900MHz 대역에서 TA radio와 RFID의 주파수 공유에 관한 연구 = (A) study on the frequency sharing TA radio with the RFID in the 900MHz band

국문 초록 (Abstract)

요 약

본 논문은 900MHz 대역을 사용하는 TA(Talk-Around) Radio와 RFID 시스템간의 주파수 공유 가능성을 제시하였다. TA는 네트워크 통달범위에 있지 않을 경우라도 양자 간 통신을 가능케 하는 디지털 워키토키이다. TA는 네트워크 통달범위를 이용할 수 없는 상황에서 근거리 지역 통신을 제공하기 위한 목적으로 시도된 통신기능이다. TA Radio는 개인 대 개인 및 원격 무선통신을 위한 이상적인 통신방식이다. 특히 TA 기능을 갖는 양방향 무전기(Radio)는 소방 활동, 재난 대비, 유지보수 작업, 제조 공정 제어 등을 포함한 다양한 상황 대처를 위한 이상적인 통신방식이다. 이동전화망과 휴대인터넷망 기타 자가 주파수공용 통신망과의 차별화를 위하여 TA 서비스의 도입은 필수적인 상황이며 900MHz를 할당 받아 사용할 경우 기존에 동 주파수 대역에 할당되어 있는 RFID와의 간섭 및 공유에 대한 영향을 검증받아야 한다.
미국에서는 TA Radio의 사용주파수 대역은 공중용 ISM-밴드(902MHz～928MHz)를 이용하고 있으나, 한국형 TA의 주파수 대역은 908.5MHz～914MHz이며, 보호대역을 제외할 경우 5MHz 대역폭을 가진다. TA Radio의 통신방식은 간섭영향이 적은 주파수도약 확산스펙트럼(FHSS) 방식을 이용한다.
RFID는 이론적인 분석으로 200kHz씩 채널이 이격되어 20개 채널이 나오는 것으로 분석되었고, TA는 이론적인 분석으로 100kHz씩 채널이 이격되어 50개 채널이 나오는 것으로 분석되었다. TA와 RFID의 통신방식은 모두 FHSS 방식이다. 그러나 TA의 방식에서의 변조방식은 FSK 디지털 변조방식을 사용하고 있고 RFID는 ASK 디지털 변조방식을 사용하고 있다. 이 두 가지 변조방식의 공유사용 여부를 이론적으로 분석하였다. 시뮬레이션 한 결과 ASK 신호와 FSK 신호의 주파수 이격이 0.6MHz로 분석되어 양 방식의 변조 반송파 주파수가 겹침으로써 간섭을 일으킬 확률이 매우 적은 것으로 나타났다.
TA의 FHSS 방식에서의 변조방식은 FSK 디지털 변조방식을 사용하고 있고 RFID는 ASK 디지털 변조방식을 적용하고 있다. 주파수 공유가능성에 대한 현장시험 대상 RFID 시스템의 통신방식은 FHSS 방식이다. 현장시험은 다섯 가지의 시나리오에 의하여 진행되었다. 현장시험용 RFID 시스템은 미국 제품으로 4개의 태그와 2개의 주장치로 구성되었다. 테스트를 위하여 TA 4대와 에질런트 스펙트럼 분석기가 사용되었다. 측정계기에 나타난 TA와 RFID 수신신호에 대한 각각의 주파수(MHz)와 신호강도(dBm)를 분석한 결과 910MHz～914MHz 전체 대역에서 의사 랜덤의 주파수호핑 패턴에 따라 각각 주파수가 호핑되어 나타났으며, TA와 RFID의 호핑된 주파수의 이격을 살펴보면, 0.2MHz～3.2MHz의 분포로 나타났다. 이것은 TA와 RFID의 호핑된 주파수가 겹치지 않고 충분히 이격되어 상호 간섭영향이 없음을 의미한다.
또한, 실험 결과에 대한 검증의 신뢰도를 높이기 위하여 고유정보를 저장하는 RFID 태그를 판독하고 해독하는 RFID 리더기의 출력 상태를 개발된 프로그램을 활용하여 데이터를 확인하였다. 확인 결과 데이터의 손상은 발견되지 않았다.
따라서 이론적인 분석과 현장시험 결과에서 보이는 바와 같이 900MHz 대역에서 TA와 RFID는 주파수를 공유하여도 상호 간섭영향이 없는 것으로 확인되었다.

Abstract
A study on the frequency sharing TA Radio with the RFID
in the 900MHz band

Moon, Hun Il
Major in Information Communication Engineering
Hansei University

In this paper, the frequencies sharing possibility between TA(Talk-Around) Radios and RFID(Radio Frequency Identification) system in 900MHz frequency band has been suggested.
TA is an off-network digital walkie-talkie that can be used even when there is no network coverage. TA is intended to provide local area communications in situations where network coverage is not available. The TA system is the ideal choice for person-to-person and remote radio communications. Especially, the two-way Radio with TA is ideal for a variety of response situations including firefighting, disaster response, maintenance operations and manufacturing settings and so on. To distinguish TA service from the existing network service such as the mobile telephone network, the portable internet network and the private usable trunked networks, it is essential to introduce TA service. If TA will be used in 900MHz band given by the allocation, the absence of the interference and the possibility of the frequencies sharing with the RFID in same band shall be proven.
While Talk-Around Radio is utilized by the ISM-band of 902MHz～928MHz band in America. TA frequency band in Korea is 908.5MHz～914MHz and have 5MHz bandwidth except the guard band. TA Radio adopts FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) communication mode whose interference effect is little.
The RFID channels was analyzed theoretically as 20 usable channels separated by 200kHz each other. The TA channels was analyzed theoretically as 50 usable channels separated by 100kHz each other. The communication mode for TA and RFID is both FHSS. But the modulation technic for TA is the digital FSK(Frequency Shift Keying) and the modulation technique for RFID is the digital ASK(Amplitude Shift Keying).
The possibility of the frequency sharing between ASK modulation and FSK modulation technique was analyzed theoretically by the simulation method. According to the results of simulation, the separation of the frequency between ASK signal and FSK signal was analyzed by the frequency of 0.6

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 요 약 i
• 목 차 iii
• 그 림 목 록 vi
• 표 목 록 xi
• 약 어 목 록 xiii
• ⅑
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 필요성 및 목적 1
• 1.2 연구 범위 2
• 1.3 연구 내용 3
• 제 2 장 TA 및 RFID 기술 분석 6
• 2.1 TA의 기술 분석 6
• 2.1.1 개요 6
• 2.1.2 TA 주파수 대역 및 채널배치 7
• 2.1.3 TA 장치의 개요 12
• 2.1.4 TA의 기본 특징 13
• 2.1.5 TA 운용모드 13
• 2.1.6 TA의 고유성 15
• 2.1.7 통화 버스트 16
• 2.1.8 기본 프로토콜 성분 17
• 2.1.9 호설정 프레임 포맷 18
• 2.1.10 프레임 동기화 19
• 2.1.11 동기 스캔 상태 20
• 2.1.12 TA 프로토콜 STACK 23
• 2.1.13 TA 운용모드 26
• 2.1.14 TA 전체 운용 상태 28
• 2.1.15 TA 트래픽 발생 특성 29
• 2.2 RFID 기술 분석 30
• 2.2.1 현 황 30
• 2.2.2 수동형 RFID 현황 33
• 2.2.3 수동형 RFID 통신표준 34
• 2.2.4 수동형 RFID 소요 대역폭 산출 35
• 2.2.5 수동형 RFID 국제표준 현황 38
• 2.2.6 기타 900MHz 국제표준 현황 39
• 2.2.7 수동형 RFID 기술기준 동향 39
• 2.2.8 RFID 상세 기술특성 분석 41
• 제 3 장 TA와 RFID 간섭영향 분석 64
• 3.1 RFID 채널배치 가능도 64
• 3.2 ASK 방식의 기본 이론 64
• 3.3 ASK 변조신호에 대한 시뮬레이션 67
• 3.4 FSK 변조신호에 대한 시뮬레이션 69
• 제 4 장 TA와 RFID의 필드테스트 및 결과 82
• 4.1 필드 테스트 환경 구성 82
• 4.2 구성도 및 결과 84
• 4.2.1 RFID 단독 측정 84
• 4.2.2 TA 단독 측정 90
• 4.2.3 TA 1대, RFID 1대 측정 98
• 4.2.4 TA 2대, RFID 1대 측정 105
• 4.2.5 TA 1대, RFID 2대 측정 114
• 4.3 RFID 리더기 송수신 데이터 측정치 116
• 4.3.1 측정 구성도 116
• 4.3.2 측정 방법 116
• 4.3.3 측정 결과 117
• 제 5 장 결 론 118
• 참 고 문 헌 122
• Abstract 125
• 부 록 128
• 그 림 목 록
• 그림 2-1 한국형 TA 주파수 대역 8
• 그림 2-2 TA FHSS 홉셋 및 채널 구성 9
• 그림 2-3 TA 홉셋 당 채널 점유 구성 10
• 그림 2-4 TA 8FSK 변조 대역폭 11
• 그림 2-5 TA 기본 프로토콜 17
• 그림 2-6 TA 호 설정 프레임 포맷 18
• 그림 2-7 TA 프레임 동기화 19
• 그림 2-8 TA 동기 스캔 상태 21
• 그림 2-9 TA 동기슬롯 버스트 22
• 그림 2-10 TA 스톱 버스트 23
• 그림 2-11 TA 프로토콜 STACK 24
• 그림 2-12 2계층에서 심볼 구성되는 과정 25
• 그림 2-13 Code 운영모드 26
• 그림 2-14 All Code 운영모드 27
• 그림 2-15 Private Only Mode 운영모드 27
• 그림 2-16 TA 전체 운용 상태 29
• 그림 2-17 TA 트래픽 발생 특성 29
• 그림 2-18 RFID 주파수 이용 현황 31
• 그림 2-19 수동형 RFID 주파수 분배 현황 33
• 그림 2-20 수동형 RFID 기술기준 현황 34
• 그림 2-21 수동형 RFID 통신표준 35
• 그림 2-22 예측 채널수에 따른 소요 대역폭 37
• 그림 2-23 수동형 RFID 유럽 기술기준 동향 40
• 그림 2-24 태그 파워 상승 곡선 45
• 그림 2-25 태그 파워 하향 곡선 45
• 그림 2-26 FHSS 캐리어 상·하향 특성 46
• 그림 2-27 태그→리더 데이터 코딩 47
• 그림 2-28 5비트 레지스터 회로도 51
• 그림 2-29 태그 전이상태 다이어그램 58
• 그림 2-30 상태 다이어그램 60
• 그림 3-1 ASK 변조 블록 다이어그램 65
• 그림 3-2 4ASK 방식 데이터 변조 다이어그램 66
• 그림 3-3 심볼 ‘01’에 의한 ASK 변조 67
• 그림 3-4 심볼 ‘10’에 의한 ASK 변조 68
• 그림 3-5 심볼 ‘11’에 의한 ASK 변조 68
• 그림 3-6 FSK 변조 블록 다이어그램 70
• 그림 3-7 심볼 ‘000’에 의한 FSK 변조 71
• 그림 3-8 심볼 ‘001’에 의한 FSK 변조 72
• 그림 3-9 심볼 ‘010’에 의한 FSK 변조 72
• 그림 3-10 심볼 ‘011’에 의한 FSK 변조 73
• 그림 3-11 심볼 ‘100’에 의한 FSK 변조 73
• 그림 3-12 심볼 ‘101’에 의한 FSK 변조 74
• 그림 3-13 심볼 ‘110’에 의한 FSK 변조 74
• 그림 3-14 심볼 ‘111’에 의한 FSK 변조 75
• 그림 3-15 심볼 ‘000000’에 의한 FSK 변조 75
• 그림 3-16 심볼 ‘000111’에 의한 FSK 변조 76
• 그림 3-17 심볼 ‘010101’에 의한 FSK 변조 76
• 그림 3-18 심볼 ‘101010’에 의한 FSK 변조 77
• 그림 3-19 심볼 ‘111000’에 의한 FSK 변조 77
• 그림 3-20 심볼 ‘111111’에 의한 FSK 변조 78
• 그림 3-21 ASK + FSK 변조 79
• 그림 3-22 주파수 대역비교(908.5MHz～914MHz) 80
• 그림 3-23 주파수 대역에서 채널 할당 80
• 그림 3-24 RFID 채널 재배치 81
• 그림 3-25 TA 채널 재배치 81
• 그림 4-1 RFID 단독 측정 구성도 84
• 그림 4-2 RFID 단독 1차 측정결과 86
• 그림 4-3 RFID 단독 2차 측정결과 86
• 그림 4-4 RFID 단독 3차 측정결과 87
• 그림 4-5 RFID 단독 4차 측정결과 87
• 그림 4-6 RFID 단독 5차 측정결과 88
• 그림 4-7 RFID 단독 6차 측정결과 88
• 그림 4-8 RFID 단독 7차 측정결과 89
• 그림 4-9 RFID 단독 8차 측정결과 89
• 그림 4-10 RFID 단독 측정(Full Band) 90
• 그림 4-11 TA 단독 측정 구성도 90
• 그림 4-12 TA 단독 1차 측정결과 92
• 그림 4-13 TA 단독 2차 측정결과 92
• 그림 4-14 TA 단독 3차 측정결과 93
• 그림 4-15 TA 단독 4차 측정결과 93
• 그림 4-16 TA 단독 5차 측정결과 94
• 그림 4-17 TA 단독 6차 측정결과 94
• 그림 4-18 TA 단독 7차 측정결과 95
• 그림 4-19 TA 단독 8차 측정결과 95
• 그림 4-20 TA 단독 9차 측정결과 96
• 그림 4-21 TA 단독 10차 측정결과 96
• 그림 4-22 TA 단독 측정(Full Band) 97
• 그림 4-23 TA 단독 측정(Full Band-6MHz Span) 97
• 그림 4-24 TA 단독 측정(Full Band-500kHz