KR102505423B1 - Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device - Google Patents

Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device Download PDF

Info

Publication number
KR102505423B1
KR102505423B1 KR1020210139175A KR20210139175A KR102505423B1 KR 102505423 B1 KR102505423 B1 KR 102505423B1 KR 1020210139175 A KR1020210139175 A KR 1020210139175A KR 20210139175 A KR20210139175 A KR 20210139175A KR 102505423 B1 KR102505423 B1 KR 102505423B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
information
antenna array
vector
unit antennas
target devices
Prior art date
Application number
KR1020210139175A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
구현철
박인호
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020210139175A priority Critical patent/KR102505423B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102505423B1 publication Critical patent/KR102505423B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H02J50/23Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of transmitting antennas, e.g. directional array antennas or Yagi antennas
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621Feedback content
    • H04B7/0634Antenna weights or vector/matrix coefficients

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Disclosed are a multi-tone based beamforming device and method for wireless power transmission to multiple devices. The multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices according to an embodiment of the present application may comprise the following: a step (a) of obtaining direction information for each of a plurality of target devices; a step (b) of deriving a phase weight associated with power radiated from each of a 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 the plurality of unit antennas; a step (c) of defining a weight matrix based on the phase weight; and a step (d) of generating an output signal of the antenna array based on the weight matrix and baseband information.

Description

다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MULTIPLE BEAMFORMING USING MULTI-TONE SIGNAL FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION TO MULTIPLE DEVICE}Multi-tone based beamforming apparatus and method for wireless power transmission to multiple devices

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 Equation 1 below. can be computed.

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 Equation 1 below. can do.

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 power transmission system 10 according to an embodiment of the present invention includes a multi-tone based beamforming device 100 for wireless power transmission to multiple devices (hereinafter referred to as 'beamforming device 100'). ), an antenna array 200 and a target device 300 may be included.

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 beamforming apparatus 100, the antenna array 200, and the target device 300 may communicate with each other through a network (not shown). A network (not shown) means a connection structure capable of exchanging information between nodes such as terminals and servers, and an example of such a network (not shown) includes a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) network, LTE (Long Term Evolution) network, 5G network, WIMAX (World Interoperability for Microwave Access) network, Internet, LAN (Local Area Network), Wireless LAN (Wireless Local Area Network), WAN (Wide Area Network), PAN( Personal Area Network), wifi network, Bluetooth network, satellite broadcasting network, analog broadcasting network, DMB (Digital Multimedia Broadcasting) network, etc. are included, but are not limited thereto.

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 target device 300 may refer to a terminal or device that obtains power from a signal (beam) radiated by the antenna array 200 controlled by the beamforming apparatus 100. . In addition, according to an embodiment of the present application, the target device 300 may be a multiple device provided in a plurality of areas around the antenna array 200 .

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 target device 300 is, for example, a smartphone (Smartphone), a smart pad (SmartPad), a tablet PC, etc. and 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) terminal It may be any kind of wireless communication device, such as

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 beamforming apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 2 to 4 .

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 beamforming apparatus 100 may obtain direction information of each of a plurality of target devices 300 . Here, the direction information may include azimuth angle information and elevation angle information toward each of the plurality of target devices 300 from the antenna array 200 .

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 beamforming apparatus 100 includes a plurality of target devices (from each of a plurality of unit antennas) based on the acquired direction information of each target device 300 and arrangement information of the antenna array 200 including a plurality of unit antennas. 300) A phase weight associated with power radiated toward each may be derived.

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 beamforming apparatus 100 corresponds to azimuth angle information, elevation angle information, horizontal intervals between unit antennas of the antenna array 200, vertical intervals between unit antennas of each target device 300, and each target device 300. Thus, the phase weight can be calculated based on the wavelength information of the beam emitted from the antenna array 200 .

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 beamforming apparatus 100 has a phase 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 200. Each weight can be calculated based on Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112021119466712-pat00001
Figure 112021119466712-pat00001

상기 식 1에서

Figure 112021119466712-pat00002
는 (m, n, k) 번째 위상 가중치이고,
Figure 112021119466712-pat00003
k번째 타겟 디바이스(300)에 대하여 안테나 어레이(200)로부터 방사되는 빔의 파장 정보이고,
Figure 112021119466712-pat00004
는 단위 안테나 간의 수평 간격이고,
Figure 112021119466712-pat00005
는 단위 안테나 간의 수직 간격이고,
Figure 112021119466712-pat00006
k번째 타겟 디바이스(300)에 대한 고도각 정보이고,
Figure 112021119466712-pat00007
k번째 타겟 디바이스(300)에 대한 방위각 정보일 수 있다.In Equation 1 above
Figure 112021119466712-pat00002
is the ( m , n , k )th phase weight,
Figure 112021119466712-pat00003
Is wavelength information of a beam emitted from the antenna array 200 for the k -th target device 300,
Figure 112021119466712-pat00004
is the horizontal spacing between unit antennas,
Figure 112021119466712-pat00005
is the vertical spacing between unit antennas,
Figure 112021119466712-pat00006
Is elevation angle information for the k -th target device 300,
Figure 112021119466712-pat00007
may be azimuth information about the k -th target device 300 .

또한, 빔포밍 장치(100)는 연산된 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의할 수 있다.Also, the beamforming apparatus 100 may define a weight matrix based on the calculated phase weights.

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 antenna array 200 has a structure in which M unit antennas are disposed in a horizontal direction and N unit antennas are disposed in a vertical direction (in other words, an antenna array 200 structure including MN unit channels). and if the number of the plurality of target devices 300 is K , the beamforming apparatus 100 converts the first reference vector, which is a 1xK vector, with elements of each of the previously calculated phase weights as shown in Equation 2-1 below. can be defined

[식 2-1][Equation 2-1]

Figure 112021119466712-pat00008
Figure 112021119466712-pat00008

여기서, 제1기준 벡터(

Figure 112021119466712-pat00009
)를 이루는 각각의 원소인
Figure 112021119466712-pat00010
는 앞서 연산된 위상 가중치(
Figure 112021119466712-pat00011
)에 대하여
Figure 112021119466712-pat00012
와 같이 연산될 수 있다.Here, the first reference vector (
Figure 112021119466712-pat00009
), each element of
Figure 112021119466712-pat00010
is the previously calculated phase weight (
Figure 112021119466712-pat00011
)about
Figure 112021119466712-pat00012
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 beamforming apparatus 100 may define a second reference vector, which is an M x K vector having the first reference vector defined through Equation 2-1 as an element, as shown in Equation 2-2 below.

[식 2-2][Equation 2-2]

Figure 112021119466712-pat00013
Figure 112021119466712-pat00013

여기서,

Figure 112021119466712-pat00014
은 제2기준 벡터이고,
Figure 112021119466712-pat00015
는 안테나 어레이(200)의 각각의 행에 위치하는 단위 안테나들에 대응하는 제1기준 벡터일 수 있다.here,
Figure 112021119466712-pat00014
is the second reference vector,
Figure 112021119466712-pat00015
may be a first reference vector corresponding to unit antennas located in each row of the antenna array 200.

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 beamforming apparatus 100 may define a weight matrix that is an MN × K vector having the second reference vector defined through Equation 2-2 as an element. Here, the weight matrix may be finally derived as shown in Equation 2-3 below.

[식 2-3][Equation 2-3]

Figure 112021119466712-pat00016
Figure 112021119466712-pat00016

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 beamforming apparatus 100 may generate an output signal of the antenna array 200 based on a weight matrix and baseband information obtained by vector (matrix) calculation through Equations 2-1 to 2-3 described above. . According to an embodiment of the present application, the beamforming apparatus 100 may perform a multiplication (matrix multiplication) operation between the generated weight matrix and a baseband vector corresponding to the baseband information.

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 Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

Figure 112021119466712-pat00017
Figure 112021119466712-pat00017

여기서, 베이스밴드 벡터(

Figure 112021119466712-pat00018
)의 각각의 원소(
Figure 112021119466712-pat00019
)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 (
Figure 112021119466712-pat00018
) of each element (
Figure 112021119466712-pat00019
) may be calculated based on the tone interval and an identifier ( k ) corresponding to each target device 300 based on Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

Figure 112021119466712-pat00020
Figure 112021119466712-pat00020

여기서,

Figure 112021119466712-pat00021
는 기 설정된 톤 간격일 수 있다.here,
Figure 112021119466712-pat00021
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 Equations 3 and 4 above, baseband information for generating an output signal may be a baseband vector determined according to a tone interval and the number of target devices 300 .

또한, 가중치 행렬과 베이스밴드 벡터의 행렬 곱 연산에 따른 출력 신호(

Figure 112021119466712-pat00022
)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 (
Figure 112021119466712-pat00022
) can be derived as in Equation 5 below.

[식 5][Equation 5]

Figure 112021119466712-pat00023
Figure 112021119466712-pat00023

즉, 빔포밍 장치(100)는 안테나 어레이(200)의 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격(tone spacing,

Figure 112021119466712-pat00024
) 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 beamforming apparatus 100 radiates from each of a plurality of unit antennas of the antenna array 200, and a preset tone spacing (tone spacing,
Figure 112021119466712-pat00024
) and a multi-tone signal divided according to the number of target devices 300 may be generated as an output signal, and the output signal thus generated may be a complex envelope signal.

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 Equation 6 below as a sub-matrix (sub-matrix). In addition, Equation 7 below is a phase-modulated K-tone signal, and a bandpass signal corresponding thereto may be expressed by Equation 8 below.

[식 6][Equation 6]

Figure 112021119466712-pat00025
Figure 112021119466712-pat00025

[식 7][Equation 7]

Figure 112021119466712-pat00026
Figure 112021119466712-pat00026

[식 8][Equation 8]

Figure 112021119466712-pat00027
Figure 112021119466712-pat00027

여기서,

Figure 112021119466712-pat00028
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,
Figure 112021119466712-pat00028
Is a carrier frequency, and Equation 8 above may represent a bandpass signal output (radiated) from the ( m , n ) th channel of the antenna array 200.

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 beamforming apparatus 100 disclosed in the present application are K (in other words, the number of target devices 300 to receive power) according to preset tone intervals. It can be expressed as a sum of independent frequency signals. In addition, referring to FIG. 4, K-tone signals generated for each channel may be overlapped and radiated to each channel (in other words, MN channels) constituting the antenna array 200, and the signal for each channel may be radiated. Combining in the air present in the output direction of the antenna array 200 can form K beams radiated individually toward K target devices 200, and each target device 300 It may be that power is delivered to .

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 antenna array 200, the target device 300 The value may be set in consideration of system performance including an average separation distance between the target device 300 and the antenna array 200 in a space in which .

또한, 전술한 도 2를 참조하면, 빔포밍 장치(100)는 생성된 출력 신호(

Figure 112021119466712-pat00029
)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(
Figure 112021119466712-pat00030
)가 안테나 어레이(200)를 통해 방사되도록 할 수 있다.In addition, referring to FIG. 2 described above, the beamforming apparatus 100 generates an output signal (
Figure 112021119466712-pat00029
), analog signal conversion by DAC (Digital to Analog Converter) circuit, up-conversion and power amplification by power amplifier are applied to the band pass signal corresponding to the output signal (
Figure 112021119466712-pat00030
) can be radiated through the antenna array 200.

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 target devices 300, respectively. to 4 beams, and accordingly, 2-tone, 3-tone and 4-tone signals were generated as output signals in each simulation.

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 beamforming apparatus 100 disclosed herein performs multi-beamforming, multi-tone signals are analyzed in consideration of the main beam direction. In the above analysis, the instantaneous power of the complex envelope signal, which is the output signal, can be calculated as shown in Equation 9 below.

[식 9][Equation 9]

Figure 112021119466712-pat00031
Figure 112021119466712-pat00031

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 beamforming apparatus 100 disclosed in the present application is suitable for multi-beamforming. It can be confirmed that the change of the envelope of the multi-tone signal over time occurs in each channel of the antenna array 200.

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 beamforming apparatus 100 may include a weight calculation unit 110 , a matrix calculation unit 120 , a signal generator 130 and a signal output unit 140 .

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 weight calculator 110 may obtain direction information of each of the plurality of target devices 300 . Here, the direction information may include azimuth angle information and elevation angle information toward each of the plurality of target devices 300 from the antenna array 200 .

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 weight calculator 110 radiates power from each of the plurality of unit antennas toward each of the plurality of target devices 300 based on the obtained direction information and the arrangement information of the antenna array 200 including the plurality of unit antennas. A phase weight associated with can be derived.

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 weight calculation unit 110 corresponds to azimuth angle information, altitude angle information, horizontal intervals between unit antennas of the antenna array 200, vertical intervals between unit antennas of each target device 300, and target devices 300, respectively. A phase weight may be calculated based on wavelength information of a beam emitted from the antenna array 200 .

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 weight calculation unit 110 calculates each of the phase weights associated with components 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 200 according to Equation 1 described above. can be calculated based on

행렬 연산부(120)는 연산된 위상 가중치에 기초하여 가중치 행렬을 정의할 수 있다.The matrix operator 120 may define a weight matrix based on the calculated phase weights.

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 antenna array 200 has a structure in which M unit antennas are disposed in the horizontal direction and N unit antennas are disposed in the vertical direction, and the number of the plurality of target devices 300 is K , the matrix operation unit 120 may first define a first reference vector that is a 1xK vector having each phase weight calculated by the weight calculation unit 110 as an element.

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 matrix operation unit 120 defines a second reference vector that is an MxK vector having the defined first reference vector as an element, and defines a weight matrix that is an MNxK vector having the defined second reference vector as an element. In this way, sequential matrix (vector) operations can be performed.

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 signal generator 130 may generate an output signal of the antenna array 200 based on the weight matrix and baseband information. According to an embodiment of the present application, the signal generator 130 may perform a multiplication (matrix multiplication) operation between the generated weight matrix and the baseband vector.

구체적으로, 신호 생성부(130)는 안테나 어레이(200)의 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격(tone spacing,

Figure 112021119466712-pat00032
) 및 타겟 디바이스(300)의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 출력 신호로 생성할 수 있다.Specifically, the signal generator 130 is radiated from each of a plurality of unit antennas of the antenna array 200, and a preset tone spacing (tone spacing,
Figure 112021119466712-pat00032
) and a multi-tone signal divided according to the number of target devices 300 may be generated as an output signal.

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 signal output unit 140 may apply analog signal conversion, up-conversion, and power amplification to the generated output signal so that a bandpass signal corresponding to the output signal is radiated through the antenna array 200. there is.

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 beamforming device 100 described above. Therefore, even if omitted below, the description of the beamforming device 100 can be equally applied to a description of a multi-tone based beamforming method for wireless power transmission to multiple devices.

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 weight calculator 110 may (a) obtain direction information of each of the plurality of target devices 300 .

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 weight calculator 110 may obtain direction information including azimuth angle information and elevation angle information toward each of the plurality of target devices 300 from the antenna array 200 .

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 weight calculator 110 performs (b) each of a plurality of unit antennas based on the direction information of each of the plurality of target devices 300 and the arrangement information of the antenna array 200 including the plurality of unit antennas. A phase weight associated with power radiated toward each of the plurality of target devices 300 may be derived.

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 weight calculation unit 120 corresponds to the azimuth angle information and elevation angle information of each target device 300, the horizontal interval and vertical interval between unit antennas of the antenna array 200, and each target device 300. A phase weight may be calculated based on wavelength information of a beam emitted from the antenna array 200 .

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 weight calculation unit 120 is associated with a component of an output signal radiated to the k -th target device 300 by an ( m , n ) element among a plurality of unit antennas constituting the antenna array 200. The phase weight can be calculated based on Equation 1 above.

다음으로, 단계 S13에서 행렬 연산부(120)는 (c) 도출한 위상 가중치를 활용하여 가중치 행렬을 정의할 수 있다.Next, in step S13, the matrix operator 120 may define a weight matrix by using (c) the derived phase weights.

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 signal generator 130 may generate an output signal of the antenna array 200 based on (d) the defined weight matrix and baseband information.

구체적으로, 단계 S14에서 신호 생성부(130)는 복수의 단위 안테나 각각에서 방사되며, 미리 설정된 톤 간격(

Figure 112021119466712-pat00033
) 및 타겟 디바이스(300)의 수에 따라 분할되는 다중 톤 신호를 출력 신호로 생성할 수 있다.Specifically, in step S14, the signal generator 130 radiates from each of a plurality of unit antennas, and a preset tone interval (
Figure 112021119466712-pat00033
) and a multi-tone signal divided according to the number of target devices 300 may be generated as an output signal.

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 signal output unit 140 transmits power to the target device 300 through the antenna array 200 by applying analog signal conversion, up-conversion, and power amplification to (e) the generated output signal. It is possible to radiate multiple beams based on multi-tone signals for

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 디바이스
10: 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)

다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 방법에 있어서,
(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.
제1항에 있어서,
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.
제1항에 있어서,
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.
제3항에 있어서,
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.
제4항에 있어서,
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]
Figure 112021119466712-pat00034

여기서,
Figure 112021119466712-pat00035
는 상기 위상 가중치이고,
Figure 112021119466712-pat00036
는 상기 파장 정보이고,
Figure 112021119466712-pat00037
는 상기 수평 간격이고,
Figure 112021119466712-pat00038
는 상기 수직 간격이고,
Figure 112021119466712-pat00039
는 상기 고도각 정보이고,
Figure 112021119466712-pat00040
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]
Figure 112021119466712-pat00034

here,
Figure 112021119466712-pat00035
is the phase weight,
Figure 112021119466712-pat00036
is the wavelength information,
Figure 112021119466712-pat00037
is the horizontal spacing,
Figure 112021119466712-pat00038
is the vertical spacing,
Figure 112021119466712-pat00039
Is the altitude angle information,
Figure 112021119466712-pat00040
Is the azimuth information, the beamforming method.
제2항에 있어서,
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.
제1항에 있어서,
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.
삭제delete 다중 장치로의 무선전력전송을 위한 다중 톤 기반 빔포밍 장치에 있어서,
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.
제9항에 있어서,
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.
제9항에 있어서,
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.
제11항에 있어서,
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.
제12항에 있어서,
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]
Figure 112021119466712-pat00041

여기서,
Figure 112021119466712-pat00042
는 상기 위상 가중치이고,
Figure 112021119466712-pat00043
는 상기 파장 정보이고,
Figure 112021119466712-pat00044
는 상기 수평 간격이고,
Figure 112021119466712-pat00045
는 상기 수직 간격이고,
Figure 112021119466712-pat00046
는 상기 고도각 정보이고,
Figure 112021119466712-pat00047
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]
Figure 112021119466712-pat00041

here,
Figure 112021119466712-pat00042
is the phase weight,
Figure 112021119466712-pat00043
is the wavelength information,
Figure 112021119466712-pat00044
is the horizontal spacing,
Figure 112021119466712-pat00045
is the vertical spacing,
Figure 112021119466712-pat00046
Is the altitude angle information,
Figure 112021119466712-pat00047
Is the azimuth information, the beamforming device.
제10항에 있어서,
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.
제9항에 있어서,
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.
KR1020210139175A 2021-10-19 2021-10-19 Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device KR102505423B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210139175A KR102505423B1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210139175A KR102505423B1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102505423B1 true KR102505423B1 (en) 2023-03-02

Family

ID=85509037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210139175A KR102505423B1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102505423B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9806777B1 (en) Communication device and a method for beamforming
US9362991B2 (en) Apparatus, system and method of transmit power control for wireless communication
Jang et al. Smart small cell with hybrid beamforming for 5G: Theoretical feasibility and prototype results
US20160285481A1 (en) Phased array weighting for power efficiency improvement with high peak-to-average power ratio signals
KR20170117114A (en) A Basis Function Transformation Technique for Feedback in Wireless Networks
US11283502B2 (en) Position likelihood based beamformer optimization
KR20150087376A (en) Apparatus, system and method of wireless backhaul and access communication via a common antenna array
CN108476499A (en) Protective time slot in wireless network between the subframe part in same link direction
US9065605B2 (en) Methods and systems for crest factor reduction in multi-carrier multi-channel architectures
CN109818585A (en) A kind of digital predistortion apparatus and method
KR20210115526A (en) Apparatus and method for adaptively controlling beam width in wireless communication system
US20210050668A1 (en) Wireless communication device and wireless communication method
KR20180060882A (en) Apparatus and method for transmitting signal using beamforming in wireless communication system
KR102505423B1 (en) Apparatus and method for multiple beamforming using multi-tone signal for wireless power transmission to multiple device
US11901632B2 (en) Phased array antenna device and program
Wu et al. Location information assisted mmWave hybrid beamforming scheme for 5G-enabled UAVs
WO2017076311A1 (en) System and method for large scale multiple input multiple output beamforming
CN110673481A (en) Method and device for determining attribute data of unmanned aerial vehicle, electronic equipment and storage medium
KR101748814B1 (en) Apparatus and method for signal trransmitting and receiviing with hibrid beamforming
KR20030070310A (en) Apparatus and method for forming beam of array antenna in mobile communication system
US20170054210A1 (en) Interference suppression for array-based communications
KR101548668B1 (en) Transmitter and method for signal transmission in beam division multiple access communication system
Lazarev et al. Beamforming and spatial multiplexing performance evaluation in 5G ultra-dense networks
JP6475039B2 (en) Wireless transmitter
US9853706B2 (en) Method and apparatus for mapping baseband signal into beamspace