KR102593833B1 - Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester - Google Patents

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비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법은 송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는 단계 및 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계를 포함한다. 또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법은 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계 및 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계를 포함한다.A broadband multi-user wireless power transmission method and device considering a nonlinear energy harvester are presented. The wireless power transmission method in a multi-path channel proposed by the present invention includes the steps of arranging channels of a plurality of receivers for receiving TR (Time Reversal) waveforms transmitted from a transmitter in reverse chronological order; arranging channels in reverse chronological order; A step of generating a TR (Time Reversal) waveform using the channels of a plurality of receivers, and aligning the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter to be in phase at the transmitter to create a PATR It includes the step of generating a (Phase Aligned Time Reversal) waveform. In another aspect, the method for transmitting wireless power in a multi-path channel proposed by the present invention converts the phase difference between the components of the wireless power signal to be received at each of the plurality of receivers receiving the wireless power signal from the transmitter into in-phase. Setting a phase shift value for alignment and generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in the transmitter. Includes.

Description

비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 파형 설계{Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester}Wideband multi-user wireless power transmission waveform design considering non-linear energy harvester {Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester}

본 발명은 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a broadband multi-user wireless power transmission method and device considering a nonlinear energy harvester.

WPT(Wireless Power Transfer)는 IoT(Internet of Things) 네트워크를 구성하는 다양한 소형 무선 통신 기기에 무선으로 전력을 공급하는 기술이다.WPT (Wireless Power Transfer) is a technology that wirelessly supplies power to various small wireless communication devices that make up the IoT (Internet of Things) network.

자기 공명 방식의 전력 송신 기법과는 달리 RF(Radio frequency) 신호를 이용한 WPT는 전력 송신 거리를 수 미터로 확장할 수 있으며, 수신된 RF 신호는 에너지 수신기로 사용되는 에너지 하베스터에 의해 DC(Direct current)로 정류되어 배터리에 전력을 공급한다.Unlike magnetic resonance-type power transmission techniques, WPT using RF (Radio Frequency) signals can extend the power transmission distance to several meters, and the received RF signals are converted to DC (Direct current) by an energy harvester used as an energy receiver. ) is rectified and supplies power to the battery.

하지만, RF 신호는 광대역 채널을 통해 전파되며 다중 경로 채널로 인한 경로 손실과 심볼 간 간섭의 영향으로 수신기에서 충분한 전력의 신호를 수신하기 어렵다.However, RF signals propagate through broadband channels, and it is difficult for the receiver to receive a signal with sufficient power due to the effects of path loss and inter-symbol interference due to multi-path channels.

이러한 문제로 인하여 RF 신호를 이용한 WPT에서는 수신기에서 수신 신호의 전력 증대를 위하여 기존 무선 전력 송신에서와는 다른 유형의 파형 설계가 필요하다.Due to this problem, WPT using RF signals requires a different type of waveform design than that of existing wireless power transmission in order to increase the power of the received signal at the receiver.

종래기술에 따른 WPT 관련 기술에서는 에너지 하베스터의 선형 영역의 동작만을 고려하여 파형을 설계하였다. 이는 RF 수신 신호의 전력과 DC로 변환되는 에너지 하베스터의 출력 전력과의 관계가 선형적으로 비례관계에 있음을 가정하는 방식이다.In the WPT-related technology according to the prior art, the waveform was designed considering only the operation of the linear region of the energy harvester. This is a method that assumes that the relationship between the power of the RF received signal and the output power of the energy harvester converted to DC is linearly proportional.

하지만, 실제 다이오드 기반 정류기를 고려한 에너지 하베스터는 다이오드의 비선형 동작 특성으로 인해 특정 전력 이상의 RF 수신 신호에 대하여 DC 출력 전력이 지수적으로 증가하는 비선형적인 RF-to-DC 변환 특성을 보여준다.However, an energy harvester considering an actual diode-based rectifier shows nonlinear RF-to-DC conversion characteristics in which DC output power increases exponentially for RF received signals above a certain power due to the nonlinear operation characteristics of the diode.

실제 에너지 하베스터의 비선형 동작 영역에서, RF 수신 신호의 전력에 대하여 DC 출력 전력이 지수적으로 증가하므로, 평균 수신 전력이 더 큰 WPT 파형보다 피크(peak) 진폭이 더 큰 파형이 에너지 전달 효율이 더 높기 때문에 에너지 하베스터를 통해 얻는 수확 전력 대부분은 수신 신호의 피크 성분으로부터 얻는다.In the nonlinear operating region of a real energy harvester, the DC output power increases exponentially with respect to the power of the RF received signal, so a waveform with a larger peak amplitude is more energy transfer efficient than a WPT waveform with a larger average received power. Because it is high, most of the harvested power obtained through the energy harvester is obtained from the peak component of the received signal.

피크 진폭 신호라 함은 수신 신호의 한 주기 동안 수신되는 신호 중 가장 큰 진폭을 가지는 신호 구간의 신호를 의미한다.The peak amplitude signal refers to the signal in the signal section with the largest amplitude among signals received during one cycle of the received signal.

도 1은 종래기술에 따른 에너지 하베스터의 동작 영역의 입력 신호와 출력 신호와의 관계를 나타낸 그래프이다. Figure 1 is a graph showing the relationship between input signals and output signals in the operating area of an energy harvester according to the prior art.

도 1에 도시된 에너지 하베스터의 동작 영역의 입력 신호(110)와 출력 신호(120)와의 관계를 참조하면, RF 수신 신호의 평균 수신 전력이 더 큰 파형(ST(132))보다 하나의 큰 피크 진폭 신호가 존재하는 파형(PATR(131))의 DC 출력 전압이 더 큰 것을 보여준다. Referring to the relationship between the input signal 110 and the output signal 120 in the operating area of the energy harvester shown in Figure 1, the average received power of the RF received signal has one larger peak than the larger waveform (ST 132). It shows that the DC output voltage of the waveform (PATR (131)) in which the amplitude signal exists is larger.

종래기술[1]은 단일 송신 안테나와 단일 사용자가 존재하는 WPT 시스템을 고려하여 전력 송신 파형을 설계한다. 종래기술[1]에서는 선형 EH(Energy Harvesting)를 고려하여, 채널의 주파수 응답에서 가장 우세한 주파수에 전력을 집중하는 싱글-톤(Single-tone) 파형을 제안하였다. 하지만 비선형 EH 에서의 싱글-톤 파형은 에너지 전달 효율이 좋지 못하다. The prior art [1] designs the power transmission waveform considering a WPT system with a single transmission antenna and a single user. In the prior art [1], considering linear EH (Energy Harvesting), a single-tone waveform was proposed that focuses power on the most dominant frequency in the frequency response of the channel. However, the single-tone waveform in nonlinear EH has poor energy transfer efficiency.

종래기술[2]는 EH의 비선형 특성을 테일러 전개를 통해 표현한 모델을 제안하였다. 또한 해당 모델을 이용한 WPT 시스템에서의 최적의 전력 송신 파형을 제안하였다. 제안된 파형은 컨벡스 문제의 해를 구하는 소프트웨어를 통해 획득할 수 있고, 계산 복잡도가 매우 높으며 주파수 영역에서 설계된다는 단점이 있어 실제 WPT 시스템으로 구현하기 어렵다.Prior art [2] proposed a model that expressed the nonlinear characteristics of EH through Taylor expansion. Additionally, the optimal power transmission waveform in the WPT system using the model was proposed. The proposed waveform can be obtained through software that solves the convex problem, and has the disadvantage of being very computationally complex and designed in the frequency domain, making it difficult to implement as an actual WPT system.

종래기술[3]은 종래기술[2]에 비해 더 정교한 비선형 EH 모델을 제안하였다. 단일 송신 안테나와 단일 사용자가 존재하는 WPT 시스템에서의 최적 전력 송신 파형을 제안하였다. 하지만, 종래기술[2]과 같이 파형 설계의 계산 복잡도가 매우 복잡하며 주파수 영역에서 설계된다는 단점이 있다. The prior art [3] proposed a more sophisticated nonlinear EH model than the prior art [2]. The optimal power transmission waveform in a WPT system with a single transmit antenna and a single user was proposed. However, like the prior art [2], the computational complexity of the waveform design is very complex and it has the disadvantage of being designed in the frequency domain.

[P1] 한국등록특허 제10-2179030호(2020.11.10)[P1] Korean Patent No. 10-2179030 (2020.11.10) [P2] 한국등록특허 제10-2153809호(2020.09.02)[P2] Korean Patent No. 10-2153809 (2020.09.02)

[1] M. Ku, Y. Han, H. Lai, Y. Chen, and K. J. R. Liu, "Power waveforming: Wireless power transfer beyond time reversal," IEEE Trans. Signal Process., vol. 64, no. 22, pp. 5819-5834, Nov. 2016. [1] M. Ku, Y. Han, H. Lai, Y. Chen, and K. J. R. Liu, “Power waveforming: Wireless power transfer beyond time reversal,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 64, no. 22, pp. 5819-5834, Nov. 2016. [2] B. Clerckx and E. Bayguzina, "Waveform design for wireless power transfer," IEEE Trans. Signal Process., vol. 64, no. 23, pp. 6313-6328, Dec. 2016. [2] B. Clerckx and E. Bayguzina, “Waveform design for wireless power transfer,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 64, no. 23, pp. 6313-6328, Dec. 2016. [3] M. R. Vedady Moghadam, Y. Zeng, and R. Zhang, "Waveform optimization for radio-frequency wireless power transfer : (invited paper)," in IEEE SPAWC, SPK, Japan, 2017, pp. 1-6. [3] M. R. Vedady Moghadam, Y. Zeng, and R. Zhang, "Waveform optimization for radio-frequency wireless power transfer: (invited paper)," in IEEE SPAWC, SPK, Japan, 2017, pp. 1-6.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 송신기에서 CIR(channel Impulse Response)을 시간에 대하여 반전하고 켤레 복소수화하여 설계되는 TR(Time Reversal) 필터에 광대역 무선 전력 송신 시스템에서 특정 사용자에 대한 다중 경로 채널과 송신 신호와의 정합 필터링을 이용하여 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 최대화하기 위한 TR 파형 생성 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 또한, 다중 경로 채널 환경에서의 무선 전력 송신 효율을 종래의 WPT 파형 기법에 대비하여 향상시키기 위해 제안하는 TR 파형에 기초하여 각 사용자의 요청(desired) 신호와 다른 사용자로 인해 발생하는 IUI(Inter User Interference)의 위상이 일치하도록 정렬하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형 생성 방법 및 시스템을 제공하고자 한다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a multi-path channel and transmission for a specific user in a broadband wireless power transmission system through a TR (Time Reversal) filter, which is designed by inverting the channel impulse response (CIR) with respect to time in the transmitter and converting it to a complex conjugate. The aim is to provide a TR waveform generation method and system for maximizing SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) using matched filtering with the signal. In addition, in order to improve wireless power transmission efficiency in a multi-path channel environment compared to the conventional WPT waveform technique, based on the proposed TR waveform, each user's desired signal and IUI (Inter User Interface) caused by other users are generated. The purpose of this study is to provide a method and system for generating PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveforms that align the phases of interference.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법은 송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는 단계 및 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계를 포함한다. In one aspect, the method of wireless power transmission in a multi-path channel proposed by the present invention includes arranging channels of a plurality of receivers for receiving a TR (Time Reversal) waveform transmitted from a transmitter in reverse order with respect to time, generating a TR (Time Reversal) waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order, and synchronizing the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter. It includes the step of aligning in phase to generate a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform.

상기 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR 파형을 생성하는 단계는 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬한다. The step of generating a PATR waveform by aligning the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter to be in phase at the transmitter includes the channel of the first receiver among the plurality of receivers and the first receiver. The phase difference between the coherent element consisting of matched filtering with the TR waveform received from the channel and the non-coherent element resulting from non-coherent filtering with the TR waveform received from the channel of the first receiver and the second receiver is in phase. Sort.

상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는 무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성한다. The step of generating a TR waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time includes a plurality of channels to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol in wireless power transmission. Using the non-linear characteristics of the receiver's energy harvester, a TR waveform is generated as a deterministic periodic signal, which is a peak amplitude signal of a predetermined size or more.

상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널에 대하여 켤레 복소수화한 후, 켤레 복소수화한 복수의 수신기의 채널을 모두 더하여 TR 파형을 생성한다. The step of generating a TR waveform using the channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time includes complex conjugating the channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time, and then complex conjugating the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order of time. The TR waveform is generated by adding up all of the receiver's channels.

상기 송신기로부터 송신되는 TR 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계는 TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 한다. The step of arranging the channels of the plurality of receivers for receiving the TR waveform transmitted from the transmitter in reverse chronological order includes placing the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order to reduce complexity in the process of generating the TR waveform. By arranging them, a TR waveform in the time domain is generated.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법은 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계 및 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계를 포함한다. In another aspect, the method for transmitting wireless power in a multi-path channel proposed by the present invention converts the phase difference between the components of the wireless power signal to be received at each of the plurality of receivers receiving the wireless power signal from the transmitter into in-phase. Setting a phase shift value for alignment and generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in the transmitter. Includes.

상기 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계는 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정한다. The step of setting a phase shift value to align the phase difference between the components of the wireless power signal to be received in each of the plurality of receivers receiving the wireless power signal from the transmitter to the same phase is the peak amplitude signal of the received wireless power signal. A coherent element consisting of matched filtering between the TR waveform received from the first receiver and the channel of the first receiver among the plurality of receivers to maximize the sum of the magnitude, and the channel of the first receiver and the TR waveform received from the second receiver. Set the phase shift value so that the phase between non-coherent elements due to non-coherent filtering with the TR waveform matches.

본 발명의 실시예에 따른 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 최적의 위상 변이 값을 설정한다. In order to maximize the sum of the magnitudes of the peak amplitude signals of the received wireless power signals according to an embodiment of the present invention, the peak amplitude signals in each of the plurality of receivers are expressed as a determinant, and each of the plurality of receivers is based on the determinant. The phase component of the main eigenvector is obtained through eigenvalue decomposition, and the optimal phase shift value is set using the phase component of the main eigenvector.

상기 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계는 복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시킨다. The step of generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in-phase using the set phase shift value in the transmitter is a step of generating an Energy (EH) waveform in each of the plurality of receivers. Harvesting) In order to increase the power, the phase shift value set above is used to adjust the phase difference between the IUI (Inter User Interference) and the desired signal generated from each of the plurality of receivers in a wireless power transmission environment in a multi-path channel. Sort by

본 발명의 실시예에 따른 상기 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호는 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형일 수 있다. The wireless power signal to be received by each of the plurality of receivers according to an embodiment of the present invention is a complex conjugate of the channels of the plurality of receivers arranged in reverse chronological order, and the channels of the plurality of receivers arranged in reverse chronological order. Then, it may be a TR (Time Reversal) waveform generated by addition.

본 발명의 실시예에 따른 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the channels of the plurality of receivers are arranged in reverse order of time to generate a TR waveform in the time domain, so that the transmitter as the number of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers of the transmitter increases. A PATR waveform can be generated by flexibly expanding in the time domain using CIR (Channel Impulse Response) between a plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 복수의 송신 안테나를 갖는 송신기 및 복수의 수신기를 포함하는 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에 있어서 상기 송신기는 송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성한다. In another aspect, in the multi-user wireless power transmission system including a transmitter with a plurality of transmission antennas and a plurality of receivers proposed by the present invention, the transmitter receives a TR (Time Reversal) waveform transmitted from the transmitter. The channels of the plurality of receivers are arranged in reverse order of time, the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order of time are complex conjugated, and then added to generate a TR (Time Reversal) waveform.

상기 송신기는 무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성한다. The transmitter uses the non-linear characteristics of the energy harvesters of a plurality of receivers to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol in wireless power transmission, and determines the peak amplitude signal of a predetermined size or more ( TR waveform is generated as a periodic signal in deterministic form.

상기 송신기는 TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 한다. The transmitter generates a TR waveform in the time domain by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order to reduce complexity in the process of generating the TR waveform.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 복수의 송신 안테나를 갖는 송신기 및 복수의 수신기를 포함하는 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에 있어서 상기 복수의 수신기는 각각 에너지 하베스터를 포함하고, 상기 송신기는 수신된 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하며, 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성한다. In another aspect, in the multi-user wireless power transmission system including a transmitter and a plurality of receivers with a plurality of transmission antennas proposed in the present invention, the plurality of receivers each include an energy harvester, and the transmitter receives the PATR sets a phase shift value to align the phase difference between the components of the wireless power signal to be in-phase, and maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signal aligned to the same phase using the set phase shift value. (Phase Aligned Time Reversal) Creates a waveform.

상기 송신기는 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정할 수 있다. The transmitter is a coherent element consisting of matched filtering between a channel of a first receiver among the plurality of receivers and a TR waveform received from the first receiver to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal, and The phase shift value may be set so that the phase between the channel of the first receiver and the non-coherent element resulting from non-coherent filtering with the TR waveform received from the second receiver matches the phase.

상기 송신기는 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 최적의 위상 변이 값을 설정한다. The transmitter represents the peak amplitude signal at each of the plurality of receivers as a determinant to maximize the sum of the magnitudes of the peak amplitude signals of the received wireless power signal, and calculates an eigenvalue for each of the plurality of receivers based on the determinant. The phase component of the main eigenvector is obtained through decomposition, and the optimal phase shift value is set using the phase component of the main eigenvector.

상기 송신기는 복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시킨다.The transmitter uses the set phase shift value to increase the EH (Energy Harvesting) power of each of the plurality of receivers to prevent Inter User Interference (IUI) generated from each of the plurality of receivers in a wireless power transmission environment in a multi-path channel. and aligning the phase difference between the desired signals to be in phase.

상기 송신기는 상기 복수의 수신기로 무선 전력 신호를 송신하고 -상기 무선 전력 신호는 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형임-, 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성한다.The transmitter transmits a wireless power signal to the plurality of receivers, and the wireless power signal arranges the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order, and complex conjugates the channels of the plurality of receivers arranged in reverse chronological order. Then, it is a TR (Time Reversal) waveform generated by adding the channels of the plurality of receivers in reverse order of time to generate a TR waveform in the time domain, so that the plurality of transmitting antennas of the transmitter and the plurality of receivers As the number increases, a PATR waveform is generated by flexibly expanding in the time domain using CIR (Channel Impulse Response) between the plurality of transmitting antennas of the transmitter and the plurality of receivers.

본 발명의 실시예들에 따라 생성되는 TR 파형을 통해 송신기에서 CIR(channel Impulse Response)을 시간에 대하여 반전하고 켤레 복소수화하여 설계되는 TR(Time Reversal) 필터에 광대역 무선 전력 송신 시스템에서 특정 사용자에 대한 다중 경로 채널과 송신 신호와의 정합 필터링을 이용하여 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 최대화할 수 있다. 또한, 제안하는 TR 파형에 기초하여 각 사용자의 요청(desired) 신호와 다른 사용자로 인해 발생하는 IUI(Inter User Interference)의 위상이 일치하도록 정렬하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성함으로써 다중 경로 채널 환경에서의 무선 전력 송신 효율을 종래의 WPT 파형 기법에 대비하여 향상시킬 수 있다. Through the TR waveform generated according to embodiments of the present invention, the TR (Time Reversal) filter, which is designed by inverting the channel impulse response (CIR) with respect to time at the transmitter and converting it to a complex conjugate, is applied to a specific user in a broadband wireless power transmission system. SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) can be maximized by using matched filtering between multi-path channels and transmission signals. In addition, based on the proposed TR waveform, a multi-path Wireless power transmission efficiency in a channel environment can be improved compared to the conventional WPT waveform technique.

도 1은 종래기술에 따른 에너지 하베스터의 동작 영역의 입력 신호와 출력 신호와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TR 파형을 이용한 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PATR 파형을 이용한 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에서 복수의 사용자에 대한 TR 파형 및 PATR 파형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 파형의 전력 크기에 대한 EH 전력 합을 비교하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 안테나 수의 증가에 대한 EH 전력 합을 비교하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 수에 대한 EH 전력 합을 비교하는 그래프이다.
Figure 1 is a graph showing the relationship between input signals and output signals in the operating area of an energy harvester according to the prior art.
Figure 2 is a diagram showing the configuration of a broadband multi-user wireless power transmission system considering a nonlinear energy harvester according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of wireless power transmission in a multi-path channel using a TR waveform according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of wireless power transmission in a multi-path channel using a PATR waveform according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing TR waveforms and PATR waveforms for a plurality of users in a multi-user wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph comparing the EH power sum to the power magnitude of the transmission waveform according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph comparing the EH power sum with respect to an increase in the number of transmit antennas according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph comparing the EH power sum to the number of users according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명에서는 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 파형 설계에 관한 기법을 제안한다. The present invention proposes a technique for designing a broadband multi-user wireless power transmission waveform considering a nonlinear energy harvester.

에너지 하베스터의 비선형 동작 특성을 고려한 무선 전력 송신(Wimultaneous Wireless Information and Power Transfer; WPT)에는 TR(Time Reversal) 파형이 적합하다. TR (Time Reversal) waveform is suitable for wireless power transmission (Wimultaneous Wireless Information and Power Transfer (WPT)) considering the nonlinear operation characteristics of energy harvesters.

무선 전력 송신 시스템의 송신기에서 CIR(Channel Impulse Response)을 시간에 대하여 반전하고 켤레 복소수화 하여 설계되는 TR 필터는 광대역 무선 전력 송신 시스템에서 특정 사용자에 대한 다중 경로 채널과 송신 신호와의 정합 필터링을 이용하여 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 최대화하기 위해 제안되었다.The TR filter, which is designed by time-inverting the CIR (Channel Impulse Response) from the transmitter of the wireless power transmission system and complex conjugate, uses matched filtering between the multi-path channel and the transmission signal for a specific user in the broadband wireless power transmission system. It was proposed to maximize SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio).

본 발명에서는 특정 사용자에 대한 다중 경로 채널과 TR 송신 신호와의 정합 필터링으로 구성된 수신 신호를 요청(desired) 신호라 지칭한다. In the present invention, a received signal composed of matched filtering with a multi-path channel for a specific user and a TR transmission signal is referred to as a desired signal.

이러한, TR 파형은 송신 전력의 증가 없이 다중 경로 채널의 특성을 이용하여 높은 피크(peak) 진폭 신호를 발생시킴으로써, 비선형 EH(Energy Harvesting)를 이용한 무선 전력 송신 시스템에서 유용하게 이용될 수 있으며, 점대점 통신 시스템에서 가장 높은 피크 진폭 신호를 생성할 수 있다. This TR waveform can be usefully used in a wireless power transmission system using nonlinear EH (Energy Harvesting) by generating a high peak amplitude signal using the characteristics of a multi-path channel without increasing transmission power, and can be used point-to-point. It can produce the highest peak amplitude signal in a point communication system.

비선형 EH모델을 고려하여 설계된 기존의 WPT 파형들은 주파수 영역에서 설계되어 높은 설계 복잡도를 갖는다. 반면에 TR 파형은 시간 영역에서 간단하게 설계되고, 동시에 최적의 피크 진폭 신호를 구성할 수 있다.Existing WPT waveforms designed considering the nonlinear EH model are designed in the frequency domain and have high design complexity. On the other hand, the TR waveform can be designed simply in the time domain and at the same time configure the optimal peak amplitude signal.

기존의 무선 정보 송신에서 TR 파형은 확률적 분포를 가지는 정보 심볼과의 컨볼루션으로 송신 신호가 구성되어, 수신 신호에서 원하지 않는 위상 회전이 발생하게 된다.In existing wireless information transmission, the TR waveform is composed of a transmitted signal by convolution with an information symbol having a probability distribution, resulting in unwanted phase rotation in the received signal.

본 발명에서는 무선 전력 송신에서는 정보 신호의 전달 과정이 필요하지 않기 때문에 결정적(deterministic) 심볼로 송신 신호를 구성하여 수신 신호의 전력 증가를 달성할 수 있는 점에 착안하여, 무선 전력 송신에 적합한 TR 파형을 제안한다. In the present invention, since wireless power transmission does not require an information signal transmission process, the TR waveform suitable for wireless power transmission is based on the fact that an increase in the power of the received signal can be achieved by configuring the transmission signal with deterministic symbols. suggests.

본 발명의 실시예에 따른 TR 파형은 점대점 무선 전력 송신 시스템에서 최적의 파형이 될 수 있다 하지만, 다중 사용자가 존재하는 경우 각 사용자의 수신 신호에 IUI(Inter User Interference)를 생성하여 수신 신호의 피크 진폭을 감소시키며, 따라서 EH 효율의 감소시킬 수 있다. The TR waveform according to an embodiment of the present invention can be the optimal waveform in a point-to-point wireless power transmission system. However, when multiple users exist, IUI (Inter User Interference) is generated in the received signal of each user, Reduces the peak amplitude and thus may reduce EH efficiency.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 TR 파형에 기초하여 각 사용자의 요청 신호와 다른 사용자의 영향으로 발생하는 IUI의 위상이 일치하도록 정렬하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 제안한다. 본 발명의 실시예에 따른 PATR 파형을 통해 다중 사용자 환경에서 무선 전력 송신 효율을 기존 WPT 파형 기법 대비하여 크게 향상시킬 수 있다. Therefore, based on the TR waveform according to an embodiment of the present invention, we propose a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that aligns the phases of each user's request signal and the IUI generated under the influence of other users to match. Through the PATR waveform according to an embodiment of the present invention, wireless power transmission efficiency in a multi-user environment can be greatly improved compared to the existing WPT waveform technique.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. Figure 2 is a diagram showing the configuration of a broadband multi-user wireless power transmission system considering a nonlinear energy harvester according to an embodiment of the present invention.

제안하는 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템은 복수의 송신 안테나를 갖는 송신기(210) 및 복수의 수신기(220)를 포함한다. The proposed broadband multi-user wireless power transmission system considering the nonlinear energy harvester includes a transmitter 210 with a plurality of transmission antennas and a plurality of receivers 220.

먼저, 제안하는 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템 모델의 각 파라미터에 관하여 도 2를 참조하여 설명한다. First, each parameter of the broadband multi-user wireless power transmission system model considering the proposed nonlinear energy harvester will be described with reference to FIG. 2.

M 개의 송신 안테나를 가지는 전력 송신기(210) 및 U명의 수신기(220)를 포함하는 MIMO WPT 시스템을 도시하였다. U명의 수신기(220) 각각은 에너지 하베스터를 포함한다. A MIMO WPT system is shown including a power transmitter 210 with M transmit antennas and U receivers 220. Each of the U receivers 220 includes an energy harvester.

U 번째 수신기의 수신 신호는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The received signal of the U-th receiver can be expressed as follows:

여기서, 는 m 번째 송신 안테나에서 u번째 수신기 사이의 채널을 나타내고, 는 m번째 송신 안테나의 송신 신호를 나타내며, 는 잡음을 나타낸다. here, represents the channel between the mth transmitting antenna and the uth receiver, represents the transmission signal of the mth transmission antenna, represents noise.

본 발명의 실시예에 따른 L의 주기를 갖고, R회 반복되는 제안하는 TR 송신 파형은 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The proposed TR transmission waveform, which has a period of L and repeats R times according to an embodiment of the present invention, can be expressed as the following equation:

여기서, 는 채널 정규화 인수를 나타낸다. here, represents the channel normalization factor.

기존의 광대역 무선 정보 송신 시스템에서 TR 신호는 확률 분포를 가지는 랜덤 정보 심볼과의 컨볼루션으로 구성되었다. 하지만, 무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤한 위상으로 인한 수신 신호 전력 감소의 영향을 줄이기 위하여, 기존 TR 신호를 상기와 같이 주어진 다중 경로 채널에서 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로 제안하였다. In the existing broadband wireless information transmission system, the TR signal is composed of convolution with random information symbols with probability distribution. However, in order to reduce the effect of reduced received signal power due to the random phase of information symbols in wireless power transmission, the existing TR signal was proposed as a periodic signal in a deterministic form in a given multi-path channel as described above.

본 발명의 실시예에 따른 m번째 송신 안테나와 u번째 수신기 사이의 채널은 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The channel between the mth transmitting antenna and the uth receiver according to an embodiment of the present invention can be expressed as the following equation:

여기서, 는 채널 경로 손실을 나타내고, 는 l 번째 채널 탭의 채널 이득을 나타내며, 는 채널의 전력 지연 프로파일을 나타내고, 이때 이다.here, represents the channel path loss, represents the channel gain of the lth channel tap, represents the power delay profile of the channel, where am.

본 발명의 실시예에 따른 수신기의 에너지 하베스터에서 달성하는 에너지 수확량은 하기식과 같다: The energy harvest achieved by the energy harvester of the receiver according to an embodiment of the present invention is as follows:

여기서, 는 부하 저항 값, 는 수신기 안테나 저항 값, 는 열 전압, 는 역 포화 전류, 는 다이오드 이상계수를 나타낸다. here, is the load resistance value, is the receiver antenna resistance value, is the thermal voltage, is the reverse saturation current, represents the diode ideality coefficient.

본 발명의 실시예에 따른 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템의 복수의 송신 안테나를 갖는 송신기(210)는 송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기(220)의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성한다. A transmitter 210 having a plurality of transmission antennas in a broadband multi-user wireless power transmission system considering a nonlinear energy harvester according to an embodiment of the present invention includes a plurality of receivers 220 for receiving a TR (Time Reversal) waveform transmitted from the transmitter. ) channels are arranged in reverse order of time, the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order of time are complex conjugated, and then added to generate a TR (Time Reversal) waveform.

본 발명의 실시예에 따른 송신기(210)는 무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성한다. The transmitter 210 according to an embodiment of the present invention uses the nonlinear characteristics of the energy harvesters of a plurality of receivers in advance to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol in wireless power transmission. A TR waveform is generated as a deterministic periodic signal, which is a peak amplitude signal of a certain size or greater.

본 발명의 실시예에 따른 송신기(210)는 TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 한다. The transmitter 210 according to an embodiment of the present invention generates a TR waveform in the time domain by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order to reduce complexity in the process of generating the TR waveform.

본 발명의 실시예에 따른 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템의 복수의 수신기(220) 각각은 에너지 하베스터를 포함한다. Each of the plurality of receivers 220 in the broadband multi-user wireless power transmission system considering the nonlinear energy harvester according to an embodiment of the present invention includes an energy harvester.

본 발명의 실시예에 따른 복수의 수신기(220)는 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는다. 송신기(210)는 복수의 수신기(220)에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하며, 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성한다. A plurality of receivers 220 according to an embodiment of the present invention receive a wireless power signal from a transmitter. The transmitter 210 sets a phase shift value to align the phase difference between the components of the wireless power signal to be received by the plurality of receivers 220 into in-phase, and uses the set phase shift value to align the components into in-phase. Generates a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signal.

본 발명의 실시예에 따른 송신기(210)는 상기 복수의 수신기(220)에서 수신될 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정한다. The transmitter 210 according to an embodiment of the present invention uses the channel of the first receiver among the plurality of receivers and the first receiver to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the wireless power signal to be received by the plurality of receivers 220. Phase shift so that the phase between the coherent element consisting of matched filtering with the TR waveform received from and the non-coherent element resulting from non-coherent filtering with the TR waveform received from the channel of the first receiver and the second receiver matches. Set the value.

본 발명의 실시예에 따른 송신기(210)는 상기 복수의 수신기(220)에서 수신될 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 최적의 위상 변이 값을 설정한다. The transmitter 210 according to an embodiment of the present invention divides the peak amplitude signal from each of the plurality of receivers into a determinant in order to maximize the sum of the magnitudes of the peak amplitude signals of the wireless power signals to be received from the plurality of receivers 220. The phase component of the main eigenvector is obtained through eigenvalue decomposition for each of the plurality of receivers based on the determinant, and the optimal phase shift value is set using the phase component of the main eigenvector.

본 발명의 실시예에 따른 송신기(210)는 복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시킨다. The transmitter 210 according to an embodiment of the present invention uses the set phase shift value to increase the EH (Energy Harvesting) power of each of the plurality of receivers in a wireless power transmission environment in a multi-path channel. The phase difference between IUI (Inter User Interference) and the desired signal that occurs is aligned to be in phase.

본 발명의 실시예에 따른 송신기(210)는 상기 복수의 수신기(220)로 무선 전력 신호를 송신한다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 신호는 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형일 수 있다. 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성할 수 있다. The transmitter 210 according to an embodiment of the present invention transmits wireless power signals to the plurality of receivers 220. The wireless power signal according to an embodiment of the present invention is a TR (Time It may be a Reversal waveform. By arranging the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order to generate a TR waveform in the time domain, as the number of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers increases, the plurality of transmitting antennas and the plurality of transmitting antennas of the transmitter increase. A PATR waveform can be generated by flexibly expanding in the time domain using CIR (Channel Impulse Response) between receivers.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TR 파형을 이용한 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a method of wireless power transmission in a multi-path channel using a TR waveform according to an embodiment of the present invention.

제안하는 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 방법에서 TR 파형을 생성하는 방법은 송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계(310), 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는 단계(320) 및 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계(330)를 포함한다. The method of generating a TR waveform in the proposed broadband multi-user wireless power transmission method considering a nonlinear energy harvester includes arranging channels of a plurality of receivers in reverse chronological order to receive a TR (Time Reversal) waveform transmitted from a transmitter. (310), generating a TR (Time Reversal) waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time (320), and configuring a TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter. It includes a step 330 of generating a Phase Aligned Time Reversal (PATR) waveform by aligning the phase differences between elements to be in-phase in the transmitter.

단계(310)에서, 송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치한다. In step 310, channels of a plurality of receivers for receiving a TR (Time Reversal) waveform transmitted from a transmitter are arranged in reverse chronological order.

본 발명의 실시예에 따르면, TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in order to reduce complexity in the process of generating the TR waveform, the TR waveform in the time domain can be generated by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order.

단계(320)에서, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성한다. In step 320, a TR (Time Reversal) waveform is generated using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널에 대하여 켤레 복소수화한 후, 켤레 복소수화한 복수의 수신기의 채널을 모두 더하여 TR 파형을 생성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in order to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol in wireless power transmission, the non-linear characteristics of the energy harvesters of the plurality of receivers are used to reduce the effect of the peak of more than a predetermined size. A TR waveform can be generated as a periodic signal in a deterministic form, which is an amplitude signal. More specifically, a TR waveform can be generated by complex conjugating the channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time, and then adding all of the complex conjugate channels of the plurality of receivers.

단계(330)에서, 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하여 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성한다. In step 330, each receiver receiving the TR waveform from the transmitter aligns the phase differences between the components of the TR waveform to be received in phase to generate a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a coherent element consisting of matched filtering between a channel of a first receiver among a plurality of receivers and a TR waveform received from the first receiver, and a channel of the first receiver and a TR waveform received from the second receiver Phase differences between non-coherent elements due to non-coherent filtering with the TR waveform can be aligned in phase.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존 무선 정보 송신에서 사용된 TR 파형을 무선 전력 송신에 적합한 형태로 제안한다. 또한, 기존 WPT 파형의 설계가 주파수 영역에서 수행되는 것과 달리, 본 발명에서는 시간 영역에서 CIR을 통해 비교적으로 간단하게 파형을 설계할 수 있다. 제안하는 PATR 파형은 다중 사용자 WPT 환경에서 각 사용자에게 발생하는 IUI 성분과 요청 신호 성분과의 위상 차이를 동위상으로 정렬시킴으로써 에너지 수신기에서 EH 전력을 증대시킬 수 있다.As such, according to an embodiment of the present invention, the TR waveform used in existing wireless information transmission is proposed as a form suitable for wireless power transmission. In addition, unlike the design of the existing WPT waveform in the frequency domain, the present invention allows the waveform to be designed relatively simply through CIR in the time domain. The proposed PATR waveform can increase EH power in the energy receiver by aligning the phase difference between the IUI component occurring for each user and the request signal component to be in phase in a multi-user WPT environment.

본 발명의 실시예에 따르면, 다중 경로 채널의 이득을 활용하여 EH 전력을 증대하기 때문에 무선 전력 송신 효율이 향상될 수 있다. 또한, 송신기에서 CIR를 얻기 위한 채널 학습 과정 이외에 별도의 통신 과정이 필요하지 않으며, 비선형 특성을 가지는 실제 정류기가 장착된 EH 사용자들에게 효율적으로 전력을 송신할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, wireless power transmission efficiency can be improved because EH power is increased by utilizing the gain of a multi-path channel. In addition, no separate communication process is required other than the channel learning process to obtain CIR from the transmitter, and power can be transmitted efficiently to EH users equipped with actual rectifiers with non-linear characteristics.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PATR 파형을 이용한 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating a method of wireless power transmission in a multi-path channel using a PATR waveform according to an embodiment of the present invention.

제안하는 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 방법에서 PATR 파형을 생성하는 방법은 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계(410) 및 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계(420)를 포함한다. The method of generating a PATR waveform in the proposed broadband multi-user wireless power transmission method considering a nonlinear energy harvester is to convert the phase difference between the components of the wireless power signal to be received at each of the plurality of receivers receiving the wireless power signal from the transmitter into in-phase. Step 410 of setting a phase shift value for alignment, and generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in the transmitter. It includes a generating step (420).

단계(410)에서, 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정한다. In step 410, a phase shift value is set to align the phase difference between the components of the wireless power signal to be received in each of the plurality of receivers that receive the wireless power signal from the transmitter to the same phase.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, matched filtering is performed between the channel of the first receiver among the plurality of receivers and the TR waveform received from the first receiver to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal. The phase shift value may be set so that the phase between the coherent element and the non-coherent element resulting from non-coherent filtering between the channel of the first receiver and the TR waveform received from the second receiver matches the phase.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 최적의 위상 변이 값을 설정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in order to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal, the peak amplitude signal in each of the plurality of receivers is expressed as a determinant, and the plurality of receivers are based on the determinant. The phase component of the main eigenvector can be obtained through eigenvalue decomposition for each, and the optimal phase shift value can be set using the phase component of the main eigenvector.

단계(420)에서, 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성한다. In step 420, the transmitter uses the set phase shift value to generate a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, IUI occurring in each of a plurality of receivers in a wireless power transmission environment in a multi-path channel using the set phase shift value to increase EH (Energy Harvesting) power in each of the plurality of receivers The phase difference between (Inter User Interference) and desired signals can be aligned to be in phase.

본 발명의 실시예에 따른 상기 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호는 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형일 수 있다. The wireless power signal to be received by each of the plurality of receivers according to an embodiment of the present invention is a complex conjugate of the channels of the plurality of receivers arranged in reverse chronological order, and the channels of the plurality of receivers arranged in reverse chronological order. Then, it may be a TR (Time Reversal) waveform generated by addition.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the channels of the plurality of receivers are arranged in reverse order of time to generate a TR waveform in the time domain, so that the transmitter increases as the number of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers of the transmitter increases. A PATR waveform can be generated by flexibly expanding in the time domain using CIR (Channel Impulse Response) between the plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 시스템에서 다중 사용자를 위한 PATR 파형 설계 과정을 설명한다. Hereinafter, a PATR waveform design process for multiple users in a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 단일 송신 안테나(M =1)와 두 명의 사용자(U = 2)가 존재하는 복수의 수신기에 대한 시스템에서의 제안하는 PATR 파형 설계과정을 예시로서 설명한다. First, the proposed PATR waveform design process in a system for multiple receivers with a single transmit antenna (M = 1) and two users (U = 2) is explained as an example.

단일 사용자 환경에서 최적의 성능을 달성하는 제안하는 TR 파형은 송신 안테나에서 두 사용자 사이의 채널을 시간에 대하여 역순으로 배치하고 켤레 복소수화한 후, 더하여 구성할 있으며, 이는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The proposed TR waveform that achieves optimal performance in a single-user environment can be constructed by arranging the channels between two users in the transmit antenna in reverse order with respect to time, complex conjugate, and then adding them, which can be expressed as the following equation:

비선형 에너지 하베스터에서 획득하는 전력의 대부분은 수신 신호의 피크 진폭 신호에서 얻어지기 때문에, 수신 신호의 피크 진폭 신호를 분석할 수 있다. 각 사용자의 수신 신호의 피크 진폭 신호는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: Since most of the power obtained from the nonlinear energy harvester is obtained from the peak amplitude signal of the received signal, the peak amplitude signal of the received signal can be analyzed. The peak amplitude signal of each user's received signal can be expressed as follows:

각 사용자의 수신 신호의 피크 진폭 신호는 해당 사용자의 채널과 송신 신호와의 정합 필터링으로 구성된 코히런트 요소(coherent term) 및 다른 사용자를 위한 송신 신호와의 비정합 필터링으로 인한 IUI 성분인 비-코히런트 요소(non-coherent term)으로 구성된다.The peak amplitude signal of each user's received signal is divided into a coherent term consisting of coherent filtering between that user's channel and the transmitted signal, and a non-coherent term, which is an IUI component due to non-coherent filtering with the transmitted signal for other users. It consists of runt elements (non-coherent terms).

두 신호의 합으로 구성되는 수신 신호의 피크 진폭 신호는 두 성분의 위상 차이로 인해 크기가 감소할 수 있다. The peak amplitude signal of the received signal, which is composed of the sum of the two signals, may decrease in size due to the phase difference between the two components.

두 성분 사이의 위상 차이는 비-코히런트 요소의 위상과 같으므로 송신기에서 하기식과 같이 추정될 수 있다: The phase difference between the two components is equal to the phase of the non-coherent component and can be estimated at the transmitter as:

본 발명의 실시예에 따른 PATR 파형은 수신 신호의 피크 진폭 신호를 구성하는 두 성분의 위상을 동위상으로 정렬시킴으로써, 수신 신호의 피크 진폭 신호의 크기를 증가시키는 것이 목적이므로, 송신기에서 송신 신호 위상의 사전 회전을 수행한다. 따라서, PATR 파형의 송신 신호는 위상 변이 값 가 추가되어 하기식과 같이 설계될 수 있다: The purpose of the PATR waveform according to an embodiment of the present invention is to increase the size of the peak amplitude signal of the received signal by aligning the phases of the two components constituting the peak amplitude signal of the received signal to be in phase, so that the transmitted signal phase at the transmitter is Perform a pre-rotation of . Therefore, the transmitted signal of the PATR waveform has a phase shift value class can be added and designed as follows:

여기서, 는 추정된 위상 차이 값을 이용하여 하기식과 같이 설정될 수 있다: here, class Can be set as follows using the estimated phase difference value:

또는 or

제안된 PATR 파형을 적용하면, 각 사용자의 수신 신호의 피크 진폭 신호의 성분은 하기식과 같이 나타낼 수 있다: Applying the proposed PATR waveform, the peak amplitude signal component of each user's received signal can be expressed as the following equation:

이와 같이, 두 사용자 모두에 대한 수신 신호의 피크 진폭 신호를 구성하는 코히런트 요소 및 비-코히런트 요소의 위상이 완전히 일치하게 된다. 따라서 두 구성 성분의 합인 수신 신호의 피크 진폭 신호의 크기가 증가하게 된다. 결론적으로, 에너지 하베스터의 출력 DC 전력은 증가한다. In this way, the phases of the coherent and non-coherent components that make up the peak amplitude signal of the received signal for both users are completely matched. Therefore, the magnitude of the peak amplitude signal of the received signal, which is the sum of the two components, increases. In conclusion, the output DC power of the energy harvester increases.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에서 복수의 사용자에 대한 TR 파형 및 PATR 파형을 나타내는 도면이다. Figure 5 is a diagram showing TR waveforms and PATR waveforms for a plurality of users in a multi-user wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 5(a)는 두 사용자 각각의 TR 파형을 나타내는 그래프이고, 도 5(b)는 두 사용자 각각의 PATR 파형을 나타내는 그래프이다. Figure 5(a) is a graph showing the TR waveforms of each of the two users, and Figure 5(b) is a graph showing the PATR waveforms of each of the two users.

도 5의 그래프에서, 본 발명의 실시예에 따른 TR 파형의 수신 신호는 코히런트 요소 및 비-코히런트 요소의 위상 차이로 인하여 두 요소의 합인 수신 신호의 피크 진폭 신호의 크기가 감소한 반면, 본 발명의 실시예에 따른 PATR 파형의 수신 신호는 두 요소의 위상이 일치하여 수신 신호의 피크 진폭 신호의 크기가 증가함을 확인할 수 있다. In the graph of FIG. 5, the received signal of the TR waveform according to the embodiment of the present invention has a reduced amplitude of the peak amplitude signal of the received signal, which is the sum of the two elements, due to the phase difference between the coherent element and the non-coherent element. It can be confirmed that the phases of the two elements of the received signal of the PATR waveform according to the embodiment of the invention match, and the magnitude of the peak amplitude signal of the received signal increases.

다음으로, 다중 송신 안테나와 다중 사용자가 존재하는 복수의 수신기에 대한 시스템에서의 제안하는 PATR 파형 설계과정을 예시로서 설명한다. Next, the proposed PATR waveform design process in a system for multiple receivers with multiple transmit antennas and multiple users is explained as an example.

다중 송신 안테나와 다중 사용자의 수가 증가함에 따라 모든 코히런트 요소 및 비-코히런트 요소의 위상 차이를 추정하고 이를 반영하여 모든 사용자에서 완벽하게 정렬된 수신 신호를 달성하는 데는 한계가 있다. As the number of multiple transmit antennas and multiple users increases, there is a limit to estimating the phase difference of all coherent elements and non-coherent elements and reflecting this to achieve perfectly aligned received signals from all users.

따라서, 각 사용자에서 코히런트 요소 및 비-코히런트 요소가 최대한 일치하도록 위상 변이 값을 설정하여 모든 사용자의 수신 신호의 피크 진폭 신호 크기의 합을 최대화하도록 파형을 설계한다.Therefore, the waveform is designed to maximize the sum of the peak amplitude signal magnitudes of the received signals of all users by setting the phase shift value so that the coherent elements and non-coherent elements in each user match as much as possible.

m 번째 송신 안테나의 송신 신호는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The transmitted signal of the mth transmitting antenna can be expressed as the following equation:

u 번째 사용자의 수신 신호의 피크 진폭 신호의 성분은 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The peak amplitude signal component of the u-th user's received signal can be expressed as the following equation:

상기 수신 신호의 피크 진폭 신호로부터 모든 송신 안테나에서 모든 사용자 사이에 실질적 채널을 하기식과 같이 정의한다: From the peak amplitude signal of the received signal, the actual channel between all users at all transmitting antennas is defined as follows:

정의된 를 이용하여 수신 신호의 피크 진폭 신호는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: defined Using , the peak amplitude signal of the received signal can be expressed as the following equation:

그러면, 모든 사용자의 수신 신호의 피크 진폭 신호는 하기식과 같은 행렬 형태로 나타낼 수 있다: Then, the peak amplitude signals of all users' received signals can be expressed in the form of a matrix as shown below:

모든 수신 신호의 피크 진폭 신호의 제곱합은 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The sum of squares of the peak amplitude signals of all received signals can be expressed as follows:

레일리 몫(Rayleigh quotient)에 의해 상기 성분을 최대화하는 위상 벡터 의 가장 큰 고유값에 해당하는 고유벡터(dominant eigenvector)의 위상으로 구성되며 하기식과 같이 나타낼 수 있다: A phase vector that maximizes the above components by the Rayleigh quotient Is It consists of the phase of the dominant eigenvector corresponding to the largest eigenvalue of and can be expressed as the following equation:

여기서, 의 가장 큰 고유벡터이다. here, Is It is the largest eigenvector of .

구해진 최적의 위상 변이 값을 적용하여, 다중 사용자 환경에서의 PATR 파형은 하기식과 같이 설계될 수 있다: By applying the obtained optimal phase shift value, the PATR waveform in a multi-user environment can be designed as follows:

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 파형의 전력 크기에 대한 EH 전력 합을 비교하는 그래프이다. Figure 6 is a graph comparing the EH power sum to the power magnitude of the transmission waveform according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 사용자가 2명 및 4명일 때, 각각의 송신 파형의 전력 크기에 따른 사용자들의 EH(Energy Harvesting) 전력 합을 비교하였다.Referring to Figure 6, when there are 2 and 4 users, the sum of the users' EH (Energy Harvesting) power according to the power size of each transmission waveform was compared.

ST 파형은 종래기술[1]에서 제안된 파형으로, 선형 EH에서 최적의 WPT 파형이다. 비선형 EH 모델에서 TR 및 PATR 파형은 ST 파형과 비교하여 더 좋은 EH 성능을 보여주고 있으며, PATR 파형은 수신 신호의 위상 정렬의 영향으로 인해 TR 파형보다 더 우수한 수신 전력 성능을 달성하고 있다. The ST waveform is a waveform proposed in the prior art [1] and is the optimal WPT waveform in linear EH. In the nonlinear EH model, the TR and PATR waveforms show better EH performance compared to the ST waveform, and the PATR waveform achieves better received power performance than the TR waveform due to the influence of phase alignment of the received signal.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 안테나 수의 증가에 대한 EH 전력 합을 비교하는 그래프이다. Figure 7 is a graph comparing the EH power sum with respect to an increase in the number of transmit antennas according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 사용자가 4명이고 송신 전력을 고정한 경우, 송신 안테나 수의 증가에 따른 사용자들의 EH 전력 합을 비교하였다. Referring to Figure 7, when there are 4 users and the transmission power is fixed, the sum of the users' EH powers according to the increase in the number of transmission antennas is compared.

일정한 송신 전력 하에서 송신 안테나 수가 증가함에 따라 TR 및 PATR 파형의 EH 전력 합이 증가하고 있으며, PATR은 TR 파형보다 약1.33 배 높은 수신 전력을 달성함을 확인할 수 있다.It can be seen that under constant transmission power, the sum of the EH powers of the TR and PATR waveforms increases as the number of transmit antennas increases, and PATR achieves a reception power approximately 1.33 times higher than the TR waveform.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 수에 대한 EH 전력 합을 비교하는 그래프이다.Figure 8 is a graph comparing the EH power sum to the number of users according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 송신 안테나 수와 송신 전력을 고정하였을 때, 사용자의 수에 따라 달성하는 수신 전력 합을 비교하였다. Referring to FIG. 8, when the number of transmission antennas and transmission power are fixed, the sum of reception power achieved depending on the number of users is compared.

PATR에서는 EH 사용자의 수가 증가함에 따라, 위상 정렬을 통해 수신 전력 이득을 얻을 수 있기 때문에 TR 파형 대비 최대 2.43배 큰 EH 전력을 얻을 수 있다. 이를 통하여 제안된 PATR은 일정한 송신 안테나 수와 송신 전력에서 사용자 수가 증가할수록 보다 높은 수신 전력의 합을 달성함을 확인할 수 있다. In PATR, as the number of EH users increases, a gain in received power can be obtained through phase alignment, resulting in EH power up to 2.43 times greater than that of the TR waveform. Through this, it can be confirmed that the proposed PATR achieves a higher sum of received power as the number of users increases at a constant number of transmit antennas and transmit power.

본 발명의 실시 예에 따른 PATR 파형을 통해 다중 사용자가 존재하는 WPT 시스템에서 각 사용자에게 발생하는 IUI의 위상을 수신 신호의 피크 진폭을 증가시킬 수 있도록 동위상으로 정렬하여 모든 사용자가 EH 전력 이득을 얻을 수 있다. In a WPT system with multiple users through the PATR waveform according to an embodiment of the present invention, the phases of IUI occurring for each user are aligned in-phase to increase the peak amplitude of the received signal, so that all users can achieve EH power gain. You can get it.

본 발명의 실시 예에 따른 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 파형을 통해 다수의 소형 무선 기기에 동시에 지속적으로 무선 전력을 공급하여 관리와 유지에 편의성을 제공하며, 무선 기기 배치의 공간적 제약을 완화할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, wireless power is continuously supplied to multiple small wireless devices at the same time through a broadband multi-user wireless power transmission waveform considering the nonlinear energy harvester, providing convenience in management and maintenance, and spatial constraints in wireless device placement. can be alleviated.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 다중 사용자에게 전력을 동시에 적절하게 공급할 수 있기 때문에 통신 기술의 발달로 기하급수적으로 증가하고 있는 많은 소형 무선기기들이 존재하는 IoT 네트워크 또는 무선 센서 네트워크에 적용하기에 적합하다. In addition, according to an embodiment of the present invention, power can be appropriately supplied to multiple users at the same time, so it is suitable for application to an IoT network or wireless sensor network where many small wireless devices exist, which are increasing exponentially with the development of communication technology. do.

이와 같이, 본 발명을 통해 다수의 무선 기기가 존재하는 시스템에서 무선으로 전력을 공급하여 기기들의 관리 및 유지가 편리하고 무선 기기 배치의 공간적 제약이 완화되기 때문에 IoT 네트워크에 적용하기에 적합하다. As such, the present invention supplies power wirelessly in a system with multiple wireless devices, making it convenient to manage and maintain the devices, and spatial constraints on wireless device placement are alleviated, making it suitable for application to IoT networks.

무선 통신 기술의 발달과 IoT 네트워크가 집, 사무실 그리고 공장 등에 구성되며 네트워크를 구성하는 다양한 무선 기기들에 원거리에서 무선으로 전력을 공급하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 무선으로 전력을 공급할 수 있다면 유지 및 관리에 큰 편의성을 제공할 수 있을 것이고 기기를 자유롭게 배치할 수 있기 때문에 제안된 기술이 적합하게 이용될 수 있을 것이다.With the development of wireless communication technology and the formation of IoT networks in homes, offices, and factories, there is an increasing demand for technology that wirelessly supplies power from a distance to various wireless devices that make up the network. If power can be supplied wirelessly, it will provide great convenience in maintenance and management, and the proposed technology can be used appropriately because devices can be freely placed.

제안된 기술은 다수의 기기가 존재하는 환경에서 EH 성능이 우수하기 때문에 많은 기기가 존재하는 네트워크에서 지속적으로 전력을 공급하기에 유리하다. 따라서, 무선기기의 수가 증가하는 IoT 네트워크의 무선 충전 요구를 충족시키기 위해 본 발명에서 제안하는 기술에 대한 수요가 증가할 것이다.The proposed technology has excellent EH performance in an environment where many devices exist, so it is advantageous for continuously supplying power in a network with many devices. Therefore, the demand for the technology proposed in the present invention will increase to meet the wireless charging needs of IoT networks where the number of wireless devices is increasing.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.  또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.  이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.  예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.  또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. A processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.  소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.  소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. It can be embodied in . Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.  상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.  상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.  컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.  프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.  The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of 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 optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.  예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (20)

다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계; 및
시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 포함하고,
송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 더 포함하고,
상기 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR 파형을 생성하는 단계는,
복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
In a method of wireless power transmission in a multi-path channel,
Arranging channels of a plurality of receivers for receiving a TR (Time Reversal) waveform transmitted from a transmitter in reverse chronological order; and
A step of generating a TR (Time Reversal) waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time.
Including,
A step of generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform by aligning the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter to be in phase at the transmitter.
It further includes,
The step of generating a PATR waveform by aligning the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter to be in phase at the transmitter,
A coherent element consisting of matched filtering between the channel of the first receiver among the plurality of receivers and the TR waveform received from the first receiver, and non-coherent filtering between the channel of the first receiver and the TR waveform received from the second receiver. aligning the phase differences between non-coherent elements into in-phase.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계; 및
시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는,
무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
In a method of wireless power transmission in a multi-path channel,
Arranging channels of a plurality of receivers for receiving a TR (Time Reversal) waveform transmitted from a transmitter in reverse chronological order; and
A step of generating a TR (Time Reversal) waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time.
Including,
The step of generating a TR waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse chronological order includes:
In wireless power transmission, in order to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol, the non-linear characteristics of the energy harvesters of the plurality of receivers are used to generate a deterministic signal with a peak amplitude of more than a predetermined size. Generating a TR waveform as a periodic signal of
Method for wireless power transmission in multipath channel.
제1항에 있어서,
상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는,
상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널에 대하여 켤레 복소수화한 후, 켤레 복소수화한 복수의 수신기의 채널을 모두 더하여 TR 파형을 생성하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
According to paragraph 1,
The step of generating a TR waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse chronological order includes:
After complex-conjugating the channels of a plurality of receivers arranged in the reverse order of time, generating a TR waveform by adding all of the complex-conjugated channels of the plurality of receivers.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
제1항에 있어서,
상기 송신기로부터 송신되는 TR 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계는,
TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
According to paragraph 1,
The step of arranging channels of a plurality of receivers for receiving the TR waveform transmitted from the transmitter in reverse chronological order,
In order to reduce the complexity of the TR waveform generation process, the TR waveform in the time domain is generated by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계; 및
송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계는,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
In a method of wireless power transmission in a multi-path channel,
Setting a phase shift value to align phase differences between components of a wireless power signal to be received in each of a plurality of receivers that receive a wireless power signal from a transmitter to be in phase; and
Generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in the transmitter.
Including,
The step of setting a phase shift value to align the phase difference between the components of the wireless power signal to be received from each of the plurality of receivers that receive the wireless power signal from the transmitter to be in phase,
A coherent element consisting of matched filtering between a channel of a first receiver among a plurality of receivers and a TR waveform received from the first receiver to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal, and the first Setting the phase shift value to match the phase between the channel of the receiver and the non-coherent elements due to non-coherent filtering with the TR waveform received at the second receiver.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
제5항에 있어서,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 위상 변이 값을 설정하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
According to clause 5,
In order to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal, the peak amplitude signal at each of the plurality of receivers is expressed as a determinant, and eigenvalue decomposition for each of the plurality of receivers is performed based on the determinant. Obtain the phase component of the main eigenvector and set the phase shift value using the phase component of the main eigenvector.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계; 및
송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계는,
복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시키는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
In a method of wireless power transmission in a multi-path channel,
Setting a phase shift value to align phase differences between components of a wireless power signal to be received in each of a plurality of receivers that receive a wireless power signal from a transmitter to be in phase; and
Generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in the transmitter.
Including,
The step of generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in the transmitter,
In order to increase the EH (Energy Harvesting) power in each of the plurality of receivers, the set phase shift value is used to detect Inter User Interference (IUI) and requests (IUI) occurring in each of the plurality of receivers in a wireless power transmission environment in a multi-path channel ( desired) to align the phase difference between signals to be in-phase.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
제5항에 있어서,
상기 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호는,
복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형인
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
According to clause 5,
The wireless power signal to be received by each of the plurality of receivers is:
A TR (Time Reversal) waveform generated by arranging the channels of a plurality of receivers in reverse order of time, complex conjugate the channels of a plurality of receivers arranged in reverse order of time, and then adding them together.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
제8항에 있어서,
상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.
According to clause 8,
By arranging the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order to generate a TR waveform in the time domain, as the number of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers increases, the plurality of transmitting antennas and the plurality of transmitting antennas of the transmitter increase. Generates a PATR waveform by flexibly expanding in the time domain using CIR (Channel Impulse Response) between receivers.
Method for wireless power transmission in multipath channel.
복수의 송신 안테나를 갖는 송신기 및 복수의 수신기를 포함하는 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에 있어서,
상기 송신기는,
송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하고,
무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.
In a multi-user wireless power transmission system including a transmitter with a plurality of transmission antennas and a plurality of receivers,
The transmitter is,
The channels of a plurality of receivers for receiving the TR (Time Reversal) waveform transmitted from the transmitter are arranged in reverse order of time, the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order of time are complex conjugated, and then added to TR (Time Reversal) generates a waveform,
In wireless power transmission, in order to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol, the non-linear characteristics of the energy harvesters of the plurality of receivers are used to generate a deterministic signal with a peak amplitude of more than a predetermined size. Generating a TR waveform as a periodic signal of
Multi-user wireless power transmission system.
제10항에 있어서,
상기 송신기는,
TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.
According to clause 10,
The transmitter is,
In order to reduce the complexity of the TR waveform generation process, the TR waveform in the time domain is generated by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time.
Multi-user wireless power transmission system.
복수의 송신 안테나를 갖는 송신기 및 복수의 수신기를 포함하는 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에 있어서,
상기 복수의 수신기는,
각각 에너지 하베스터를 포함하고,
상기 송신기는,
수신된 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하며, 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하고,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.
In a multi-user wireless power transmission system including a transmitter with a plurality of transmission antennas and a plurality of receivers,
The plurality of receivers,
Each includes an energy harvester,
The transmitter is,
Set a phase shift value to align the phase difference between the components of the received wireless power signal into in-phase, and use the set phase shift value to maximize the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signal aligned in-phase. Generates a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform,
A coherent element consisting of matched filtering between a channel of a first receiver among a plurality of receivers and a TR waveform received from the first receiver to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal, and the first Setting the phase shift value to match the phase between the channel of the receiver and the non-coherent elements due to non-coherent filtering with the TR waveform received at the second receiver.
Multi-user wireless power transmission system.
제12항에 있어서,
상기 송신기는,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 위상 변이 값을 설정하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.
According to clause 12,
The transmitter is,
In order to maximize the sum of the magnitude of the peak amplitude signal of the received wireless power signal, the peak amplitude signal at each of the plurality of receivers is expressed as a determinant, and eigenvalue decomposition for each of the plurality of receivers is performed based on the determinant. Obtain the phase component of the main eigenvector and set the phase shift value using the phase component of the main eigenvector.
Multi-user wireless power transmission system.
제12항에 있어서,
상기 송신기는,
복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시키는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.
According to clause 12,
The transmitter is,
In order to increase the EH (Energy Harvesting) power in each of the plurality of receivers, the set phase shift value is used to detect Inter User Interference (IUI) and requests (IUI) occurring in each of the plurality of receivers in a wireless power transmission environment in a multi-path channel ( desired) to align the phase difference between signals to be in-phase.
Multi-user wireless power transmission system.
제12항에 있어서,
상기 송신기는,
상기 복수의 수신기로 무선 전력 신호를 송신하고 -상기 무선 전력 신호는 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형임-,
상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.
According to clause 12,
The transmitter is,
Transmitting a wireless power signal to the plurality of receivers, the wireless power signal arranges the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order, and complex conjugates the channels of the plurality of receivers arranged in reverse chronological order, It is a TR (Time Reversal) waveform created by adding -,
By arranging the channels of the plurality of receivers in reverse chronological order to generate a TR waveform in the time domain, as the number of the plurality of transmitting antennas and the plurality of receivers increases, the plurality of transmitting antennas and the plurality of transmitting antennas of the transmitter increase. Generates a PATR waveform by flexibly expanding in the time domain using CIR (Channel Impulse Response) between receivers.
Multi-user wireless power transmission system.
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KR1020210111435A 2021-08-24 2021-08-24 Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester KR102593833B1 (en)

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