KR101685819B1 - 모바일 시스템에서 rf 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법 및 rf 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템 - Google Patents

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김동인
김진영
황유민
김경호
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성균관대학교산학협력단
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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법은 고정된 위치의 AP 장치가 서로 다른 복수의 주파수 대역의 RF 신호를 전송하고, 고정된 위치의 모바일 단말이 상기 RF 신호를 수신하고 수신된 RF 신호에 대한 효율 정보를 상기 AP에 전송하는 단계, 상기 AP 장치가 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대한 상기 효율 정보를 기준으로 상기 복수의 주파수 대역 중 가장 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역인 타깃 주파수 대역을 결정하는 단계, 상기 AP 장치가 상기 타깃 주파수 대역의 RF 신호를 전송하는 단계 및 상기 모바일 단말이 상기 타깃 주파수 대역의 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행하여 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.

Description

모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법 및 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템{ENERGY HARVESTING METHOD BASED ON RF SIGNAL IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM AND MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING RF ENERGY HARVESTING}
이하 설명하는 기술은 RF 신호를 이용하는 에너지 하비스팅 기법 및 RF 에너지 하비스팅에 기반한 모바일 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰, 태블릿 PC, 휴대형 무선 단말, 스마트 워치와 같은 웨어러블 장치 등은 배터리에 충전된 전압을 에너지원으로 사용하고 있다.
한편 주변의 RF 신호를 이용하여 에너지원으로 사용하기 위한 기술이 연구되고 있다. 렉테나(Rectenna)는 안테나(Antenna)와 정류기(Rectifier)의 합성으로서 무선전력전송에서 전력에너지를 송수신하는 장치에 사용된다. 이러한 렉테나는 공중을 통해 무선으로 전파되는 전자기파, 특히 마이크로파 전력을 안테나를 통해 수신하여 다이오드 및 필터로 구성된 정류회로를 거쳐 직류(DC)로 변환시킨다.
한국등록특허 제10-1154375호 한국공개특허 제10-2004-0077228호
현재의 RF 에너지 하비스팅 시스템은 에너지 수집 효율이 유선 충전 시스템과 비교할 때 매우 저조하다. 따라서 RF 에너지 하비스팅은 에너지 수집 효율을 높이기 위한 기법이 필요하다.
이하 설명하는 기술은 AP 장치의 커버리지에 존재하는 모바일 단말이 AP 장치가 송신 가능한 주파수 대역 중 에너지 수집 효율이 높은 대역을 파악하는 기법을 제공하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법은 고정된 위치의 AP 장치가 서로 다른 복수의 주파수 대역의 RF 신호를 전송하고, 고정된 위치의 모바일 단말이 RF 신호를 수신하고 수신된 RF 신호에 대한 효율 정보를 AP에 전송하는 단계, AP 장치가 복수의 주파수 대역 각각에 대한 효율 정보를 기준으로 복수의 주파수 대역 중 가장 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역인 타깃 주파수 대역을 결정하는 단계, AP 장치가 타깃 주파수 대역의 RF 신호를 전송하는 단계 및 모바일 단말이 타깃 주파수 대역의 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행하여 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템은 할당된 주파수 대역을 복수의 주파수 대역으로 구분하여 복수의 주파수 대역의 RF 신호를 RF 신호를 특정 송신 출력으로 송신하고, 모바일 단말로부터 RF 신호에 대한 효율 정보를 수신하고, 복수의 주파수 대역 각각에 대한 효율 정보를 기준으로 복수의 주파수 대역 중 가장 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역인 타깃 주파수 대역으로 RF 신호를 전송하는 AP 장치 및 RF 신호를 수신할 때의 수신 출력 값을 포함하는 효율 정보를 전송하고, 타깃 주파수 대역으로 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행하는 모바일 단말을 포함하는 모바일 단말을 포함한다.
이하 설명하는 기술은 AP 장치가 송신 가능한 주파수 대역 중 에너지 수집 효율이 높은 대역을 결정하여, RF 신호를 이용한 에너지 하비스팅 효율이 높은 모바일 시스템을 제공한다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 2는 모바일 단말의 RF 에너지 생성부의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 3은 WLAN AP에서 모바일 단말에 RF 신호가 전달되는 경로를 도시한 예이다.
도 4는 AP 장치와 모바일 단말의 거리에 따른 RF 송신 출력값 대 수신 출력값의 비를 도시한 그래프의 예이다.
도 5는 AP 장치가 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역을 결정하는 과정에 대한 순서도의 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템에 따른 구성은 이하 설명하는 기술의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하 설명하는 기술은 무선 통신을 수행하는 구성 중 AP 장치와 모바일 단말에 관한 것이다. 모바일 단말은 AP 장치가 송신하는 RF 신호를 이용하여 RF 에너지 하비스팅을 수행한다. AP 장치는 이동통신 기지국, WiFi AP, ZigBee AP, 블루투스 송신기 등과 같이 일정한 RF 신호를 송신하는 장치를 의미한다. AP는 본래 특정 코어 네트워크와 모바일 단말과 같은 엔터티(entity)를 연결하는 구성을 의미한다. 그러나 이하 설명하는 AP 장치는 이에 한정되지 않고, RF 신호를 송신할 수 있는 다양한 장치를 포함한다. 모바일 단말은 휴대용 단말, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등과 같이 무선으로 데이터를 주고 받을 수 있는 다양한 단말 장치를 포함한다.
에너지 하비스팅(energy harvesting) 기법은 일반적으로 주변 환경을 이용하여 에너지를 획득하는 방법을 통칭한다. RF(radio frequency)를 이용한 에너지 하비스팅(이하 RF 에너지 하비스팅이라 함)은 RF 무선 신호를 에너지원으로 사용하는 기법을 의미한다. 에너지를 전달하고자 하는 송신기 장치는 큰 출력 전력을 주파수에 실어 신호를 송신하면, 특정 장치를 이를 수신하여 전력으로 사용하는 방식이다. 나아가 에너지 전달을 위한 특정 RF 신호를 이용하지 않고, 일상적인 통신 환경에서 방출되는 RF 신호를 이용하는 방법도 가능하다. 이하 설명하는 모바일 단말은 AP 장치가 송신하는 RF 신호에 기반한 에너지 하비스팅 기법을 사용하여 배터리를 충전한다.
이하에서는 도면을 참조하면서 모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법 및 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1은 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템(100)의 구성을 도시한 블록도의 예이다. 도 1은 상단에 이동통신 기지국과 같은 AP 장치(110)과 스마트폰과 같은 모바일 단말(150)을 도시하였다.
AP 장치(110)는 자신에게 할당된 주파수 대역을 복수의 대역으로 구분한다. AP 장치(110)는 구분한 복수의 대역 중 하나의 대역으로 RF 신호를 전송한다(①). 모바일 단말(150)은 수신한 RF 신호를 기준으로 특정한 하비스팅 파라미터를 생성하여 전송한다(②). 하비스팅 파라미터는 RF 신호에 대한 에너지 하비스팅 효율과 관련된 정보이다. AP 장치(110)는 구분한 복수의 주파수 대역 각각에 대해 RF 신호를 전송하고, 모바일 단말(150)은 해당 주파수 대역의 RF 신호에 대한 하비스팅 파라미터를 전송한다. AP 장치(110)는 구분한 모든 주파수 대역에 대해 하비스팅 파라미터를 저장하고, 저장된 하비스팅 파라미터에 기반하여 가장 에너지 하비스팅 효율이 좋은 주파수 대역을 결정한다. 이후 AP 장치(110)는 가장 에너지 하비스팅 효율이 좋은 주파수 대역으로 RF 신호(이하 최적 RF 신호)를 송신한다(③). 모바일 단말(150)은 최적 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행한다.
AP 장치(110)가 할당받은 최초 주파수 대역은 무선 통신의 종류, 서비스 사업자의 종류, 국가의 주파수 정책, 통신 사업자의 설정 등에 따라 달라질 수 있다. AP 장치(110)가 할당받은 최초 주파수 대역을 복수의 대역으로 구분하는데, AP 장치(110)는 사용가능한 전체 주파수 대역을 균등 분할할 수 있다. 또는 AP 장치(110)는 전체 주파수 대역을 일정한 규칙에 따라 차등 분할할 수도 있을 것이다. AP 장치(110)가 많은 구역으로 분할할수록 효율이 좋은 주파수 대역을 찾을 가능성이 높아진다. 그러나 AP 장치(110)가 너무 많은 주파수 대역을 사용한다면 최적의 주파수 대역을 찾는 작업 자체가 오버헤드가 될 수 있다. 따라서 AP 장치(110)는 적절한 개수로 주파수 대역을 구분해야 할 것이다. 주파수 대역의 구분은 장치가 사용가능한 전체 주파수 대역의 크기, 장치의 하드웨어 성능, 서비스의 종류, 사용자 설정 등에 따라 달라 질 수 있다.
도 1은 하단에 AP 장치(110) 및 모바일 단말(150)에 대한 구성을 개략적으로 도시한다. 도 1의 하단의 구성은 기능적 블록 구성에 해당한다. AP 장치(110)는 RF 신호를 송신하는 RF 신호 송신부(112), 모바일 단말로부터 수신하는 하비스팅 파라미터에 기반하여 최적 RF 신호를 결정하는 송신 신호 결정부(111) 및 RF 신호를 송신하고 모바일 단말의 상향 신호를 수신하는 안테나(113)를 포함한다.
AP 장치(110)가 송신하는 RF 신호는 모바일 단말의 배터리 충전을 위한 전용 신호일 수도 있고, 이동통신 표준에 따른 데이터 패킷 또는 제어 신호 전달을 위한 신호일 수도 있다.
RF 신호가 배터리 충전을 위한 전용 신호인 경우 RF 신호 송신부(112)는 전력 공급 장치로부터 교류 전원을 공급받아 교류/직류 전류 변환기(ADC)를 통해 교류를 직류 전류로 변환하는 전류 변환기, 직류 전류를 RF 신호로 변환하는 RF 신호 변환기 및 변환된 RF 신호를 송신하는 안테나를 포함할 수 있다. RF 신호 변환기는 특정 주파수 대역의 신호를 발생시키는 장치이다. RF 신호 변환기는 특정 주파수의 신호를 생성하는 발진기(oscillator)를 포함한다. 나아가 RF 신호 변환기는 발진기에서 생성한 신호를 증폭하는 증폭기(amplifier) 및 증폭기의 신호를 필터링하여 특정 대역의 신호만을 전달하는 대역 통과 필터(BPF) 등을 포함할 수 있다.
모바일 단말(150)은 수신한 RF 신호를 기준으로 하비스팅 파라미터를 생성하는 하비스팅 파리미터 생성부(151) 및 최적 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 RF 에너지 생성부(152)를 포함한다.
도 2는 모바일 단말의 RF 에너지 생성부(200)의 구성을 도시한 블록도의 예이다. RF 에너지 생성부(200)는 도 1의 RF 에너지 생성부(152)에 해당한다.
RF 에너지 생성부(200)는 RF 신호를 수신하여 전력 에너지를 생성하는 장치이다. RF 에너지 생성부(200)는 RF 신호를 수신하는 안테나(210), 안테나(210)에서 수신한 RF 신호의 전력 손실을 제거하는 임피던스 매칭 회로(220), 임피던스 매칭 회로(220)의 출력 RF 신호를 직류 전류로 변환하는 전류 변환기(230) 및 변환된 직류 전류를 이용하여 충전되는 배터리(240)를 포함한다.
도 2에서는 안테나(210), 임피던스 매칭 회로(220) 및 전류 변환기(230)를 별개의 구성으로 도시하였다. 다만 안테나와 정류 회로를 포괄하여 렉테나(rectenna)라고 명명하기도 한다.
통신기기의 RF송수신부 및 RF신호전달부는 다수의 부품이 결합하여 이루어지며, 각 부품 사이의 신호전달특성이 상이하므로 RF 신호에 대한 임피던스를 매칭(matching)이 필요하다. 임피던스 매칭 회로(220)는 호스트 장치에서 전송한 RF 신호를 수신한 후 임피던스 매칭을 수행하는 장치이다. 임피던스 매칭은 실제 장치에서 사용되는 소자(다이오드 등)을 고려하여 최적화하는 것이 바람직하다.
전류 변환기(230)는 RF 신호를 직류 전류로 변환하는 정류기를 포함한다. 일정한 파형을 갖는 RF 신호는 양과 음의 값을 갖는다고 할 수 있다. 정류기는 양과 음의 두 방향을 갖는 신호를 하나의 방향을 갖는 직류 전류 신호를 변환한다.
도 2에 도시하지 않았지만 배터리(240) 앞에 전류 변환기(230)에서 출력된 신호를 일정한 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 변환기를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 RF 에너지 하비스팅을 위해 모바일 시스템(100)는 특정한 주파수 대역을 결정하고, 해당 대역의 RF 신호를 사용하여 에너지 하비스팅을 수행한다. 이제 왜 주파수 대역에 따라 에너지 하비스팅의 효율이 달라질 수 있는지에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 WLAN AP에서 모바일 단말에 RF 신호가 전달되는 경로를 도시한 예이다. WLAN은 실내에서 AP 장치(110)를 통해 모바일 단말(150)에 신호를 전송한다. 실내 환경은 벽, 문, 계단, 기둥, 책상 등과 같은 장애물이 존재한다. 따라서 AP 장치(110)가 송신하는 RF 신호는 곧바로 모바일 단말에 전송될 수도 있지만 장애물에 반사되거나 장애물을 통과하면서 전송될 수도 있다. RF 신호는 신호 전달 경로에 따라 일정한 페이딩(fading)을 갖는다. RF 신호는 장애물이 없어도 공기라는 매질을 통과하면서 일정한 페이딩이 생길수도 있고, 장애물을 만나면서 일정한 페이딩을 겪을 수도 있다.
도 3에서 AP 장치(110) 및 모바일 단말(150)은 고정된 위치에 배치된다고 가정한다. RF 신호는 고정된 장애물 등을 만나면서 다중 경로를 갖게 되거나, 새도우 페이딩(shadow fading)을 겪는다.
시스템이 빠르게 변화하는 페이딩 속도에 따라 각 시각마다 효율 계산 및 송신신호 최적화를 하기 어려울 수도 있다. 따라서 대규모 페이딩(large scale fading) 보다는 소규모 페이딩(small scale fading)을 기준으로 설명한다.
도 4는 AP 장치와 모바일 단말의 거리에 따른 RF 송신 출력값 대 수신 출력값의 비를 도시한 그래프의 예이다. 도 4는 AP 장치(110)과 모바일 단말(150)의 거리(d)에 따른 송신 출력값(Pt) 대 수신 출력값(Pr)의 비(比)를 도시한다. 송신 출력값(Pt)은 AP 장치가 특정 주파수 대역으로 RF 신호를 송신한 출력값이고, 수신 출력값(Pr)은 모바일 단말이 RF 신호를 수신할 때의 출력값이다. AP 장치(110)는 송신 출력값(Pt) 대 수신 출력값(Pr)의 비(比)를 기준으로 복수의 주파수 대역 중 에너지 하비스팅 효율이 가장 높은 주파수 대역을 결정한다.
도 4의 그래프에서 실선은 경로 손실(path loss)을 의미하고, 굵은 점선은 대규모 페이딩을 의미하고, ?은 점선은 소규모 페이딩을 의미한다. 도 4에서는 소규모 페이딩 중 하나의 지점을 점선으로 표시한다. 해당 지점은 RF 신호의 손신율이 높은 지점(bad fading channel)에 해당한다. AP 장치(110)는 RF 신호의 손신율이 적은 주파수 대역으로 RF 신호를 전송할 수 있고, 이 경우 도 4에서 비교적 손신율이 적은 지점(good fading channel)로 이동할 수 있다.
무선으로 전송된 신호는 다중 경로 채널을 통과하면서 주파수상에서 다양한 페이딩 환경 (감쇠차, 위상차)을 경험하게 된다. 그 결과로 어떤 무선 통신 링크에서 페이딩을 측정한다면 특정 수신 주파수가 다른 수신 주파수에 비해 더 큰 감쇠를 초래하는 경우를 발견할 수 있다. 이를 주파수 선택적 페이딩(selective fading)이라고 한다. 즉, 주파수 대역에 따라 페이딩되는 정도가 달라질 수 있다는 것이고, 모바일 시스템(100)은 손신율이 가정 적은 주파수 대역을 찾아 RF 신호를 전송하겠다는 것이다.
AP 장치(100)가 송신 출력값(Pt) 대 수신 출력값(Pr)의 비(比)를 기준으로 복수의 주파수 대역 중 에너지 수집 효율이 가장 좋은 대역을 선택한다. 에너지 수집 효율이 가장 좋은 대역을 타깃 주파수 대역이라고 명명한다.
송신 출력값(Pt) 대 수신 출력값(Pr)의 비(比)를 결정하는 과정은 두 가지가 가능할 것이다. (1) 첫째로 AP 장치(110)가 RF 신호를 전송하면서 송신 출력값을 함께 모바일 단말(150)에 전송한다. 모바일 단말(150)은 현재 수신한 RF 신호에 대한 수신 출력값을 결정하고, 같이 전달받은 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 연산하여 AP 장치(110)에 피드백 신호를 전송한다. AP 장치(110)는 각 주파수 대역에 대해 절차를 반복하여, 최종적으로 모든 주파수 대역에 대한 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 저장한다. AP 장치(110)가 복수의 주파수 대역에 대해서 일정한 정보가 마련되므로, 에너지 효율에 대한 일종의 맵(map)을 생성한다고 할 수도 있다. (2) 둘째로 AP 장치(110)가 RF 신호를 모바일 단말(150)에 전송한다. 모바일 단말(150)은 현재 수신한 RF 신호에 대한 수신 출력값을 결정하고, 수신 출력값을 AP 장치(110)에 피드백 신호로 전송한다. AP 장치(110)는 피드백 신호를 받은 RF 신호에 대한 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 결정한다. AP 장치(110)는 각 주파수 대역에 대해 절차를 반복하여, 최종적으로 모든 주파수 대역에 대한 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 저장한다.
도 5는 AP 장치가 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역을 결정하는 과정(300)에 대한 순서도의 예이다.
AP 장치(110)는 자신에게 할당된 주파수 대역을 일정하게 복수의 주파수 대역으로 구분한다(310). 이 과정은 AP 장치(110)가 모바일 단말(150)과의 통신에서 사용할 수 있는 연속된 또는 연속되지 않은 주파수 대역을 일정한 크기로 구분하는 과정이다. 전술한 바와 같이 전체 주파수 대역을 균등한 크기로 구분할 수도 있다. AP 장치(110)가 RF 신호를 전송하기 위한 복수의 주파수 대역을 설정하는 과정에 해당한다. AP 장치(110)는 가용한 주파수 대역을 복수의 대역으로 구분하면, 주파수 대역에 따른 정보를 저장하기 위해 일정한 테이블을 마련할 수 있다. 이하 이 테이블을 에너지 효율 테이블이라고 명명한다.
AP 장치(110)는 할당한 복수의 대역 중 하나의 대역으로 RF 신호를 전송한다(320). 이 단계에서 AP 장치(110)가 RF 신호를 전송하는 주파수 대역은 주파수 대역에 대한 에너지 수집 효율 정보가 결정되지 않은 상태이다. 에너지 수집 효율 정보는 전술한 바와 같이 RF 신호에 대한 송신 출력값과 수신 출력값의 비일 수 있다.
모바일 단말(150)은 수신한 RF 신호에 대한 수신 출력값을 결정하고, 수신 출력값에 대한 정보가 포함된 파라미터를 전송한다(330). 이 과정에서 모바일 단말(150)이 전송하는 파라미터는 수신 출력값일 수도 있고, 송신 출력값과 수신 출력값의 비일 수도 있다.
AP 장치(110)는 수신한 파라미터를 기준으로 직전에 RF 신호를 전송한 주파수 대역에 대한 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 저장한다. 파라미터에 송신 출력값과 수신 출력값의 비가 포함된 경우 AP 장치(110)는 에너지 효율 테이블의 해당 주파수 대역에 대해 곧바로 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 저장한다. 파라미터에 수신 출력값만이 포함된 경우 AP 장치(110)는 자신이 RF 신호를 송신한 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 연산한 후 에너지 효율 테이블에 저장한다.
AP 장치(110)는 모든 복수의 주파수 대역에 대한 효율 정보가 저장되었는지를 확인한다(350). 복수의 주파수 대역 중 아직 효율 정보가 마련되지 못한 주파수 대역이 존재하는 경우 AP 장치(110)는 재차 320 내지 340 단계를 반복적으로 수행한다.
모든 주파수 대역에 대한 효율 정보가 마련되면, AP 장치(110)는 복수의 주파수 대역 중 에너지 하비스팅 효율이 가장 좋은 주파수 대역(타깃 주파수 대역)을 결정한다(360). 동일한 송신 출력(Pt)이라면 AP 장치(110)는 수신 출력값(Pr)이 가장 높은 주파수 대역을 타깃 주파수 대역으로 결정한다. 만약 송신 출력이 다른 경우 AP 장치(110)는
Figure 112015053454124-pat00001
값이 가장 큰 주파수 대역을 타깃 주파수 대역으로 결정한다.
이후 AP 장치(110)는 타깃 주파수 대역으로 RF 신호를 전송하고, 모바일 단말(150)은 타깃 주파수 대역으로 전송되는 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행한다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템
110 : AP 장치 111 : 송신 신호 결정부
112 : RF 신호 송신부 150 : 모바일
151 : 하비스팅 파라미터 생성부 152 : RF 에너지 생성부
200 : RF 에너지 생성부 210 : 안테나
220 : 임피던스 매칭 회로 230 : 전류 변환기
240 : 배터리

Claims (9)

  1. 고정된 위치의 AP 장치가 서로 다른 복수의 주파수 대역 각각에 대해 순차적으로 RF 신호를 전송하고, 고정된 위치의 모바일 단말이 상기 RF 신호를 수신하고 수신된 RF 신호에 대한 수신 출력값을 상기 AP에 전송하는 단계;
    상기 AP 장치가 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대한 송신 출력값과 상기 수신 출력값의 비를 기준으로 상기 복수의 주파수 대역 중 가장 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역인 타깃 주파수 대역을 결정하는 단계;
    상기 AP 장치가 상기 타깃 주파수 대역으로 RF 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 모바일 단말이 상기 타깃 주파수 대역의 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행하여 배터리를 충전하는 단계를 포함하되,
    상기 서로 다른 주파수 대역을 갖는 복수의 RF 신호는 다중 경로 페이딩을 갖는 모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는
    상기 AP 장치가 자신에게 할당된 주파수 대역을 상기 복수의 주파수 대역으로 구분하는 단계;
    상기 AP 장치가 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 후보 RF 신호를 특정 송신 출력으로 송신하는 단계; 및
    상기 모바일 단말이 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 상기 후보 RF 신호를 수신하는 수신 출력값을 상기 AP 장치에 전송하는 단계를 포함하는 모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는
    상기 AP 장치가 자신에게 할당된 주파수 대역을 복수의 대역으로 구분하는 단계; 및
    상기 AP 장치가 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 후보 RF 신호를 특정 송신 출력으로 송신하는 단계; 및
    상기 모바일 단말이 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 상기 송신 출력의 값과 상기 후보 RF 신호를 수신하는 수신 출력값의 비를 상기 AP 장치에 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 AP 장치는 상기 송신 출력의 값을 상기 모바일 단말에 더 송신하는 모바일 시스템에서 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하는 방법.
  5. 삭제
  6. 할당된 주파수 대역을 복수의 주파수 대역으로 구분하여 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 순차적으로 RF 신호를 특정 송신 출력으로 송신하고, 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대한 송신 출력값과 수신 출력값의 비를 기준으로 상기 복수의 주파수 대역 중 가장 에너지 하비스팅 효율이 높은 주파수 대역인 타깃 주파수 대역을 결정하고, 상기 타깃 주파수 대역으로 RF 신호를 전송하는 AP 장치; 및
    상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 상기 RF 신호를 수신할 때의 상기 수신 출력값을 상기 AP 장치에 전송하고, 상기 타깃 주파수 대역으로 전송되는 RF 신호를 이용하여 에너지 하비스팅을 수행하는 모바일 단말을 포함하되,
    상기 AP 장치는 제1 위치에 위치하고, 상기 모바일 단말은 제2 위치에 위치하고, 상기 서로 다른 주파수 대역을 갖는 복수의 RF 신호는 다중 경로 페이딩을 갖는 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모바일 단말은 상기 복수의 주파수 대역 각각에 대해 상기 AP 장치가 전송한 송신 출력의 값과 상기 수신 출력값의 비를 포함하는 정보를 상기 AP 장치에 전송하는 RF 에너지 하비스팅을 사용하는 모바일 시스템.
  9. 삭제
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