KR102505423B1 - Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a multi-tone based beamforming apparatus and method for wireless power transmission to multiple devices.
무선 전력 전송(Wireless Power Transfer, WPT) 기술은 사물 인터넷, 의료 기기에 적용하기 위해 최근 들어 활발히 연구되고 있다. 다양한 무선 전력 전송 기술 중에서 빔포밍을 사용하는 마이크로파 전력 전송(Microwave Power Transfer, MPT) 방식은 수신기의 위치에 관계없이 장거리로 전력을 전송하는데 활용될 수 있는 잠재성이 있으나, 이러한 마이크로파 전력 전송 방식의 전달 효율은 큰 경로 손실로 인해 다른 무선 전력 전송 기술 대비 상대적으로 낮으므로 이러한 마이크로파 전력 전력(MPT) 방식의 단점을 극복하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.Wireless Power Transfer (WPT) technology has recently been actively researched for application to the Internet of Things and medical devices. Among various wireless power transfer technologies, the microwave power transfer (MPT) method using beamforming has the potential to be used to transmit power over long distances regardless of the location of the receiver. Since transfer efficiency is relatively low compared to other wireless power transmission technologies due to large path loss, various studies are being conducted to overcome the disadvantages of the microwave power transmission (MPT) method.
이와 관련하여, 역반사 빔포밍과 연계된 연구가 레이더 응용 분야에서 주로 연구되었으며, 이 기술은 파일럿 신호를 통해 수신기의 방향을 추적하고, 해당 방향으로 전력을 전송하여 전력을 전달한다. 또한, 무선 전력 전송에 대한 다른 연구에서는 룩업 테이블(LUT)을 활용하여 지정된 수신 안테나 방향으로 최적으로 전력을 전송할 수 있는 어레이 안테나의 위상을 저장하고, 해당 수신 안테나를 향하여 빔포밍을 수행하였다. 또 다른 예로, 수신기의 위치에 전력을 집중시키기 위해 특정 지점으로 전력을 전달하는 빔 포커싱을 이용한 무선 전력 전송 방식에 대한 연구 역시 진행된바 있다.In this regard, research related to retroreflection beamforming has been mainly studied in the radar application field, and this technology tracks the direction of a receiver through a pilot signal and transfers power by transmitting power in the corresponding direction. In addition, in another study on wireless power transmission, a look-up table (LUT) was used to store the phase of an array antenna capable of optimally transmitting power in a designated receiving antenna direction, and beamforming was performed toward the corresponding receiving antenna. As another example, research on a wireless power transmission method using beam focusing that transfers power to a specific point in order to concentrate power on a location of a receiver has also been conducted.
그러나, 전술한 종래의 연구들에서는 주로 단일 수신기에 대하여 방사되는 단일 빔을 고려하여 설계될 뿐, 다중 수신을 통한 동시 전력 전송을 고려하지 않았다는 한계가 존재하므로 다중 빔포밍이 가능한 시스템의 개발이 요구된다.However, in the above-mentioned conventional studies, there is a limitation that they are mainly designed considering a single beam radiated to a single receiver and do not consider simultaneous power transmission through multiple reception, so the development of a system capable of multiple beamforming is required. do.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제 10-1795097호에 개시되어 있다.The background technology of the present application is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1795097.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 타겟 디바이스로 동시에 전력을 전송하기 위하여 다중 안테나 어레이 기반의 다중 톤 신호를 생성하는 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and multi-tone based beamforming for wireless power transmission to multiple devices generating multi-tone signals based on a multi-antenna array to simultaneously transmit power to a plurality of target devices. It aims to provide an apparatus and method.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the embodiments of the present application is not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법은, (a) 복수의 타겟 디바이스 각각의 방향 정보를 획득하는 단계, (b) 상기 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 배열 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 안테나 각각에서 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출하는 단계, (c) 상기 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의하는 단계 및 (d) 상기 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 상기 안테나 어레이의 출력 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, a multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention includes (a) obtaining direction information of each of a plurality of target devices (b) deriving a phase weight associated with power radiated from each of the plurality of unit antennas toward each of the plurality of target devices based on the direction information and information on the arrangement of an antenna array including a plurality of unit antennas; (c) defining a weight matrix based on the phase weights; and (d) generating an output signal of the antenna array based on the weight matrix and baseband information.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격 및 상기 타겟 디바이스의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 상기 출력 신호로 생성할 수 있다.In the step (d), a multi-tone signal radiated from each of the plurality of unit antennas and divided according to a predetermined tone interval and the number of target devices may be generated as the output signal.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 안테나 어레이로부터 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하는 방위각 정보 및 고도각 정보를 포함하는 상기 방향 정보를 획득할 수 있다.In the step (a), the direction information including azimuth information and altitude information toward each of the plurality of target devices may be obtained from the antenna array.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 방위각 정보, 상기 고도각 정보, 상기 단위 안테나 간의 수평 간격, 상기 단위 안테나 간의 수직 간격 및 상기 타겟 티바이스 각각에 대응하여 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 상기 위상 가중치를 연산할 수 있다.In addition, the step (b) may include the azimuth information, the elevation information, the horizontal interval between the unit antennas, the vertical interval between the unit antennas, and wavelength information of beams emitted from the antenna array corresponding to each of the target TVs. It is possible to calculate the phase weight based on.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 안테나 어레이를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 상기 위상 가중치를 하기 식 1에 기초하여 연산할 수 있다.In addition, in the step (b), the phase weight associated with the component of the output signal radiated to the k -th target device by the ( m , n ) element among the plurality of unit antennas constituting the antenna array is based on
또한, 상기 베이스밴드 정보는, 상기 톤 간격 및 상기 복수의 타겟 디바이스의 수에 따라 결정되는 베이스밴드 벡터일 수 있다.Also, the baseband information may be a baseband vector determined according to the tone interval and the number of the plurality of target devices.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 가중치 행렬 및 상기 베이스밴드 벡터를 곱연산할 수 있다.In the step (d), the weight matrix and the baseband vector may be multiplied.
또한, 상기 출력 신호는 복소 포락선 신호일 수 있다.Also, the output signal may be a complex envelope signal.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법은, (e) 상기 출력 신호에 대하여 아날로그 신호 변환, 상향 변환 및 전력 증폭을 적용하여 상기 안테나 어레이를 통해 방사하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the multi-tone beamforming method for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention, (e) the antenna array is applied by applying analog signal conversion, up-conversion, and power amplification to the output signal. It may include the step of radiating through.
또한, 상기 안테나 어레이에 수평 방향으로 M개의 단위 안테나가 배치되고, 수직 방향으로 N개의 단위 안테나가 배치되는 구조로 이루어지고, 상기 복수의 타겟 디바이스의 수가 K개이면, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 위상 가중치를 원소로 하는 1xK 벡터인 제1기준 벡터를 정의하는 단계, (c2) 상기 제1기준 벡터를 원소로 하는 MxK 벡터인 제2기준 벡터를 정의하는 단계 및 (c3) 상기 제2기준 벡터를 원소로 하는 MNxK 벡터인 상기 가중치 행렬을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, if the antenna array has a structure in which M unit antennas are disposed in a horizontal direction and N unit antennas are disposed in a vertical direction, and the number of the plurality of target devices is K , the step (c), (c1) defining a first reference vector that is a 1xK vector having the phase weight as an element, (c2) defining a second reference vector that is an MxK vector having the first reference vector as an element, and ( c3) defining the weight matrix as an MN × K vector having the second reference vector as an element.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치는, 복수의 타겟 디바이스 각각의 방향 정보를 획득하고, 상기 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 배열 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 안테나 각각에서 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출하는 가중치 연산부, 상기 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의하는 행렬 연산부 및 상기 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 상기 안테나 어레이의 출력 신호를 생성하는 신호 생성부를 포함할 수 있다.Meanwhile, in the multi-tone beamforming apparatus for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention, direction information of each of a plurality of target devices is acquired, and an antenna including the direction information and a plurality of unit antennas. A weight calculation unit for deriving phase weights associated with power radiated from each of the plurality of unit antennas toward each of the plurality of target devices based on arrangement information of an array, a matrix calculation unit for defining a weight matrix based on the phase weights, and and a signal generator for generating an output signal of the antenna array based on the weight matrix and baseband information.
또한, 상기 신호 생성부는, 상기 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격 및 상기 타겟 디바이스의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 상기 출력 신호로 생성할 수 있다.In addition, the signal generator may generate a multi-tone signal, which is radiated from each of the plurality of unit antennas and divided according to a predetermined tone interval and the number of target devices, as the output signal.
또한, 상기 방향 정보는 상기 안테나 어레이로부터 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하는 방위각 정보 및 고도각 정보를 포함할 수 있다.In addition, the direction information may include azimuth angle information and elevation angle information toward each of the plurality of target devices from the antenna array.
또한, 상기 가중치 연산부는, 상기 방위각 정보, 상기 고도각 정보, 상기 단위 안테나 간의 수평 간격, 상기 단위 안테나 간의 수직 간격 및 상기 타겟 티바이스 각각에 대응하여 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 상기 위상 가중치를 연산할 수 있다.The weight calculation unit may be based on the azimuth angle information, the elevation angle information, the horizontal distance between the unit antennas, the vertical distance between the unit antennas, and wavelength information of beams emitted from the antenna array corresponding to each of the target T-vices. Thus, the phase weight can be calculated.
또한, 상기 가중치 연산부는, 상기 안테나 어레이를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 상기 위상 가중치를 하기 식 1에 기초하여 연산할 수 있다.In addition, the weight calculation unit calculates the phase weight associated with a component of an output signal radiated to a k -th target device by an ( m , n ) element among a plurality of unit antennas constituting the antenna array based on
또한, 상기 신호 생성부는, 상기 가중치 행렬 및 상기 베이스밴드 벡터를 곱연산할 수 있다.Also, the signal generator may perform a multiplication operation by the weight matrix and the baseband vector.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치는, 상기 출력 신호에 대하여 아날로그 신호 변환, 상향 변환 및 전력 증폭을 적용하여 상기 안테나 어레이를 통해 방사하는 신호 출력부를 포함할 수 있다.In addition, the multi-tone based beamforming apparatus for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention applies analog signal conversion, up-conversion and power amplification to the output signal and radiates through the antenna array. It may include a signal output unit.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as intended to limit the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 타겟 디바이스로 동시에 전력을 전송하기 위하여 다중 안테나 어레이 기반의 다중 톤 신호를 생성하는 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, a multi-tone based beamforming apparatus and method for wireless power transmission to multiple devices generating multi-tone signals based on a multi-antenna array in order to simultaneously transmit power to a plurality of target devices can provide
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the effects described above, and other effects may exist.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 위상 가중치에 기초한 가중치 행렬과 베이스밴드 정보에 기초하여 안테나 어레이의 출력 신호를 생성 및 방사하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치의 동작 프로세스를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 안테나 어레이의 각 채널에서 방사되는 다중 톤 신호 및 다중 톤 신호가 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하는 빔으로 상호 합성되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 기법과 연계된 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 기법과 연계된 시뮬레이션 결과 타겟 디바이스의 수에 따라 생성되는 복수 개의 빔을 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법에 대한 동작 흐름도이다.1 is a schematic configuration diagram of a wireless power transmission system including a multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram for explaining a process of generating and radiating an output signal of an antenna array based on a weight matrix based on phase weights and baseband information.
3 is a conceptual diagram for explaining an operation process of a multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating multi-tone signals radiated from each channel of an antenna array and combining multi-tone signals into beams directed to each of a plurality of target devices.
5A and 5B are diagrams showing simulation results associated with a multi-tone based beamforming technique for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a plurality of beams generated according to the number of target devices as a result of simulation associated with a multi-tone based beamforming technique for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic configuration diagram of a multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
8 is an operation flowchart of a multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice with reference to the accompanying drawings. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly describe the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout the present specification, when a part is said to be “connected” to another part, it is not only “directly connected”, but also “electrically connected” or “indirectly connected” with another element in between. "Including cases where
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is referred to as being “on,” “above,” “on top of,” “below,” “below,” or “below” another member, this means that a member is located in relation to another member. This includes not only the case of contact but also the case of another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본원은 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a multi-tone based beamforming apparatus and method for wireless power transmission to multiple devices.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a wireless power transmission system including a multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치(100)(이하, '빔포밍 장치(100)'라 한다.), 안테나 어레이(200) 및 타겟 디바이스(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a wireless
빔포밍 장치(100), 안테나 어레이(200) 및 타겟 디바이스(300) 상호간은 네트워크(미도시)를 통해 통신할 수 있다. 네트워크(미도시)는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(미도시)의 일 예에는, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), wifi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.The
본원의 실시예에 관한 설명에서 타겟 디바이스(300)는 빔포밍 장치(100)에 의해 제어되는 안테나 어레이(200)에 의해 방사되는 신호(빔)로부터 전력을 획득하는 단말 내지 디바이스를 의미할 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따르면, 타겟 디바이스(300)는 안테나 어레이(200)의 주변 영역에 복수 개 구비되는 다중 장치일 수 있다.In the description of the embodiments of the present application, the
타겟 디바이스(300)는 예를 들면, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치일 수 있다.The
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 빔포밍 장치(100)의 구체적인 구조 및 기능에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a detailed structure and function of the
도 2는 위상 가중치에 기초한 가중치 행렬과 베이스밴드 정보에 기초하여 안테나 어레이의 출력 신호를 생성 및 방사하는 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치의 동작 프로세스를 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining a process of generating and radiating an output signal of an antenna array based on a weight matrix based on phase weights and baseband information, and FIG. 3 is a wireless power to multiple devices according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram for explaining an operation process of a multi-tone based beamforming device for transmission.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 빔포밍 장치(100)는 복수의 타겟 디바이스(300) 각각의 방향 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 방향 정보는 안테나 어레이(200)로부터 복수의 타겟 디바이스(300) 각각을 향하는 방위각(azimuth angle) 정보 및 고도각(elevation angle) 정보를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , first, the
또한, 빔포밍 장치(100)는 획득한 타겟 디바이스(300) 각각의 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이(200)의 배열 정보에 기초하여 복수의 단위 안테나 각각에서 복수의 타겟 디바이스(300) 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출할 수 있다.In addition, the
구체적으로, 빔포밍 장치(100)는 타겟 디바이스(300) 각각의 방위각 정보, 고도각 정보, 안테나 어레이(200)의 단위 안테나 간의 수평 간격, 단위 안테나 간의 수직 간격 및 타겟 디바이스(300) 각각에 대응하여 안테나 어레이(200)로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 위상 가중치를 연산할 수 있다.Specifically, the
본원의 일 실시예에 따르면, 빔포밍 장치(100)는 안테나 어레이(200)를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 위상 가중치 각각을 하기 식 1에 기초하여 연산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
[식 1][Equation 1]
상기 식 1에서 는 (m, n, k) 번째 위상 가중치이고, 는 k번째 타겟 디바이스(300)에 대하여 안테나 어레이(200)로부터 방사되는 빔의 파장 정보이고, 는 단위 안테나 간의 수평 간격이고, 는 단위 안테나 간의 수직 간격이고, 는 k번째 타겟 디바이스(300)에 대한 고도각 정보이고, 는 k번째 타겟 디바이스(300)에 대한 방위각 정보일 수 있다.In
또한, 빔포밍 장치(100)는 연산된 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의할 수 있다.Also, the
구체적으로, 안테나 어레이(200)에 수평 방향으로 M개의 단위 안테나가 배치되고, 수직 방향으로 N개의 단위 안테나가 배치되는 구조(달리 말해, MN 개의 단위 채널을 포함하는 안테나 어레이(200) 구조)로 이루어지고, 복수의 타겟 디바이스(300)의 수가 K개이면, 빔포밍 장치(100)는 앞서 연산된 각각의 위상 가중치를 원소로 하는 1xK 벡터인 제1기준 벡터를 하기 식 2-1과 같이 정의할 수 있다.Specifically, the
[식 2-1][Equation 2-1]
여기서, 제1기준 벡터()를 이루는 각각의 원소인 는 앞서 연산된 위상 가중치()에 대하여 와 같이 연산될 수 있다.Here, the first reference vector ( ), each element of is the previously calculated phase weight ( )about can be computed as
또한, 빔포밍 장치(100)는 상기 식 2-1을 통해 정의된 제1기준 벡터를 원소로 하는 MxK 벡터인 제2기준 벡터를 하기 식 2-2와 같이 정의할 수 있다.In addition, the
[식 2-2][Equation 2-2]
여기서, 은 제2기준 벡터이고, 는 안테나 어레이(200)의 각각의 행에 위치하는 단위 안테나들에 대응하는 제1기준 벡터일 수 있다.here, is the second reference vector, may be a first reference vector corresponding to unit antennas located in each row of the
또한, 빔포밍 장치(100)는 상기 식 2-2를 통해 정의된 제2기준 벡터를 원소로 하는 MNxK 벡터인 가중치 행렬을 정의할 수 있다. 여기서, 가중치 행렬은 하기 식 2-3과 같이 최종적으로 도출될 수 있다.In addition, the
[식 2-3][Equation 2-3]
또한, 빔포밍 장치(100)는 전술한 식 2-1 내지 식 2-3을 통해 벡터(행렬) 연산된 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 안테나 어레이(200)의 출력 신호를 생성할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 빔포밍 장치(100)는 생성된 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 해당하는 베이스밴드 벡터를 곱(행렬 곱)연산할 수 있다.In addition, the
이와 관련하여, 베이스밴드 정보는 하기 식 3과 같이 정의되는 벡터(베이스밴드 벡터)일 수 있다.In this regard, the baseband information may be a vector (baseband vector) defined by
[식 3][Equation 3]
여기서, 베이스밴드 벡터()의 각각의 원소()는 하기 식 4에 기초하여 톤 간격 및 각각의 타겟 디바이스(300)에 대응하는 식별자(k)에 기초하여 연산될 수 있다.Here, the baseband vector ( ) of each element ( ) may be calculated based on the tone interval and an identifier ( k ) corresponding to each
[식 4][Equation 4]
여기서, 는 기 설정된 톤 간격일 수 있다.here, may be a preset tone interval.
달리 말해, 전술한 식 3 및 식 4를 참조하면, 출력 신호를 생성하기 위한 베이스밴드 정보는 톤 간격 및 복수의 타겟 디바이스(300)의 수에 따라 결정되는 베이스밴드 벡터일 수 있다.In other words, referring to
또한, 가중치 행렬과 베이스밴드 벡터의 행렬 곱 연산에 따른 출력 신호()는 하기 식 5와 같이 도출될 수 있다.In addition, the output signal according to the matrix multiplication operation of the weight matrix and the baseband vector ( ) can be derived as in
[식 5][Equation 5]
즉, 빔포밍 장치(100)는 안테나 어레이(200)의 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격(tone spacing, ) 및 타겟 디바이스(300)의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 출력 신호로 생성할 수 있으며, 이렇게 생성되는 출력 신호는 복소 포락선 신호(Complex envelope signal)일 수 있다.That is, the
또한, 출력 신호는 하기 식 6에 따른 1xM 벡터의 전치 행렬을 부분 행렬(서브-매트릭스)로 하는 MNx1 블록 행렬일 수 있다. 또한, 하기 식 7은 위상 변조된 K-tone 신호이며, 이에 대응하는 대역통과 신호는 하기 식 8로 표현될 수 있다.In addition, the output signal may be an MN × 1 block matrix having a 1x M vector transposed matrix according to
[식 6][Equation 6]
[식 7][Equation 7]
[식 8][Equation 8]
여기서, 는 반송 주파수(carrier frequency)이고, 상기 식 8은 안테나 어레이(200)의 (m, n) 번째 채널에서 출력(방사)되는 대역통과(bandpass) 신호를 나타낸 것일 수 있다.here, Is a carrier frequency, and
도 4는 안테나 어레이의 각 채널에서 방사되는 다중 톤 신호 및 다중 톤 신호가 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하는 빔으로 상호 합성되는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating multi-tone signals radiated from each channel of an antenna array and combining multi-tone signals into beams directed to each of a plurality of target devices.
도 4를 참조하면, 본원에서 개시하는 빔포밍 장치(100)에 의해 생성되는 K-tone 신호는 기 설정된 톤 간격에 따른 K개(달리 말해, 전력을 전달받으려는 타겟 디바이스(300)의 수)의 독립적인 주파수 신호의 합으로 표현될 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 안테나 어레이(200)를 이루는 각각의 채널(달리 말해, MN 개의 채널)에는 각 채널마다 생성되는 K-tone 신호가 상호 중첩되어 방사될 수 있으며, 이러한 채널별 신호를 안테나 어레이(200)의 출력 방향에 존재하는 공기 중에서 합성하면 K개의 타겟 디바이스(200)를 개별적으로 향하여 방사되는 K개의 빔이 형성될 수 있고, 이러한 멀티-빔에 의해 각각의 타겟 디바이스(300)로 전력이 전달되는 것일 수 있다.Referring to FIG. 4 , K-tone signals generated by the
참고로, 이러한 K-tone 신호를 형성하기 위한 톤 간격은 예를 들어, 500Hz일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니고, 톤 간격은 안테나 어레이(200)의 단위 안테나의 수, 타겟 디바이스(300)가 배치되는 공간에서 타겟 디바이스(300)와 안테나 어레이(200)의 평균 이격 거리 등을 포함하는 시스템 성능을 고려하여 값이 설정되는 것일 수 있다.For reference, the tone interval for forming such a K-tone signal may be, for example, 500 Hz, but is not limited thereto, and the tone interval is the number of unit antennas of the
또한, 전술한 도 2를 참조하면, 빔포밍 장치(100)는 생성된 출력 신호()에 대하여 DAC(Digital to Analog Converter) 회로에 의한 아날로그 신호 변환, 상향 변환(Up-conversion) 및 전력 증폭기(Power Amplifier)에 의한 전력 증폭을 적용하여 출력 신호에 대응하는 밴드패스 신호()가 안테나 어레이(200)를 통해 방사되도록 할 수 있다.In addition, referring to FIG. 2 described above, the
이하에서는 도 5a 내지 도 6을 참조하여 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 기법과 연계된 시뮬레이션 결과에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, simulation results associated with a multi-tone based beamforming technique for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 6 .
도 5a 및 도 5b는 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 기법과 연계된 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 기법과 연계된 시뮬레이션 결과 타겟 디바이스의 수에 따라 생성되는 복수 개의 빔을 나타낸 도면이다.5A and 5B are diagrams showing simulation results associated with a multi-tone based beamforming technique for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing multiple devices according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing a plurality of beams generated according to the number of target devices as a result of simulation associated with a multi-tone based beamforming technique for wireless power transmission to .
도 6을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 기법과 연계된 시뮬레이션은 각각 2, 3, 4개의 타겟 디바이스(300)에 대응하는 2개 내지 4개의 빔에 대해 수행되었으며, 이에 따라 각 시뮬레이션에서는 각각 2톤, 3톤 및 4톤 신호가 출력 신호로 생성되었다. Referring to FIG. 6, the simulation associated with the multi-tone based beamforming technique for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention is two, corresponding to 2, 3, and 4
또한, 도 5a를 참조하면, 주빔의 방향과 차수는 Case 1(2개의 빔)의 경우 (20°, 0°), (30°, 180°)로 결정되었고, Case 2(3개의 빔)의 경우 (20°, 90°), (30°, 225°), (30°, 315°)로 결정되었고, Case 3(4개의 빔)의 경우 (20°, 0°), (20°, 90°), (20°, 180°), (20°, 270°)로 구면 좌표계를 기준으로 결정되었다.In addition, referring to FIG. 5A, the direction and order of the main beam were determined as (20°, 0°) and (30°, 180°) in Case 1 (two beams), and in Case 2 (three beams) Cases (20°, 90°), (30°, 225°), (30°, 315°) were determined, and in the case of Case 3 (4 beams), (20°, 0°), (20°, 90°) °), (20°, 180°), and (20°, 270°) were determined based on the spherical coordinate system.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 종래의 빔포밍 기반 전력 전송 방식과 달리 본원에서 개시하는 빔포밍 장치(100)는 다중 빔포밍을 수행하므로, 메인 빔 방향을 고려하여 멀티톤 신호를 분석을 수행할 수 있으며, 전술한 분석에서 출력 신호인 복소 포락선 신호의 순시 전력은 하기의 식 9와 같이 연산될 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B , unlike conventional beamforming-based power transmission schemes, since the
[식 9][Equation 9]
이와 관련하여, 도 5b를 참조하면, 기존의 빔포밍 방식은 포락선이 일정한 연속 신호(CW)를 사용하는 반면, 본원에서 개시하는 빔포밍 장치(100)에 의해 생성되는 출력 신호는 다중 빔포밍에 의해 안테나 어레이(200)의 각 채널에서 시간에 따른 다중 톤 신호의 포락선의 변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.In this regard, referring to FIG. 5B , the conventional beamforming method uses a continuous signal (CW) having a constant envelope, whereas an output signal generated by the
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치의 개략적인 구성도이다.7 is a schematic configuration diagram of a multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 빔포밍 장치(100)는 가중치 연산부(110), 행렬 연산부(120), 신호 생성부(130) 및 신호 출력부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
가중치 연산부(110)는 복수의 타겟 디바이스(300) 각각의 방향 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 방향 정보는 안테나 어레이(200)로부터 복수의 타겟 디바이스(300) 각각을 향하는 방위각(azimuth angle) 정보 및 고도각(elevation angle) 정보를 포함할 수 있다.The
또한, 가중치 연산부(110)는 획득한 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이(200)의 배열 정보에 기초하여 복수의 단위 안테나 각각에서 복수의 타겟 디바이스(300) 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출할 수 있다.In addition, the
구체적으로, 가중치 연산부(110)는 타겟 디바이스(300) 각각의 방위각 정보, 고도각 정보, 안테나 어레이(200)의 단위 안테나 간의 수평 간격, 단위 안테나 간의 수직 간격 및 타겟 디바이스(300) 각각에 대응하여 안테나 어레이(200)로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 위상 가중치를 연산할 수 있다.Specifically, the
즉, 가중치 연산부(110)는 안테나 어레이(200)를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 위상 가중치 각각을 전술한 식 1에 기초하여 연산할 수 있다.That is, the
행렬 연산부(120)는 연산된 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의할 수 있다.The
구체적으로, 안테나 어레이(200)에 수평 방향으로 M개의 단위 안테나가 배치되고, 수직 방향으로 N개의 단위 안테나가 배치되는 구조로 이루어지고, 복수의 타겟 디바이스(300)의 수가 K개이면, 행렬 연산부(120)는 먼저 가중치 연산부(110)에 의해 연산된 각각의 위상 가중치를 원소로 하는 1xK 벡터인 제1기준 벡터를 정의할 수 있다.Specifically, if the
또한, 행렬 연산부(120)는 정의된 제1기준 벡터를 원소로 하는 MxK 벡터인 제2기준 벡터를 정의하고, 정의된 제2기준 벡터를 원소로 하는 MNxK 벡터인 가중치 행렬을 정의하는 방식으로 순차적인 행렬(벡터) 연산을 수행할 수 있다.In addition, the
신호 생성부(130)는 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 안테나 어레이(200)의 출력 신호를 생성할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 신호 생성부(130)는 생성된 가중치 행렬 및 베이스밴드 벡터를 곱(행렬 곱)연산할 수 있다.The
구체적으로, 신호 생성부(130)는 안테나 어레이(200)의 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격(tone spacing, ) 및 타겟 디바이스(300)의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 출력 신호로 생성할 수 있다.Specifically, the
신호 출력부(140)는 생성된 출력 신호에 대하여 아날로그 신호 변환, 상향 변환(Up-conversion) 및 전력 증폭을 적용하여 출력 신호에 대응하는 밴드패스 신호가 안테나 어레이(200)를 통해 방사되도록 할 수 있다.The
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, based on the details described above, the operation flow of the present application will be briefly reviewed.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법에 대한 동작 흐름도이다.8 is an operation flowchart of a multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법은 앞서 설명된 빔포밍 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 빔포밍 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices shown in FIG. 8 may be performed by the
도 8을 참조하면, 단계 S11에서 가중치 연산부(110)는 (a) 복수의 타겟 디바이스(300) 각각의 방향 정보를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 8 , in step S11 , the
구체적으로, 단계 S11에서 가중치 연산부(110)는 안테나 어레이(200)로부터 복수의 타겟 디바이스(300) 각각을 향하는 방위각 정보 및 고도각 정보를 포함하는 방향 정보를 획득할 수 있다.Specifically, in step S11 , the
다음으로, 단계 S12에서 가중치 연산부(110)는 (b) 복수의 타겟 디바이스(300) 각각의 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이(200)의 배열 정보에 기초하여 복수의 단위 안테나 각각에서 복수의 타겟 디바이스(300) 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출할 수 있다.Next, in step S12, the
구체적으로, 단계 S12에서 가중치 연산부(120)는 타겟 디바이스(300) 각각의 방위각 정보와 고도각 정보, 안테나 어레이(200)의 단위 안테나 간의 수평 간격과 수직 간격 및 타겟 디바이스(300) 각각에 대응하여 안테나 어레이(200)로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 위상 가중치를 연산할 수 있다.Specifically, in step S12, the
보다 구체적으로, 단계 S12에서 가중치 연산부(120)는 안테나 어레이(200)를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스(300)로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 위상 가중치를 전술한 식 1에 기초하여 연산할 수 있다.More specifically, in step S12, the
다음으로, 단계 S13에서 행렬 연산부(120)는 (c) 도출한 위상 가중치를 활용하여 가중치 행렬을 정의할 수 있다.Next, in step S13, the
다음으로, 단계 S14에서 신호 생성부(130)는 (d) 정의된 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 안테나 어레이(200)의 출력 신호를 생성할 수 있다.Next, in step S14, the
구체적으로, 단계 S14에서 신호 생성부(130)는 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격() 및 타겟 디바이스(300)의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 출력 신호로 생성할 수 있다.Specifically, in step S14, the
다음으로, 단계 S15에서 신호 출력부(140)는 (e) 생성된 출력 신호에 대하여 아날로그 신호 변환, 상향 변환 및 전력 증폭을 적용하여 안테나 어레이(200)를 통해 타겟 디바이스(300)로 전력을 전달하기 위한 다중 톤 신호 기반의 다중 빔을 방사할 수 있다.Next, in step S15, the
상술한 설명에서, 단계 S11 내지 S15는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the foregoing description, steps S11 to S15 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, depending on the implementation of the present application. Also, some steps may be omitted if necessary, and the order of steps may be changed.
본원의 일 실시예에 따른 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 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 본 발명을 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.A multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the medium may be those specially designed and configured for the present invention or those known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to act as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
또한, 전술한 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the above-described multi-tone beamforming method for wireless power transmission to multiple devices may be implemented in the form of a computer program or application stored in a recording medium and executed by a computer.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present application.
10: 무선 전력 전송 시스템
100: 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치
110: 가중치 연산부
120: 행렬 연산부
130: 신호 생성부
140: 신호 출력부
200: 안테나 어레이
300: 타겟 디바이스10: wireless power transmission system
100: Multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices
110: weight calculation unit
120: matrix operation unit
130: signal generator
140: signal output unit
200: antenna array
300: target device
Claims (15)
(a) 복수의 타겟 디바이스 각각의 방향 정보를 획득하는 단계;
(b) 상기 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 배열 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 안테나 각각에서 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출하는 단계;
(c) 상기 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의하는 단계; 및
(d) 상기 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 상기 안테나 어레이의 출력 신호를 생성하는 단계,
를 포함하되,
상기 안테나 어레이에 수평 방향으로 M개의 단위 안테나가 배치되고, 수직 방향으로 N개의 단위 안테나가 배치되는 구조로 이루어지고, 상기 복수의 타겟 디바이스의 수가 K개이면,
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기 위상 가중치를 원소로 하는 1xK 벡터인 제1기준 벡터를 정의하는 단계;
(c2) 상기 제1기준 벡터를 원소로 하는 MxK 벡터인 제2기준 벡터를 정의하는 단계; 및
(c3) 상기 제2기준 벡터를 원소로 하는 MNxK 벡터인 상기 가중치 행렬을 정의하는 단계,
를 포함하는 것인, 빔포밍 방법.In the multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices,
(a) acquiring direction information of each of a plurality of target devices;
(b) deriving a phase weight associated with power radiated from each of the plurality of unit antennas toward each of the plurality of target devices based on the direction information and information on an arrangement of an antenna array including a plurality of unit antennas;
(c) defining a weight matrix based on the phase weights; and
(d) generating an output signal of the antenna array based on the weight matrix and baseband information;
Including,
If the antenna array has a structure in which M unit antennas are disposed in a horizontal direction and N unit antennas are disposed in a vertical direction, and the number of the plurality of target devices is K,
In step (c),
(c1) defining a first reference vector that is a 1xK vector having the phase weight as an element;
(c2) defining a second reference vector that is an MxK vector having the first reference vector as an element; and
(c3) defining the weight matrix as an MNxK vector having the second reference vector as an element;
To include, a beamforming method.
상기 (d) 단계는,
상기 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격 및 상기 타겟 디바이스의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 상기 출력 신호로 생성하는 것인, 빔포밍 방법.According to claim 1,
In step (d),
The beamforming method of generating a multi-tone signal radiated from each of the plurality of unit antennas and divided according to a predetermined tone interval and the number of target devices as the output signal.
상기 (a) 단계는,
상기 안테나 어레이로부터 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하는 방위각 정보 및 고도각 정보를 포함하는 상기 방향 정보를 획득하는 것인, 빔포밍 방법.According to claim 1,
In step (a),
Obtaining the direction information including azimuth angle information and elevation angle information toward each of the plurality of target devices from the antenna array.
상기 (b) 단계는,
상기 방위각 정보, 상기 고도각 정보, 상기 단위 안테나 간의 수평 간격, 상기 단위 안테나 간의 수직 간격 및 상기 타겟 디바이스 각각에 대응하여 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 상기 위상 가중치를 연산하는 것인, 빔포밍 방법.According to claim 3,
In step (b),
Calculating the phase weight based on the azimuth information, the elevation information, the horizontal distance between the unit antennas, the vertical distance between the unit antennas, and wavelength information of beams radiated from the antenna array corresponding to each of the target devices In, beamforming method.
상기 (b) 단계는,
상기 안테나 어레이를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 상기 위상 가중치를 하기 식 1에 기초하여 연산하되,
[식 1]
여기서, 는 상기 위상 가중치이고, 는 상기 파장 정보이고, 는 상기 수평 간격이고, 는 상기 수직 간격이고, 는 상기 고도각 정보이고, 는 상기 방위각 정보인 것인, 빔포밍 방법.According to claim 4,
In step (b),
The phase weight associated with the component of the output signal radiated to the k -th target device by the ( m , n ) element among the plurality of unit antennas constituting the antenna array is calculated based on Equation 1 below,
[Equation 1]
here, is the phase weight, is the wavelength information, is the horizontal spacing, is the vertical spacing, Is the altitude angle information, Is the azimuth information, the beamforming method.
상기 베이스밴드 정보는,
상기 톤 간격 및 상기 복수의 타겟 디바이스의 수에 따라 결정되는 베이스밴드 벡터고,
상기 (d) 단계는,
상기 가중치 행렬 및 상기 베이스밴드 벡터를 곱연산하는 것인, 빔포밍 방법.According to claim 2,
The baseband information,
A baseband vector determined according to the tone interval and the number of the plurality of target devices;
In step (d),
and multiplying the weight matrix and the baseband vector.
상기 출력 신호는 복소 포락선 신호이고,
(e) 상기 출력 신호에 대하여 아날로그 신호 변환, 상향 변환 및 전력 증폭을 적용하여 상기 안테나 어레이를 통해 방사하는 단계,
를 더 포함하는 것인, 빔포밍 방법.According to claim 1,
The output signal is a complex envelope signal,
(e) radiating through the antenna array by applying analog signal conversion, up-conversion, and power amplification to the output signal;
To further include, the beamforming method.
복수의 타겟 디바이스 각각의 방향 정보를 획득하고, 상기 방향 정보 및 복수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 배열 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 안테나 각각에서 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하여 방사되는 전력과 연계된 위상 가중치를 도출하는 가중치 연산부;
상기 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의하는 행렬 연산부; 및
상기 가중치 행렬 및 베이스밴드 정보에 기초하여 상기 안테나 어레이의 출력 신호를 생성하는 신호 생성부,
를 포함하되,
상기 안테나 어레이에 수평 방향으로 M개의 단위 안테나가 배치되고, 수직 방향으로 N개의 단위 안테나가 배치되는 구조로 이루어지고, 상기 복수의 타겟 디바이스의 수가 K개이면,
상기 행렬 연산부는,
상기 위상 가중치를 원소로 하는 1xK 벡터인 제1기준 벡터를 정의하고, 상기 제1기준 벡터를 원소로 하는 MxK 벡터인 제2기준 벡터를 정의하고, 상기 제2기준 벡터를 원소로 하는 MNxK 벡터인 상기 가중치 행렬을 정의하는 것인, 빔포밍 장치.In a multi-tone based beamforming device for wireless power transmission to multiple devices,
direction information of each of a plurality of target devices is acquired, and power radiated from each of the plurality of unit antennas toward each of the plurality of target devices based on the direction information and arrangement information of an antenna array including a plurality of unit antennas; a weight calculator for deriving associated phase weights;
a matrix operator defining a weight matrix based on the phase weights; and
a signal generator for generating an output signal of the antenna array based on the weight matrix and baseband information;
Including,
If the antenna array has a structure in which M unit antennas are disposed in a horizontal direction and N unit antennas are disposed in a vertical direction, and the number of the plurality of target devices is K,
The matrix operation unit,
A first reference vector that is a 1xK vector having the phase weight as an element is defined, a second reference vector that is an MxK vector having the first reference vector as an element is defined, and an MNxK vector having the second reference vector as an element. To define the weight matrix, the beamforming apparatus.
상기 신호 생성부는,
상기 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격 및 상기 타겟 디바이스의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 상기 출력 신호로 생성하는 것인, 빔포밍 장치.According to claim 9,
The signal generator,
And generating a multi-tone signal radiated from each of the plurality of unit antennas and divided according to a predetermined tone interval and the number of target devices as the output signal.
상기 방향 정보는 상기 안테나 어레이로부터 상기 복수의 타겟 디바이스 각각을 향하는 방위각 정보 및 고도각 정보를 포함하는 것인, 빔포밍 장치.According to claim 9,
The beamforming apparatus of claim 1, wherein the direction information includes azimuth information and elevation information from the antenna array toward each of the plurality of target devices.
상기 가중치 연산부는,
상기 방위각 정보, 상기 고도각 정보, 상기 단위 안테나 간의 수평 간격, 상기 단위 안테나 간의 수직 간격 및 상기 타겟 디바이스 각각에 대응하여 상기 안테나 어레이로부터 방사되는 빔의 파장 정보에 기초하여 상기 위상 가중치를 연산하는 것인, 빔포밍 장치.According to claim 11,
The weight calculator,
Calculating the phase weight based on the azimuth information, the elevation information, the horizontal distance between the unit antennas, the vertical distance between the unit antennas, and wavelength information of beams radiated from the antenna array corresponding to each of the target devices Phosphorus, a beamforming device.
상기 가중치 연산부는,
상기 안테나 어레이를 이루는 복수의 단위 안테나 중 (m, n) 엘리먼트에 의해 k번째 타겟 디바이스로 방사되는 출력 신호의 성분과 연계되는 상기 위상 가중치를 하기 식 1에 기초하여 연산하되,
[식 1]
여기서, 는 상기 위상 가중치이고, 는 상기 파장 정보이고, 는 상기 수평 간격이고, 는 상기 수직 간격이고, 는 상기 고도각 정보이고, 는 상기 방위각 정보인 것인, 빔포밍 장치.According to claim 12,
The weight calculator,
The phase weight associated with the component of the output signal radiated to the k -th target device by the ( m , n ) element among the plurality of unit antennas constituting the antenna array is calculated based on Equation 1 below,
[Equation 1]
here, is the phase weight, is the wavelength information, is the horizontal spacing, is the vertical spacing, Is the altitude angle information, Is the azimuth information, the beamforming device.
상기 베이스밴드 정보는,
상기 톤 간격 및 상기 복수의 타겟 디바이스의 수에 따라 결정되는 베이스밴드 벡터고,
상기 신호 생성부는,
상기 가중치 행렬 및 상기 베이스밴드 벡터를 곱연산하는 것인, 빔포밍 장치.According to claim 10,
The baseband information,
A baseband vector determined according to the tone interval and the number of the plurality of target devices;
The signal generator,
and performing a multiplication operation by the weight matrix and the baseband vector.
상기 출력 신호는 복소 포락선 신호이고,
상기 출력 신호에 대하여 아날로그 신호 변환, 상향 변환 및 전력 증폭을 적용하여 상기 안테나 어레이를 통해 방사하는 신호 출력부,
를 더 포함하는 것인, 빔포밍 장치.According to claim 9,
The output signal is a complex envelope signal,
A signal output unit that applies analog signal conversion, up-conversion, and power amplification to the output signal and radiates it through the antenna array;
To further include, the beamforming device.
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KR20190033121A (en) * | 2017-09-20 | 2019-03-29 | 성균관대학교산학협력단 | Wrireless power transfer apparatus, wireless power receiving apparatus, wireless power transfer method, wireless power receiving method, wireless power transfer system using dual mode and recording medium thereof |
KR20190142149A (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for integrated beamforming in wireless communication system |
KR102195232B1 (en) * | 2019-07-05 | 2020-12-24 | 숭실대학교산학협력단 | Wireless power transfer system and method of beamforming weight estimating |
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- 2021-10-19 KR KR1020210139175A patent/KR102505423B1/en active
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KR20190142149A (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for integrated beamforming in wireless communication system |
KR102195232B1 (en) * | 2019-07-05 | 2020-12-24 | 숭실대학교산학협력단 | Wireless power transfer system and method of beamforming weight estimating |
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