KR101915901B1 - Slinr 기반 프리코딩 기법을 적용한 swipt 시스템의 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

Slinr 기반 프리코딩 기법을 적용한 swipt 시스템의 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

SLINR 기반 프리코딩 기법을 적용한 SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, SWIPT 시스템의 송신 장치는 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 채널 정보 확인부와, 상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 프리코더 생성부 및 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 송신부를 포함한다.

Description

SLINR 기반 프리코딩 기법을 적용한 SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 방법 {TRANSMITTING/RECEIVING APPARATUS AND METHOD IN SWIPT SYSTEM USING PRECODING SCHEME BASED ON SLINR}
SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SLINR 기반 프리코딩 기법을 적용한 SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 기지국이 송신한 RF 신호로부터 무선 데이터 전달과 무선 전력 전달을 동시에 수행할 수 있는 무선 데이터 및 전력의 동시 전송(SWIPT: simultaneous wireless information and power transfer) 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
현재 적용 중인 SWIPT 시스템은 기존의 무선 데이터 전송 시스템과는 완전히 다르기 때문에 무선 데이터 전송 시스템을 위한 프리코딩 기법인 MRT(maximum ratio transmission), SLNR(signal-to-leakage-and-noise ratio) 기법 등을 적용했을 때 성능이 감소하는 문제가 발생한다.
구체적으로, SWIPT 시스템에 MRT 기법을 적용하면 다른 유저에게 영향을 미치는 간섭 신호를 제어하지 못하고, SLNR 기법을 적용하면 에너지를 수급하는 유저에게 향하는 간섭 신호들을 감소시켜 수급할 수 있는 에너지 전송량이 현저히 감소한다.
또한, SWIPT 시스템을 위한 기존의 프리코더는 무선 데이터를 수신하는 각각의 유저들이 요구하는 SINR값을 설정하고 그에 따라 전체가 수급할 수 있는 에너지를 최대화하는 방식으로 설계 되었으나, 전체 정보 전송률에 대한 정보가 없고 프리코더 설계 시 반복적인 알고리즘을 사용하기 때문에 복잡도가 높다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1710012호, "수신기에서의 에너지 하베스팅 방법 및 상기 방법을 사용하는 수신기, 및 이를 위한 블라인드 변조방식 검출 방법 및 장치" 한국등록특허 제10-1629108호, "협력 전송을 위한 전파 방해 장치 및 방법"
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 무선 전력을 수신하는 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 무선 데이터를 수신하는 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 설정된 프리코더 값을 적용한 SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 무선 데이터를 수신하는 각각의 유저들이 요구하는 SINR값을 충족하면서 무선 전력을 수신하는 유저들이 수신하는 총 전력을 극대화 하는 SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다
또한, 본 발명은 최적의 프리코더 값을 적용하여 기존 대비 프리코더 설계의 복잡도가 감소하는 SWIPT 시스템의 송수신 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 장치는 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 채널 정보 확인부와, 상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 프리코더 생성부 및 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 송신부를 포함한다.
일측에 따르면, 상기 프리코더 생성부는 상기 에너지 유저에게 향하는 상기 누출 신호의 양에 비례하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양에 반비례하는 SLINR(signal-to-leakage-interference-plus-noise ratio)이 최대가 되는 프리코더 값을 생성 할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 프리코더 생성부는 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수) 및 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 상기 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값을 생성할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 프리코더 생성부는 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)를 위한 프리코더의 놈(norm) 벡터 값을 1로 유지하면서 상기 SLINR이 최대가 되도록 하는 상기 t번째 데이터 유저의 프리코더 값을 하기의 수학식 3에 의하여 생성할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017060802479-pat00001
여기서,
Figure 112017060802479-pat00002
는 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00003
는 데이터 유저들을 위한 공간 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00004
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들을 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00005
는
Figure 112017060802479-pat00006
의 허미션(Hermition) 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00007
는 t번째 데이터 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00008
는
Figure 112017060802479-pat00009
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00010
는 복수의 에너지 유저들을 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00011
는
Figure 112017060802479-pat00012
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00013
에서 는 노이즈 파워를 의미하고,
Figure 112017060802479-pat00015
는 단위 행렬을 의미한다.
일측에 따르면, 상기 프리코더 생성부는
Figure 112017060802479-pat00016
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00017
는 자연수)를 포함하는 상기 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 상기 복수의 데이터 유저들에게 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기
Figure 112017060802479-pat00018
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값을 생성할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 프리코더 생성부는 복수의 에너지 유저들 중에서
Figure 112017060802479-pat00019
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00020
는 자연수)를 위한 프리코더의 놈(norm) 벡터 값을 1로 유지하면서 상기 SLINR이 최대가 되도록 하는 상기
Figure 112017060802479-pat00021
번째 에너지 유저의 프리코더 값을 하기의 수학식 4에 의하여 생성할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017060802479-pat00022
여기서,
Figure 112017060802479-pat00023
는
Figure 112017060802479-pat00024
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00025
는 에너지 유저들을 위한 공간 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00026
는 복수의 데이터 유저들을 위한 다운링크 채널
Figure 112017060802479-pat00027
는
Figure 112017060802479-pat00028
의 허미션(Hermition) 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00029
는
Figure 112017060802479-pat00030
번째 에너지 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00031
는
Figure 112017060802479-pat00032
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00033
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00034
번째 에너지 유저를 제외한 나머지 에너지 유저들을 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00035
는
Figure 112017060802479-pat00036
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00037
에서
Figure 112017060802479-pat00038
는 노이즈 파워를 의미하고,
Figure 112017060802479-pat00039
는 단위 행렬을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 장치는 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 수신하는 수신부 및 상기 수신 신호로부터 에너지 신호(무선 전력) 또는 데이터 신호(무선 데이터)를 추출하는 신호 추출부를 포함한다.
일 측에 따르면, 상기 수신부는 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)를 위한 수신 신호를 결정하는 하기의 수학식 5에 의하여 결정된 수신 신호를 수신할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017060802479-pat00040
여기서,
Figure 112017060802479-pat00041
는 t번째 데이터 유저를 위한 수신 신호,
Figure 112017060802479-pat00042
는 복수의 데이터 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00043
는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00044
는 t번째 데이터 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00045
는 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00046
는 t번째 데이터 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00047
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 어느 하나의 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00048
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 어느 하나의 데이터 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00049
는 복수의 에너지 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00050
는 복수의 에너지 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00051
는 복수의 에너지 유저들 중 어느 하나의 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00052
는 복수의 에너지 유저들 중 어느 하나의 에너지 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00053
는 t번째 데이터 유저를 위한 독립 항등 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 노이즈이다.
일 측에 따르면, 상기 수신부는 복수의 에너지 유저들 중에서
Figure 112017060802479-pat00054
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00055
는 자연수)를 위한 수신 신호를 결정하는 하기의 수학식 6에 의하여 결정된 수신 신호를 수신할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112017060802479-pat00056
여기서,
Figure 112017060802479-pat00057
는
Figure 112017060802479-pat00058
번째 에너지 유저를 위한 수신 신호,
Figure 112017060802479-pat00059
는 복수의 에너지 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00060
는 복수의 에너지 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00061
는
Figure 112017060802479-pat00062
번째 에너지 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00063
는
Figure 112017060802479-pat00064
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00065
는
Figure 112017060802479-pat00066
번째 에너지 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00067
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00068
번째 에너지 유저를 제외한 어느 하나의 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00069
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00070
번째 에너지 유저를 제외한 어느 하나의 에너지 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00071
는 복수의 데이터 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00072
는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00073
는 복수의 데이터 유저들 중 어느 하나의 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00074
는 복수의 데이터 유저들 중 어느 하나의 데이터 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00075
는
Figure 112017060802479-pat00076
번째 에너지 유저를 위한 독립 항등 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 노이즈이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 방법은 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 단계와, 상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 단계 및 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 방법은 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 수신하는 단계 및 상기 수신 신호로부터 에너지 신호(무선 전력) 또는 데이터 신호(무선 데이터)를 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 무선 전력을 수신하는 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 무선 데이터를 수신하는 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 설정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 데이터를 수신하는 각각의 유저들이 요구하는 SINR값을 충족하면서 무선 전력을 수신하는 유저들이 수신하는 총 전력을 극대화할 수 있다.
또한, 최적의 프리코더 값을 적용하여 기존 대비 프리코더 설계의 복잡도를 최소화할 수 있다.
도 1은 SWIPT 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 장치를 도시하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 장치를 도시하는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 방법을 도시하는 순서도이다.
도 6a 내지 6b는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력에 따른 HLR값을 도시한 것이다.
도 7은 SLINR 기반의 프리코더, SLNR 기반의 프리코더 및 MRT에 의해 수급된 전체 전력을 도시한 것이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 SWIPT 시스템을 도시한 것이다.
도 1의 SWIPT 시스템(100)에서 도시된
Figure 112017060802479-pat00077
내지
Figure 112017060802479-pat00078
는 무선 데이터를 수신하는 복수의 데이터 유저들 각각을 위한 송신 신호이고,
Figure 112017060802479-pat00079
내지
Figure 112017060802479-pat00080
는 무선 전력을 수신하는 복수의 에너지 유저들 각각을 위한 송신 신호이며,
Figure 112017060802479-pat00081
내지
Figure 112017060802479-pat00082
는 복수의 데이터 유저들 각각을 위한 프리코더 값이고,
Figure 112017060802479-pat00083
내지
Figure 112017060802479-pat00084
는 복수의 에너지 유저들 각각을 위한 프리코더 값이며,
Figure 112017060802479-pat00085
내지
Figure 112017060802479-pat00086
는 복수의 데이터 유저들 각각을 위한 다운링크 채널이고,
Figure 112017060802479-pat00087
내지
Figure 112017060802479-pat00088
는 복수의 에너지 유저들 각각을 위한 다운링크 채널이며,
Figure 112017060802479-pat00089
내지
Figure 112017060802479-pat00090
는 복수의 데이터 유저들 각각을 위한 수신 신호이고,
Figure 112017060802479-pat00091
내지
Figure 112017060802479-pat00092
는 복수의 에너지 유저들 각각을 위한 수신 신호이다.
도 1을 참조하면, SWIPT 시스템(100)은 복수의 데이터 유저들 및 복수의 에너지 유저들 각각을 위하여 프리코더 값이 반영된 송신 신호를 송신하는 송신 장치 및 프리코더 값이 반영된 송신 신호를 수신하는 복수의 수신 장치들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 송신 장치는 무선 전력 및 무선 데이터를 동시에 전송할 수 있는 기지국 장치가 될 수 있으며, 복수의 수신 장치들은 기지국으로부터 무선 데이터를 수신하는 복수의 데이터 유저들(Data users) 및 기지국으로부터 무선 전력을 수신하는 복수의 에너지 유저들(Energy users)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 장치를 도시하는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 장치(200)는 각각의 유저들에 대한 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 출력한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 장치(200)는 채널 정보 확인부(210), 프리코더 생성부(220) 및 송신부(230)를 포함한다.
채널 정보 확인부(210)는 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인한다.
예를 들어, 채널 정보 확인부(210)는 채널 추정을 통하여 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인할 수 있다.
프리코더 생성부(220)는 확인한 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성한다.
실시예에 따라서는, 프리코더 생성부(220)는 에너지 유저에게 향하는 누출 신호의 양에 비례하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양에 반비례하는 SLINR(signal-to-leakage-interference-plus-noise ratio)이 최대가 되는 프리코더 값을 생성할 수 있다.
예를 들어, 에너지 유저(e) 및 데이터 유저(d) 각각을 위한 SINR은 하기의 수학식 1에 의하여 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017060802479-pat00093
여기서,
Figure 112017060802479-pat00094
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)에 대한 SLINR이고,
Figure 112017060802479-pat00095
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00096
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00097
는 자연수)에 대한 SLINR이며,
Figure 112017060802479-pat00098
및
Figure 112017060802479-pat00099
는 복수의 에너지 유저들에게 향하는 누출 신호들이고,
Figure 112017060802479-pat00100
및
Figure 112017060802479-pat00101
는 복수의 데이터 유저들에게 향하는 간섭 신호이다.
수학식 1에서 복수의 에너지 유저들에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호들은 에너지 유저에게 무선 전력으로 사용되므로 분자에 위치하고, 복수의 데이터 유저들에게 향하는 간섭 신호는 데이터 사용자들에게 디코딩을 방해하는 요인이므로 분모에 위치한다.
또한, 에너지 유저(e) 및 데이터 유저(d) 각각을 위한 SLINR을 결정하는 수학식 1은 하기의 수학식 2와 같은 새로운 형태로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017060802479-pat00102
실시예에 따라서는, 프리코더 생성부(220)는 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수) 및 복수의 에너지 유저들에게는 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들에게는 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값을 생성할 수 있다.
실시예에 따라서는, 프리코더 생성부(220)는 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)를 위한 프리코더의 놈(norm) 벡터 값을 1로 유지하면서 SLINR이 최대가 되도록 하는 t번째 데이터 유저의 프리코더 값을 하기의 수학식 3에 의하여 생성할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017060802479-pat00103
여기서,
Figure 112017060802479-pat00104
는 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00105
는 데이터 유저들을 위한 공간 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00106
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들을 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00107
는
Figure 112017060802479-pat00108
의 허미션(Hermition) 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00109
는 t번째 데이터 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00110
는
Figure 112017060802479-pat00111
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00112
는 복수의 에너지 유저들을 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00113
는
Figure 112017060802479-pat00114
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00115
에서
Figure 112017060802479-pat00116
는 노이즈 파워를 의미하고,
Figure 112017060802479-pat00117
는 단위 행렬을 의미한다.
수학식 3에서 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값(
Figure 112017060802479-pat00118
)은 공간 매트릭스(
Figure 112017060802479-pat00119
)에 대한 아이겐벡터(eigenvector)에 의해 최대가 되는 값으로 결정될 수 있다.
실시예에 따라서는, 프리코더 생성부(220)는
Figure 112017060802479-pat00120
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00121
는 자연수)를 포함하는 복수의 에너지 유저들에게는 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 복수의 데이터 유저들에게는 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여
Figure 112017060802479-pat00122
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값을 생성할 수 있다.
실시예에 따라서는, 프리코더 생성부(220)는 복수의 에너지 유저들 중에서
Figure 112017060802479-pat00123
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00124
는 자연수)를 위한 프리코더의 놈(norm) 벡터 값을 1로 유지하면서 SLINR이 최대가 되도록 하는
Figure 112017060802479-pat00125
번째 에너지 유저의 프리코더 값을 하기의 수학식 4에 의하여 생성할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017060802479-pat00126
여기서,
Figure 112017060802479-pat00127
는
Figure 112017060802479-pat00128
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00129
는 에너지 유저들을 위한 공간 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00130
는 복수의 데이터 유저들을 위한 다운링크 채널
Figure 112017060802479-pat00131
는
Figure 112017060802479-pat00132
의 허미션(Hermition) 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00133
는
Figure 112017060802479-pat00134
번째 에너지 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00135
는
Figure 112017060802479-pat00136
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00137
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00138
번째 에너지 유저를 제외한 나머지 에너지 유저들을 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00139
는
Figure 112017060802479-pat00140
의 허미션 매트릭스,
Figure 112017060802479-pat00141
에서
Figure 112017060802479-pat00142
는 노이즈 파워를 의미하고,
Figure 112017060802479-pat00143
는 단위 행렬을 의미한다.
수학식 4에서
Figure 112017060802479-pat00144
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값(
Figure 112017060802479-pat00145
)은 공간 매트릭스(
Figure 112017060802479-pat00146
)에 대한 아이겐벡터(eigenvector)에 의해 최대가 되는 값으로 결정될 수 있다.
송신부(230)는 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 프리코더 생성부(220)에서 생성된 프리코더 값을 반영하여 송신 신호들을 송신한다.
예를 들어, 송신부(230)는 프리코더 값이 반영된 송신 신호를 복수의 에너지 유저들 및 복수의 데이터 유저들에게 송신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 장치를 도시하는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 장치(300)는 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 수신하고, 수신 신호로부터 에너지 신호(무선 전력) 또는 데이터 신호(무선 데이터)를 추출한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 장치(300)는 수신부(310) 및 신호 추출부(320)를 포함한다.
수신부(310)는 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 수신한다.
실시예에 따라서는, 수신부(310)는 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)를 위한 수신 신호를 결정하는 하기의 수학식 5에 의하여 결정된 수신 신호를 수신할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017060802479-pat00147
여기서,
Figure 112017060802479-pat00148
는 t번째 데이터 유저를 위한 수신 신호,
Figure 112017060802479-pat00149
는 복수의 데이터 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00150
는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00151
는 t번째 데이터 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00152
는 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00153
는 t번째 데이터 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00154
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 어느 하나의 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00155
는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 어느 하나의 데이터 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00156
는 복수의 에너지 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00157
는 복수의 에너지 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00158
는 복수의 에너지 유저들 중 어느 하나의 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00159
는 복수의 에너지 유저들 중 어느 하나의 에너지 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00160
는 t번째 데이터 유저를 위한 독립 항등 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 노이즈를 의미한다.
실시예에 따라서는, 수신부(310)는 복수의 에너지 유저들 중에서
Figure 112017060802479-pat00161
번째 에너지 유저(여기서,
Figure 112017060802479-pat00162
는 자연수)를 위한 수신 신호를 결정하는 하기의 수학식 6에 의하여 결정된 수신 신호를 수신할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112017060802479-pat00163
여기서,
Figure 112017060802479-pat00164
는
Figure 112017060802479-pat00165
번째 에너지 유저를 위한 수신 신호,
Figure 112017060802479-pat00166
는 복수의 에너지 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00167
는 복수의 에너지 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00168
는
Figure 112017060802479-pat00169
번째 에너지 유저를 위한 다운링크 채널,
Figure 112017060802479-pat00170
는
Figure 112017060802479-pat00171
번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00172
는
Figure 112017060802479-pat00173
번째 에너지 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00174
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00175
번째 에너지 유저를 제외한 어느 하나의 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00176
는 복수의 에너지 유저들 중
Figure 112017060802479-pat00177
번째 에너지 유저를 제외한 어느 하나의 에너지 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00178
는 복수의 데이터 유저들의 총 수,
Figure 112017060802479-pat00179
는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력(power),
Figure 112017060802479-pat00180
는 복수의 데이터 유저들 중 어느 하나의 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
Figure 112017060802479-pat00181
는 복수의 데이터 유저들 중 어느 하나의 데이터 유저를 위한 송신 신호,
Figure 112017060802479-pat00182
는
Figure 112017060802479-pat00183
번째 에너지 유저를 위한 독립 항등 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 노이즈를 의미한다.
신호 추출부(320)는 수신부(310)에서 수신한 수신 신호로부터 에너지 신호(무선 전력) 또는 데이터 신호(무선 데이터)를 추출한다.
예를 들어, 신호 추출부(320)는 수신 장치(300)가 에너지 유저이면 에너지 신호(무선 전력)을 추출하고, 수신 장치(300)가 데이터 유저이면 데이터 신호(무선 데이터)를 추출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 송신 방법을 도시하는 순서도이다.
도 4에 도시된 송신 방법은 도 2의 송신 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, S410단계에서 상기 장치는 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인한다.
S420단계에서 상기 장치는 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성한다.
예를 들어, 프리코더 값은 에너지 유저에게 향하는 누출 신호의 양에 비례하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양에 반비례하는 SLINR(signal-to-leakage-interference-plus-noise ratio)이 최대가 되는 값으로 결정될 수 있다.
SLINR에 대한 상세한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 중복되는 상세한 설명에 대해서는 생략하기로 한다.
S430단계에서 상기 장치는 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SWIPT 시스템의 수신 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5에 도시된 수신 방법은 도 3의 수신 장치(300)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, S510단계에서 상기 장치는 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 수신한다.
S520단계에서 상기 장치는 수신 신호로부터 에너지 신호 또는 데이터 신호를 추출한다.
도 6a 내지 6b는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력에 따른 HLR값을 도시한 것이다.
도 6a는 기지국 안테나의 개수를 3, 데이터 유저의 수를 3, 에너지 유저의 수를 3으로 가정한 모의 실험에서 도출된 HLR을 도시하고, 도 6b는 기지국 안테나의 개수를 5, 데이터 유저의 수를 5, 에너지 유저의 수를 5로 가정한 모의 실험에서 도출된 HLR을 도시한 것이다.
또한, 도 6a 내지 6b에 도시된
Figure 112017060802479-pat00184
는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력이며,
Figure 112017060802479-pat00185
값에 따른 HLR(harvesting leakage ration)은 하기의 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112017060802479-pat00186
도 7은 SLINR 기반의 프리코더, SLNR 기반의 프리코더 및 MRT에 의해 수급된 전체 전력을 도시한 것이다.
도 7은 도 6a의 모의 실험 조건(system configuration 1) 및 도 6b의 모의 실험 조건(system configuration 2)에서 목표 데이터 전송량을 2 bps/Hz로 설정했을 때, 각 기법들에서 수급된 전체 전력을 도시한다.
도 6a 내지 7를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SLINR 프리코더가 누출 신호를 에너지 수급에 사용함으로써 SLNR 기반 프리코더와 MRT에 비해 우수한 성능을 보이고 있으며, SLINR 프리코더는 유저의 수가 증가할수록 누출 신호로부터 얻는 전력의 비율이 증가 하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 SLINR 프리코더에 의해 수급된 전체 전력은 SLNR 기반 프리코더 및 MRT에 의해 수급된 전체 전력보다 월등히 높았으며, SLINR 프리코더에 의해 수급된 에너지의 양은 안테나 구성이 많아질수록 보다 향상된 성능을 보였다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다.
소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100 : SWIPT 시스템
200 : 송신 장치
210 : 채널 정보 확인부
220 : 프리코더 생성부
230 : 송신부
300 : 수신 장치
310 : 수신부
320 : 신호 추출부

Claims (11)

  1. 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 채널 정보 확인부;
    상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 프리코더 생성부; 및
    상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 송신부
    를 포함하고,
    상기 프리코더 생성부는
    복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수) 및 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 상기 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값을 생성하는
    SWIPT 시스템의 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리코더 생성부는
    상기 에너지 유저에게 향하는 상기 누출 신호의 양에 비례하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양에 반비례하는 SLINR(signal to leakage interference plus noise ratio)이 최대가 되는 상기 프리코더 값을 생성하는
    SWIPT 시스템의 송신 장치.
  3. 삭제
  4. 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 채널 정보 확인부;
    상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 프리코더 생성부; 및
    상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 송신부
    를 포함하고,
    상기 프리코더 생성부는
    상기 에너지 유저에게 향하는 상기 누출 신호의 양에 비례하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양에 반비례하는 SLINR(signal to leakage interference plus noise ratio)이 최대가 되는 상기 프리코더 값을 생성하며,
    복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)를 위한 프리코더의 놈(norm) 벡터 값을 1로 유지하면서 상기 SLINR이 최대가 되도록 하는 상기 t번째 데이터 유저의 프리코더 값을 하기의 수학식 3에 의하여 생성하는
    [수학식 3]
    Figure 112018095904314-pat00187

    여기서,
    Figure 112018095904314-pat00188
    는 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112018095904314-pat00189
    는 데이터 유저들을 위한 공간 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00190
    는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들을 위한 다운링크 채널,
    Figure 112018095904314-pat00191
    는
    Figure 112018095904314-pat00192
    의 허미션(Hermition) 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00193
    는 t번째 데이터 유저를 위한 다운링크 채널,
    Figure 112018095904314-pat00194
    는
    Figure 112018095904314-pat00195
    의 허미션 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00196
    는 복수의 에너지 유저들을 위한 다운링크 채널,
    Figure 112018095904314-pat00197
    는
    Figure 112018095904314-pat00198
    의 허미션 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00199
    에서
    Figure 112018095904314-pat00200
    는 노이즈 파워,
    Figure 112018095904314-pat00201
    는 단위 행렬인, SWIPT 시스템의 송신 장치.
  5. 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 채널 정보 확인부;
    상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 프리코더 생성부; 및
    상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 송신부
    를 포함하고,
    상기 프리코더 생성부는
    Figure 112018095904314-pat00271
    번째 에너지 유저(여기서,
    Figure 112018095904314-pat00272
    는 자연수)를 포함하는 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 복수의 데이터 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기
    Figure 112018095904314-pat00273
    번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값을 생성하는
    SWIPT 시스템의 송신 장치.
  6. 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 채널 정보 확인부;
    상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 프리코더 생성부; 및
    상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 송신부
    를 포함하고,
    상기 프리코더 생성부는
    상기 에너지 유저에게 향하는 상기 누출 신호의 양에 비례하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양에 반비례하는 SLINR(signal to leakage interference plus noise ratio)이 최대가 되는 상기 프리코더 값을 생성하며,
    복수의 에너지 유저들 중에서
    Figure 112018095904314-pat00274
    번째 에너지 유저(여기서,
    Figure 112018095904314-pat00275
    는 자연수)를 위한 프리코더의 놈(norm) 벡터 값을 1로 유지하면서 상기 SLINR이 최대가 되도록 하는 상기
    Figure 112018095904314-pat00276
    번째 에너지 유저의 프리코더 값을 하기의 수학식 4에 의하여 생성하는
    [수학식 4]
    Figure 112018095904314-pat00208

    여기서,
    Figure 112018095904314-pat00209
    는
    Figure 112018095904314-pat00210
    번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112018095904314-pat00211
    는 에너지 유저들을 위한 공간 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00212
    는 복수의 데이터 유저들을 위한 다운링크 채널
    Figure 112018095904314-pat00213
    는
    Figure 112018095904314-pat00214
    의 허미션(Hermition) 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00215
    는
    Figure 112018095904314-pat00216
    번째 에너지 유저를 위한 다운링크 채널,
    Figure 112018095904314-pat00217
    는
    Figure 112018095904314-pat00218
    의 허미션 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00219
    는 복수의 에너지 유저들 중
    Figure 112018095904314-pat00220
    번째 에너지 유저를 제외한 나머지 에너지 유저들을 위한 다운링크 채널,
    Figure 112018095904314-pat00221
    는
    Figure 112018095904314-pat00222
    의 허미션 매트릭스,
    Figure 112018095904314-pat00223
    에서
    Figure 112018095904314-pat00224
    는 노이즈 파워,
    Figure 112018095904314-pat00225
    는 단위 행렬인,
    SWIPT 시스템의 송신 장치.
  7. 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 송신 장치로부터 수신하는 수신부; 및
    상기 수신 신호로부터 무선 전력 또는 무선 데이터를 추출하는 신호 추출부를 포함하고,
    상기 송신 장치는
    복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수) 및 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 상기 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값을 생성하는
    SWIPT 시스템의 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신부는
    복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수)를 위한 수신 신호를 결정하는 하기의 수학식 5에 의하여 결정된 수신 신호를 수신하는
    [수학식 5]
    Figure 112017060802479-pat00226

    여기서,
    Figure 112017060802479-pat00227
    는 t번째 데이터 유저를 위한 수신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00228
    는 복수의 데이터 유저들의 총 수,
    Figure 112017060802479-pat00229
    는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력(power),
    Figure 112017060802479-pat00230
    는 t번째 데이터 유저를 위한 다운링크 채널,
    Figure 112017060802479-pat00231
    는 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112017060802479-pat00232
    는 t번째 데이터 유저를 위한 송신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00233
    는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 어느 하나의 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112017060802479-pat00234
    는 복수의 데이터 유저들 중 t번째 데이터 유저를 제외한 어느 하나의 데이터 유저를 위한 송신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00235
    는 복수의 에너지 유저들의 총 수,
    Figure 112017060802479-pat00236
    는 복수의 에너지 유저들에게 할당된 총 전력(power),
    Figure 112017060802479-pat00237
    는 복수의 에너지 유저들 중 어느 하나의 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112017060802479-pat00238
    는 복수의 에너지 유저들 중 어느 하나의 에너지 유저를 위한 송신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00239
    는 t번째 데이터 유저를 위한 독립 항등 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 노이즈인,
    SWIPT 시스템의 수신 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수신부는
    복수의 에너지 유저들 중에서
    Figure 112017060802479-pat00240
    번째 에너지 유저(여기서,
    Figure 112017060802479-pat00241
    는 자연수)를 위한 수신 신호를 결정하는 하기의 수학식 6에 의하여 결정된 수신 신호를 수신하는
    [수학식 6]
    Figure 112017060802479-pat00242

    여기서,
    Figure 112017060802479-pat00243
    는
    Figure 112017060802479-pat00244
    번째 에너지 유저를 위한 수신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00245
    는 복수의 에너지 유저들의 총 수,
    Figure 112017060802479-pat00246
    는 복수의 에너지 유저들에게 할당된 총 전력(power),
    Figure 112017060802479-pat00247
    는
    Figure 112017060802479-pat00248
    번째 에너지 유저를 위한 다운링크 채널,
    Figure 112017060802479-pat00249
    는
    Figure 112017060802479-pat00250
    번째 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112017060802479-pat00251
    는
    Figure 112017060802479-pat00252
    번째 에너지 유저를 위한 송신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00253
    는 복수의 에너지 유저들 중
    Figure 112017060802479-pat00254
    번째 에너지 유저를 제외한 어느 하나의 에너지 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112017060802479-pat00255
    는 복수의 에너지 유저들 중
    Figure 112017060802479-pat00256
    번째 에너지 유저를 제외한 어느 하나의 에너지 유저를 위한 송신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00257
    는 복수의 데이터 유저들의 총 수,
    Figure 112017060802479-pat00258
    는 복수의 데이터 유저들에게 할당된 총 전력(power),
    Figure 112017060802479-pat00259
    는 복수의 데이터 유저들 중 어느 하나의 데이터 유저를 위한 프리코더 값,
    Figure 112017060802479-pat00260
    는 복수의 데이터 유저들 중 어느 하나의 데이터 유저를 위한 송신 신호,
    Figure 112017060802479-pat00261
    는
    Figure 112017060802479-pat00262
    번째 에너지 유저를 위한 독립 항등 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 노이즈인,
    SWIPT 시스템의 수신 장치.
  10. 무선 전력을 수신하는 에너지 유저 및 무선 데이터를 수신하는 데이터 유저를 구분하고, 상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 다운 링크 채널의 채널 정보를 확인하는 단계;
    상기 채널 정보에 기초하여 상기 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 상기 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 프리코더 값을 생성하는 단계; 및
    상기 에너지 유저 및 데이터 유저 각각에 대한 송신 신호들에 상기 생성된 프리코더 값을 반영하여 상기 송신 신호들을 송신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 프리코더 값을 생성하는 단계는
    복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수) 및 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 상기 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값을 생성하는
    SWIPT 시스템의 송신 방법.
  11. 다운 링크 채널의 채널 정보에 기초하여 에너지 유저에게 향하는 간섭 신호인 누출 신호의 양은 증가하고, 데이터 유저에게 향하는 간섭 신호의 양은 감소하도록 계산된 프리코더 값이 반영된 수신 신호를 송신 장치로부터 수신하는 단계; 및
    상기 수신 신호로부터 무선 전력 또는 무선 데이터를 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 수신하는 단계는
    상기 송신 장치에서 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저(여기서, t는 자연수) 및 복수의 에너지 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하고, 상기 복수의 데이터 유저들 중에서 t번째 데이터 유저를 제외한 나머지 데이터 유저들에게는 상기 프리코더 값이 반영된 송신 신호들을 송신하지 않도록 제어하는 공간 매트릭스에 기초하여 상기 t번째 데이터 유저를 위한 프리코더 값을 생성하는 단계를 더 포함하는
    SWIPT 시스템의 수신 방법.
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CN113395732A (zh) * 2021-05-19 2021-09-14 武汉工程大学 一种优化能量传输与通信的方法、系统和电子设备

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