KR20180024371A - 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법, 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템 및 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법 - Google Patents

무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법, 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템 및 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법 Download PDF

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Abstract

무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법은 통신기기가 AP가 하향링크로 송신하는 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 이용하여 수집한 제1 에너지가 제1 임계값 이상인지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 송신기로부터 무변조 반송파를 수신하는지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 상기 무변조 반송파를 수신한다면 상기 무변조 반송파를 이용하여 수집한 제2 에너지가 제2 임계값 이상인지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 이상인 경우 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계 및 상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계를 포함한다.

Description

무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법, 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템 및 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법{COMMUNICATION METHOD FOR WIRELESS POWERED HETEROGENEOUS NETWORKS, COMMUNICATION SYSTEM FOR WIRELESS POWERED HETEROGENEOUS NETWORKS AND DUAL MODE BACKSCATTER COMMUNICATION METHOD BASED ON WIRELESS POWER TRANSFER}
이하 설명하는 기술은 이종 통신망 환경에서 무선으로 전력을 공급받아 정보를 전달하는 기법에 관한 것이다.
무선으로 전력을 공급받는 통신망(Wireless-powered communication network: WPCN)은 망 내에 존재하는 노드들이 RF 신호에서 에너지를 수집하고, 수집한 에너지를 사용하여 통신한다. WPCN은 무선 센서망과 같이 소량의 에너지로 동작하는 시스템에 적합하다. 예컨대, WPCN은 IoT 기기에 대한 전력 공급에도 활용할 수 있다.
김성훈·김동인, "Two-Zone Based Harvest-Then-Cooperate Scheme for Wireless-Powered Communication Networks," Telecommunications Review, vol. 25, no. 4, Aug. 2015, 498-508페이지
종래의 수집 후 전송 기법(HTT: harvest-then-transmit)은 경로 손실에 따라 먼 거리에 있는 노드가 전송에 필요한 에너지가 더 필요하지만 실제 수집되는 에너지는 적을 수 밖에 없는 중복 원근문제(doubly near-far problem)를 갖는다.
이하 설명하는 기술은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망(wireless-powered heterogeneous network: WPHetNet) 환경에서 수집 후 전송 기법 및 후방산란 통신 기법을 사용하여 정보를 전달하는 통신 기법을 제공하고자 한다.
무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법은 통신기기가 AP가 하향링크로 송신하는 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 이용하여 수집한 제1 에너지가 제1 임계값 이상인지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 송신기로부터 무변조 반송파를 수신하는지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 상기 무변조 반송파를 수신한다면 상기 무변조 반송파를 이용하여 수집한 제2 에너지가 제2 임계값 이상인지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 이상인 경우 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계 및 상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계를 포함한다.
이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템은 통신기기에서 수집 후 전송(HTT) 기법에 사용하는 에너지 원인 RF 신호를 하향링크로 송신하고, 상기 통신 기기로부터 정보를 수신하는 AP 장치 및 상기 AP 장치보다 작은 커버리지를 갖고, 상기 통신 기기가 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법에 사용하는 에너지 원인 무변조 반송파를 송신하는 송신기를 포함한다. 상기 AP 장치는 상기 통신 기기가 상기 수집후 전송 기법을 사용할 수 있는 에너지를 수집한 경우 상기 수집후 전송 기법을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 통신 기기가 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 사용할 수 있는 에너지를 수집한 경우 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 통신 기기가 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법을 사용할 수 있는 에너지를 수집한 경우 상기 엠비언트 후방산란 통신 기법을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신한다.
다른 측면에서 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법은 통신기기가 송신기로부터 무변조 반송파를 수신하는지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 상기 무변조 반송파를 수신한다면 상기 무변조 반송파를 이용하여 수집한 에너지가 임계값 이상인지 확인하는 단계, 상기 통신기기가 상기 에너지가 상기 임계값 이상인 경우 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법으로 정보를 AP에 전달하는 단계 및 상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계를 포함한다.
이하 설명하는 기술은 수집 후 전송 기법과 함께 후방산란 통신 기법을 이용하여 이종 통신망 환경에서 효율적으로 정보를 전달하는 아키텍처를 제공한다.
도 1은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템을 도시한 예이다.
도 2는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망에서의 통신 계층 구조를 도시한 예이다.
도 3은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 사용하는 IoT 서비스 시스템에 대한 다른 예이다.
도 4는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 5는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서 통신을 수행하는 예이다.
도 6은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서 통신을 수행하는 다른 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본격적인 설명에 앞서서 명세서에서 설명되는 용어에 대해 설명 내지 정의하기로 한다. 이하 설명하는 기술은 이종 통신망 환경에서 노드에 무선으로 전력을 공급하는 시스템 및 통신 프로토콜에 관한 것이다. 이종 통신망은 서로 다른 통신망이 공존하는 통신망을 의미한다. (1) 이종 통신망은 서로 다른 통신 방식을 사용하는 복수의 망을 포함할 수 있다. 예컨대, 이종 통신망은 이동통신망(WCDMA, LTE 등), 무선랜(IEEE 802.11) 및 근거리 통신망(Zigbee 등) 중 적어도 두 개 이상의 통신망을 포함할 수 있다. (2) 또는 이종 통신망은 동일한 통신 방식에 기반하지만 서로 커버리지가 상이한 두 개 이상의 통신망을 포함할 수 있다. 예컨대, 이종 통신망은 이동통신을 지원하는 매크로 셀, 마이크로 셀, 피코 셀, 펨토 셀 중 적어도 두 개 이상의 통신망을 포함할 수 있다.
이하 설명하는 기술은 전술한 이종 통신망에 위치하는 노드에 무선으로 전력을 공급한다. 노드는 통신망에서 정보를 전달하는 객체를 의미한다. 예컨대, 노드는 이동통신단말, IoT 기기, 센서, 차량 네트워크에서의 차량, 홈 네트워크에서의 가전 기기 등을 포함한다. 노드는 공통적으로 정보를 일정한 통신 방식을 통해 송신 및/또는 수신한다. 따라서 이하 노드를 통신기기라고 명명하고 설명한다.
이하 설명하는 기술은 수집 후 전송 기법(이하 HTT 기법이라고 명함)과 후방산란 통신 기법을 함께 사용한다. HTT 기법을 보완하는 후방산란 통신 기법은 바이스태틱 후방산란 통신(bistatic scatter radio) 기법 및/또는 엠비언트 후방산란 통신(ambient backscatter communication) 기법을 사용한다. 두 가지 후방산란 통신 기법을 간략하게 설명한다. (1) 바이스태틱 후방산란 통신은 종래 수동 RFID 시스템과 달리 에너지 공급을 위한 전용 발신기(carrier emitter)를 사용한다. 태그(tag)는 전용 발신기가 송신하는 반송파를 수신하고, 이를 에너지원으로 사용하여 자신의 정보를 리더기(reader)에 전달한다. 전용 발신기는 무변조 반송파를 전송할 수 있다. 바이스태틱 후방산란 통신은 전용 무변조 반송파를 사용하여 상당히 먼 거리(수십에서 수백 미터)에 정보를 전송할 수 있다. (2) 엠비언트 후방산란 통신 기법은 워싱턴대학 연구진이 2013년 개발한 무전력 통신 기법이다. 엠비언트 후방산란 통신 기법은 주변의 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집한다. 주변의 RF 신호는 방송 신호(TV 등), 이동통신 신호 등과 같이 일반적으로 변조된 RF 신호를 의미한다. 엠비언트 후방산란 통신 기법은 수집하는 에너지가 적기 때문에 매우 근거리(수미터)에서만 정보를 전송할 수 있다.
이하 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망에서의 구체적인 통신 기법을 설명한다. 도 1은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(100)을 도시한 예이다. 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(100)은 AP(110), 무변조 반송파 송신기(120) 및 통신기기(10)로 구성된다. 도 1은 통신기기(10)에 대한 예로 휴대 단말과 같은 기기를 도시하였다.
AP(110)는 무선 에너지를 전송하고, 또한 정보를 수신할 수 있는 듀얼 모드 AP에 해당한다. AP(110)는 하향링크로 통신기기가 에너지로 사용할 RF 신호를 송신하고, 통신기기로부터 상향링크로 정보가 포함된 패킷을 수신한다. AP(110)는 비교적 광범위 셀을 형성한다. AP(100)는 이동통신 기지국, 다른 무선통신 AP, 일정한 지역에 위치한 통신기기로부터 정보를 수집하는 게이트웨이 내지 라우터, IoT 게이트웨이 등 일 수 있다.
AP(110)는 기본적으로 HTT 기법을 통해 통신기기(10)로부터 정보를 수신한다. 도 1은 복수의 통신기기를 도시하였다. 설명을 위해 복수의 통신 기기 중 일부에 부호(10A 내지 10I)를 표시하였다. 통신기기 10A는 AP(110)가 하향링크로 전송하는 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집한다. HTT 기법에 따라 정보 전달을 할 수 있을 정도로 에너지를 수집하면 통신기기 10A는 자신에게 할당된 시간에 상향링크에서 AP(110)로 정보를 전송한다. AP(110)과 통신기기 10A 사이의 채널 정보를 활용하여 에너지 수집 시간과 정보 전송 시간을 최적화 할 수 있다. AP(110)는 복수의 통신기기에 대해 HTT 기법에 사용할 정보 전송 시간을 사전에 설정할 수 있다. 경우에 따라서는 정보 전송에 시간분할방식을 사용하지 않고, 통신기기 10A는 다른 채널이나 주파수로 정보를 AP(110)에 전송할 수도 있을 것이다. 이하 설명하는 기술은 통신기기가 정보를 AP에 전달하는 방식을 한정하지 않는다.
무변조 반송파 송신기(120)는 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 위해 무변조 반송파를 송신하는 장치이다. 도 1에서는 복수의 무변조 반송파 송신기(120A 내지 120C)를 도시하였다. 도 1은 무변조 반송파 송신기(120A 내지 120C)의 서비스 영역을 원으로 표시하였다. 무변조 반송파 송신기(120)는 통신기기에 에너지를 공급하는 전용 송신기일 수 있다. 또는 무변조 반송파 송신기(120)는 다른 통신에 사용하는 AP 장치일 수도 있다. 예컨대, 무변조 반송파 송신기(120)는 주로 구조물 내에서 사용하는 와이파이 AP 내지 라우터일 수 있다. 이때 와이파이 AP는 변조되지 않은 반송파를 전송해야 한다.
도 1에서는 무변조 반송파 송신기를 수신할 수 있는 지역에 존재하는 통신기기에서의 동작방식에 대해 설명한다. (1) 통신기기 10B는 무변조 반송파 송신기 120A로부터 무변조 반송파를 수신한다. 통신기기 10B는 수신한 무변조 반송파를 이용하여 에너지를 수집하고, 바이스태틱 후방산란 통신 기법으로 정보를 단일홉으로 AP(110)에 전송한다. (2) 반면, 통신기기 10C는 무변조 반송파 송신기 120B로부터 무변조 반송파를 수신하여 바이스태틱 후방산란 통신기법으로 AP(110)에 전달할 수 있음에도, 채널환경과 같은 요인에 따라 엠비언트 후방산란 기법을 사용해 통신기기 10D와 같은 주변에 존재하는 다른 통신기기들의 도움을 받는 다중홉 통신방식이 더 좋은 성능을 보일 수 있다. 이러한 경우, 통신기기 10C는 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 다른 통신기기 10D에 전달한다. 통신기기 10D는 HTT 기법을 이용하여 통신기기 10C로부터 전달받은 정보를 AP(110)에 전달할 수 있다. 최종적으로 이러한 경우 통신기기 10C 및 통신기기 10D는 다중홉 통신을 수행하게 된다. 따라서 이러한 무변조 반송파 신호를 수신할 수 있는 지역에 존재하는 통신기기에서 단일홉 바이스태틱 후방산란 통신 기법과 다중홉 엠비언트 후방산란 기법을 성능에 따라 선택할 수 있는 동작방식을 듀얼모드 동작으로 정의한다.
한편 무변조 반송파 송신기를 수신할 수 없는 지역에 존재하는 통신기기(10)는 주변의 RF 신호를 이용하여 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 전달할 수 있다. 도 1에서 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 전송하는 경로도 몇 가지 있을 수 있다. (1) 도 1에서 통신기기 10E, 통신기기 10F 및 통신기기 10G는 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 전달한다. 엠비언트 후방산란 통신 기법은 정보의 전송거리가 비교적 짧기 때문에 다중홉 방식을 사용할 수 있다. 통신기기 10E는 자신이 생성한 정보를 인접한 통신기기 10F에 전송하고, 통신기기 10F는 수신한 정보를 인접한 통신기기 10G에 전송하고, 최종적으로 통신기기 10G는 수신한 정보를 AP(110)에 전송한다. 엠비언트 후방산란 통신 기법도 통신기기가 주변의 RF 신호로 엠비언트 후방산란 통신 기법을 사용할 만큼의 에너지를 수집하는 것을 전제로 한다. 한편 통신기기 10E, 통신기기 10F 및 통신기기 10G는 AP(110)가 하향링크로 전송하는 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집할 수도 있다. 나아가 통신기기 10E, 통신기기 10F 및 통신기기 10G는 각 기기가 수신하는 다른 RF 신호를 이용할 수도 있다. 도 1에서는 방송용 신호를 송신하는 송신탑 내지 기지국(80)을 도시하였다. 통신기기 10E, 통신기기 10F 및 통신기기 10G는 송신탑(80)으로부터 TV 신호를 수신하여 에너지를 수집할 수도 있다. (2) 통신기기 10H는 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 자신이 생성한 정보를 인접한 통신기기 10I에 전송한다. 통신기기 10I는 무변조 반송파 송신기 120C로부터 무변조 반송파를 수신한다. 통신기기 10I는 수신한 무변조 반송파를 이용하여 에너지를 수집하고, 바이스태틱 후방산란 통신 기법으로 통신기기 10H로부터 수신한 정보를 AP(110)에 전송한다.
도 2는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망에서의 통신 계층 구조를 도시한 예이다. 통신 계층에서 상위 계층으로 올라갈수록 고속 전송이 가능하고, 면적이 넓을 수록 광역 서비스를 제공한다. 가장 상위계층인 HTT 기법은 고속으로 데이터를 전송하며, 중간 정도의 서비스 영역을 제공한다. 후방산란 통신 기법은 저속으로 데이터를 전송하며, 각각 제공하는 서비스 영역의 크기가 다르다. 바이스태틱 후방산란 통신 기법은 무변조 반송파를 이용하여 후방산란 통신을 수행하므로 변조신호를 사용하는 엠비언트 후방산란 통신 기법에 비해 전송거리를 늘릴 수 있어 상대적으로 원거리 서비스 영역을 제공한다. 엠비언트 후방산란 통신 기법은 앞서 언급된 기법들 가운데 가장 제한된 근거리 서비스를 제공한다. 따라서 엠비언트 후방산란 통신 기법을 사용할 경우 주변의 다른 노드들을 릴레이(relay)로 활용해 전송 거리를 확장할 수 있으며 다중 홉(multi-hop)으로 접속지점(AP)에 데이터를 전송해야 한다.
무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(100)은 우선적으로 HTT 기법(Primary Access)을 사용하여 정보를 전달할 수 있다. 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(100)은 HTT 기법의 중복 원근문제를 극복하기 위하여 후방산란 통신 기법(Secondary Access)을 추가적으로 사용한다.
바이스태틱 후방산란 통신 기법은 HTT 기법의 서비스 영역 축소 문제를 어느 정도 해결할 수 있다. 그러나 무변조 반송파 송신기(120)의 서비스 영역 밖에 위치한 통신기기들(10)은 여전히 HTT 기법을 사용해야 하므로 여전히 제한된 서비스 영역에서만 동작할 수 있다. 따라서 무변조 반송파 송신기(120)의 서비스 영역 내의 통신기기(10)뿐만 아니라 서비스 영역 밖의 통신기기(10)를 위한 기법이 동시에 고려되어야 한다.
엠비언트 후방산란 통신 기법은 AP(110)와 통신하는 우선 통신기기(Primary User)가 채널을 사용하고 있는 시간에도 간섭을 일으키지 않으면서 정보를 전송할 수 있는 장점이 있다. 다만 엠비언트 후방산란 통신 기법은 전송 거리가 상대적으로 짧아 사용에 상당한 제한이 따른다. 따라서 엠비언트 후방산란 통신 기법은 기본적으로 무변조 반송파 송신기(120)의 서비스 영역 밖에 있는 통신기기(10)들에서 사용할 수 있다. 다만 엠비언트 후방산란 통신 기법의 사용 여부가 반드시 통신기기(10)가 무변조 반송파 송신기(120)의 서비스 영역에 있는지에 따라 결정되어야 하는 것은 아니다. 경우에 따라서는 HTT 기법, 바이스태틱 후방산란 통신 기법 및 엠비언트 후방산란 통신 기법을 선택적으로 사용하여 정보를 효율적으로 전송할 수도 있다.
도 3은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 사용하는 IoT 서비스 시스템(200)에 대한 다른 예이다. 전술한 바와 같이 통신기기는 IoT 기기일 수 있다. IoT 기기는 각종 정보를 수집하는 센서 장치, 사용자가 착용한 웨어러블 기기, 네트워크에 연결되는 차량, 댁내의 가전 기기 등과 같이 다양하다. 도 3은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(100)에서 통신기기(10)가 IoT 기기인 경우에 대한 시나리오에 해당한다. 도 3에서 통신기기 20A 내지 20D는 온도를 수집하는 센서를 도시하였고, 통신기기 20E 내지 20H는 차량을 도시하였고, 통신기기 20I는 사용자의 휴대 단말을 도시하였다.
이종 통신망을 사용하는 IoT 서비스 시스템(200)은 IoT 기기인 통신기기(20)로부터 정보를 수집하는 게이트웨이(210), 무변조 반송파 송신기(220) 및 통신기기(20)를 포함한다.
게이트웨이(210)는 도 1의 AP(110)에 대응되는 장치이다. 게이트웨이(210)는 통신기기(20)로부터 정보를 수집하는 장치이면서 동시에 하향링크로 에너지 수집에 사용되는 RF 신호를 송신한다.
무변조 반송파 송신기(220)는 댁내의 와이파이 라우터이거나, 전용 송신기일 수 있다. 도 3에서 무변조 반송파 송신기 220B 및 220C는 와이파이 라우터를 예로 도시하였고, 무변조 반송파 송신기 220A는 에너지 보급을 위한 전용 송신기를 예로 도시하였다.
도 3에 도시한 통신기기(20)에 대한 정보 전달 과정을 설명한다. (1) 통신기기 20A는 게이트웨이(210)로부터 수신한 RF 신호를 이용하여 HTT 기법으로 정보를 게이트웨이(210)에 전송한다. (2) 통신기기 20B는 무변조 반송파 송신기 220A로부터 수신한 반송파를 이용하여 바이스태틱 후방산란 통신 기법으로 정보를 게이트웨이(210)에 전송한다. (3) 통신기기 20C는 무변조 반송파 송신기 220B로부터 반송파를 수신할 수 있음에도, 다른 통신기기 20D의 도움을 받는 다중홉 엠비언트 후방산란 통신 기법이 단일홉 바이스태틱 후방산란 기법보다 더 높은 처리량 성능을 보이기에, 정보를 통신기기 20D에 전달한다. (4) 통신기기 20E는 주변의 RF 신호를 이용하여 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 전달한다. 주변의 RF 신호를 게이트웨이가 송신한 RF 신호 또는 방송용 송신탑(80)에서 송신한 RF 신호 등일 수 있다. 통신기기 20E는 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 통신기기 20F 및 통신 기기 20G를 거쳐 게이트웨이(210)에 전달한다. (5) 통신기기 20H는 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 통신기기 20I에 전송한다. 통신기기 20I는 무변조 반송파 송신기 220C로부터 수신한 반송파를 이용하여 바이스태틱 후방산란 통신 기법으로 수신한 정보를 게이트웨이(210)에 전송한다.
도 4는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법(300)에 대한 순서도의 예이다. 통신기기는 수신한 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집한다(310). 통신기기는 AP가 에너지 수집 전용으로 송신하는 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집할 수 있다. 또한 통신기기가 무변조 반송파 송신기의 서비스 영역에 있다면 무변조 반송파 송신기가 전송하는 반송파를 이용하여 에너지를 수집할 수 있다. 나아가 통신기기는 주변의 다른 RF 신호를 이용하여 엠비언트 후방산란 통신을 위한 에너지를 수집할 수도 있다. 통신기기는 HTT 기법, 바이스태틱 후방산란 통신 기법 및 엠비언트 후방산란 통신 기법 각각을 위한 별도의 회로를 가질 수 있다. 나아가 통신기기는 각 기법에서 공통된 동작은 회로를 공유할 수 있다.
통신기기는 수집한 에너지의 양(Eh)이 HTT 기법을 사용할 수 있는 회로 에너지(ECH) 이상인지 확인한다(320). ECH는 일정한 임계값이다. Eh가 ECH 이상(320의 Yes)이라면 통신기기는 HTT (Primary Access) 기반으로 정보를 AP에 전송한다(330). 통신기기가 전달하는 정보는 직접 생성한 정보이거나, 다른 통신기기로부터 전달받은 정보이다.
Eh 가 ECH 미만(320의 No)이라면 통신기기는 현재 무변조 반송파를 수신하는지 확인한다(340). 예컨대, 통신기기는 수신하는 무변조 반송파 신호의 전력(PR,C)이 특정한 기준값(POUT) 이상인지 여부를 판단할 수 있다(340). PR,C이 POUT 이상이라면 통신 기기는 정상적인 무변조 반송파를 수신하였다고 판단할 수 있다. PR,C이 POUT 이상(340의 Yes)인 경우 통신기기는 수집한 에너지의 양(Eh)이 바이스태틱 후방산란 기법을 사용할 수 있는 회로 에너지(ECB,B) 이상인지 확인한다(350). ECB,B는 일정한 임계값이다. Eh가 ECB,B 이상(350의 Yes)이라면 통신기기는 바이스태틱 후방산란 기법을 이용하여 정보를 전송한다(360). 통신기기는 바이스태틱 후방산란 기법(Secondary Access)을 이용하여 정보를 AP에 전달할 수 있다. 통신기기가 전달하는 정보는 직접 생성한 정보이거나, 다른 통신기기로부터 전달받은 정보이다.
PR,C이 POUT 미만(340의 No)인 경우 또는 Eh가 ECB,B 미만(350의 No)인 경우 통신기기는 수집한 에너지의 양(Eh)이 엠비언트 후방산란 기법을 사용할 수 있는 회로 에너지(ECB,A) 이상인지 확인한다(370). ECB,A는 일정한 임계값이다. Eh가 ECB,A 이상(370의 Yes)이라면 통신기기는 엠비언트 후방산란 기법(Secondary Access)을 이용하여 정보를 전송한다(380). 통신기기는 엠비언트 후방산란 기법을 이용하여 정보를 AP에 전달할 수 있다. 통신기기는 다중홉 방식으로 다른 통신기기를 경유하여 정보를 AP에 전달할 수 있다. 이때 경유 경로에 있는 통신기기는 엠비언트 후방산란 기법, 바이스태틱 후방산란 기법 또는 HTT 기법 중 어느 하나를 사용하여 정보를 중계할 수 있다.
무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서 통신을 수행하는 과정은 통신기기가 수신하는 신호에 따라 달라진다. 통신기기가 무변조 반송파를 수신하지 못하는 위치에 있다면 HTT 기법 및 엠비언트 후방산란 통신 기법만을 이용할 수 있다. 통신기기가 무변조 반송파를 수신할 수 있는 위치에 있다면 HTT 기법, 바이스태틱 후방산란 통신 기법 및 엠비언트 후방산란 통신 기법을 사용할 수 있다.
무변조 반송파 송신기는 일반적으로 실내에 배치된다. 이 경우 통신기기가 실외(outdoor)에 있는지 또는 실내(indoor)에 있는지에 따라 동작이 달라질 수 있다. 다만 무변조 반송파 송신기가 반드시 실내에만 배치되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 차량 네트워크 같은 경우 도로를 주행하는 차량에 신호를 전송해야 하므로 도로변이나 건물 외부에 무변조 반송파 송신기가 배치될 수도 있다. 따라서 이하 통신기기가 무변조 반송파 송신기의 서비스 영역에 있는 경우와 그렇지 않은 경우를 구분하여 설명한다.
도 5는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서 통신을 수행하는 예이다. 도 5는 통신기기가 무변조 반송파 송신기의 서비스 영역 밖에 있는 경우이다. 도 5는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(400)을 도시한다. 점선 원은 AP(410)의 서비스 영역을 나타낸다. 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(400)은 AP(410) 및 통신기기(30)를 포함한다. 도 5는 복수의 통신기기(30A 내지 30F)를 도시한다.
통신기기(30)가 HTT 기법을 사용할 수 있을만큼 에너지를 수집하였다면, 기본적으로 HTT 기법을 이용하여 정보를 AP(410)에 전송한다. 통신기기 30A는 HTT 기법을 사용할만큼 에너지를 수집하였고, 이에 HTT 기법을 이용하여 정보를 AP(410)에 전송한다. 통신기기 30A는 다른 우선 통신기기가 채널을 사용하지 않은 휴지 기간에 채널을 사용하여 정보를 AP(410)에 전송할 수 있다.
통신기기가 AP(410)와 근거리에 인접해 있고 엠비언트 후방산란 기법을 사용할 수 있을 만큼 에너지를 수집했다면 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 정보를 AP(410)에 전송할 수 도 있다. 통신기기 30B는 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 정보를 AP(410)에 전송한다. 통신기기 30B는 AP(410)가 송신한 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집하였다. (1) 통신기기 30B는 HTT 기법을 수집한 만큼 에너지를 수집하지 못하였으나 엠비언트 후방산란 기법을 사용할 수 있을 만큼 에너지를 수집하여 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 정보를 전송할 수 있다. (2) 또는 통신기기 30B가 HTT 기법을 사용할 수 있을 만큼 에너지를 수집하였더라도 AP(410)와 자신의 거리가 엠비언트 후방산란 기법으로 정보를 전송할 수 있는 거리인지 판단할 수 있다. 이 경우 통신기기 30B는 HTT 기법을 사용하지 않고 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 에너지를 절약할 수도 있다.
통신기기가 엠비언트 후방산란 기법으로 AP(410)에 직접 정보를 전송할 수 없는 거리에 위치한 경우 다른 통신기기를 중계기로 활용하여 정보를 전송할 수 있다. 도 5는 통신기기 30C가 정보를 전송하는 두 가지 경로를 예로 도시하였다. (1) 먼저 통신기기 30C는 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 통신기기 30D 및 통신기기 30E를 경유하여 AP(410)에 정보를 전송할 수 있다(①로 표시한 경로). 통신기기 30C는 방송용 송신탑(80)이 송신한 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집한다. 통신기기 30D 및 통신기기 30E는 AP(410)이 전송한 RF 신호 또는 방송용 송신탑(80)이 송신한 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집할 수 있다. (2) 통신기기 30C는 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 통신기기 30D 및 통신기기 30F를 경유하여 AP(410)에 정보를 전송할 수 있다(②로 표시한 경로). 통신기기 30D는 엠비언트 후방산란 기법으로 정보를 통신기기 30F에 전송한다. 통신기기 30F는 HTT 기법을 사용할 수 있을 만큼 에너지를 수집한 상태이다. 따라서 통신기기 30F는 HTT 기법으로 수신한 정보를 AP(410)에 전송한다.
도 6은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서 통신을 수행하는 다른 예이다. 도 6은 통신기기가 무변조 반송파 송신기의 서비스 영역 내에 있는 경우이다. 도 6은 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(500)을 도시한다. 점선 원은 AP(510)의 서비스 영역을 나타낸다. 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템(500)은 AP(510), 무변조 반송파 송신기(520) 및 통신기기(40)를 포함한다. 도 5는 복수의 통신기기(40A 내지 40I) 및 복수의 무변조 반송파 송신기(520A 내지 520E)를 도시한다.
무변조 반송파 송신기의 서비스 영역에 있는 통신기기(40A 등)의 듀얼모드 동작을 중심으로 설명한다.
통신기기 40A는 무변조 반송파 송신기 520A의 서비스 영역에 위치한다. 통신기기 40A가 HTT 기법 또는 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 사용할 수 있을만큼 에너지를 수집하였다고 가정한다. 이 경우 통신기기 40A는 두 기법을 단위 시간 동안 순차적으로 사용하여 다른 우선 통신기기(PU)가 사용하는 채널에 대한 의존성을 낮출 수 있다. 또는 에너지가 충분하지 않다면 통신기기 40A는 선택적으로 두 기법 중 사용 가능한 기법을 사용하여 정보를 AP(510)에 전송할 수 있다.
통신기기 40B는 무변조 반송파 송신기 520B의 서비스 영역에 위치한다. 통신기기 40B는 무변조 반송파 송신기 520B로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 에너지를 수집한다. (1) 통신기기 40B는 엠비언트 후방산란 통신 기법을 사용하여 정보를 다른 통신기기 40C에 전송할 수 있다. 통신기기 40C는 HTT 기법을 사용하여 수신한 정보를 AP(510)에 전송한다. (2) 통신기기 40B는 엠비언트 후방산란 통신 기법을 사용하여 정보를 다른 통신기기 40D에 전송할 수 있다. 통신기기 40A와 40B의 동작은 듀얼모드 동작을 보여준다.
한편 바이스태틱 후방산란 통신 기법이 도 2에서 설명한 바와 같이 서비스 영역이 AP(510)보다 넓을 수 있다. 통신기기 40E는 AP(510)의 서비스 영역을 벗어난 영역에 위치한다. 통신기기 40E는 무변조 반송파 송신기 520D의 서비스 영역에 위치한다. 통신기기 40E는 무변조 반송파 송신기 520D로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 에너지를 수집한다. 통신기기 40E는 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 사용하여 정보를 AP(510)에 전송한다.
통신기기 40F는 AP(510)의 서비스 영역 밖에 위치한다. 통신기기 40F는 방송용 송신탑(80)에서 전송하는 RF 신호를 이용하여 에너지를 수집한다. 통신기기 40F는 엠비언트 후방산란 기법을 사용하여 수신한 정보를 다른 통신기기 40G에 전송한다. 통신기기 40G는 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 사용하여 수신한 정보를 AP(510)에 전송한다.
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
10 : 통신기기
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H, 10I : 통신기기
20 : 통신기기
20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20I : 통신기기
30 : 통신기기
30A, 30B, 30C, 30D, 30E : 통신기기
40 : 통신기기
40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 40G, 40H, 40I : 통신기기
80 : 변조 반송파 송신기
100 : 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템
200 : 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템
300 : 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템
400 : 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템
500 : 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망을 구성하는 시스템

Claims (20)

  1. 통신기기가 AP가 하향링크로 송신하는 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 이용하여 수집한 제1 에너지가 제1 임계값 이상인지 확인하는 단계;
    상기 통신기기가 송신기로부터 무변조 반송파를 수신하는지 확인하는 단계;
    상기 통신기기가 상기 무변조 반송파를 수신한다면 상기 무변조 반송파를 이용하여 수집한 제2 에너지가 제2 임계값 이상인지 확인하는 단계;
    상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 이상인 경우 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계; 및
    상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계를 포함하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 상기 제1 에너지가 상기 제1 임계값 이상인 경우 수집 후 전송(HTT) 기법에 기반하여 상향링크로 정보를 상기 AP에 송신하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 와이파이 AP로부터 상기 무변조 반송파를 수신하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 상기 제1 에너지가 상기 제1 임계값 이상이면서 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 이상인 경우, 상기 제1 에너지를 이용한 수집 후 전송(HTT) 기법 또는 상기 제2 에너지를 이용한 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법 중 적어도 하나를 사용하여 상기 정보를 상기 AP에 전달하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통신기기는 일정한 단위 시간 간격으로 상기 수집 후 전송 기법과 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 번갈아 사용하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 수신하는 상기 무변조 반송파의 세기가 기준값 이상인 경우에 상기 무변조 반송파를 수신한다고 판단하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 상기 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 기준 거리 내에 위치한 다른 통신기기에 전달하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 전달하는 적어도 하나의 다른 통신기기를 경유하여 상기 정보를 상기 AP에 전달하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 통신기기는 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 또 다른 통신기기에 전달하고, 상기 또 다른 통신기기는 상기 RF 신호를 이용한 수집 후 전송(HTT) 기법 또는 무변조 반송파를 이용한 바이스태틱 후방산란 통신 기법 중 적어도 하나를 사용하여 상기 정보를 상기 AP에 전달하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통신기기는 상기 RF 신호 또는 다른 RF 신호를 이용하여 상기 엠비언트 후방산란 통신을 수행하는 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법.
  11. 통신기기에서 수집 후 전송(HTT) 기법에 사용하는 에너지 원인 RF 신호를 하향링크로 송신하고, 상기 통신 기기로부터 정보를 수신하는 AP 장치; 및
    상기 AP 장치보다 작은 커버리지를 갖고, 상기 통신 기기가 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법에 사용하는 에너지 원인 무변조 반송파를 송신하는 송신기를 포함하되,
    상기 AP 장치는 상기 통신 기기가 상기 수집후 전송 기법을 사용할 수 있는 에너지를 수집한 경우 상기 수집후 전송 기법을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 통신 기기가 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 사용할 수 있는 에너지를 수집한 경우 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 통신 기기가 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법을 사용할 수 있는 에너지를 수집한 경우 상기 엠비언트 후방산란 통신 기법을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신하는 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 AP 장치는 하향링크로 에너지 하비스팅을 위한 RF 신호를 송신하고, 상향링크로 정보를 포함하는 패킷을 수신하는 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 AP 장치는 상기 수집 후 전송 기법에 따라 상기 통신 기기에 할당된 시간 또는 상기 통신 기기에 할당된 채널을 통해 상기 통신 기기로부터 상기 정보를 수신하는 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 송신기는 와이파이 AP인 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 통신 기기는 상기 통신 기기에 인접한 다른 통신 기기로부터 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 수신하는 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 AP는 상기 통신 기기가 상기 수집후 전송 기법, 상기 바이스태틱 후방산란 통신 기법 및 상기 엠비언트 후방산란 통신 기법 중 적어도 두 가지 기법을 사용할 수 있는 경우 상기 정보를 전달하는데 사용할 기법을 결정하는 규칙을 포함하는 제어 정보를 상기 통신 기기에 전달하는 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템.
  17. 통신기기가 송신기로부터 무변조 반송파를 수신하는지 확인하는 단계;
    상기 통신기기가 상기 무변조 반송파를 수신한다면 상기 무변조 반송파를 이용하여 수집한 에너지가 임계값 이상인지 확인하는 단계;
    상기 통신기기가 상기 에너지가 상기 임계값 이상인 경우 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법으로 정보를 AP에 전달하는 단계; 및
    상기 통신기기가 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트(ambient) 후방산란 통신 기법으로 정보를 상기 AP에 전달하는 단계를 포함하는 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 통신기기는 와이파이 AP로부터 상기 무변조 반송파를 수신하는 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 통신기기는 상기 제2 에너지가 상기 제2 임계값 미만인 경우 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 기준 거리 내에 위치한 다른 통신기기에 전달하는 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 다른 통신기기는 바이스태틱(bistatic) 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 상기 AP에 전달하거나, 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 상기 AP에 전달하거나, 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 상기 정보를 또 다른 통신 기기에 전달하는 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법.
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