Gen2 standard should be required. The EPC C1 Gen2 standard defines the CRC to detect the errors in the return link, but it does not include the error correction feature. We thus presented the channel encoding facilites to be internally equipped to the tag structure and the feature should be controlled by the reader. Without using the channel encoding feature it operates in accordance with the EPC C1 Gen2 standard, or if the feature is enabled by the reader, the channel encoded tag signals will be back-scattered to the reader. We also showed that the FEC feature and the anti-collision procedure are compatible each other, therefore we can manage the channel coded tags and the conventional EPC C1 Gen2 tags in one place at the same time. This algorithm makes it possible to enhance the RFID system performance in case of serious wireless environments using the error correction feature. In this paper, we also compared the anti-collsion performance under the three different scenarios with the same multi-path fading environment. One is the conventional RFID system, the other is the presented dual antenna scheme, and the third is the suggested dual antenna scheme with the error correction feature. With the simulations, the dual antenna scheme shows better performance than the conventional single antenna system. Moreover, the dual antenna scheme with the error correction feature shows best performance in case of severe wireless environments.; RFID 기술은 현존하는 기술 중에서 supply chain management (SCM)의 최적 운용을 가능하게 하는 핵심적인 기술로 인정받고 있다. 또한, 2007년 EPCglobal사에서 제안한 EPC C1 Gen2 규격이 국제 규격으로 채택된 이후, RFID 기술은 물류 및 supply chain management (SCM) 관련 분야에서 광범위한 적용이 시도되고 있다. 본 논문에서 우리는 EPC C1 Gen2 규격 RFID 시스템에 대하여 전체적인 시스템 성능 향상이 가능한 방안을 제시하였다. 특히, 리더 구현기술을 중심으로 인식 성능의 향상을 가져올 수 있는 세가지 알고리즘을 제안하였고 수식 검증 및 시뮬레이션을 통하여 그 효용성을 증명하였다. 첫째로, 기존 리더의 I/Q demodulation 수신부 구조에 대한 성능 향상 알고리즘으로서 π/4-quadrature 수신부 구조를 제안하였다. 다음으로 다중경로 페이딩 환경으로 인하여 리더에서 태그로 RF 신호를 전송할 때 음영지역이 발생하는 것을 방지하기 위해 이중 안테나를 사용한 알고리즘을 제안하였다. 다중 경로 페이딩이 발생하는 환경에서 안테나를 한 개 사용한 기존 리더 운영 방식은 태그에 안정적인 전원공급을 할 수 없는 음영지역이 많이 발생함을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 이 경우, 이중 안테나를 사용한 알고리즘을 적용하면 이와 같은 음영지역 문제를 해결할 수 있음을 확인할 수 있었다. 마지막으로, EPC C1 Gen2 규격에 오류정정부호의 도입을 제안하였다. EPC C1 Gen2 규격에는 태그로부터 리더로의 return link에 대하여 데이터 오류를 검출할 수 있는 cyclic redundancy code (CRC) 기능은 정의하였지만, 발생한 데이터 오류를 정정할 수 있는 기능은 지원하지 않는다. 따라서, 기존 태그 구조에 채널 부호 기능을 추가하면서 사용여부를 리더가 제어하는 알고리즘을 제안하였다. 이 경우, 채널부호기능을 사용하지 않으면 EPC C1 Gen2 규격으로 동작하고 부호화기능을 사용하면 채널 부호화된 태그 신호가 리더로 전송되며, 아울러 채널 부호를 사용하여도 기존 태그들와 동시에 anti-collision 기능 수행이 가능하도록 설계하였다. 결과적으로 제안하는 알고리즘을 사용시 리더는 오류가 발생한 태그 신호를 복구함으로써 채널환경이 열악한 환경에서 기존 리더를 운영시 발생할 수 있는 성능저하 문제를 해결할 수 있다. 본 논문에서는 다중경로 페이딩이 발생하는 환경하에서 1)기존 RFID 시스템을 사용한 경우와 2)제안하는 이중 안테나 알고리즘을 적용한 경우, 그리고 3)제안하는 이중 안테나 및 오류정정부호화 알고리즘을 동시에 적용한 경우의 anti-collision 성능을 서로 비교 분석하였다. 결과적으로 무선 환경이 열악할수록 이중 안테나와 채널 부호화 알고리즘을 동시에 사용한 RFID 시스템이 가장 우수한 성능을 나타내었으며, 다음으로 이중 안테나를 사용하는 RFID 시스템이 단일 안테나를 사용하는 RFID 시스템에 비하여 더 우수한 성능을 확인할 수 있었다.