KR102326847B1 - 시분할이중화 통신 기반 rf 빔 형성 무선전력전송을 위한 장치 및 이를 위한 방법 - Google Patents

시분할이중화 통신 기반 rf 빔 형성 무선전력전송을 위한 장치 및 이를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 무선전력전송을 위한 전력전송장치는 적어도 하나의 전력수신장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 통신부와, 상기 전력수신장치로 복수의 슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)을 포함하는 슈퍼 프레임 중 상기 전력수신장치에 할당한 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송하고, 상기 전력수신장치로부터 PRU 비콘을 수신하면, 상기 전력수신장치로 전력을 전송하는 전력부를 포함한다.

Description

시분할이중화 통신 기반 RF 빔 형성 무선전력전송을 위한 장치 및 이를 위한 방법{Apparatus for Radio Frequency (RF) Beam-Forming Wireless Power Transmission Based on Time Division Duplex (TDD) Communication and Method Therefor}
본 발명은 무선전력전송(WPT: Wireless Power Transmission) 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시분할이중화(TDD: Time Division Duplex) 통신 기반 RF(Radio Frequency) 빔 형성 무선전력전송을 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.
넓은 의미의 무선전력전송(WPT)은 자기 유도 혹은 자기 공진 방식 무선전력전송의 비방사형(Non-Radiative), RF 무선전력전송의 방사형(Radiative) 방식 등을 포함한다. 그 중 RF 무선전력전송(RF WPT)은 RF 전파를 이용하여 생활 인프라 내의 센서 및 설비에 무선으로 전력을 전송하는 방법을 의미한다. RF 무선전력전송은 전자기파를 방사하는 형태의 무선전력전송으로, 전력을 전달하는 동작 원리에서 자기 유도, 공진 방식과 큰 차이를 두고 있다. 즉, 자기유도, 자기공진 방식은 비방사형 무선전력전송으로서, 교류 전류에 의한 자력선 발생 및 공명 현상을 이용하여 짧은 거리의 근접한 송신단과 수신단 사이에 전력을 전송하는 원리를 이용한 것이다. 반면, 전자기파 빔 방식의 무선전력전송은 무선통신에서와 같이 안테나로 전자파를 방사(Radiation)시켜 전력을 보낼 수 있다. 송신단 측에서는 전자기파 발진기의 전력을 안테나를 사용하여 송전시키고 수신단 측에서는 안테나로 마이크로파를 받아 정류용 반도체 다이오드(Rectifier)를 통해 직류 전원으로 변환시켜 전력을 얻는다. 기존의 방사형 RF 빔 방식 무선전력전송은 전방향(omni-direction) 송신의 특성을 갖기 때문에 다수의 기기에 동시에 원거리 충전이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그렇지만 전력 효율이 굉장히 낮다는 단점이 있다.
한국공개특허 제2018-0103424호 2018년 09월 19일 공개 (명칭: 무선 충전 시스템에서 충전 전력 전송의 스케줄링을 위한 장치 및 그 제어 방법)
본 발명은 시분할이중화 통신을 기초로 RF 빔 형성 무선전력전송을 제어할 수 있는 장치 및 이를 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 전력전송장치는 적어도 하나의 전력수신장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 통신부와, 상기 전력수신장치로 복수의 슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)을 포함하는 슈퍼 프레임 중 상기 전력수신장치에 할당한 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송하고, 상기 전력수신장치로부터 PRU 비콘을 수신하면, PRU 비콘의 지속파(CW)를 분석하여 안테나 간 위상차를 추출하고, 상기 위상차를 고려하여 상기 할당한 슬롯에서 상기 전력수신장치로 전력을 전송하는 전력부를 포함한다.
상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며, 상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 한다.
상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고, 상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO(Slot Order)값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 전력수신장치는 전력전송장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 통신모듈과, 상기 전력전송장치로부터 복수의 슬롯을 포함하는 슈퍼 프레임 중 할당된 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 수신하면, 상기 할당된 슬롯에서 PRU 비콘을 전송한 후, 상기 할당된 슬롯에서 상기 전력전송장치로부터 전력을 수신하는 전력모듈을 포함한다.
상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며, 상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 한다.
상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고, 상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력전송장치의 무선전력전송을 위한 방법은 통신부가 적어도 하나의 전력수신장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 단계와, 전력부가 상기 전력수신장치로 복수의 슬롯을 포함하는 슈퍼 프레임 중 상기 전력수신장치에 할당한 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송하는 단계와, 상기 전력부가 상기 전력수신장치로부터 PRU 비콘을 수신하면, PRU 비콘의 지속파(CW)를 분석하여 안테나 간 위상차를 추출하고, 상기 위상차를 고려하여 상기 할당한 슬롯에서 상기 전력수신장치로 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며, 상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 한다.
상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고, 상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력수신장치의 무선전력전송을 위한 방법은 통신모듈이 전력전송장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 단계와, 전력모듈이 상기 전력전송장치로부터 복수의 슬롯을 포함하는 슈퍼 프레임 중 할당된 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 수신하는 단계와, 상기 전력모듈이 상기 할당된 슬롯에서 PRU 비콘을 전송하는 단계와, 상기 전력모듈이 상기 PRU 비콘의 전송에 따라 상기 할당된 슬롯에서 상기 전력전송장치로부터 전력을 수신하는 단계를 포함한다.
상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며, 상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 한다.
상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고, 상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고, 상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 RF 빔포밍을 통해 무선전력전송을 수행하기 때문에 기존의 방사형 RF 빔 방식 무선전력전송은 전방향(omni-direction)의 매우 낮은 전력 효율을 극복할 수 있다. 안테나 배열에서 각 안테나의 신호들은 인접 신호와의 주파수에 따라서, 특정 각도로의 보강 간섭 혹은 상쇄 간섭을 이용하여 지향성 빔 패턴을 형성하여 한정적인 대상에만 전력을 전송하는 방식으로 전력전송 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TDD 통신 기반 빔포밍 RF 무선전력전송 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송을 위해 사용되는 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송에서 사용되는 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시분할송수신(TDD) 통신 기반 무선전력전송을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송은 RF(Radio Frequency) 빔포밍을 통해 이루어지며, TDD(Time Division Duplex) 통신을 기반으로 하여 제어된다. 먼저, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TDD 통신 기반 빔포밍 RF 무선전력전송 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 전력전송장치(PTU: Power Transmitting Unit, 100) 및 적어도 하나의 전력수신장치(PRU: Power Receiving Unit, 200)를 포함한다. 여기서, 전력전송장치(100)는 무선전력전송을 통해 전력수신장치(200)를 충전한다. 즉, 전력수신장치(200)는 전력전송장치(100)로부터 무선전력전송을 통해 충전된다.
전력전송장치(100)는 통신부(L-TX/RX, 110) 및 전력부(P-TX/RX, 120)를 포함한다. 통신부(110)는 레거시 통신(Legacy Communication)을 통해 전력수신장치(200)와 통신하기 위한 것이다. 전력부(120)는 전력수신장치(200)와 PTU 비콘을 전송하거나, 전력수신장치(200)로부터 PRU 비콘을 수신한다. 또한, 전력부(120)는 전력수신장치(200)로 무선으로 전력을 전송한다. 특히, 전력부(120)는 복수의 안테나를 포함하는 안테나 어레이를 포함하며, 이러한 안테나 어레이에서 각 안테나의 신호들은 인접 신호와의 주파수에 따라 특정 각도로의 보강 간섭 혹은 상쇄 간섭을 이용하여 지향성 빔 패턴을 형성하여 하나의 전력수신장치(200)에만 전용으로 할당된 시간 자원, 즉, 슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)에서 해당 전력수신장치(200)에만 전력을 전송하는 방식으로 전력전송 효율을 높일 수 있다.
전력수신장치(200)는 통신모듈(L-TX/RX, 210) 및 전력모듈(P-TX/RX, 220)을 포함한다. 통신모듈(210)은 레거시 통신을 통해 전력전송장치(100)와 통신하기 위한 것이다. 전력모듈(220)은 전력전송장치(100)로 PRU 비콘을 전송하거나, 전력전송장치(100)로부터 PTU 비콘을 수신한다. 또한, 전력모듈(220)은 전력전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신한다.
다음으로, 전술한 전력전송장치(100)와 전력수신장치(200) 간 무선전력전송을 수행되는 타이밍에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송을 위한 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 2를 참조하면, 전력전송장치(100)의 통신부(110) 및 전력수신장치(200)의 통신모듈(210)은 T1에서 예컨대, Zigbee, Wi-Fi, BLE, ULP 등과 같은 프로토콜을 통해 레거시 통신(Legacy Communication)을 수행하여 전력전송장치(100)와 전력수신장치(200) 간에 통신 링크를 설정하고, 무선전력전송에 필요한 정보를 교환한다.
전력전송장치(100)의 전력부(120)는 T2에서 전력수신장치(200)로 스케줄링 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송한다. PTU 비콘은 복수의 슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)을 포함하는 슈퍼 프레임(SF: Super Frame) 중 전력수신장치(200)에 할당한 슬롯에 대한 정보를 포함한다.
그러면, 전력수신장치(200)의 전력모듈(130)은 T3에서 전력전송장치(100)로 지속파(CW, Continuous Wave)를 포함하는 PTU 비콘을 전송한다. 이에 따라, 전력전송장치(100)의 전력부(120)는 PRU 비콘의 지속파(CW)를 분석하여 전력부(120)의 복수의 안테나와 전력수신장치(200) 간 위상차를 추출하고, T4에서 추출된 위상차를 고려하여 해당 전력수신장치(200)에 할당한 슬롯에서 전력을 집중해서 전송한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송을 위해 사용되는 주파수 자원에 대해서 설명하기로 한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송을 위해 사용되는 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 기본적으로, ISM 대역(Industrial Scientific Medical band)이 사용된다. ISM 대역은 서로 다른 레거시 통신(Legacy Communication) 간의 간섭을 피하기 위하여 보호대역(GB: Guard Band)을 가진다. 즉, 보호대역(GB)은 ISM 대역 내에서의 통신 주파수 대역이 할당되지 않은 무선 신호의 초과 누설이 다른 할당 대역에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 사용하는 비어있는 주파수 대역이다. PTU 비콘, PRU 비콘 및 전력 전송은 ISM 대역의 레거시 통신을 위한 보호대역(GB: Guard Band)의 인접 주파수 영역(U)을 통해 이루어진다. 결국, ISM 대역 중 보호대역(GB)의 인접 주파수 영역(U) 사이에서 레거시 통신이 이루어진다.
도 4를 참조하면, 보호대역(GB)의 인접 주파수 영역(U)을 위한 주파수는 각각의 1 MHz의 리소스블록(RF WPT PRB)으로 구분되어 할당된다. PTU 비콘, PRU 비콘 및 전력 전송은 1 MHz 이하가 되도록 해야 한다. 예컨대, 보호대역(GB)의 인접 주파수 영역(U)은 2.4, 5.8 GHz ISM 대역의 시작점(S)과 끝(E)에서 소정 대역(예컨대, 5 MHz)을 할당할 수 있다. 이에 따라, 보호대역(GB)의 인접 주파수 영역(U)은 2.4 ~2.405, 2.495 ~ 2.5, 5.725 ~ 5.730, 5.870 ~ 5.875 GHz의 대역이 할당될 수 있다.
리소스블록(RF WPT PRB)의 중심 주파수는 ISM 대역의 시작(S) 및 끝(E) 주파수로부터 ㅁ0.5 MHz 할당하며, 대역폭은 1 MHz씩 할당하여 2.4, 5.8 GHz ISM 대역은 각각 10개의 리소스블록(PRB)을 가진다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송에서 사용되는 시간 자원인 슈퍼 프레임에 대해서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송에서 사용되는 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선전력전송이 시작되면, TDD 통신 기반의 슈퍼 프레임(SF: Super Frame) 구조로 무선전력전송을 제어한다. 하나의 슈퍼 프레임(SF)은 복수의 슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)이 존재한다. 하나의 슈퍼 프레임(SF)은 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지의 신호 주기로 정의한다. 하나의 슈퍼 프레임(SF)은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO값(PRU 비콘의 Super Frame Specification의 IE 필드 부분에 정의 Slot Order 값, 0 ≤ SO ≤ 7의 범위에서 지정 가능함)에 의해서 2SO 개의 DPS(Dedicated Power Slot)이 존재한다. 첫 번째 슬롯 DPS #0은 반드시 PTU를 위해서 사용된다. 즉, 첫 번째 슬롯 DPS #0은 PTU 비콘 전송에 사용된다. 다음번 슬롯, 즉, 두 번째 슬롯 DPS #1부터는 해당 단위 DPS에서 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되며,
PRU 비콘 전송을 위한 서브 슬롯(RS) 및 전력 전송을 위한 서브 슬롯(PS)이 정의된다. PTU 비콘 신호를 통해 복수의 전력수신장치(200)에 전력 전송을 위해 우선순위에 따른 스케줄링 및 가변적인 슬롯(DPS) 할당을 통해 복수의 전력수신장치(200) 간의 동기화가 이루어진다.
각 DPS에서는 PRU의 요청에 따라서 PRU 비콘을 매 DPS마다 받을 수도 있고, 한번의 PRU 비콘을 받은 후에 연속적으로 DPS를 할당받아서 PRU 비콘을 위한 서브 슬롯(RS) 및 비어 있는 웨이트 서브 슬롯(VS)도 무선전력전송에서 사용할 수 있는 가변적인 시스템 운용이 가능하다. 해당 슬롯(DPS)을 할당받은 전력수신장치(200)는 PRU 비콘을 전력전송장치(100)에 송출한다. PRU 비콘은 전력 전송을 수신하기 위한 전력수신장치(200)의 요구 사항을 담은 비콘 부분과 비콘 부분 뒷부분에 연속적인 지속파(CW: Continuous Wave)를 포함한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 시분할송수신(TDD) 통신 기반 무선전력전송을 위한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시분할송수신(TDD) 통신 기반 무선전력전송을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 전원이 인가되면, 전력전송장치(PTU, 100)는 S100 단계에서 대기 상태(Idle mode)로 진입한다.
또한, 무선전력전송(RF Beam-Forming Wireless Power Transmission) 시작 명령을 받으면, 전력전송장치(100)는 S200 단계에서 설정 상태로 변경된다. 이러한 설정 상태에서 전력전송장치(100)는 적어도 하나의 전력수신장치(200)와 레거시 통신을 이용하여 상호간에 통신 링크를 수립한다. 이때, 전력전송장치(100)의 통신부(110) 및 전력수신장치(200)의 통신모듈(210)은 ISM 대역에서 수행할 수 있는 통신 기법(예컨대, Zigbee, Wi-Fi, BLE, ULP)을 이용하여 상호 간에 통신 링크를 수립할 수 있다. 특히, 복수의 전력수신장치(200)와 링크로 연결된 경우, 전력전송장치(100)는 복수의 전력수신장치(200)의 우선순위를 결정하여 가장 우선순위가 높은 것부터 순차적으로 PRU #1, PRU #2 … PRU #k(예컨대, k = 127개)로 나타낸다. 또한, 전력전송장치(100)의 통신부(110) 및 전력수신장치(200)의 통신모듈(210)은 수립된 통신 링크를 통해 무선전력전송에 필요한 정보를 포함하는 메시지를 교환한다.
구체적으로, 레거시 통신에 따라 전력전송장치(100)와 전력수신장치(200) 간에 통신 링크가 수립되면, 전력전송장치(100)의 통신부(110)는 S210 단계에서 무선전력전송이 가능한 전력수신장치(200)에 무선전력전송연결(RF WPT Connection) 메시지를 전송하여 무선전력전송의 시작을 선언한다. 이에 따라, 전력수신장치(200)는 통신모듈(210)을 통해 무선전력전송연결(RF WPT Connection) 메시지를 수신하여 무선전력전송이 시작됨을 인식할 수 있다.
무선전력전송연결(RF WPT Connection) 메시지를 수신한 전력수신장치(200)는 S220 단계에서 통신모듈(210)을 통해 전력전송장치(100)로 수신정적파라미터(PRU Static Parameter) 메시지를 전송한다. 이에 따라, 전력전송장치(100)는 통신부(110)를 통해 수신정적파라미터(PRU Static Parameter) 메시지를 수신한다. 수신정적파라미터(PRU Static Parameter) 메시지는 전력수신장치(200)의 정적 특성을 나타내는 정적 파라미터를 포함한다. 이러한 전력수신장치(200)의 정적 파라미터는 전력수신장치(200)의 정류기에서 허용 가능한 최대 정류 전력(Rectifier maximum power), 최소 정류 정전압(Rectifier maximum voltage), 허용 가능한 최대 정류 정전압(Rectifier maximum constant voltage) 및 희망 정류 정전압(Rectifier desired constant voltage)을 포함한다.
수신정적파라미터(PRU Static Parameter) 메시지를 수신한 전력전송장치(100)는 S230 단계에서 전력수신장치(200)로 통신부(110)를 통해 전송정적파라미터(PTU Static Parameter) 메시지를 전송한다. 이에 따라, 전력수신장치(200)는 통신모듈(210)을 통해 전송정적파라미터(PTU Static Parameter) 메시지를 수신한다. 전송정적파라미터(PTU Static Parameter) 메시지는 전력전송장치(100)의 정적 특성을 나타내는 정적 파라미터를 포함한다. 이러한 전력전송장치(100)의 정적 파라미터는 전력전송장치(100)가 방사할 RF WPT 전송 전력(PTU RF WPT Transmit Power), 전력전송장치(100)가 전용전력슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)을 할당하여 전력을 전송할 수 있는 최대의 디바이스 수(PTU Support Number of Devices), 전력전송장치(100)가 방사할 수 있는 전력의 양(PTU TX output Adjustment), RF 무선전력전송에서 TDD 방식의 신호 교환 시 채널 점유를 위한 PRU 비콘과 단기(Short Period) 무선전력전송 간의 시간 차이(tREP Parameter Option), 및 전력전송장치(100)가 할당한 각 PRU에 고유의 ID(PRU ID Distribution)를 포함한다.
전송정적파라미터(PTU Static Parameter) 메시지를 수신한 전력수신장치(200)는 S240 단계에서 통신모듈(210)을 통해 전력전송장치(100)로 수신동적파라미터(PRU Dynamic Parameter) 메시지를 전송한다. 이에 따라, 전력전송장치(100)는 통신부(110)를 통해 수신동적파라미터(PRU Dynamic Parameter) 메시지를 수신한다. 수신동적파라미터(PRU Dynamic Parameter) 메시지는 전력수신장치(200)의 동적 특성을 나타내는 동적 파라미터를 포함한다. 이러한 전력수신장치(200)의 동적 파라미터는 전력수신장치(200)의 정류기 동적 전압(Rectifier dynamic voltage), 정류기 동적 전류(Rectifier dynamic current), 배터리 동적 전압(Battery dynamic voltage), 배터리 동적 전류(Battery dynamic current), 배터리 온도(Battery temperature), 정류기 요구 전압(Rectifier desired minimum voltage) 등을 포함한다.
수신동적파라미터(PRU Dynamic Parameter) 메시지를 수신한 전력전송장치(100)는 S250 단계에서 통신부(110)를 통해 전력수신장치(200)로 무선전력전송을 최종적으로 승인함을 나타내는 전송프로브응답(PTU Probe Response) 메시지를 전송한다. 이에 따라, 전력수신장치(200)는 통신모듈(210)을 통해 전송프로브응답(PTU Probe Response) 메시지를 수신한다. 이러한 전송프로브응답(PTU Probe Response) 메시지는 무선전력정송에 필요한 요구 조건 및 정보에 대한 파라미터를 포함한다. 여기서, 전송프로브응답(PTU Probe Response) 메시지에 포함된 파라미터는 지속파(CW, Continuous Wave)의 지속 시간(Requested CW Time), 지속파(CW)의 주파수(Requested CW Frequency), 해당 전력수신장치(200)의 무선전력전송 우선순위(RF WPT Priority Order of Designated PRU Number) 및 접속된 전력수신장치(200) 전체의 개수(Current Number of Accessed PRU)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 전력전송장치(100)와 전력수신장치(200) 간 메시지 교환이 완료된 후, 전력전송장치(100)는 스케줄링을 수행하여 우선순위가 결정된 복수의 전력수신장치(200)에 대해 무선전력전송을 위한 슬롯(DPS)을 할당한다. 그런 다음, 전력전송장치(100)는 S300 단계에서 전력부(120)를 통해 전력수신장치(200)로 해당 전력수신장치(200)에 할당된 슬롯(DPS)에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송한다. 이에 따라, 전력수신장치(200)는 전력모듈(220)을 통해 PTU 비콘을 수신한다. PTU 비콘을 수신한 전력수신장치(200)는 할당된 슬롯(DPS)에 따라 슈퍼 프레임 상에서 동기화된다. 여기서, PTU 비콘은 복수의 슬롯(DPS)을 포함하는 슈퍼프레임에서 첫 번째 슬롯인 DPS #0에서 전송된다. 특히, PTU 비콘은 ISM 대역의 보호대역(GB: Guard Band)의 인접 주파수 영역(U)을 통해 전송된다.
PTU 비콘을 수신한 전력수신장치(200)는 S400 단계에서 통신모듈(210)을 통해 전력전송장치(100)로 자신이 할당된 슬롯(DPS #1 내지 #127 중 적어도 하나)에서 PRU 비콘을 전송한다. 이에 따라, 전력전송장치(100)는 통신부(110)를 통해 PRU 비콘을 수신한다. 이러한 PRU 비콘은 특정 주파수의 지속파(Continuous Wave, 이하 CW)를 포함한다. PRU 비콘은 주파수 보호대역(GB: Guard Band)의 인접 주파수 영역(U)을 통해 전송된다.
PRU 비콘을 수신한 전력전송장치(100)는 PRU 비콘의 지속파(CW)를 분석하여 전력수신장치(200)와 전력전송장치(100)의 복수 안테나 간의 위상차를 추출하고, S500 단계에서 전력부(120)를 통해 추출한 위상차에 따라 슬롯(DPS)을 할당 받은 전력수신장치(200)로 전력을 전송한다. 이에 따라, 해당하는 전력수신장치(200)는 전력모듈(220)을 통해 할당받은 슬롯(DPS) 동안 전력을 수신할 수 있다. 이러한 전력은 주파수 보호대역(GB: Guard Band)의 인접 주파수 영역(U)을 통해 전송된다.
한편, 전력전송장치(100)는 S200 단계 이후, 지속적으로, 레거시 통신을 통해 복수의 전력수신장치(200)의 상태를 지속적으로 모니터링하며, 문제가 발생(FOD, Over Charge 등)하면 절차를 종료하고, 초기화한다.
한편, 앞서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 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 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 와이어뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 와이어를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100: 전력전송장치
110: 통신부
120: 전력부
200: 전력수신장치
210: 통신모듈
220: 전력모듈

Claims (12)

  1. 무선전력전송을 위한 전력전송장치에 있어서,
    적어도 하나의 전력수신장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 통신부; 및
    상기 전력수신장치로 복수의 슬롯(DPS: Dedicated Power Slot)을 포함하는 슈퍼 프레임 중 상기 전력수신장치에 할당한 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송하고, 상기 전력수신장치로부터 PRU 비콘을 수신하면, PRU 비콘의 지속파(CW)를 분석하여 복수의 안테나 간 위상차를 추출하고, 상기 위상차를 고려하여 상기 할당한 슬롯에서 상기 전력수신장치로 전력을 전송하는 전력부;를 포함하고,
    상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며,
    상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 하는 전력전송장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고,
    상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO(Slot Order)값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 전력전송장치.
  4. 무선전력전송을 위한 전력수신장치에 있어서,
    전력전송장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 통신모듈; 및
    상기 전력전송장치로부터 복수의 슬롯을 포함하는 슈퍼 프레임 중 할당된 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 수신하면, 상기 할당된 슬롯에서 PRU 비콘을 전송한 후, 상기 할당된 슬롯에서 상기 전력전송장치로부터 전력을 수신하는 전력모듈;을 포함하고,
    상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며,
    상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 하는 전력수신장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고,
    상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO(Slot Order)값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 상기 PRU 비콘 및 상기 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 전력수신장치.
  7. 전력전송장치의 무선전력전송을 위한 방법에 있어서,
    통신부가 적어도 하나의 전력수신장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 단계;
    전력부가 상기 전력수신장치로 복수의 슬롯을 포함하는 슈퍼 프레임 중 상기 전력수신장치에 할당한 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 전송하는 단계; 및
    상기 전력부가 상기 전력수신장치로부터 PRU 비콘을 수신하면, PRU 비콘의 지속파(CW)를 분석하여 복수의 안테나간 위상차를 추출하고, 상기 위상차를 고려하여 상기 할당한 슬롯에서 상기 전력수신장치로 전력을 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며,
    상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 하는 전력전송장치의 무선전력전송을 위한 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고,
    상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO(Slot Order)값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 PRU 비콘 및 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 전력전송장치의 무선전력전송을 위한 방법.
  10. 전력수신장치의 무선전력전송을 위한 방법에 있어서,
    통신모듈이 전력전송장치와 레거시 통신을 통해 통신 링크를 연결하고, 연결된 통신 링크를 통해 전력전송에 필요한 파라미터를 교환하는 단계;
    전력모듈이 상기 전력전송장치로부터 복수의 슬롯을 포함하는 슈퍼 프레임 중 할당된 슬롯에 대한 정보를 포함하는 PTU 비콘을 수신하는 단계;
    상기 전력모듈이 상기 할당된 슬롯에서 PRU 비콘을 전송하는 단계; 및
    상기 전력모듈이 상기 PRU 비콘의 전송에 따라 상기 할당된 슬롯에서 상기 전력전송장치로부터 전력을 수신하는 단계;를 포함하고,
    상기 PTU 비콘, 상기 PRU 비콘 및 상기 전력의 전송은 ISM 대역 중 보호대역의 인접 주파수 영역에서 이루어지며,
    상기 보호대역의 인접 주파수 영역은 ISM 대역의 시작과 끝에서 소정 대역이 할당되는 것을 특징으로 하는 전력수신장치의 무선전력전송을 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 슈퍼 프레임의 주기는 어느 하나의 PTU 비콘의 전송부터 다음 PTU 비콘의 전송까지로 정의되고,
    상기 슈퍼 프레임은 시스템에서 필드의 길이를 규정하기 위한 SO(Slot Order)값에 따라 2SO 개의 슬롯이 존재하고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 첫 번째 슬롯은 상기 PTU 비콘 전송에 사용되고,
    상기 2SO 개의 슬롯 중 두 번째 슬롯부터는 상기 PRU 비콘 및 상기 전력 전송을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 전력수신장치의 무선전력전송을 위한 방법.
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