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KR101907288B1 - 후방산란 통신을 위한 디바이스 - Google Patents

후방산란 통신을 위한 디바이스 Download PDF

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KR101907288B1
KR101907288B1 KR1020167036891A KR20167036891A KR101907288B1 KR 101907288 B1 KR101907288 B1 KR 101907288B1 KR 1020167036891 A KR1020167036891 A KR 1020167036891A KR 20167036891 A KR20167036891 A KR 20167036891A KR 101907288 B1 KR101907288 B1 KR 101907288B1
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엑스 디벨롭먼트 엘엘씨
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Abstract

후방산란 통신은 기지국으로부터 전자기 에너지를 수신하고 제1 데이터 및 제2 데이터를 인코딩하는 것을 포함한다. 제1 데이터는 제1 주파수에서, 디바이스의 레이더 단면을 조정하여 기지국으로 다시 반사되는 전자기 에너지를 변조함으로써 인코딩된다. 제2 데이터는 제2 주파수에서, 시간 길이 동안 복수의 레이더 단면들의 조정을 복수의 레이더 단면들의 제1 서브세트 또는 제2 서브세트 중 어느 하나로 제한함으로써 인코딩된다. 제2 주파수는 제1 주파수보다 낮다.

Description

후방산란 통신을 위한 디바이스{DEVICE FOR BACKSCATTER COMMUNICATION}
<관련 출원에 대한 참조>
본 출원은 2014년 9월 30일, 동일자로 출원되어 현재 계류중인 "Receiver for Backscatter Communication"이라는 명칭의 미국 출원 제14/502,175호, 대리인 사건 번호 7171P279에 관한 것이다.
<기술 분야>
본 개시내용은 일반적으로 후방산란 통신(backscatter communication)에 관한 것으로, 특히 배타적이지는 않지만, 무선-주파수 식별("RFID") 태그들에 관한 것이다.
무선-주파수 식별("RFID") 통신은 후방산란 통신의 일례이다. RFID 통신은 일반적으로 전자기 에너지를 방송/송신하고 나서 방송된 전자기 에너지의 반사로부터 데이터를 해석하는 "기지국 송수신기"를 포함한다. "태그"는 판독기에 데이터를 통신하기 위해 기지국으로 되돌아 오는 전자기 에너지의 일부를 반사시킨다. 반사된 부분의 데이터(예를 들어, 식별 번호)를 인코딩하기 위해, 수동(배터리가 없는) 태그는 방송된 전자기 에너지로부터 전력을 수확하고, 수확된 전력을 사용하여 기지국으로 다시 반사되는 전자기 에너지를 변조할 수 있다. 반대로, 배터리 전원용 태그는 배터리를 사용하여 기지국으로 다시 반사되는 전자기 에너지를 변조하는 회로에 전력을 공급한다. 수동 태그들은 일반적으로 배터리 전원용 태그들보다 훨씬 짧은 범위를 갖는다.
태그들이 상대적으로 작게 제조될 수 있고 RFID 통신이 기지국과 태그 사이에 고저선(line-of-site)을 필요로 하지 않기 때문에, 후방산란 통신(RFID 통신 시스템을 포함함)이 점점 중요해 지고 있다. RFID 통신 시스템이 보편화됨에 따라, 후방산란 통신을 사용하여 더 짧은 기간에 더 많은 양의 정보를 송신할 필요성이 커지고 있다.
본 발명의 비-제한적 및 비-포괄적인 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 달리 언급되지 않는 한, 동일한 참조 부호들은 다양한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 기지국 및 태그들을 포함하는 후방산란 통신 시스템을 도시한다.
도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 후방산란 통신을 용이하게 하기 위한 기지국을 나타내는 기능 블록도이다.
도 2b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 후방산란 수신 회로를 나타내는 기능 블록도이다.
도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 태그를 포함하는 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 3b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 태그를 포함하는 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 시간의 경과에 따른 신호의 전압을 나타내는 차트를 도시한다.
도 4b는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 도 4a의 차트의 확대된 부분을 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 안테나의 시간의 경과에 따른 벡터 레이더 단면들을 나타내는 차트를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 후방산란 통신의 태그측 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 기지국을 이용하는 후방산란 통신 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다.
후방산란 통신을 위한 시스템 및 방법의 실시예들이 본 명세서에서 설명된다. 이하의 설명에서, 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세들이 제시된다. 그러나, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 기술들이 하나 이상의 특정 상세없이 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 재료들 등을 사용하여 실시될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 다른 경우에서, 공지된 구조들, 재료들, 또는 동작들은 특정 양태들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.
본 명세서 전체에서 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"를 참조하는 것은, 실시예와 결합되어 기술되는 특정의 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에서 다양한 곳에서의 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 표현들의 출현들은 반드시 모두가 동일 실시예를 지칭하지는 않는다. 더욱이, 특정한 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따라 기지국 송수신기(103) 및 모바일 디바이스(101)에 포함되는 태그들을 포함하는 후방산란 통신 시스템(100)을 도시한다. 후방산란 통신 시스템(100)은 후방산란 통신을 사용하여 단거리(예를 들어, 최대 20m), 고 대역폭(예를 들어, 20 내지 100Mbps), 및 저 전력(예를 들어, 1mW 미만) 무선 통신 링크를 제공하여 하나 이상의 모바일 디바이스(101)로부터의 데이터를 기지국(103)에 통신한다. 후방산란 통신의 일례로는 일반적으로 무선 주파수 식별("RFID")이 알려져 있다. RFID는 종종 객체(예를 들어, 키 카드, 소비자 제품)의 식별 코드를 무선으로 통신하는데 사용된다. 그러나, RFID를 포함하는 후방산란 통신들은 단순한 식별 코드들/숫자들보다 큰 데이터 세트를 스트리밍하는 데에도 사용될 수 있다
후방산란 통신 링크는 후방산란 태그들(예를 들어, 반-수동 태그들)을 모바일 디바이스들(101)에 통합함으로써 달성된다. 설계는 유선 기지국(103)과 모바일 디바이스들(101) 사이의 비대칭 전력 버짓(power budget)을 레버리지(leverage)하여 기지국측에서 쉽게 이용 가능한 전력에 의존하게 함으로써 이동국 디바이스측에서의 저 전력 해결책을 제공한다.
기지국(103)은 모바일 디바이스(101)를 향하여 전자기("EM") 에너지(104)를 방송하고 EM 에너지(104)의 변조된 후방산란 반사(105)를 수신하는 하나 이상의 안테나를 포함한다. 변조된 후방산란 반사(105)는 후방산란 신호 또는 후방산란 채널이라고 지칭된다. 모바일 디바이스(101)에 통합되는 후방산란 태그들은 임의의 RF 또는 마이크로파 전력을 송신하지 않는다. 오히려, 이들은 EM 에너지(104)의 반사를 변조함으로써 동작한다. 후방산란 반사는 데이터로 모바일 디바이스(101)의 레이더 서명 또는 레이더 단면을 변조함으로써 데이터로 인코딩되고 기지국(103)은 모바일 디바이스(101)로부터 반사되는 수신된 레이더 서명을 복조하여 내장된 데이터를 추출한다. 모바일 디바이스(101)의 레이더 단면을 변조하기 위한 하나의 기술은 모바일 디바이스(101)상의 후방산란 안테나에 결합되는 임피던스 부하를 변조하는 것이다. 이 임피던스 변조는 WiFi 또는 블루투스 무선과 같은 능동 송신기와 비교할 때 저 전력 작업이다.
일부 무선 주파수 식별("RFID") 태그는 독립적인 전원을 포함하지 않고 EM 에너지(104)로부터의 동작을 위해 그들의 에너지를 수확하는 완전한 수동 디바이스들이다. 그러나, EM 에너지(104)로부터의 에너지 수확은, 후방산란 안테나가 일반적으로 전력을 수확하는데 최적화되고 후방산란 채널의 신호 대 잡음비("SNR")를 반드시 향상시키지 않기 때문에, 후방산란 채널의 데이터 레이트를 사실상 느리게 한다. 또한, 완전한 수동 RFID 태그들은 주기적인 전력 수확을 위해 종종 일시 중지되며, 이것은 데이터 송신을 방해하거나 지연시킨다. 에너지 수확은 기지국(103)에 대한 판독 범위를 감소시키는데, 그 이유는 더 많은 입사 EM 방사(104)가 후방산란 통신에만 요구되는 것보다 후방산란 태그에 전력을 높여서 공급할 필요가 있기 때문이다. 종래의 완전한 수동 후방산란 태그들은 후방산란 태그의 에너지 소비가 클럭 속도에 크게 의존하기 때문에 더 느린 데이터 레이트를 사용한다.
모바일 디바이스(101) 내에 내장된 후방산란 태그들의 실시예들은 EM 방사(104)로부터 에너지를 수확하지 않는 부분적인 수동 디바이스일 수 있다. 오히려, 후방산란 태그들은 모바일 디바이스(101)의 메인 배터리에 의해 전력을 공급받는다. 임피던스 부하를 변조하는 것은 적절한 전력 버짓(예를 들어, 15㎼)을 요구하기 때문에, 후방산란 송신은 중요한 방식으로 배터리 수명에 영향을 미치지 않는다. 또한, EM 에너지(104)로부터 전력을 수확하지 않음으로써, 후방산란 안테나 및 변조 부하 임피던스는 EM 에너지(104)를 반사시켜서 SNR을 향상시키고, 비트 레이트 에러를 감소시키며, 후방산란 채널의 데이터 처리량을 증가시키기 위해 최적화될 수 있다. 후방산란 태그에 전력을 공급하기 위해 EM 에너지(104)로부터 전력을 수확하지 않음으로써, 본 명세서에 설명되는 일부 실시예들은 보다 높은 클록 레이트 및 보다 큰 데이터 처리량으로 동작할 수 있다. 본 개시내용의 다른 실시예들은 EM 에너지(104)로부터 에너지를 수확할 수 있다.
EM 에너지(104)는 다양한 상이한 캐리어 주파수를 사용하여 방송될 수 있다. 예를 들어, EM 에너지(104)는 915MHz, 2.45GHz, 5.8GHz 및 61.25 GHz와 같은 방해받지 않는 주파수상에서 동작할 수 있다. 후방산란 태그들은 후방산란 채널상의 데이터를 인코딩하기 위한 다양한 기술 및 심볼 배열(symbol constellation)를 사용하여 후방산란 신호를 변조할 수 있다. 예를 들어, 2진 위상 시프트 키잉("BPSK") 또는 2진 진폭 시프트 키잉("BASK")이 사용될 수 있다. 보다 높은 데이터 레이트를 달성하기 위해, 직교 진폭 변조("QAM")는 후방산란 안테나에 적용되는 부하 임피던스를 변조하여 안테나의 벡터 레이더 단면("RCS")을 변경하는데 사용될 수 있다. 더 높은 캐리어 주파수 및 더 큰 QAM 배열(예를 들어, 16-QAM, 64-QAM 등)을 사용하면, 보다 높은 데이터 레이트(예를 들어, 100Mbps)를 달성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 후방산란 채널상의 데이터를 인코딩하기 위한 심볼 배열은 처리량을 향상시키고, SNR을 향상시키거나, 또는 모바일 디바이스(101)가 자신의 환경을 통해 이동함에 따라 성능이 저하되는 것에 후방산란 링크가 덜 민감하게 되도록 환경(예를 들어, 잡음, 다중-경로 반사 등)에 기초하여 적응적으로 갱신될 수 있다.
모바일 디바이스(101)는 이동 전화(101A), 헤드 착용가능 디스플레이(101B), 스마트 손목 시계(101C), 태블릿, 랩탑, 신체-장착가능 디바이스, 신체 이식가능물, 또는 제한된 전력 버짓으로 동작하는 다른 모바일 디바이스들을 포함하는 다양한 상이한 디바이스를 나타낸다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 모바일 디바이스(101)로부터 기지국(103)으로 데이터(예를 들어, 비디오 데이터, 오디오 데이터, 텍스트 데이터)를 무선으로 스트리밍하기에 충분한 대역폭을 갖는 후방산란 채널을 제공한다. 다음으로, 기지국(103)은 텔레비전들, 서버들, 또는 기타 모바일 디바이스들과 같은 다른 디바이스들에 유선(예를 들어, 이더넷) 또는 무선(예를 들어, WiFi) 접속을 통해 스트리밍된 데이터를 송신할 수 있다. 도시된 실시예에서, 기지국(103)은 독립형 박스이다. 다른 실시예들에서, 기지국(103)은 텔레비전, 가정용 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, WiFi 액세스 포인트, 케이블 모뎀, 하드드라이브, 라우터, 셋톱 박스, 또는 다른 전자 디바이스에 통합될 수 있다. 기지국(103)이 WiFi 액세스 포인트에 있거나 WiFi 액세스 포인트에 포함되는 일 실시예에서, EM 에너지(104)는 WiFi 송신일 수 있고 태그들은 EM 에너지(104)를 기지국(103)으로 다시 반사시킬 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 후방산란 통신을 용이하게 하기 위한 예시적인 기지국(203)을 도시한 기능 블록도이다. 기지국(203)은 도 1에 도시된 기지국(103)의 하나의 가능한 구현이다. 기지국(203)의 도시된 실시예는 후방산란 송수신기(205), 후방산란 안테나들(210 및 215), 제어 회로(220), 유선 인터페이스(들)(230), 전력 조정기(235), 및 하나 이상의 무선 통신 안테나(들)(242)를 포함한다. 후방산란 송수신기(205)의 도시된 실시예는 후방산란 송신 회로(245) 및 후방산란 수신 회로(250)를 포함한다. 제어 회로(220)의 도시된 실시예는 로직(287)을 포함한다. 도 2는 기지국(203)의 기능적 컴포넌트들을 도시하며 반드시 구조적 레이아웃일 필요는 없다. 기지국(203)의 컴포넌트들은 전체적으로 하드웨어로, 전체적으로 소프트웨어/펌웨어로, 또는 소프트웨어/펌웨어와 하드웨어의 하이브리드를 사용하여 구현될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
후방산란 송수신기(205)는 모바일 디바이스(101)로부터 기지국(203)으로 고 대역폭 데이터를 통신하기 위한 통신 채널이다. 일 실시예에서, 후방산란 송신 회로(245)로부터의 업스트림 방향은 비-통신 경로이지만, 단지 EM 에너지(212)를 일종의 레이더 신호로서 출력한다. 다른 실시예들에서, 후방산란 송신 회로(245)는 EM 에너지(212)로 데이터를 변조하여 업스트림 방송 데이터 경로를 모바일 디바이스(101)에 제공할 수 있다. 후방산란 송신 회로(245)는 915MHz, 2.45GHz, 5.8GHz, 61.25GHz 또는 이와는 다른 것과 같은 다양한 상이한 주파수를 갖는 EM 에너지(212)를 출력할 수 있다. 후방산란 수신 회로(250)는 모바일 디바이스(101)로부터 다운스트림 경로를 구현하고 모바일 디바이스(101)에 의해 반사되는 후방산란 신호를 복조함으로써 동작한다. 본질적으로, 후방산란 수신 회로(250)는 모바일 디바이스(101)로부터 반사되는 수신된 레이더 서명을 복조한다. 레이더 서명 또는 후방산란 신호는 BPSK, BASK, QAM 또는 이와는 다른 것을 포함하는 다양한 상이한 기술 및 심볼 배열을 사용하여 변조될 수 있다. 이와 같이, 후방산란 수신 회로(250)는 적절한 변조 방식을 복조/디코딩하기 위해 필요한 필터들, 믹서들, 증폭기들, 디코더들, 프레이머들 등을 포함한다. 도 2가 별개의 송신 및 수신 안테나를 도시하고 있지만, 다른 실시예들에서, 단일 후방산란 안테나는 EM 에너지(212)를 송신하고 후방산란 신호(217)를 수신하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 다수의 송신 및 수신 안테나가 빔 형성 및 추적 기술과 함께 사용될 수 있다.
무선 인터페이스(들)(240)는 후방산란 통신을 사용하지 않는 하나 이상의 무선 통신 채널을 나타낸다. 예를 들어, 무선 인터페이스(들)(240)는 WiFi 송수신기, 블루투스 송수신기, 적외선 송수신기, 또는 다른 표준화된/독점적인 무선 통신 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 무선 인터페이스(들)(240)는 모바일 디바이스(101) 또는 다른 디바이스와의 비-후방산란 통신을 용이하게 할 수 있다. 무선 인터페이스(들)(240)는 또한 기지국(203)에 대한 인터넷 또는 다른 소비자 제품들(예를 들어, 네트워크 부착 스토리지 등)에 무선 네트워크 접속을 제공할 수 있다.
유선 인터페이스(들)(230)는 임의의 수의 유선 통신 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유선 인터페이스들(230)은 이더넷 제어기, USB(universal serial bus) 포트 또는 이와는 다른 것들을 포함할 수 있다. 이더넷 제어기는 네트워크 접속을 제공할 수도 있다.
전력 조정기(235)는 기지국(203)의 내부 컴포넌트에 전력을 공급하기 위한 유선 전력 접속을 제공한다. 기지국(203)은 유선 디바이스이기 때문에, 모바일 디바이스(101)와 같은 제한된 전력 버짓에 의해 제약받지 않는다. 후방산란 통신은 모바일 디바이스(101)가 기지국(203)에서 생성된 EM 에너지(212)를 (EM 방사를 독립적으로 생성하는 것이 아니라) 반사시킴으로써 동작하는 동안 전력 소모가 많은 EM 에너지(212)의 생성을 기지국(203)으로 푸싱함으로써 이 비대칭 전력 버짓을 레버리지한다.
제어 회로(220)는 기지국(200)의 동작 브레인이다. 이는 다른 기능적인 컴포넌트의 동작을 조정하기 위한 로직(287)을 포함하고, 계산 실행을 위한 프로세서 및/또는 필드-프로그래머블-게이트-어레이("FPGA")를 포함한다. 로직(287)은 하나 이상의 메모리 디바이스에 저장되는 하드웨어 로직 또는 소프트웨어/펌웨어 명령어들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로직(287)은 하나 이상의 모바일 디바이스(101)와 무선 세션을 설정하고, 무선 디스플레이 세션을 구성 및 관리하며, 무선 디스플레이 세션을 종료하기 위한 명령어들을 포함할 수 있다.
많은 상업적인 후방산란 태그들은 2개의 개별 상태를 사용하여 데이터를 인코딩함으로써 동작한다. 그러나 더 많은 수의 상태(이용 가능한 통신 심볼의 배열을 증가시킴)를 사용함으로써, 후방산란 통신에서 보다 높은 데이터 레이트를 통신하기 위해 직교 진폭 변조("QAM")가 달성될 수 있다. 예를 들어, 16개의 상태를 사용하면(예를 들어, 16-QAM), 더 낮은 SNR의 트레이드오프에서 데이터 레이트가 4배 증가할 수 있다. 또한, 증가된 데이터 주파수와 통신 심볼들의 증가를 쌍으로하는 것은 매우 높은 데이터 레이트(예를 들어 ~100Mbps)를 가능하게 하는 것으로 나타났다. 보다 높은 데이터 레이트는 대규모 데이터 애플리케이션을 위한 데이터(예를 들어, 클라우드 백업, 비디오 데이터)를 스트리밍하는데 사용할 수 있다.
2개의 데이터 상태(예를 들어, 디지털 0 및 1)를 넘어서 이용 가능한 통신 심볼들의 배열을 증가시키기 위해, 후방산란 통신에 관련된 태그는 증가된 수의 통신 심볼들을 생성할 수 있어야 한다. 또한, 더 높은 주파수에서 증가된 수의 통신 심볼을 생성하는 것은 종래에 이용 가능한 것보다 높은 데이터 레이트를 갖는 고속 채널을 허용한다. 그러나, 태그가 종래의 저속 방식(2개의 데이터 상태를 가짐)을 사용하여 통신할 수 있음을 보장하기 위해, 저속 방식과 개시된 고속 데이터 송신 양측 모두를 사용하여 데이터를 통신할 수 있는 태그가 유리할 것이다. 따라서, 본 개시내용에 개시된 태그들은 종래의(예를 들어, "Gen 2") 저속 RFID 프로토콜에 역으로 호환 가능할 뿐만 아니라 고속 데이터 송신을 달성하여 태그가 기존 RFID 프로토콜을 활용하는 기존 기지국들과 통신할 수 있도록 구성된다. 종래의 저속 데이터는 125kHz로 송신될 수 있는 한편, 고속 데이터는 25MHz로 송신될 수 있다.
도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 예시적인 태그(307A)를 포함하는 예시적인 디바이스(310A)의 블록도를 도시한다. 디바이스(310A)는 도 1에서 설명된 모바일 디바이스들 중 하나일 수 있다. 예시적인 디바이스(310A)는 배터리(325), 프로세서(350), 센서(375), 제1 아날로그-디지털 변환기("ADC")(361), 제2 ADC(363), 및 안테나(345)를 포함한다. 태그(307A)는 변조 회로(330) 및 인코딩 모듈(320)을 포함한다.
안테나(345)는 기지국(203)의 안테나(210)와 같은 후방산란 기지국의 안테나로부터 전자기 방사/에너지(예를 들어, EM 에너지(212))를 수신하도록 구성된다. 안테나(345)는 또한 셀룰러 데이터(예를 들어, 3G, 4G, LTE), WiFi(예를 들어, IEEE 802.11) 및/또는 블루투스 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 모바일 디바이스상의 기존 안테나는 후방산란 통신을 위해 이용될 수 있다.
변조 회로(330)는 안테나에 인가되는 복수의 임피던스 값들(도 3a의 Z0-Z31)이 사이에 있는 변조 안테나(345)에 결합된다. 안테나(345)의 임피던스 값들을 변경하는 것은 디바이스(310A)의 벡터 레이더 단면을 변경하는 한가지 방법이다. 벡터 레이더 단면을 변경하면, 안테나(345)가 기지국(203)으로 다시 반사하는 후방산란 신호(217)가 변경되어, 태그(307A)가 기지국(203)으로 데이터를 다시 통신할 수 있게 된다.
변조 회로(330)는 A' 변조 회로(331), B' 변조 회로(332), 및 2-1 멀티플렉서("MUX")(339)를 포함한다. A' 변조 회로는 임피던스 값들 Z0-Z15이 제1 서브세트 사이에 있는 안테나(345)의 임피던스만을 변조할 수 있다. 임피던스들 Z0-Z15은 (예를 들어, 16-QAM 시그널링을 구현하기 위해) 기지국(203)과 통신하기 위해 이용 가능한 16개의 심볼들을 통신하도록 기능한다. B' 변조 회로는 임피던스 값들 Z16-Z31이 제2 서브세트 사이에 있는 안테나(345)의 임피던스만을 변조할 수 있다. 임피던스들 Z16-Z31은 임피던스들 Z0-Z15과 동일한 심볼을 통신하는 16개의 대응하는 심볼들로서 기능한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 안테나(345)를 임피던스 Z0로 조정하는 것은 안테나(345)를 임피던스 Z16로 조정하는 것과 동일한 심볼을 기지국(203)에 통신할 것이다. 이 예에서, Z0 및 Z16는 대응하는 동일한 심볼을 통신하는 대응하는 임피던스들이다. 16개의 임피던스 값의 서브세트를 포함하는 32개의 임피던스 값들(Z0-Z31)을 갖는 것은 단지 예시적일뿐이며, 보다 많거나 또는 보다 적은 임피던스 값들이 상이한 실시예들에서 이용될 수 있다는 점이 이해된다.
인코딩 모듈(320)은 A' 선택기 로직(325) 및 B' 선택기 로직(327)을 포함한다. 인코딩 모듈(320)은 변조 회로(330)가 복수의 임피던스들 Z0-Z31 사이에서 선택하도록 지시함으로써 제1 높은 주파수(CLK1)에서 제1 데이터(391)를 인코딩한다. 인코딩 모듈(320)은 또한 변조 회로(330)가 복수의 임피던스 값들 Z0-Z31 중 제1 서브세트 Z0-Z15 또는 제2 서브세트 Z16-Z31 중에서 선택하도록 지시함으로써 제2 주파수(CLK2)에서 제2 데이터(392)를 인코딩하도록 결합된다. CLK2는 CLK1보다 낮은 주파수에서 동작한다.
도 3a에서, A' 선택기 로직(325)은 제1 주파수에서 동작하는 제1 데이터(391) 및 CLK1을 수신하도록 결합된다. A' 선택기 로직(325)은 A' 변조 회로(331)가 Z0-Z15 사이에서 선택하도록 지시함으로써 제1 주파수에서 제1 데이터(391)를 인코딩하도록 결합된다. B' 선택기 로직(327)은 또한 제1 데이터(391) 및 CLK1을 수신하도록 결합된다. B' 선택기 로직(327)은 B' 변조 회로(332)가 Z16-Z31 사이에서 선택하도록 지시함으로써 제1 주파수에서 제1 데이터(391)를 인코딩하도록 결합된다. MUX(339)는 데이터(392)를 수신하도록 결합된다. 제2 데이터(392)의 디지털 값은 제1 데이터(391) 및 CLK1의 주파수보다 낮은 주파수인 CLK2에 대응하여 변한다. 데이터(392)의 디지털 값은 2-1 MUX(339)가 A' 변조 회로(331) 또는 B' 변조로부터의 임피던스 값들을 안테나(345)에 결합하게 한다. 따라서, 안테나(345)에 인가되는 임피던스 값은 제2 데이터(392)가 제1 상태(예를 들어, 디지털 0)를 가질 때 A' 변조 회로(331)의 임피던스 값들의 제1 서브세트에 제한되고 안테나(345)에 인가되는 임피던스 값은 제2 데이터(392)가 제2 상태(예를 들어, 디지털 1)를 가질 때 B' 변조 회로(332)의 임피던스 값들의 제2 서브세트에 제한된다.
A' 선택기 로직(325) 및 B' 선택기 로직(327)은 마이크로컨트롤러, 로직 어레이, 개별 로직 또는 주문형 ASIC(Application-Specific integrated circuit)을 사용하여 구현될 수 있다. A' 변조 회로(331)는 상이한 임피던스 값들 Z0-Z15을 MUX(339)(및 궁극적으로 안테나(345))에 접속하도록 활성화될 수 있는 트랜지스터들 T0-T15로 구현될 수 있다. 유사하게, B' 변조 회로(332)는 상이한 임피던스 값들 Z16-Z31을 접속하도록 활성화될 수 있는 트랜지스터들 T16-T31로 구현될 수 있다. 물론, 고주파수에서 스위칭할 수 있는 다른 비-트랜지스터 스위치가 트랜지스터들 대신에 사용될 수 있다. 또한, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 상이한 임피던스 값들을 안테나(345)에 접속하기 위한 대안적인 기술들 및 구성들이 구현될 수 있다는 점을 이해한다.
도 3a가 후방산란 기술들을 통해 고속 데이터 스트림 및 저속 데이터 스트림 양측 모두를 통신하는 방법을 추가적으로 나타내는 도 5에 주목한다. 도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 태그 내의 안테나의 시간의 경과에 따른 벡터 레이더 단면들("RCSs")을 나타내는 차트를 도시한다. 도 5의 벡터 RCS 값들은 상이한 벡터 RCS 값들을 안테나에 제공하는 전체 개념을 전달하기 위한 예시이지만, 동작시 벡터 RCS들은 엄격하게 실제 벡터 RCS 값들보다 복잡한 벡터 RCS들을 포함할 것이라는 점이 이해된다. 또한, 주어진 벡터 RCS 값을 안테나에 주기 위해 안테나에 인가되는 임피던스 값들은 복잡한 임피던스 값일 수 있다. 도 5는 제1 기간, 제2 기간, 제3 기간 및 제4 기간을 나타낸다. 각각의 기간은 CLK2의 주파수와 관련된 기간과 대응한다. 제1 기간, 제2 기간, 제3 기간 및 제4 기간의 벡터 RCS 값들의 수집은 각각 그룹들(401, 402, 403 및 404)로 예시된다.
제1 기간에서, 안테나(345)는 제1 데이터(391)를 임피던스 값들의 제1 서브세트(예를 들어, Z0-Z15)에 대응하는 상이한 심볼들로서 인코딩하기 위해 (예를 들어, 안테나(345)에 상이한 임피던스 값들을 적용함으로써) 상이한 벡터 RCS 값들로 변조된다. 제2 기간에서, 안테나(345)는 또한 제1 데이터(391)를 임피던스 값들의 제2 서브세트에 대응하는 상이한 심볼 들로서 인코딩하기 위해 상이한 벡터 RCS 값들로 변조된다. 제1 그룹의 벡터 RCS 값들(401)은 중앙 레이더 값(421)에 가까운 한편, 제2 그룹의 벡터 RCS 값들(402)은 중앙 레이다 값(422)에 더 가깝다. 안테나(345)의 벡터 RCS 값이 CLK2의 기간 동안 중앙 레이다 값(421)에 더 가까울 경우, CLK2의 기간 동안 중앙 레이더 값(422)에 더 가까운 벡터 RCS 값들이 제2 데이터(392)의 제2 데이터 상태(예를 들어, 디지털 1)를 통신하는 동안, 제2 데이터(392)의 제1 데이터 상태(예를 들어, 디지털 0)를 통신한다. 따라서, 그룹들(401, 402, 403 및 404)은 제2 데이터(392)가 도 5의 제1 기간, 제2 기간, 제3 기간 및 제4 기간에서 0-1-0-0임을 통신한다. 이러한 방식으로, 안테나(345)를 변조함으로써, 태그(307A)는 제1 데이터(391)를 CLK1에 대응하는 고속 데이터로서 통신할 수 있고, 또한 임피던스 값들의 제1 서브세트와 임피던스 값들의 제2 서브세트 사이에서 스위칭하여 제2 데이터를 인코딩함으로써 CLK2에 대응하는 저속 데이터로서 제2 데이터(392)를 통신할 수 있다. 태그는 저속 데이터를 통신하기 위해 임피던스 값의 서브세트 사이에서 스위칭해야 하기 때문에, 통신되는 심볼들의 배열에서 각각의 심볼은, 그 심볼을 통신하는 제1 서브세트 내의 임피던스 값 및 임피던스 값들의 제1 서브세트 또는 제2 서브세트가 이용될 것인지와 무관하게 특정 고속 심볼이 통신될 수 있도록 그 심볼을 통신하는 제2 서브세트의 대응하는 임피던스 값을 갖는다. 물론, (안테나의 벡터 RCS를 변경하기 위해) 변경되는 임피던스 값들은 기지국으로 다시 반사되는 후방산란 신호의 동 위상 및 역 위상(즉, I 및 Q 직교 위상) 특성을 조정함으로써 후방산란 신호를 변조하는 구현일 뿐이다.
태그(307A)로부터 후방산란을 수신하는 기지국은 제2 데이터(392)를 분리하기 위해 제1 주파수(CLK1)와 제2 주파수(CLK2) 사이의 차단 주파수를 필터(아날로그 또는 디지털 중 어느 하나)에 적용할 수 있다. 필터를 적용하면 더 높은 주파수 데이터를 필터링할 것이지만, 더 높은 주파수 심볼들의 조합은 여전히 중앙 레이더 값(421) 또는 중앙 레이더 값(422)에 대응하는 레이더 신호에 더 가깝게 도달하게 되어 저속 제2 데이터(392)의 2개의 상이한 별개의 상태를 표시할 것이다. 용어 "중앙 레이더 값"에서 "중앙"이라는 단어는 후방산란 신호에서 기지국에 의해 수신되는 신호까지의 특정 매핑(예를 들어, 스미스 차트의 특정 영역)과 연관될 수 있다는 점이 이해된다. 이러한 매핑은 반드시 태그 임피던스들과 선형적으로 관련이 있는 것은 아니고, 반드시 균일하게 분포되어 있는 것은 아니며, 태그와 기지국 간의 RF 링크에 크게 의존하며, 채택된 벡터 RCS 값들의 배열에 크게 의존한다.
도 3a로 되돌아 가면, 센서(375)는 신호(371)를 ADC1(361) 및 ADC2(362) 양측 모두에 제공하도록 결합된다. 신호(371)는 전압, 전류 또는 이와는 다른 것일 수 있다. 센서(375)는 예를 들어, 당 또는 심박수를 측정하는 생체인식 센서일 수 있다. ADC1(361)은 CLK1과 연관된 제1 주파수에서 신호(371)를 샘플링한다. ADC2(362)는 CLK2와 연관된 제2 주파수에서 신호(371)를 샘플링한다.
도 4a 및 도 4b는 제1 주파수(CLK1)가 제2 주파수(CLK2)보다 높은 주파수라는 것을 나타낸다. 도 4a는 시간 경과에 따른 신호(471)의 전압을 도시하는 차트이고, 도 4b는 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 도 4a의 차트의 확대된 부분을 도시한다.
신호(471)는 신호(371)의 일례이다. ADC1(361)은 ADC2(362)가 신호(471)를 샘플링하는 것보다 빠른 레이트로 신호(471)를 샘플링하기 때문에, 제1 데이터(391)는 제2 데이터(392)보다 높은 해상도를 갖는다. 일례에서, 하나의 ADC만이 제1 주파수(CLK1)에서 신호를 샘플링하는데 사용되고 제2 주파수(CLK2)에서 샘플링된 신호의 서브세트는 제2 데이터(392)로서 송신된다. 예를 들어, ADC는 제2 데이터(392)에 대응하는 매 10번째 또는 매 100번째 샘플을 선택할 수 있다. 대안적으로, 하나의 ADC로부터의 데이터는 제2 데이터(392)로서 요약 데이터를 제공하도록 처리될 수 있다. 이 구현을 위한 한가지 애플리케이션은 파형 신호가 더 높은 주파수에서 진단 관련 상세를 가지고 있지만 더 낮은 주파수는 분당 박동수를 여전히 표시하는 심전도("ECG") 심장 신호를 송신할 것이다. 태그(307A)가 안테나(345)의 임피던스를 변경함으로써 제1 데이터(391) 및 제2 데이터(392)를 동시에 인코딩할 때, 고해상도의 제1 데이터(391) 및 저해상도의 제2 데이터(392) 양측 모두를 인코딩할 수 있다. 따라서, 고속 데이터 프로토콜을 판독하도록 구성된 기지국은 고해상도의 제1 데이터(391)를 수신할 수 있을 것이다. 그러나, 기지국이 고속 데이터 프로토콜(레거시 기지국)을 판독하도록 구성되지 않으면, 저속 데이터 프로토콜을 여전히 판독할 수 있을 것이며 또한 저속 데이터(392)를 여전히 수신할 수 있을 것이다. 저속 데이터(392) 프로토콜은 레거시 기지국들이 저속 데이터(392)를 판독할 수 있도록 역으로 호환 가능한 EPC Gen2일 수 있다.
프로세서(350)는 또한 후방산란 통신을 위해 데이터를 태그(307A)로 송신하도록 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(350)는 메모리에 액세스하고 프로세서는 메모리로부터 태그(307A)로 데이터를 송신하여 데이터를 기지국에 송신한다. 일 실시예에서, 의료 기록은 메모리에 저장되고 프로세서(350)는 태그(307A)를 사용하여 의료 기록을 기지국으로 스트리밍하는 것을 용이하게 한다. 일 실시예에서, 프로세서(350)는 디바이스(310A)의 메인 프로세서이다. 일 실시예에서, 제1 데이터(391) 및 제2 데이터(392)는 동일한 데이터 콘텐츠를 포함한다. 결과적으로, 제1 데이터(391)는 단순히 제2 데이터(392)보다 빠르게 인코딩되고, 고속 프로토콜을 수신하도록 구성된 기지국은 고속 채널상에서 데이터 콘텐츠를 더 빨리 수신할 것이다. 그러나, 레거시 기지국은 여전히 저속 채널상의 제2 데이터(392)와 동일한 데이터 콘텐츠를 수신할 수 있을 것이다. 이러한 구성은 갱신된 기지국이 태그(307A)로부터 보다 빨리 데이터를 수신할 수 있게 하는 한편, 비갱신된 기지국이 비록 느리지만 동일한 데이터를 여전히 수신할 수 있게 한다.
도 3b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 예시적인 태그(307B)를 포함하는 디바이스(310B)의 블록도를 도시한다. 태그(307B)는 태그(307A)와 관련하여 설명된 것과 동일한 기능을 수행하는 상이한 하드웨어 구성을 나타낸다. 태그(307B)는 인코딩 모듈(340) 및 변조 회로(351)를 포함한다. 변조 회로(351)는 복수의 임피던스 값들 Z0-ZN 사이에서 변조 안테나(345)에 결합된다. 인코딩 모듈(340)은 변조 회로(351)가 그 임피던스 값들 Z0-ZN 사이에서 선택하도록 지시함으로써 제1 주파수에서 제1 데이터를 인코딩하도록 결합된다. 인코딩 모듈(340)은 또한 변조 회로(351)가 복수의 임피던스 값들 Z0-ZN의 제1 서브세트 또는 제2 서브세트 중 하나를 선택하도록 지시함으로써 제2 주파수에서 제2 데이터를 인코딩하도록 결합된다. 인코딩 모듈(340)은 선택기 로직(343)을 포함한다. 선택기 로직(343)은 마이크로프로세서 또는 별개의 로직으로 구현될 수 있다. 선택기 로직(343)은 제1 데이터(391) 및 제2 데이터(392)를 수신한다. 제2 데이터(392)가 제1 데이터 상태(예를 들어, 디지털 0)일 때, 선택기 로직(343)은 그 임피던스 값들 Z0-ZN의 선택을 임피던스 값들의 제1 서브세트로 제한한다. 제2 데이터(392)가 제2 데이터 상태(예를 들어, 디지털 1)일 때, 선택기 로직(343)은 그 임피던스 값들 Z0-ZN의 선택을 임피던스 값들의 제2 서브세트로 제한한다.
디바이스(310B)는 센서(377), 센서(379), 제1 ADC(361), 제2 ADC(363)를 포함한다. 센서(377)는 제1 ADC(361)에 신호(372)를 제공하고 센서(379)는 제2 ADC(363)에 신호(373)를 제공한다. 센서(379)는 심박수 센서일 수 있는 한편, 센서(377)는 오디오 데이터(즉, 마이크로폰)를 감지할 수 있다. 일 실시예에서, 보다 낮은 데이터 레이트를 요구하는 센서는 제2 데이터(392)를 생성하도록 결합되는 한편, 더 높은 데이터 레이트를 요구하는 센서는 제1 데이터(391)를 생성하도록 결합된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 상이한 센서 구성들이 제1 데이터(391) 및 제2 데이터(392)를 생성하는데 사용될 수 있다는 점이 이해된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 예들에서, 임피던스 값들의 제1 서브세트는 임피던스 값들의 제2 서브세트에 공통인 임피던스 값들을 포함할 수 있다. 상이한 실시예에서, 임피던스 값들의 제1 서브세트는 임피던스 값들의 제2 서브세트와 임피던스 값들을 공유하지 않을 수 있다.
태그(307A 또는 307B)가 데이터를 후방산란 신호(217)로 인코딩한 후에, 후방산란 신호(217)는 안테나(215)에 의해 수신되고 후방산란 수신 회로(250)에 의해 디코딩된다. 도 2b는 본 개시내용의 실시예에 따른, 후방산란 수신 회로(250)의 한가지 가능한 일례로서 후방산란 수신 모듈(251)을 도시한 기능 블록도이다.
후방산란 수신 모듈(251)은 믹싱 블록(252), 프론트-엔드 모듈(255) 및 디코딩 모듈(280)을 포함한다. 프론트-엔드 모듈(255)은 저속 필터(256) 및 고속 필터(257)를 포함한다. 디코딩 모듈(280)은 심볼 변환 유닛(282)을 갖는 고속 디코딩 모듈(281)을 포함한다. 디코딩 모듈(280)은 또한 저속 디코딩 모듈(283)을 포함한다. 후방산란 수신 모듈(251)은 본 발명을 모호하지 않게 하기 위해 구체적으로 도시되지 않은 부가적인 아날로그 및/또는 디지털 필터들, ADC들, 프레이밍 및 등화 모듈들 및 회로를 포함할 수 있다.
믹싱 블록(252)은 수신 안테나(215)로부터 후방산란 신호(217)를 수신하도록 결합되고 수신 캐리어 주파수(253)에 결합된다. 캐리어 주파수(253)는 EM 에너지(212)(송신 신호)의 주파수와 동일할 것이고 믹싱 블록(252)은 데이터를 포함하는 후방산란 신호(217)의 변조된 부분들을 분리하기 위해 후방산란 신호(217)에 캐리어 주파수(253)를 곱한다. 후방산란 신호의 변조된 부분은 프론트-엔드 모듈(255)로 진행한다. 고속 필터(257) 및 저속 필터(256) 양측 모두는 도 2b에서 병렬로 구성되는 바와 같이 후방산란 신호를 수신한다. 후방산란 신호는 필터에 도달하기 전에 선택적으로 증폭될 수 있다.
저속 필터(256)는 고속 데이터로부터 저속 데이터를 분리하도록 구성된다. 고속 데이터가 제1 주파수(예를 들어, 25MHz)에서 태그(예를 들어, 307A 또는 307B)에 의해 후방산란 신호(217)로 인코딩되고 저속 데이터가 제2 주파수(예를 들어, 125kHz)에서 인코딩되는 경우, 저속 필터(256)는 125kHz 이상인 주파수를 필터링함으로써 저속 데이터를 분리한다. 예를 들어, 저속 필터(256)는 제1 주파수와 제2 주파수 사이의 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터일 수 있다. 따라서, 저속 필터(256)는 후방산란 신호에 응답하여 저속 데이터(259)를 통과시킨다. 저속 필터(256)가 고속 데이터의 고속 전이를 필터링하기 때문에, 고속 심볼의 값은 효과적으로 평균화된다. 이 필터링은 저속 데이터의 값이 주어진 시간 동안 심볼들 중 어느 서브세트가 이용되었는지를 표시하기 때문에 주어진 시간에 심볼들의 제1 서브세트 또는 심볼들의 제2 서브세트 중에서 고속 심볼들이 있는지의 여부를 결정한다. 고속 심볼들이 (일정 시간 길이 동안) 제1 서브세트에서 수신되는 경우, 이는 저속 데이터의 제1 상태(예를 들어, 0)를 표시하고, 고속 심볼들이 (일정 시간 길이 동안) 제2 서브세트에서 수신되는 경우, 이는 저속 데이터의 제2 상태(예를 들어, 디지털 1)를 표시한다. 특정 데이터 상태를 표시하기 위해 고속 심볼들이 서브세트에 머무를 필요가 있는 시간 길이는 제2 주파수의 기간(예를 들어, 125kHz)에 대응한다.
고속 심볼들은 심볼들의 제1 서브세트 및 심볼들의 제2 서브세트를 포함한다. 심볼들의 제1 서브세트는 도 3a 및 도 3b에 기술된 임피던스 값들의 제1 서브세트에 대응할 수 있다. 유사하게, 심볼들의 제2 서브세트는 도 3a 및 도 3b에 기술된 임피던스 값들의 제2 서브세트에 대응할 수 있다. 제1 서브세트의 각각의 심볼은, 태그(307)가 심볼들의 완전한 배열, 안테나의 벡터 레이더 단면의 제1 서브세트(이것은 임피던스들의 제1 서브세트에 의해 생성됨) 또는 안테나의 벡터 레이더 단면의 제2 서브세트(이것은 임피던스들의 제2 서브세트의 임피던스에 의해 생성됨)를 이용할 것인지의 여부를 통신할 수 있도록 제2 서브세트에 대응하는 심볼을 갖는다. 대응하는 심볼들은 상이한 심볼들이 사용되더라도 동일한 데이터 값을 통신한다. 일 실시예에서, Z0는 Z16에 대응하고, Z1은 Z17에 대응하고 ... Z15는 Z31에 대응한다. 그래서, 그 실시예에서, 안테나(345)에 Z0 또는 Z16이 주어지면, 동일한 심볼 또는 데이터 문자를 통신한다.
고속 필터(257)는 후방산란 신호의 수신에 응답하여 고속 데이터(258)를 통과시키도록 구성된다. 고속 필터(257)는 고속 데이터를 분리하기 위해 대역통과 필터를 포함할 수 있다. 고속 필터(257) 및 저속 필터(256) 중 하나 또는 둘 모두는 소프트웨어-정의-라디오(software-defined-radio)로 구성된 프로세서에 의해 구현될 수 있다.
고속 디코딩 모듈(281)은 고속 데이터(258)를 수신하고, 저속 디코딩 모듈(283)은 저속 데이터(259)를 수신한다. 고속 디코딩 모듈(281)은 제1 주파수(예를 들어, 25MHz)에서 인코딩된 고속 심볼들을 디코딩함으로써 제1 데이터(271)를 생성하도록 구성된다. 태그(307)는 안테나(345)의 임피던스를 변조함으로써 제1 주파수(CLK1)에서 고속 심볼들을 인코딩할 수 있다. 태그(307)가 QAM을 이용하는 경우, 고속 디코딩 모듈(281)은 QAM 디코딩 유닛을 포함할 것이다. 저속 디코딩 모듈(283)은 제2 주파수(예를 들어, 125kHz)에서 인코딩된 저속 데이터(259)에 응답하여 제2 데이터(272)를 출력하도록 구성된다. 태그(307)는 안테나(345)의 임피던스 값을 회로(331 또는 332)에 대응하는 임피던스 값들의 제1 또는 제2 서브세트로 제한하기 위해 MUX(339)를 구동함으로써 제2 주파수(CLK2)에서 저속 데이터를 인코딩할 수 있다.
고속 디코딩 모듈(281)은 도 2b의 2-1 심볼 변환 유닛(282)을 포함한다. 고속 심볼들이 심볼들의 제1 서브세트 및 제2 서브세트를 포함하고 제1 서브세트의 주어진 심볼이 동일한 심볼 또는 데이터 문자를 통신하는 제2 서브세트의 대응하는 심볼을 가지기 때문에, 심볼 변환 유닛(282)은 대응하는 심볼들 중 어느 하나를 수신하는 것에 응답하여 적절한 데이터 문자를 출력한다. 디코딩 모듈(280)은 또한 정확한 데이터 수신을 보장하기 위해 체크섬(checksum)을 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 태그측 후방산란 통신의 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다. 프로세스(600)에서 프로세스 블록의 일부 또는 전부가 나타내는 순서는 제한적이라고 간주되어서는 안된다. 오히려, 본 개시내용의 이점을 갖는 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 일부 프로세스 블록이 도시되지 않은 다양한 순서로 또는 심지어 병렬로 실행될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
처리 블록(605)에서, 전자기 에너지(예를 들어, EM 에너지(212))는 기지국으로부터 수신된다. 처리 블록(610)에서, 복수의 레이더 단면들 사이에서 디바이스의 레이더 단면을 조정함으로써 제1 데이터가 (제1 주파수에서) 인코딩된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예들에서, 안테나(345)의 벡터 레이더 단면은 복수의 임피던스 값들 사이에서 안테나의 임피던스를 변조함으로써 조정된다. 그러나, 디바이스의 레이더 단면을 조정하는 추가적인 방법이 있다. 예를 들어, MEMS(micro-electro-mechanical systems)는 디바이스의 레이더 단면을 변경하기 위해 조작될 수 있다. 예를 들어, 레이더 반사 재료(예를 들어, 금속)의 경사를 조정하는 MEMS는 또한 디바이스의 레이더 단면을 변경한다. 또한, 다수의 MEMS는 상이한 레이더 단면을 생성하기 위해 (기울기 제어에 추가하여) 패턴으로 조작될 수 있다. 디바이스의 레이더 단면을 조정하는 또 다른 방식은 금속물을 액정에 주입하고 액정을 사용하여 금속물의 정렬을 제어하고 디바이스의 레이더 단면을 차례로 변경하는 것을 포함한다. 여기에서 다시, 주입된 금속물을 갖는 독립적으로 선택 가능한 액정의 어레이는 또한 복수의 상이한 레이더 단면을 생성하기 위해 레이더 단면의 추가적인 조정기능을 생성할 것이다. 레이더 단면을 조정하는 추가적인 방식들은 버랙터, PIN 다이오드, 가변 감쇠기 및 가변 위상 시프터를 포함한다.
처리 블록(615)에서, 일정 기간 동안 복수의 레이더 단면의 조정을 제한함으로써 (제1 주파수보다 낮은 제2 주파수에서) 제2 데이터가 인코딩된다. 이 기간은 제2 주파수의 기간에 대응한다. 프로세스(600)는 필요한 양의 데이터를 기지국에 통신하기 위해 필요에 따라 제1 데이터 및 제2 데이터를 계속해서 인코딩한다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 기지국을 이용하는 후방산란 통신 방법을 나타내는 흐름도를 도시한다. 프로세스(700)에서 프로세스 블록의 일부 또는 전부가 나타내는 순서는 제한적이라고 간주되어서는 안된다. 오히려, 본 개시내용의 이점을 갖는 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 일부 프로세스 블록이 도시되지 않은 다양한 순서로 또는 심지어 병렬로 실행될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
처리 블록(705)에서, 후방산란 신호(예를 들어, 후방산란 신호(217))는 후방산란 수신 안테나(예를 들어, 안테나(215))로 수신된다. 후방산란 신호는 송신 안테나(예를 들어, 안테나(210))에 의해 송신되는 전자기 송신 신호의 변조된 버전이다. 일부 실시예에서, 후방산란 수신 안테나 및 송신 안테나는 동일한 안테나일 수 있다. 송신 신호는 모바일 디바이스(예를 들어, 디바이스(310))의 태그(예를 들어, 태그(307))에 의해 변조된 후방산란 신호로서 다시 반사될 수 있다.
후방산란 신호로 인코딩된 고속 심볼들은 프로세스 블록(710)에서 디코딩된다. 고속 심볼들은 제1 주파수(예를 들어, 25MHz)에서 후방산란 신호로 인코딩된다.
처리 블록(715)에서, 고속 심볼들은 제1 데이터(예를 들어, 데이터(271))로 변환된다. 고속 심볼들은 심볼들의 제1 서브세트 및 심볼들의 제2 서브세트를 포함한다. 제1 서브세트 및 제2 서브세트로부터의 대응하는 심볼들은 제1 데이터에서 동일한 데이터 문자를 갖도록 변환된다.
프로세스 블록(720)에서, 제2 데이터(예를 들어, 데이터(272))는 후방산란 신호로 인코딩된 저속 데이터에 응답하여 디코딩된다. 저속 데이터는 고속 심볼들이 인코딩되는 제1 주파수보다 작은 제2 주파수(예를 들어, 125kHz)에서 후방산란 신호로 인코딩된다. 태그(307A)는 제2 데이터의 제1 상태(예를 들어, 디지털 0)를 표시하기 위해 시간 길이(예를 들어, CLK2의 신호들 사이) 동안 고속 심볼들의 제1 서브세트를 송신하고 제2 데이터의 제2 상태(예를 들어, 디지털 1)를 표시하기 위해 고속 심볼들의 제2 서브세트를 송신함으로써 제2 데이터를 인코딩하기 때문에, 제2 데이터는 고속 심볼들이 특정 시간 길이 동안 제1 서브세트에 있을 때에는 제1 상태를 획득하고 그 시간 길이 동안 고속 심볼들이 제2 서브세트에 있을 때에는 제2 상태를 획득한다. 일 실시예에서, 시간 길이는 제2 주파수의 기간에 대응한다.
처리 블록들(710/715 및 720)은 (도시된 바와 같이) 병렬로 실행될 수 있거나 또는 직렬로 실행될 수 있다는 것이 이해된다. 프로세스(700)는 후방산란 신호로부터 오는 데이터를 연속적으로 디코딩하기 위해 반복될 수 있다. 프로세스(700)를 이용하는 기지국은 저속 데이터를 지원할 뿐만 아니라 고속 데이터를 디코딩할 수 있을 것이다. 따라서, 저속 데이터만 송신하는 태그는 기지국과 호환될 수 있을 것이며 (예로서, QAM 사용하는) 고속 데이터만을 송신하는 태그도 기지국과 호환될 수 있을 것이다. 또한, 저속 데이터 및 고속 데이터 양측 모두를 송신할 수 있는 태그(예를 들어, 태그(307))는 프로세스(700)를 이용하여 기지국(예를 들어, 기지국(203))과 호환될 수 있을 것이다.
상기 설명된 프로세스들은 컴퓨터 소프트웨어 및 하드웨어의 면에서 설명된다. 설명된 기술들은 유형 또는 비일시적 머신(예컨대, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체 내에 구현된 머신-실행가능 명령어들을 구성할 수 있으며, 이 명령어들은 머신에 의해 실행될 때 머신으로 하여금 설명된 동작들을 수행하게 할 것이다. 게다가, 이 프로세스들은 ASIC(application specific integrated circuit) 또는 이와는 다른 것과 같은, 하드웨어 내에서 구체화될 수 있다.
유형의 비일시적 머신-판독가능 저장 매체는 머신(예를 들어, 컴퓨터, 네트워크 디바이스, PDA(personal digital assistant), 제작 툴, 하나 이상의 프로세서의 세트를 갖는 임의의 디바이스 등)에 의해 액세스 가능한 형태의 정보를 제공(즉, 저장)하는 임의의 메카니즘을 포함한다. 예를 들어, 머신-판독가능 저장 매체는 기록 가능한/기록 불가능한 매체(예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스들 등)를 포함한다.
요약서에 기술되어 있는 것을 포함하는, 본 발명의 예시된 실시예들의 상기 설명은 총망라하거나 또는 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 특정한 실시예들, 및 그에 대한 예들이 본 명세서에서 예시 목적으로 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들이 인지할 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정들이 가능하다.
상기 상세한 설명을 고려하여 이러한 수정들이 본 발명에 이루어질 수 있다. 이하의 청구항들에서 사용되는 용어들은 본 발명을 본 명세서에 개시된 특정한 실시예들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 본 발명의 범주는 전적으로, 확립된 청구항 해석의 원칙에 따라 해석되어야 하는, 이하의 청구항들에 의해 결정되어야 한다.

Claims (25)

  1. 모바일 디바이스로서,
    RFID 기지국으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 안테나;
    상기 전자기 에너지의 후방산란을 통해 상기 RFID 기지국과 통신하기 위해 복수의 임피던스 값들 사이에서 상기 안테나를 변조하여 상기 모바일 디바이스의 레이더 단면을 변경하도록 결합되는 변조 회로; 및
    시간 길이 동안 상기 변조 회로가 상기 복수의 임피던스 값들 사이에서 선택하도록 지시함으로써 더 높은 주파수에서 제1 데이터를 인코딩하도록 결합되고 또한 상기 변조 회로가 상기 복수의 임피던스 값들의 제1 서브세트 또는 제2 서브세트 중에서 선택하도록 지시함으로써 더 낮은 주파수에서 제2 데이터를 인코딩하도록 추가적으로 결합되는 인코딩 모듈 -상기 제2 데이터의 제1 데이터 상태는 상기 시간 길이 동안 상기 제1 서브세트 중에서 선택함으로써 표현되고, 상기 제2 데이터의 제2 데이터 상태는 상기 시간 길이 동안 상기 제2 서브세트 중에서 선택함으로써 표현됨-
    을 포함하는 모바일 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터 또는 상기 제2 데이터 중 적어도 하나를 생성하도록 결합되는 생체인식 센서를 더 포함하는 모바일 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 또한 WiFi 또는 셀룰러 데이터 중 적어도 하나를 수신하도록 구성되는 모바일 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터는 상기 제2 데이터의 고해상도 버전인 모바일 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 더 높은 주파수에서 제1 신호를 샘플링하여 상기 제1 데이터를 생성하도록 구성되는 제1 아날로그-디지털 변환기("ADC"); 및
    상기 더 낮은 주파수에서 제2 신호를 샘플링하여 상기 제2 데이터를 생성하도록 구성되는 제2 ADC를 더 포함하는 모바일 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스 값들의 제1 서브세트는 상기 복수의 임피던스 값들의 제2 서브세트에 공통인 임피던스 값들을 포함하고 또한 상기 복수의 임피던스 값들의 제2 서브세트와 상이한 임피던스 값들을 포함하는 모바일 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인코딩 모듈은 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 제1 서브세트 중에서 임피던스 값들을 선택하도록 결합되는 제1 선택기 로직을 포함하고, 상기 인코딩 모듈은 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 제2 서브세트 중에서 임피던스 값들을 선택하도록 결합되는 제2 선택기 로직을 포함하고, 상기 인코딩 모듈은 상기 제2 데이터가 상기 제1 데이터 상태를 가질 때 상기 안테나를 상기 제1 서브세트로부터의 임피던스 값들에 접속하도록 구성되고, 상기 인코딩 모듈은 상기 제2 데이터가 상기 제2 데이터 상태를 가질 때 상기 안테나를 상기 제2 서브세트로부터의 임피던스 값들에 접속하도록 구성되는 모바일 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스 값들의 상기 제1 서브세트는 상기 복수의 임피던스 값들의 상기 제2 서브세트와 임피던스 값들을 공유하지 않는 모바일 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모바일 디바이스는 이동 전화, 헤드 착용가능 디스플레이, 손목 시계, 신체-장착가능 디바이스, 신체 이식가능 디바이스, 태블릿 또는 랩탑 중 하나를 포함하는 모바일 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시간 길이는 상기 더 낮은 주파수의 기간에 대응하는 모바일 디바이스.
  11. 무선-주파수 식별("RFID") 태그로서,
    RFID 기지국과 통신하기 위해 복수의 임피던스 값들 사이에서 안테나를 변조하여 상기 RFID 태그의 레이더 단면을 변경하도록 결합되는 변조 회로 -상기 안테나는 RFID 기지국으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성됨- ; 및
    시간 길이 동안 상기 변조 회로가 상기 복수의 임피던스 값들 사이에서 선택하도록 지시함으로써 더 높은 주파수에서 제1 데이터를 인코딩하도록 결합되고 또한 상기 변조 회로가 상기 복수의 임피던스 값들의 제1 서브세트 또는 제2 서브세트 중에서 선택하도록 지시함으로써 더 낮은 주파수에서 제2 데이터를 인코딩하도록 추가적으로 결합되는 인코딩 모듈 -상기 제2 데이터의 제1 데이터 상태는 상기 시간 길이 동안 상기 제1 서브세트 중에서 선택함으로써 표현되고, 상기 제2 데이터의 제2 데이터 상태는 상기 시간 길이 동안 상기 제2 서브세트 중에서 선택함으로써 표현됨-
    을 포함하는 RFID 태그.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인코딩 모듈은 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 제1 서브세트 중에서 임피던스 값들을 선택하도록 결합되는 제1 선택기 로직을 포함하고, 상기 인코딩 모듈은 상기 제1 데이터에 응답하여 상기 제2 서브세트 중에서 임피던스 값들을 선택하도록 결합되는 제2 선택기 로직을 포함하고, 상기 인코딩 모듈은 상기 제2 데이터가 상기 제1 데이터 상태를 가질 때 상기 안테나를 상기 제1 서브세트로부터의 임피던스 값들에 접속하도록 구성되고, 상기 인코딩 모듈은 상기 제2 데이터가 상기 제2 데이터 상태를 가질 때 상기 안테나를 상기 제2 서브세트로부터의 임피던스 값들에 접속하도록 구성되는 RFID 태그.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스 값들의 제1 서브세트는 상기 복수의 임피던스 값들의 제2 서브세트에 공통인 임피던스 값들을 포함하고 또한 상기 복수의 임피던스 값들의 제2 서브세트와 상이한 임피던스 값들을 포함하는 RFID 태그.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스 값들의 상기 제1 서브세트는 상기 복수의 임피던스 값들의 상기 제2 서브세트와 임피던스 값들을 공유하지 않는 RFID 태그.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 데이터는 상기 제2 데이터의 고해상도 버전인 RFID 태그.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 안테나는 또한 WiFi, 블루투스, 또는 셀룰러 데이터 중 적어도 하나를 수신하도록 구성되는 RFID 태그.
  17. 후방산란 통신 방법으로서,
    기지국으로부터 전자기 에너지를 수신하는 단계;
    제1 주파수에서, 디바이스의 복수의 레이더 단면들 사이의 디바이스의 레이더 단면을 조정하여 상기 기지국으로 다시 반사되는 상기 전자기 에너지를 변조함으로써 제1 데이터를 인코딩하는 단계; 및
    제2 주파수에서, 상기 복수의 레이더 단면들의 조정을 상기 제2 주파수의 하나의 기간에 대응하는 시간 길이 동안 상기 복수의 레이더 단면들의 제1 서브세트 또는 제2 서브세트 중 하나로 제한하여 제2 데이터를 인코딩하는 단계 -상기 제2 데이터의 제1 데이터 상태는 상기 시간 길이 동안 상기 제1 서브세트 중에서 선택함으로써 표현되고, 상기 제2 데이터의 제2 데이터 상태는 상기 시간 길이 동안 상기 제2 서브세트 중에서 선택함으로써 표현되며, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 작은 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 레이더 단면들의 제1 서브세트는 상기 복수의 레이더 단면들의 제2 서브세트에 공통인 레이더 단면들을 포함하고 또한 상기 복수의 레이더 단면들의 제2 서브세트와 상이한 레이더 단면들을 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 레이더 단면들의 상기 제1 서브세트는 상기 복수의 레이더 단면들의 상기 제2 서브세트와 레이더 단면들을 공유하지 않는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 디바이스의 레이더 단면을 조정하는 것은 상기 디바이스의 안테나의 상이한 임피던스 값들을 선택하는 것을 포함하는 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제2 데이터는 상기 제1 데이터로부터 유도되거나 상기 제1 데이터의 더 작은 서브세트인 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제2 데이터는 EPC Gen2 RFID 프로토콜과 역으로 호환 가능한 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 인코딩 모듈은 상기 복수의 임피던스 값들을 사용하여 상기 제1 데이터를 상기 더 높은 주파수에서 인코딩하고, 동시에 상기 제2 데이터를 상기 안테나상의 상기 더 낮은 주파수에서 인코딩하는, 모바일 디바이스.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 후방산란을 통한 통신을 위해 사용되는 심볼들의 배열(constellation)에서 각각의 심볼은, 각각의 심볼을 통신하는, 상기 제1 서브세트 내의 제1 연관된 임피던스 값과 상기 제2 서브세트 내의 제2 연관된 임피던스 값을 갖는, 모바일 디바이스.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 제2 데이터는 상기 시간 길이 동안 2개의 중앙 레이더 값 중 하나로 선택된 상기 임피던스 값의 근접성(proximity)에 기초하여 인코딩되는, 모바일 디바이스.
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