KR20200080777A - Method and system for communication between sensor nodes of battery-free - Google Patents

Method and system for communication between sensor nodes of battery-free Download PDF

Info

Publication number
KR20200080777A
KR20200080777A KR1020180170579A KR20180170579A KR20200080777A KR 20200080777 A KR20200080777 A KR 20200080777A KR 1020180170579 A KR1020180170579 A KR 1020180170579A KR 20180170579 A KR20180170579 A KR 20180170579A KR 20200080777 A KR20200080777 A KR 20200080777A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor node
signal
phase
battery
sensor
Prior art date
Application number
KR1020180170579A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102171292B1 (en
Inventor
김동인
심이삭
황유민
김진영
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020180170579A priority Critical patent/KR102171292B1/en
Publication of KR20200080777A publication Critical patent/KR20200080777A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102171292B1 publication Critical patent/KR102171292B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/361—Modulation using a single or unspecified number of carriers, e.g. with separate stages of phase and amplitude modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/362—Modulation using more than one carrier, e.g. with quadrature carriers, separately amplitude modulated
    • H04L27/364—Arrangements for overcoming imperfections in the modulator, e.g. quadrature error or unbalanced I and Q levels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/38—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/3845—Demodulator circuits; Receiver circuits using non - coherent demodulation, i.e. not using a phase synchronous carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

The present invention relates to a communication method between battery-free sensor nodes and a system thereof. According to an embodiment of the present invention, a communication method between a battery-free first sensor node and a battery-free second sensor node comprises the steps of: receiving, by the first sensor node, a feedback signal including an amplitude difference between a signal from a signal generator and a signal from the second sensor node; comparing, by the first sensor node, the amplitude difference with a preset threshold and determining whether phase cancellation has occurred; when phase cancellation occurs, calculating a phase delay value by the first sensor node; and after delaying the first sensor node by the phase delay value, transmitting a signal to the second sensor node by the first sensor node.

Description

무전지 센서노드간 통신 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR COMMUNICATION BETWEEN SENSOR NODES OF BATTERY-FREE}METHOD AND SYSTEM FOR COMMUNICATION BETWEEN SENSOR NODES OF BATTERY-FREE}

본 발명은 무전지 센서노드간 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로, 무전지 센서노드간 통신 시스템에서 위상 소거 문제를 극복하고, 데이터 전송률 증대 및 무선 에너지 하비스팅 수행 능력을 개선시킬 수 있는 무전지 센서노드간 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method and system for communication between sensorless sensor nodes, which overcomes the phase cancellation problem in the communication system between sensorless sensor nodes, and improves data transmission rate and improves the ability to perform wireless energy harvesting. It relates to an inter-communication method and system.

현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 자신이 원하는 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라 최근 IoT(Internet of Things) 기술로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 하나로 네트워크화 되고 있다.For many people living in modern times, portable digital communication devices have become an essential element. Consumers want to be provided with various high-quality services they want anytime, anywhere. In addition, due to the recent Internet of Things (IoT) technology, various sensors, home appliances, and communication devices existing in our lives have been networked as one.

이러한 각종 센서들 중 태그 간 통신 시스템에서 송신 태그는 Carrier Emitter로부터의 신호를 수신하면 이를 변조와 함께 반사함으로서(후방 산란 변조) 정보를 송신한다. 그런데 수신 태그에서 수신된 신호는 Carrier Emitter 및 송신 태그에 의해 송신된 신호와 중첩되기 때문에 신호의 크기에 상쇄를 일으켜 포락선 검출기(Envelope Dector)에서의 복조에서 복조 오류를 일으키는 문제, 즉, 위상 소거(phase cancellation) 문제가 발생한다. In a communication system between tags among these various sensors, a transmission tag transmits information by receiving a signal from a carrier emitter and reflecting it with modulation (reverse scattering modulation). However, since the signal received from the reception tag overlaps with the signal transmitted by the carrier emitter and the transmission tag, it causes a difference in the size of the signal, causing a demodulation error in demodulation in the envelope detector, that is, phase cancellation ( phase cancellation).

이러한 위상 소거 문제는 모든 태그 간 통신 시스템에 존재하며, 신뢰성 및 통신 범위에 큰 영향을 미치기 때문에, 태그 간 통신 시스템에서 위상 소거 문제를 해결할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. Since such a phase cancellation problem exists in all tag-to-tag communication systems and greatly affects reliability and communication range, it is required to develop a technology capable of solving the phase cancellation problem in a tag-to-tag communication system.

이와 관련 선행기술로는 대한민국공개특허 제10-2016-0036279호(발명의 명칭: 주파수 공유 인지 무선 네트워크에서 이차 사용자의 중계기가 에너지 하베스팅하여 이차 사용자의 정보를 중계하는 시스템)가 있다.Prior art related to this is Korean Patent Publication No. 10-2016-0036279 (invention name: a system for relaying secondary user information by energy harvesting by a secondary user repeater in a frequency sharing cognitive wireless network).

본 발명의 목적은 위상 소거 문제를 극복하고 태그 간 통신 네트워크에서의 데이터 전송률 증대, 무선 에너지 하비스팅 수행 능력 개선을 위한 무전지 센서노드간 통신 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a communication method and a system between cell-less sensor nodes to overcome a phase cancellation problem, to increase a data transmission rate in a tag-to-tag communication network, and to improve wireless energy harvesting capability.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 무전지 센서노드간 통신 방법은, 무전지(battery-free)의 제1 센서노드와 제2 센서노드간 통신 방법에 있어서, 상기 제1 센서노드가 신호 발생기로부터의 신호와 제2 센서노드로부터의 신호 간의 진폭 차가 포함된 피드백 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 센서노드가 상기 진폭 차를 기 설정된 임계값과 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단하는 단계, 상기 제1 센서노드는, 위상 소거가 발생한 경우, 위상 지연 값을 산출하는 단계, 상기 제1 센서노는 상기 위상 지연 값만큼 지연시킨 후, 상기 제2 센서노드로 신호를 송신하는 단계를 포함한다. In a communication method between a battery-free sensor node according to an embodiment of the present invention, in a communication method between a battery-free first sensor node and a second sensor node, the first sensor node is transmitted from a signal generator. Receiving a feedback signal including an amplitude difference between a signal and a signal from the second sensor node, and comparing the amplitude difference with a predetermined threshold by the first sensor node to determine whether phase cancellation has occurred, the first The first sensor node includes calculating a phase delay value when phase cancellation occurs, and transmitting the signal to the second sensor node after delaying the first sensor node by the phase delay value.

바람직하게는, 상기 피드백 신호를 수신하는 단계 이전에, 상기 제1 센서노드는 상기 신호 발생기가 브로드캐스팅한 무선신호를 에너지 하비스팅하여 전력을 충전하고, 상기 충전된 전력으로 후방산란 신호를 변조하여, 제2 센서노드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. Preferably, prior to the step of receiving the feedback signal, the first sensor node energy-harvests the wireless signal broadcast by the signal generator to charge power, and modulates a backscattered signal with the charged power. , It may further include the step of transmitting to the second sensor node.

바람직하게는, 상기 위상 지연 값은 위상 지연 시간(td)이고, 아래 기재된 수학식으로 산출할 수 있다. Preferably, the phase delay value is a phase delay time (t d ), and can be calculated by the following equation.

[수학식][Mathematics]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, f는 전송된 신호의 중심 주파수, n은 자연수,

Figure pat00002
는 센서노드의 다른 하드웨어에 의해 유도되는 위상 변화로 기 설정된 값임.Here, f is the center frequency of the transmitted signal, n is a natural number,
Figure pat00002
Is a phase change induced by other hardware of the sensor node and is a preset value.

본 발명의 다른 실시예에 따른 무전지 센서노드간 통신 방법은, 무전지(battery-free)의 제1 센서노드와 제2 센서노드간 통신 방법에 있어서, 상기 제2 센서노드는 신호 발생기로부터 브로드캐스팅된 무선신호와 제2 센서로부터 전송된 후방산란 변조 신호를 수신하는 단계, 상기 제2 센서노드는, 상기 무선신호와 상기 후방산란 변조 신호간의 진폭의 차를 산출하는 단계, 상기 제2 센서노드는 상기 진폭의 차를 포함하는 피드백 신호를 상기 제2 센서노드로 전송하는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a method for communicating between a battery-free sensor node includes: a battery-free communication method between a first sensor node and a second sensor node, wherein the second sensor node is broadcast from a signal generator. Receiving a cast radio signal and a backscatter modulated signal transmitted from a second sensor, the second sensor node calculating a difference in amplitude between the radio signal and the backscatter modulated signal, and the second sensor node Includes transmitting a feedback signal including the difference in amplitude to the second sensor node.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전지 센서노드간 통신 방법은, 무전지(battery-free)의 제1 센서노드와 제2 센서노드간 통신 방법에 있어서, 상기 제1 센서노드는 신호 발생기가 브로드캐스팅한 무선신호를 에너지 하비스팅하여 전력을 충전하고, 상기 충전된 전력으로 후방산란 신호를 변조하여, 제2 센서노드로 전송하는 단계, 상기 제2 센서노드는 상기 신호 발생기로부터 브로드캐스팅된 무선신호와 제2 센서로부터 전송된 후방산란 변조 신호간의 진폭의 차를 산출하고, 진폭 차를 포함하는 피드백 신호를 상기 제1 센서노드로 전송하는 단계, 상기 제1 센서노드는 상기 진폭 차를 기 설정된 임계값과 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단하는 단계, 상기 제1 센서노드는, 위상 소거가 발생한 경우, 위상 지연 값을 산출하고, 상기 위상 지연 값만큼 지연시킨 후, 상기 제2 센서노드로 신호를 송신하는 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a method for communicating between a battery-less sensor node includes a battery-free communication method between a first sensor node and a second sensor node, wherein the first sensor node is a signal generator. Energy harvesting the broadcast wireless signal to charge power, modulating a backscattered signal with the charged power, and transmitting the second sensor node to the second sensor node, wherein the second sensor node is broadcast from the signal generator Calculating a difference in amplitude between a signal and a backscattered modulated signal transmitted from a second sensor, and transmitting a feedback signal including an amplitude difference to the first sensor node, wherein the first sensor node sets the amplitude difference Comparing with a threshold, determining whether phase cancellation occurs, the first sensor node calculates a phase delay value when phase cancellation occurs, delays the phase delay value, and then delays the phase to the second sensor node. And transmitting a signal.

본 발명의 다른 실시예에 따른 무전지 센서노드는 외부 장치로부터 송출되는 무선신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하는 무전지(battery-free)의 센서노드에 있어서, 상기 축적된 에너지로 후방산란 신호를 변조하여 다른 무전지의 센서노드로 전송하는 변조부, 상기 다른 무전지의 센서노드로부터 상기 무선신호와 상기 후방산란 변조 신호 간의 진폭 차를 포함하는 피드백 신호가 수신된 경우, 상기 진폭 차를 기 설정된 임계값과 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단하고, 위상 소거가 발생한 경우, 위상 지연 값을 산출하는 MCU, 상기 위상 지연 값만큼 지연시킨 후, 상기 다른 무전지의 센서노드로 신호를 송신하는 위상 지연부를 포함한다. A battery-free sensor node according to another embodiment of the present invention is a battery-free sensor node that accumulates energy by energy harvesting a wireless signal transmitted from an external device, and a backscattering signal is used as the accumulated energy. Modulator for modulating and transmitting to a sensor node of another battery cell, when a feedback signal including an amplitude difference between the radio signal and the backscattered modulation signal is received from the sensor node of the other battery cell, determine the amplitude difference Comparing with the set threshold, determining whether phase cancellation has occurred, and when phase cancellation occurs, the MCU that calculates the phase delay value, delays by the phase delay value, and then transmits a signal to the sensor node of the other battery cell. It includes a phase delay unit.

바람직하게는, 상기 센서노드가 상기 센서노드로부터 신호를 수신하는 수신측으로 동작하는 경우, 상기 다른 무전지의 센서노드로부터 전송된 신호를 복조하는 복조부를 더 포함하고, 상기 MCU는 상기 무선신호와 상기 후방산란 변조 신호간의 진폭의 차를 산출하고, 상기 진폭 차를 포함하는 피드백 신호를 상기 센서노드로 전송할 수 있다. Preferably, when the sensor node operates as a receiving side that receives a signal from the sensor node, and further includes a demodulator demodulating the signal transmitted from the sensor node of the other battery, the MCU is the wireless signal and the A difference in amplitude between backscattered modulated signals may be calculated, and a feedback signal including the difference in amplitude may be transmitted to the sensor node.

본 발명에 따르면, 위상 소거 문제를 완화하기 위해 최적의 위상 값을 수학적으로 도출하고, 최적의 위상을 현실적으로 구현할 수 있는 알고리즘을 제시함으로써, 태그 간 통신 네트워크의 데이터 전송률 및 무선 에너지 하비스팅 속도를 개선시킬 수 있다. According to the present invention, in order to alleviate the phase cancellation problem, an optimal phase value is mathematically derived, and an algorithm capable of realistically implementing the optimal phase is proposed to improve the data transmission rate and wireless energy harvesting speed of the communication network between tags. I can do it.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다. Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within a range obvious to those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 소거가 가능한 무전지 센서노드간 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 소거 페이저 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정보 신호를 수신한 경우, 위상차의 최적 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 에너지 하베스팅 신호를 수신한 경우, 위상차의 최적 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서노드가 최대 진폭 효율로 신호를 전송하는 페이저 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 지연부의 여부에 따른 수신 신호의 진폭을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변화 제어(Phase Rotation Control (PRC)) 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 제어 알고리즘이 시간과 각 태그에서 어떻게 작동하는지 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드간 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그가 정보신호를 전송한 경우, 수신 신호의 진폭 차를 시뮬레이션 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 PRC 알고리즘을 적용 여부에 따른 수신 신호의 진폭의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a view for explaining a communication system between the battery-less sensor nodes capable of phase cancellation according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a phase cancellation phaser diagram according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a method of calculating an optimum value of a phase difference when an information signal according to an embodiment of the present invention is received.
4 is a view for explaining a method of calculating an optimum value of a phase difference when an energy harvesting signal according to an embodiment of the present invention is received.
5 shows a phasor diagram in which a first sensor node transmits a signal with maximum amplitude efficiency according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph for explaining the amplitude of the received signal depending on whether or not the phase delay unit according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a phase change control (Phase Rotation Control (PRC)) method according to an embodiment of the present invention.
8 is a phase rotation control according to an embodiment of the present invention This diagram shows how the algorithm works with time and each tag.
9 is a block diagram illustrating the configuration of a sensor node according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a communication method between sensor nodes according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph illustrating a simulation of an amplitude difference of a received signal when a tag according to an embodiment of the present invention transmits an information signal.
12 is a graph showing a simulation result of amplitude of a received signal according to whether a PRC algorithm is applied according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B can be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 소거가 가능한 무전지 센서노드간 통신 시스템을 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 소거 페이저 다이어그램을 나타낸 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정보 신호를 수신한 경우, 위상차의 최적 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 에너지 하베스팅 신호를 수신한 경우, 위상차의 최적 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서노드가 최대 진폭 효율로 신호를 전송하는 페이저 다이어그램, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 지연부의 여부에 따른 수신 신호의 진폭을 설명하기 위한 그래프이다. 1 is a view for explaining a communication system between a cell sensor node capable of phase cancellation according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a phase cancellation phaser diagram according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is When an information signal according to an embodiment of the present invention is received, a diagram for explaining a method for calculating an optimum value of a phase difference, FIG. 4 is a phase difference when an energy harvesting signal according to an embodiment of the present invention is received Figure 5 is a diagram for explaining a method for calculating an optimal value of the first sensor node according to an embodiment of the present invention, a phasor diagram for transmitting a signal with maximum amplitude efficiency, Figure 6 is an embodiment of the present invention It is a graph for explaining the amplitude of the received signal depending on whether or not the phase delay unit.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 소거가 가능한 무전지 센서노드간 통신 시스템은 신호 발생기(100), 제1 센서노드(200a), 제2 센서노드(200b)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a communication system between a batteryless sensor nodes capable of phase cancellation according to an embodiment of the present invention includes a signal generator 100, a first sensor node 200a, and a second sensor node 200b. .

신호 발생기(100)는 정보 없는 무선 신호를 브로드캐스팅하여 송출할 수 있다. The signal generator 100 may broadcast and transmit a wireless signal without information.

제1 센서 노드(200a) 및 제2 센서 노드(200b)는 별도의 전원 공급 장치(배터리)가 존재하지 않는 무전지(battery-free)의 장치로, 신호 발생기(100)로부터 무선 신호를 수신하여 이를 에너지 하베스팅(energy harvesting), 즉 수신된 무선 신호를 이용하여 소량의 에너지를 충전하여 동작할 수 있는 장치를 의미한다. The first sensor node 200a and the second sensor node 200b are battery-free devices that do not have separate power supplies (batteries) and receive radio signals from the signal generator 100. This means energy harvesting, that is, a device that can operate by charging a small amount of energy using a received wireless signal.

구체적으로, 센서 노드(200)는 신호 발생기(100)로부터 송출되는 무선 신호를 흡수하거나 반사할 수 있으며, 수신한 RF 신호를 이용하여 후방산란 통신 기법으로 정보를 전달할 수 있다. 즉, 센서 노드(200)는 비활성 상태(Idle State)에서는 신호 발생기(100)로부터 송출되는 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하고, 충분한 양의 에너지가 모이게 되면, 활성 상태(Active State)로 전환되어 후방산란 신호를 변조하여 제2 센서노드로 송신한다. Specifically, the sensor node 200 may absorb or reflect a radio signal transmitted from the signal generator 100, and may transmit information using a backscattered communication technique using the received RF signal. That is, in the inactive state (Idle State), the sensor node 200 energy harvests the RF signal transmitted from the signal generator 100 to accumulate energy, and when a sufficient amount of energy is collected, the sensor node 200 enters an active state. It is converted and modulates the backscattered signal and transmits it to the second sensor node.

즉, 센서 노드(200)는 신호 발생기(100)로부터 무선 신호를 수신하여 이를 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)에 이용한다. 여기서 에너지 하베스팅이란 배터리를 포함하지 않는 센서 노드(200)가 수신된 전파를 이용하여 소량의 에너지를 충전하는 기술을 의미한다. 신호 발생기(100)로부터 브로드캐스팅된 무선 신호는 센서 노드(200)에서는 인식할 수 없는 신호로서, 센서 노드(200)는 신호 발생기(100)에서 전송된 무선 신호를 충전용으로 사용한다. 그리고, 센서노드(200)는 충분한 양의 에너지가 모이게 되면, 후방산란 신호를 변조하여 송신한다. That is, the sensor node 200 receives a wireless signal from the signal generator 100 and uses it for energy harvesting. Here, energy harvesting refers to a technique in which a sensor node 200 that does not include a battery charges a small amount of energy using received radio waves. The wireless signal broadcast from the signal generator 100 is a signal that cannot be recognized by the sensor node 200, and the sensor node 200 uses the wireless signal transmitted from the signal generator 100 for charging. Then, when a sufficient amount of energy is collected, the sensor node 200 modulates and transmits a backscattering signal.

상술한 바와 같이 센서노드(200)는 신호 발생기(100)로부터 송출된 신호를 이용하여 에너지 하비스팅 하거나 후방산란을 위한 반송파로 활용할 수 있다.As described above, the sensor node 200 may use the signal transmitted from the signal generator 100 to energy harvest or use it as a carrier for backscattering.

이러한 센서 노드(200)는 태그, 초소형 센서 장치 또는 IoT 장치 또는 웨어러블 디바이스와 같이 전원 공급이 어려운 초소형 장치 혹은 휴대형 장치일 수 있다. 바람직하게는 센서 노드(200)는 수동형으로서 무전력 센서 노드이고, 태그 형태로 구현될 수 있으며, 태그 등과 같이 별도의 전원 공급 장치(배터리)가 존재하지 않는 무(無) 전지의 수동형 태그(Passive Tag)일 수 있다.The sensor node 200 may be a small device or a portable device that is difficult to supply power, such as a tag, a small sensor device, an IoT device, or a wearable device. Preferably, the sensor node 200 is a passive, non-powered sensor node, and may be implemented in the form of a tag, and a passive tag of a battery without a separate power supply (battery) such as a tag is used. Tag).

이하에서는 설명의 편의를 위해, 신호 발생기(100)로부터의 무선신호를 반사시켜 후방산란으로 정보를 전송하는 센서노드를 제1 센서노드(200a), 후방산란된 신호를 수신하는 센서 노드를 제2 센서노드(200b)로 칭하여 설명하기로 한다. Hereinafter, for convenience of description, a sensor node that reflects a radio signal from the signal generator 100 and transmits information through backscattering is a first sensor node 200a, and a sensor node that receives backscattered signals is second. The sensor node 200b will be referred to as a description.

제1 센서노드(200a)는 신호 발생기(100)로부터 수신되는 무선 신호를 복조하는 능력이 없지만 무선 신호를 반사시키는 백스캐터링(backscattering; 후방 산란) 기술을 이용하여 자신의 정보를 제2 센서 노드(200b)로 전달할 수 있다. 백스캐터 기술은 안테나의 반사량 조절을 이용한다. 예를 들어, 제1 센서노드(200a)가 제2 센서노드(200b)에 전송할 정보(비트)가 '1'일 때는 무선 신호를 높은 레벨(크기)로 변조하여 반사시키고 '0'일 때는 낮은 레벨로 변조하는 방법으로 데이터를 전송한다. 이때, 제1 센서노드는 ASK, PSK 등의 다양한 변조 방식을 이용하여 후방 산란 신호를 변조할 수 있다.The first sensor node 200a does not have the ability to demodulate the wireless signal received from the signal generator 100, but uses the backscattering (reflection) technology to reflect the wireless signal to transmit its information to the second sensor node ( 200b). Backscatter technology uses the antenna's reflectance adjustment. For example, when the information (bit) to be transmitted by the first sensor node 200a to the second sensor node 200b is '1', the radio signal is modulated and reflected at a high level (size) and low when it is '0'. Data is transmitted using a method modulated with a level. At this time, the first sensor node may modulate the backscattered signal using various modulation methods such as ASK and PSK.

제1 센서노드(200a)는 제2 센서노드(200b)로 정보를 전송하고자 할 때, 현재 신호 발생기(100)로부터 수신되고 있는 무선 신호에 자신의 정보 비트를 실어 백스캐터 방식으로 전송한다. When the first sensor node 200a wants to transmit information to the second sensor node 200b, it transmits its information bit to the wireless signal currently being received from the signal generator 100 in a backscatter method.

제2 센서노드(200b)는 신호 발생기(100로부터 전송된 무선신호와 제1 센서노드(200a)로부터 전송된 후방산란변조 신호를 수신하고, 수신된 신호를 복조한다. The second sensor node 200b receives the radio signal transmitted from the signal generator 100 and the backscattered modulation signal transmitted from the first sensor node 200a, and demodulates the received signal.

한편, 제2 센서노드

Figure pat00003
(200b)이 신호 발생기(Carrier Emitter)(100)와 제1 센서노드
Figure pat00004
(200a)로부터의 신호 둘 다를 동시에 수신하면, 두 신호의 진폭이 서로 상쇄 간섭하여 복조를 수행할때 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류 발생 문제를 위상 소거(phase cancellation) 문제라 칭할 수 있다. 데이터 복조는 제2 센서노드
Figure pat00005
(200b)의 포락선 검출기(Envelope Detector)를 통해 수행하는데, 위상 소거 문제가 발생하면 수신 신호가 0인지 1인지 구분할 수 없는 통신이 불가한 상태에 이르게 될 수 있다. Meanwhile, the second sensor node
Figure pat00003
(200b) This signal generator (Carrier Emitter) 100 and the first sensor node
Figure pat00004
If both signals from 200a are received at the same time, an error may occur when the demodulation is performed due to mutual interference of the amplitudes of the two signals. This error occurrence problem may be referred to as a phase cancellation problem. Data demodulation is the second sensor node
Figure pat00005
It is performed through the envelope detector of (200b). If a phase cancellation problem occurs, communication that cannot distinguish whether the received signal is 0 or 1 may lead to an impossible state.

이러한 위상 소거(Phase Cancellation) 문제에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 위상 소거 페이저 다이어그램은 위상 소거를 갖는 제2 센서노드

Figure pat00006
(200b)에서 수신된 신호를 도시한다. 진폭
Figure pat00007
및
Figure pat00008
은 신호 발생기로부터 수신된 신호와 제1 센서노드
Figure pat00009
(200a)로부터 수신된 후방 산란 변조 신호의 벡터를 더함으로써 얻어질 수 있다. The phase cancellation problem will be described in detail with reference to FIG. 2. The phase cancellation phaser diagram shown in FIG. 2 is a second sensor node having phase cancellation.
Figure pat00006
The signal received at 200b is shown. amplitude
Figure pat00007
And
Figure pat00008
Silver signal generator and the first sensor node
Figure pat00009
It can be obtained by adding a vector of the backscattered modulation signal received from (200a).

구체적으로, 제2 센서노드

Figure pat00010
(200b)에서는 제1 센서노드
Figure pat00011
(200a)와 신호 발생기(100)로부터 방사된 신호를 수신하는데, 각각은 위상과 진폭을 갖는다. 제1 센서노드
Figure pat00012
(200a)로부터 방사된 신호의 위상과 진폭은 각각
Figure pat00013
, {
Figure pat00014
,
Figure pat00015
}일 수 있고,
Figure pat00016
과
Figure pat00017
은 ASK 변조된 진폭이며 각각은 0 비트, 1 비트를 의미한다. 신호 발생기(100)로부터의 신호의 위상과 진폭은
Figure pat00018
,
Figure pat00019
이며, 변조되지 않은 신호를 송출한다.
Figure pat00020
과
Figure pat00021
는 제2 센서노드
Figure pat00022
(200b)가 제1 센서노드
Figure pat00023
(200a)와 신호 발생기(100)로부터 수신한 신호들의 벡터합에 대한 진폭이다. 상술한 파라미터들의 관계는 도 2에서 확인할 수 있다. 위상 소거 문제가 발생하는 경우는 진폭
Figure pat00024
과
Figure pat00025
가 동일하거나 거의 비슷해서 구분할 수 없는 경우이다. 진폭
Figure pat00026
,
Figure pat00027
는 후술할 수학식 4 및 수학식 5에 포함된 다양한 파라미터의 영향을 받는다. Specifically, the second sensor node
Figure pat00010
In (200b), the first sensor node
Figure pat00011
200a and signals emitted from the signal generator 100 are received, each having a phase and an amplitude. 1st sensor node
Figure pat00012
The phase and amplitude of the signal radiated from (200a) are each
Figure pat00013
, {
Figure pat00014
,
Figure pat00015
}
Figure pat00016
and
Figure pat00017
Is the ASK modulated amplitude, each representing 0 bits and 1 bit. The phase and amplitude of the signal from the signal generator 100 is
Figure pat00018
,
Figure pat00019
And transmits an unmodulated signal.
Figure pat00020
and
Figure pat00021
Is the second sensor node
Figure pat00022
(200b) is the first sensor node
Figure pat00023
It is the amplitude of the vector sum of the signals received from the signal generator 100 and (200a). The relationship between the above-described parameters can be confirmed in FIG. 2. Amplitude when phase cancellation problem occurs
Figure pat00024
and
Figure pat00025
Is the same or almost similar and cannot be distinguished. amplitude
Figure pat00026
,
Figure pat00027
Is affected by various parameters included in Equations 4 and 5, which will be described later.

제2 센서노드(200b)가 신호 발생기(100)로부터 수신한 신호의 위상은 아래 수학식 1로 표현할 수 있다. The phase of the signal received from the signal generator 100 by the second sensor node 200b may be expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00028
Figure pat00028

제2 센서노드(200b)가 제1 센서노드(200a)로부터 수신한 신호의 위상은 아래 수학식 2로 표현할 수 있다. The phase of the signal received from the first sensor node 200a by the second sensor node 200b may be expressed by Equation 2 below.

[수학식 2] [Equation 2]

Figure pat00029
Figure pat00029

여기서,

Figure pat00030
는 제1 센서노드
Figure pat00031
(200a)에서 반사된 신호와 신호 발생기에서 발생된 무선신호의 위상차, f는 전송된 신호의 중심 주파수,
Figure pat00032
는 후방 산란 하드웨어에 의해 도입되는 위상차일 수 있다. here,
Figure pat00030
Is the first sensor node
Figure pat00031
The phase difference between the signal reflected from (200a) and the radio signal generated by the signal generator, f is the center frequency of the transmitted signal,
Figure pat00032
May be a phase difference introduced by backscattering hardware.

제1 센서노드

Figure pat00033
(200a)에서 반사된 신호와 신호 발생기(100)에서 발생된 무선신호 간의 상대 위상차
Figure pat00034
는 수학식 1과 수학식 2를 이용한 아래 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. 1st sensor node
Figure pat00033
Relative phase difference between the signal reflected at (200a) and the radio signal generated at the signal generator (100)
Figure pat00034
Can be defined as Equation 3 below using Equation 1 and Equation 2.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
및
Figure pat00037
은 두 개의 심볼에서 제2 센서노드의 포락선 검출기에 의해 검출되는 신호의 진폭을 나타내고, 아래 수학식 4 및 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00036
And
Figure pat00037
Indicates the amplitude of the signal detected by the envelope detector of the second sensor node in two symbols, and can be expressed as Equations 4 and 5 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00038
Figure pat00038

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00039
Figure pat00039

한편, 위상 소거는

Figure pat00040
과 같은 경우에 발생한다.이 경우 제2 센서노드
Figure pat00041
(200b)는 제1 센서노드(200a)에서 전송된 신호를 복조할 수 없다. 따라서, 수학식 4 및 수학식 5로부터 아래 기재된 수학식 6이 적용될 때, 위상 소거가 발생한다고 결정할 수 있다. Meanwhile, phase cancellation
Figure pat00040
This occurs in the same case as the second sensor node.
Figure pat00041
200b cannot demodulate the signal transmitted from the first sensor node 200a. Therefore, it can be determined from the equations 4 and 5 that the phase cancellation occurs when the equation 6 described below is applied.

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00042
Figure pat00042

수학식 6과 같이 위상 소거가 발생하면, 상기와 같이 파라미터 중에서 위상 차

Figure pat00043
를 변화시켜 위상 소거 문제를 해결할 수 있다. 즉, 위상 변화 제어(PRC: phase rotation control)를 통해 위상 소거 문제를 해결할 수 있다. 위상 변화 제어는 정보 신호(Information Signal)를 수신할 경우와 하비스팅 신호를 수신할 경우에 따라 위상차
Figure pat00044
의 최적 값을 산출하는 방법에 차이가 있다. When phase cancellation occurs as in Equation 6, the phase difference among the parameters is as described above.
Figure pat00043
The phase cancellation problem can be solved by changing. That is, a phase cancellation problem may be solved through phase rotation control (PRC). The phase change control is a phase difference depending on the case of receiving an information signal and the harvesting signal.
Figure pat00044
There is a difference in how to calculate the optimal value of.

먼저, 정보 신호(Information Signal)를 수신한 경우, 위상차

Figure pat00045
의 최적 값을 산출하는 방법에 대해 설명하기로 한다. First, when an information signal is received, a phase difference
Figure pat00045
How to calculate the optimal value of will be described.

이 경우, 제2 센서노드

Figure pat00046
(200b)이 수신한 신호
Figure pat00047
와
Figure pat00048
의 진폭의 차가 최대로 되었을 때 가장 복조하기 용이하기 때문에,
Figure pat00049
와
Figure pat00050
의 진폭의 차(
Figure pat00051
)를 최대로 만드는
Figure pat00052
를 산출한다. 여기서
Figure pat00053
는 수학식 3에서 정의되어 있다.In this case, the second sensor node
Figure pat00046
Signal received by (200b)
Figure pat00047
Wow
Figure pat00048
Since it is most easy to demodulate when the amplitude difference of
Figure pat00049
Wow
Figure pat00050
Difference in amplitude of
Figure pat00051
Made)
Figure pat00052
Calculate here
Figure pat00053
Is defined in equation (3).

진폭의 차

Figure pat00054
는 아래 수학식 7을 이용하여 산출할 수 있다.Difference in amplitude
Figure pat00054
Can be calculated using Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00055
Figure pat00055

수학식 7의

Figure pat00056
를 최대화하기 위한 상대 위상차
Figure pat00057
의 값은 아래 기재된 수학식 8을 이용하여 산출할 수 있다. Equation (7)
Figure pat00056
Relative phase difference to maximize
Figure pat00057
The value of can be calculated using Equation 8 described below.

[수학식 8] [Equation 8]

Figure pat00058
Figure pat00058

도 3을 참조하면, 수학식 8은 점선 화살표로 도시되고, 위상 상쇄 영역은 회색 영역으로 도시된다.

Figure pat00059
는 신호 발생기(100)가 일정 파장을 송신할 때의 수신 신호의 진폭,
Figure pat00060
과
Figure pat00061
은 제1 센서노드(200a)가 심볼 "0"과 "1"을 송신했을 때의 수신 신호의 진폭,
Figure pat00062
및
Figure pat00063
는
Figure pat00064
및
Figure pat00065
또는
Figure pat00066
및
Figure pat00067
의 중첩 신호이다.Referring to FIG. 3, Equation 8 is illustrated by a dotted arrow, and the phase canceling region is illustrated by a gray region.
Figure pat00059
Is the amplitude of the received signal when the signal generator 100 transmits a certain wavelength,
Figure pat00060
and
Figure pat00061
Is the amplitude of the received signal when the first sensor node 200a transmits symbols "0" and "1",
Figure pat00062
And
Figure pat00063
The
Figure pat00064
And
Figure pat00065
or
Figure pat00066
And
Figure pat00067
It is a superposition signal.

한편, 최적의 위상차

Figure pat00068
를 의도적으로 산출하기 위해서는, 수학식 3에서
Figure pat00069
를 구성하는 파라미터 가운데 현실적으로 가변 가능한
Figure pat00070
를 조정해야 한다. 여기서
Figure pat00071
는 제1 센서노드
Figure pat00072
(200a)에 탑재된 Phase Rotator에서 발생하는 값일 수 있다. Meanwhile, the optimal phase difference
Figure pat00068
In order to intentionally calculate, in Equation 3
Figure pat00069
Realistically variable among the parameters that make up
Figure pat00070
Should be adjusted. here
Figure pat00071
Is the first sensor node
Figure pat00072
It may be a value generated by the phase rotator mounted in (200a).

다음으로, 하비스팅 신호를 수신할 때, 위상차

Figure pat00073
의 최적 값을 산출하는 방법에 대해 설명하기로 한다. Next, when receiving the harvesting signal, the phase difference
Figure pat00073
How to calculate the optimal value of will be described.

센서노드(200)가 에너지 하베스팅을 수행할 경우, 단지 정보를 전송할 때와 달리 수신된 신호 전력의 양이 가장 중요한 요소가 된다. When the sensor node 200 performs energy harvesting, the amount of signal power received is the most important factor, unlike when only transmitting information.

도 4를 참조하면, 회색 영역은 위상 상쇄 영역이다.

Figure pat00074
는 신호 발생기(100)에 의해 생성된 신호,
Figure pat00075
는 제1 센서노드(200a)에서 반사한 신호이다. 제1 센서노드(200a)의 후방 산란은 기존 신호와 비교하여 신호가 약하여 RF 에너지 하베스팅 효율을 감소시킨다. 따라서 최대 효율을 얻으려면 항상 파란색 화살표 방향으로 신호를 전송해야 한다.Referring to FIG. 4, the gray area is a phase offset area.
Figure pat00074
Is a signal generated by the signal generator 100,
Figure pat00075
Is a signal reflected from the first sensor node 200a. The back scattering of the first sensor node 200a is weak compared to the existing signal, thereby reducing RF energy harvesting efficiency. Therefore, to achieve maximum efficiency, you should always transmit signals in the direction of the blue arrow.

제2 센서노드

Figure pat00076
(200b)이 무선 에너지를 하베스팅할 때 최적의 에너지 하베스팅을 수행하기 위한 위상차
Figure pat00077
를 도출해야 한다. 무선 에너지 하베스팅만을 고려한다면 아래 수학식 9를 이용하여 위상차를 산출할 수 있다. Second sensor node
Figure pat00076
Phase difference for performing optimal energy harvesting when 200b harvests wireless energy
Figure pat00077
Should be derived. If only wireless energy harvesting is considered, the phase difference may be calculated using Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00078
Figure pat00078

상술한 바와 같이 수학식 8 또는 수학식 9를 이용하여 위상차

Figure pat00079
를 산출할 수 있다. As described above, the phase difference using Equation 8 or Equation 9
Figure pat00079
Can be calculated.

그러나, 정보 통신을 위한 최적의

Figure pat00080
와 무선 에너지 하베스팅을 위한 최적의
Figure pat00081
를 모두 만족시키는
Figure pat00082
를 도출할 필요가 있다. 이에, 최대 진폭 효율( 최대 에너지 효율)을 위한 위상차
Figure pat00083
는 수학식 8 및 수학식 9를 이용한 아래 수학식 10으로 결정할 수 있다. However, it is optimal for information communication.
Figure pat00080
And optimal for wireless energy harvesting
Figure pat00081
Satisfying all
Figure pat00082
It is necessary to derive. Thus, the phase difference for maximum amplitude efficiency (maximum energy efficiency)
Figure pat00083
Can be determined by Equation 10 below using Equation 8 and Equation 9.

[수학식 10] [Equation 10]

Figure pat00084
Figure pat00084

수학식 10과 같은 위상차로 신호를 전송하면, 제1 센서노드(200a)는 도 5와 같이 최대 진폭 효율로 신호를 전송할 수 있다. 즉, 수학식 10을 수행하고, 두 개의 굵은 화살표 선 (파형의 진폭

Figure pat00085
및
Figure pat00086
)을 전송함으로써, BER 성능을 향상시키기 위해 변조 신호의 진폭 차이를 최대화 할 수 있을 뿐 아니라, 효율적인 RF 에너지 하베스팅을 위한 진폭을 최대화 할 수 있다.When the signal is transmitted with a phase difference as shown in Equation 10, the first sensor node 200a may transmit the signal with maximum amplitude efficiency as shown in FIG. 5. That is, Equation 10 is performed, and the two thick arrow lines (the amplitude of the waveform
Figure pat00085
And
Figure pat00086
By transmitting ), not only can the amplitude difference of the modulated signal be maximized to improve BER performance, but also the amplitude for efficient RF energy harvesting can be maximized.

한편, 본 발명은 수학식 10과 같은 위상차

Figure pat00087
값이 도출될 수 있도록, 제1 센서노드
Figure pat00088
(200a)에서 백스캐터 신호를 방사할 때 방사하는 신호의 위상 값을 변화시키는 PRC 알고리즘을 이용한다. On the other hand, the present invention is the phase difference as in Equation (10)
Figure pat00087
The first sensor node so that the value can be derived
Figure pat00088
When radiating the backscatter signal at 200a, a PRC algorithm that changes the phase value of the radiating signal is used.

위상차

Figure pat00089
를 변화시키기 위해서는 제1 센서노드
Figure pat00090
(200a)가 제2 센서노드(200b)로부터 피드백(feedback) 신호를 수신하고, 위상차
Figure pat00091
변화의 수요를 감지해야 한다. 여기서, 피드백 신호는 제2 센서노드
Figure pat00092
(200b)이 백스캐터 통신으로 제1 센서노드
Figure pat00093
(200a)로 전송한 신호일 수 있다. 이때, 제1 센서노드
Figure pat00094
(200a)와 제2 센서노드
Figure pat00095
(200b)은 모두 백스캐터 송수신이 가능한 백스캐터 센서 노드일 수 있고, 백스캐터 센서 노드는 Microcontroller를 기반으로 백스캐터 통신과 무선 에너지 하베스팅을 수행하는 기기일 수 있다. Phase difference
Figure pat00089
In order to change the first sensor node
Figure pat00090
(200a) receives a feedback (feedback) signal from the second sensor node (200b), the phase difference
Figure pat00091
You need to sense the demand for change. Here, the feedback signal is the second sensor node
Figure pat00092
(200b) the first sensor node through this backscatter communication
Figure pat00093
It may be a signal transmitted to (200a). At this time, the first sensor node
Figure pat00094
(200a) and the second sensor node
Figure pat00095
All of (200b) may be a backscatter sensor node capable of transmitting and receiving backscatter, and the backscatter sensor node may be a device that performs backscatter communication and wireless energy harvesting based on a microcontroller.

제1 센서노드

Figure pat00096
(200a)는 피드백 신호가 수신되면, phase rotation을 시간적으로 잠시 보류(delay)한다. 보류하는 시간동안 phase ratation이 정지하므로, 제2 센서노드
Figure pat00097
(200b) 입장에서는 제1 센서노드
Figure pat00098
(200a)로부터 방사되는 백스캐터 신호의 위상이 변화되었다고 판단할 수 있다. 이후 제1 센서노드
Figure pat00099
(200a)는 phase rotation의 재개와 함께 정상적인 백스캐터링을 수행한다. 이후, 제1 센서노드(200a)는 일정 경계값
Figure pat00100
과
Figure pat00101
값을 비교하여,
Figure pat00102
보다
Figure pat00103
값이 크면 달성하고자 하는 위상차
Figure pat00104
최적화가 이루어지지 않았다고 판단하고, 위상차
Figure pat00105
가 최적화될 때까지 다시 phase rotation 보류를 수행한다. 1st sensor node
Figure pat00096
When a feedback signal is received (200a), phase rotation is temporarily delayed (delay). Phase ratation is stopped during the holding time, so the second sensor node
Figure pat00097
(200b) From the standpoint, the first sensor node
Figure pat00098
It can be determined that the phase of the backscatter signal emitted from 200a has changed. After that, the first sensor node
Figure pat00099
200a performs normal backscattering with resumption of phase rotation. Thereafter, the first sensor node 200a has a predetermined threshold value.
Figure pat00100
and
Figure pat00101
Compare values,
Figure pat00102
see
Figure pat00103
If the value is large, the phase difference to be achieved
Figure pat00104
It is judged that the optimization has not been made, and the phase difference
Figure pat00105
Phase rotation is held again until is optimized.

위상차

Figure pat00106
최적화는 최초 센서노드 간 통신 네트워크가 설비되었을 때 한번만 수행하거나, 주기적으로 수행할수 있다. 또한, 위상차
Figure pat00107
최적화는 센서노드 설치 위치 및 거리 등의 환경값 또는 무선 채널 상태가 변화하면 다시 최적화를 수행할 수 있다. Phase difference
Figure pat00106
Optimization can be performed only once when the communication network between the first sensor nodes is installed or periodically. Also, the phase difference
Figure pat00107
Optimization may be performed again when environmental values such as the sensor node installation location and distance or the state of the radio channel changes.

상술한 바와 같이 phase delay가 어떤식으로 수신되는 신호의 진폭을 늘릴 수 있는지에 대해 도 6을 참조하면, (a)는 phase delay가 적용되지 않았을 때를 나타내고, (b)는 phase delay를 적용하였을 때를 나타낸다. 그래프 내의 적색 굵은선이 최종적으로 태그에서 수신하는 신호의 모양이 된다. (b)에서 초록선으로 표시된 만큼 송신태그에서 보내는 신호를 delay 시키면, 수신태그에서는 보라색 선 만큼의 진폭 이득이 생겨, 이를 통해 amplitude difference를 최대화할 수 있도록 보정할 수 있다는 것을 설명하고 있다.Referring to FIG. 6 for how the phase delay can increase the amplitude of the received signal as described above, (a) indicates when the phase delay is not applied, and (b) applies the phase delay. It represents time. The red bold line in the graph finally becomes the shape of the signal received from the tag. In (b), it is explained that if the signal sent from the transmission tag is delayed as indicated by the green line, an amplitude gain of the purple line is generated in the reception tag, and this can be corrected to maximize the amplitude difference.

제2 센서노드(200b)는 제1 센서노드(200a)의 신호뿐만 아니라 신호 발생기(100)의 신호도 동시에 수신한다. 제2 센서노드(200b)는 포락선 검출기를 사용하여 신호를 복조하기 때문에, 결합 된 신호를 사용하여 두 신호를 복조해야 한다.The second sensor node 200b simultaneously receives the signal of the signal generator 100 as well as the signal of the first sensor node 200a. Since the second sensor node 200b demodulates the signal using the envelope detector, the two signals must be demodulated using the combined signal.

도 6의 (b)에서, 제1 센서노드(200a)가 송신시에 위상 지연(delay)이 수행된다. 결과적으로 피크 진폭은 신호 발생기의 신호와 결합하여 증가한다. 위상 지연 회로가 수신된 신호의 진폭을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. In (b) of FIG. 6, a phase delay is performed when the first sensor node 200a is transmitted. As a result, the peak amplitude increases in combination with the signal from the signal generator. It can be seen that the phase delay circuit can increase the amplitude of the received signal.

따라서, 수학식 3의

Figure pat00108
는 아래 수학식 11과 같이 변경할 수 있다. Therefore, Equation 3
Figure pat00108
Can be changed as in Equation 11 below.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00109
Figure pat00109

여기서,

Figure pat00110
는 위상 지연 회로에 의해 유도되는 위상 변화이고,
Figure pat00111
는 센서노드의 다른 하드웨어에 의해 유도되는 위상 변화이며,
Figure pat00112
는 도 6의 (b)에서 녹색 선으로 표시된 지연 시간이다. here,
Figure pat00110
Is the phase change induced by the phase delay circuit,
Figure pat00111
Is the phase change induced by the other hardware of the sensor node,
Figure pat00112
Is the delay time indicated by the green line in Fig. 6B.

위상차

Figure pat00113
의 최대 효율은 수학식 10에서 주어진 것처럼 {0,
Figure pat00114
,
Figure pat00115
, ...}이며, 수학식 10은 수학식 12와 같이 정의할 수 있다. Phase difference
Figure pat00113
The maximum efficiency of {0,
Figure pat00114
,
Figure pat00115
, ...}, and Equation 10 can be defined as Equation 12.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00116
Figure pat00116

여기서, n=0,1,2,..일 수 있다.

Figure pat00117
는 아래 수학식 13과 같이 정의할 수 있다. Here, n=0,1,2,..
Figure pat00117
Can be defined as in Equation 13 below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure pat00118
Figure pat00118

여기서, n=0,1,2,..일 수 있다.

Figure pat00119
가 수학식 13과 같이 설정되면, 제1 센서노드(후방 산란 태그)는 최대
Figure pat00120
로 신호를 송수신할 수 있다.Here, n=0,1,2,..
Figure pat00119
When Equation 13 is set, the first sensor node (rear scattering tag) is the maximum.
Figure pat00120
Can send and receive signals.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변화 제어(Phase Rotation Control (PRC)) 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서

Figure pat00121
는 수신된 신호의 진폭 차이이고,
Figure pat00122
는 위상 소거를 완화하기 위해 위상이 지연되어야 함을 제1 센서노드에 알리기 위해 진폭 차이
Figure pat00123
를 포함하는 정보 비트이고,
Figure pat00124
는
Figure pat00125
와
Figure pat00126
의 비교를 통해 위상 소거의 발생을 결정하기 위한 사전 정의된 임계값을 나타낸다.
Figure pat00127
가 증가함에 따라, 태그-대-태그 통신의 통신 거리는 감소하지만, BER 성능은 개선되고, 그 반대의 경우도 마찬가지일 수 있다. 7 is a view for explaining a phase change control (Phase Rotation Control (PRC)) method according to an embodiment of the present invention. here
Figure pat00121
Is the difference in amplitude of the received signal,
Figure pat00122
Is the amplitude difference to inform the first sensor node that the phase should be delayed to alleviate phase cancellation.
Figure pat00123
It is an information bit that includes,
Figure pat00124
The
Figure pat00125
Wow
Figure pat00126
Represents a predefined threshold for determining the occurrence of phase cancellation through comparison of.
Figure pat00127
As is increased, the communication distance of tag-to-tag communication decreases, but the BER performance is improved, and vice versa.

도 7을 참조하면, 제2 센서노드는 신호가 수신되면, 수학식 7을 이용하여 진폭 차

Figure pat00128
를 계산한다(S710). 여기서는 제2 센서노드가 제1 센서노드로부터 후방 산란 신호를 수신한다고 가정하였다. Referring to FIG. 7, when a signal is received from the second sensor node, an amplitude difference is calculated using Equation 7
Figure pat00128
Calculate (S710). Here, it is assumed that the second sensor node receives a back scatter signal from the first sensor node.

단계 S710이 수행되면, 제2 센서노드는 정보 비트

Figure pat00129
에
Figure pat00130
를 채널 g를 통해 제1 센서노드에 전송한다(S720). 이는 제1 센서노드가 위상 소거가 발생하는 위상에서 벗어나기 위해 위상 회전(위상 이동)을 수행할 수 있도록 하기 위해서이다. 센서노드(태그) - 센서노드(태그) 통신은 양방향 통신을 수행할 수 있고, g는 제2 센서노드에서 제1 센서노드로의 채널을 나타낸다. When step S710 is performed, the second sensor node is an information bit
Figure pat00129
on
Figure pat00130
Is transmitted to the first sensor node through channel g (S720). This is to enable the first sensor node to perform phase rotation (phase shift) to deviate from the phase in which phase cancellation occurs. Sensor node (tag)-The sensor node (tag) communication can perform two-way communication, and g represents a channel from the second sensor node to the first sensor node.

제1 센서노드가 정보 비트

Figure pat00131
를 수신하면(S730), 제1 센서노드는
Figure pat00132
와
Figure pat00133
의 비교를 통해 위상 소거가 발생했는지 확인한 다음 위상 소거가 발생할 경우 변화할 위상의 양을 계산한다(S740). 이때,
Figure pat00134
가
Figure pat00135
보다 작으면, 제2 센서노드는 위상 상쇄가 발생하고 신호를 올바르게 복조할 수 없다고 판ㄷ나하여, 변화할 위상의 양(td)를 산출한다. The first sensor node is an information bit
Figure pat00131
When receiving (S730), the first sensor node
Figure pat00132
Wow
Figure pat00133
After checking whether phase cancellation has occurred through comparison of, the amount of phase to be changed when phase cancellation occurs is calculated (S740 ). At this time,
Figure pat00134
end
Figure pat00135
If it is smaller, the second sensor node determines that the phase offset occurs and cannot demodulate the signal correctly, thereby calculating the amount of phase td to change.

단계 S740이 수행되면, 제1 센서노드는 계산된 위상의 양만큼 위상 변화를 수행한 후(S750), 신호를 송신한다(S760). 그러면, 제1 센서노드는 위상 회전에 의해 위상 상쇄를 일으키지 않도록 신호를 전송할 수 있다.When step S740 is performed, the first sensor node performs a phase change by the calculated amount of phase (S750), and then transmits a signal (S760). Then, the first sensor node may transmit a signal to prevent phase cancellation due to phase rotation.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 회전 제어 알고리즘이 시간과 각 태그에서 어떻게 작동하는지 나타낸 도면이다. 8 is a diagram showing how the phase rotation control algorithm according to an embodiment of the present invention works with time and each tag.

도 8을 참조하면, 제1 센서노드가 제2 센서노드로 신호를 전송하면(S810), 제2 센서노드는 수신된 신호로부터 진폭 차이

Figure pat00136
를 계산하고(S820),
Figure pat00137
에
Figure pat00138
를 포함시켜 제1 센서노드로 전송한다(S830). Referring to FIG. 8, when the first sensor node transmits a signal to the second sensor node (S810 ), the second sensor node varies in amplitude from the received signal.
Figure pat00136
Calculate (S820),
Figure pat00137
on
Figure pat00138
Includes and transmits to the first sensor node (S830).

그러면, 제1 센서노드는 위상 회전을 수행하기 위해, 수학식 13을 사용하여

Figure pat00139
에 의해
Figure pat00140
로 지연될 위상의 최적 양을 계산한다(S830). Then, the first sensor node uses Equation 13 to perform phase rotation.
Figure pat00139
By
Figure pat00140
The optimum amount of the phase to be delayed is calculated (S830).

그런 후, 제1 센서노드는 신호의 위상을 계산된 위상만큼 위상 지연부를 통해 지연시킨 후(S840), 제2 센서노드로 신호를 전송한다(S850).Then, the first sensor node delays the phase of the signal through the phase delay unit by the calculated phase (S840), and then transmits the signal to the second sensor node (S850).

그러면, 제1 센서노드는 위상 상쇄없이 신호를 전송할 수 있다.Then, the first sensor node can transmit a signal without phase cancellation.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 9 is a block diagram illustrating the configuration of a sensor node according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드(200)는 안테나(210), 에너지 하베스트부(energy harvest unit, 220)를 포함한다. Referring to FIG. 9, the sensor node 200 according to an embodiment of the present invention includes an antenna 210 and an energy harvesting unit 220.

에너지 하베스트부(220)는 에너지 저장 소자를 포함하여, 외부 장치로부터 송출되는 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적한다. The energy harvesting unit 220 includes energy storage elements, and energy harvesting RF signals transmitted from an external device to accumulate energy.

한편, 센서노드(200)는 후방산란 신호를 변조하여 송출하는 송신 센서노드와 후방산란신호를 수신하여 복조하는 수신 센서노드로 동작할 수 있고, 송신 센서노드와 수신센서노드의 동작은 상이할 수 있다. Meanwhile, the sensor node 200 may operate as a transmitting sensor node that modulates and transmits a backscattering signal and a receiving sensor node that receives and demodulates a backscattering signal, and the operation of the transmitting sensor node and the receiving sensor node may be different. have.

먼저, 센서노드(200)가 송신센서노드로 동작하는 경우, 센서노드(200)는 변조부(230), MCU(240), 위상 지연부(250)를 포함한다. First, when the sensor node 200 operates as a transmission sensor node, the sensor node 200 includes a modulator 230, an MCU 240, and a phase delay unit 250.

변조부(230)는 신호 발생기로부터 수신되고 있는 무선 신호에 자신의 정보 비트를 실어 백스캐터 방식으로 전송한다. 이때, 변조부(230)는 ASK, PSK 등의 다양한 변조 방식을 이용하여 후방 산란 신호를 변조할 수 있다. The modulator 230 transmits its information bits to the wireless signal received from the signal generator in a backscatter method. At this time, the modulator 230 may modulate the backscattered signal using various modulation methods such as ASK and PSK.

변조부(230)는 1 비트 신호와 0 비트 신호를 1회 전송하기 때문에, 2개의 임피던스를 포함할 수 있다. Since the modulator 230 transmits the 1-bit signal and the 0-bit signal once, it may include two impedances.

MCU(240)는 수신 센서노드로부터 피드백 신호가 수신되면, 피드백 신호에 포함된

Figure pat00141
와 기 설정된 임계값
Figure pat00142
을 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단한다. 이때,
Figure pat00143
가
Figure pat00144
보다 작으면, 위상 소가가 발생했다고 판단할 수 있다. 그 판단결과 위상 소거가 발생한 것으로 판단되면, MCU(240)는 위상 지연 시간
Figure pat00145
를 산출한다. When the feedback signal is received from the receiving sensor node, the MCU 240 is included in the feedback signal.
Figure pat00141
And preset threshold
Figure pat00142
By comparing, it is determined whether or not phase cancellation occurs. At this time,
Figure pat00143
end
Figure pat00144
If it is smaller, it can be determined that a phase drop has occurred. If it is determined that phase cancellation has occurred as a result of the determination, the MCU 240 has a phase delay time.
Figure pat00145
Calculate

위상 지연부(250)는 MCU(240)에서 산출된 위상 지연 시간만큼 위상을 지연시킨 후, 신호를 송신한다. 그러면, 센서노드(200)는 위상 상쇄없이 신호를 전송할 수 있다.The phase delay unit 250 delays the phase by the phase delay time calculated by the MCU 240 and then transmits a signal. Then, the sensor node 200 may transmit a signal without phase cancellation.

다음으로, 센서노드(200)가 수신센서노드로 동작하는 경우, 센서노드(200)는 복조부(260), MCU(240)를 포함한다. Next, when the sensor node 200 operates as a receiving sensor node, the sensor node 200 includes a demodulator 260 and an MCU 240.

복조부(260)는 송신 센서노드로부터 전송된 신호를 포락선 검파(envelope detection)하여 복조한다. The demodulator 260 demodulates the signal transmitted from the transmitting sensor node by envelope detection.

MCU(240)는 신호 발생기로부터 브로드캐스팅된 RF신호와 송신 센서노드로부터 전송된 변조 신호의 진폭의 차가 최대화되고, 최대 효율의 에너지 하비스팅을 만족하는 위상차(

Figure pat00146
)를 산출하고, 산출된 위상차 값을 포함하는 피드백 신호를 송신 센서노드로 전송한다. The MCU 240 maximizes the difference in amplitude between the RF signal broadcast from the signal generator and the modulated signal transmitted from the transmitting sensor node, and satisfies the maximum efficiency of energy harvesting.
Figure pat00146
), and transmits a feedback signal including the calculated phase difference value to the transmitting sensor node.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서노드간 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining a communication method between sensor nodes according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 제1 센서노드와 제2 센서노드는 신호 발생기가 브로드캐스팅한 RF 신호를 수신한다(S1002). Referring to FIG. 10, the first sensor node and the second sensor node receive the RF signal broadcast by the signal generator (S1002).

신호 발생기가 RF 신호를 브로드캐스팅하면, 제1 센서노드는 수신한 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 전력을 충전하고(S1004), 충전된 전력으로 후방산란 신호를 변조하여(S1006), 제2 센서노드로 전송한다(S1008). 이때, 제1 센서노드는 ASK, BPSK 등의 변조 방식을 이용하여 후방산란 신호를 변조할 수 있다. When the signal generator broadcasts the RF signal, the first sensor node energy harvests the received RF signal to charge power (S1004), modulates the backscattered signal with the charged power (S1006), and the second sensor node. It is transmitted to (S1008). At this time, the first sensor node may modulate the backscattered signal using modulation methods such as ASK and BPSK.

단계 S1008이 수행되면, 제2 센서노드는 신호 발생기로부터 브로드캐스팅된 RF신호와 제1 센서로부터 전송된 변조 신호를 연산한다(S1010). 즉, 제2 센서노드는 신호 발생기로부터 수신된 신호와 제1 센서노드로부터 수신한 0, 1의 두 심볼 신호를 더한다. When step S1008 is performed, the second sensor node calculates the RF signal broadcast from the signal generator and the modulated signal transmitted from the first sensor (S1010). That is, the second sensor node adds two symbol signals, 0 and 1, received from the signal generator and the signal received from the first sensor node.

단계 S1010의 수행후, 제2 센서노드는 연산된 신호의 진폭의 차가 최대화되고, 최대 효율의 에너지 하비스팅을 만족하는 위상차(

Figure pat00147
)를 산출한다(S1012). 즉, 제2 센서노드는 아래 수학식을 이용하여 두 조건을 만족하는 위상차를 산출할 수 있다. After performing step S1010, the second sensor node has a difference in amplitude of the calculated signal is maximized, and a phase difference that satisfies energy harvesting of maximum efficiency (
Figure pat00147
) Is calculated (S1012). That is, the second sensor node may calculate a phase difference satisfying the two conditions using the following equation.

단계 S1012가 수행되면, 제2 센서노드는 산출된 위상차를 포함하는 피드백 신호를 제1 센서노드로 전송한다(S1014). 이때, 피드백 신호는

Figure pat00148
를 포함할 수 있다. When step S1012 is performed, the second sensor node transmits a feedback signal including the calculated phase difference to the first sensor node (S1014). At this time, the feedback signal
Figure pat00148
It may include.

단계 S1014가 수행되면, 제1 센서노드는 피드백 신호에 포함된

Figure pat00149
값을 기 정의된 일정 경계값 위상차
Figure pat00150
와 비교하여,
Figure pat00151
값이 일정 임계값
Figure pat00152
보다 큰지를 판단한다(S1016).When step S1014 is performed, the first sensor node is included in the feedback signal.
Figure pat00149
The phase difference of a predetermined boundary value
Figure pat00150
Compared to,
Figure pat00151
Value is constant threshold
Figure pat00152
It is determined whether it is larger (S1016).

단계 S1016의 판단결과, 일정 임계값

Figure pat00153
보다
Figure pat00154
값이 크면, 제1 센서노드는 달성하고자 하는
Figure pat00155
값 최적화가 이루어지지 않았다고 판단하여
Figure pat00156
가 최적화 될 때까지 다시 phase rotation 보류를 수행한 후(S1018), 신호를 전송한다(S1020).As a result of the determination in step S1016, a certain threshold
Figure pat00153
see
Figure pat00154
If the value is large, the first sensor node
Figure pat00155
It is judged that value optimization has not been performed
Figure pat00156
After the phase rotation is held again until S is optimized (S1018), a signal is transmitted (S1020).

이하, 본 발명에 따른 PRC 알고리즘의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다. Hereinafter, the computer simulation results of the PRC algorithm according to the present invention will be described.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그가 정보신호를 전송한 경우, 수신 신호의 진폭 차를 시뮬레이션 그래프이다. 11 is a graph illustrating a simulation of an amplitude difference of a received signal when a tag according to an embodiment of the present invention transmits an information signal.

도 11의 (a)에서는 x축이 두 백스캐터 태그 (

Figure pat00157
,
Figure pat00158
)간 거리, y축은
Figure pat00159
이 비트 0과 1을 수신했을 때 두 신호의 진폭의 차이
Figure pat00160
이다.
Figure pat00161
가 증가할수록 ASK 신호의 복조가 용이하고 비트 에러율이 감소해서 원활한 통신이 가능해진다. 거리가 증가함에 따라 제안한 PRC를 기반으로 한 위상 편이를 수행한 경우에 진폭차
Figure pat00162
가 더 큰 것을 확인할 수 있다. In (a) of FIG. 11, the x-axis has two backscatter tags (
Figure pat00157
,
Figure pat00158
), the y-axis
Figure pat00159
The difference in amplitude between the two signals when these bits 0 and 1 are received
Figure pat00160
to be.
Figure pat00161
As is increased, the demodulation of the ASK signal is easy and the bit error rate is reduced, so that smooth communication is possible. As the distance increases, the amplitude difference when the phase shift based on the proposed PRC is performed
Figure pat00162
You can see that is bigger.

도 11의 (b)에서는 진폭차의 임계값

Figure pat00163
를 하향 설정한 뒤 PRC 알고리즘을 적용한 경우이다.
Figure pat00164
를 하향설정하면 진폭차
Figure pat00165
가 작아져서 신호 복조에 오류가 증가하지만 통신 가능한 거리가 증가하는 것을 알 수 있다. 제안한 PRC 알고리즘 기반의 태그 간 통신 네트워크에서는
Figure pat00166
를 만족시키지 않는 한은 계속적으로 위상 편이(즉, PRC 알고리즘 수행)가 무한히 반복해서 이루어지기 때문에 통신이 불가능 해진다.In Fig. 11B, the threshold of the amplitude difference
Figure pat00163
This is the case when PRC algorithm is applied after setting down.
Figure pat00164
If you set down, the amplitude difference
Figure pat00165
It can be seen that the error increases in signal demodulation due to the decrease, but the available communication distance increases. In the communication network between tags based on the proposed PRC algorithm,
Figure pat00166
If it does not satisfy, communication becomes impossible because phase shift (i.e., performing PRC algorithm) is performed infinitely and repeatedly.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 PRC 알고리즘을 적용 여부에 따른 수신 신호의 진폭의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 12 is a graph showing a simulation result of amplitude of a received signal according to whether a PRC algorithm is applied according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, PRC 알고리즘을 적용했을 때 수신 신호의 진폭의 절대값이 증가하여 에너지 포집에 더욱 유리해 진 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that when the PRC algorithm is applied, the absolute value of the amplitude of the received signal increases, which is more advantageous for energy collection.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

100 : 신호 발생기
200 : 센서노드
210 : 안테나
220 : 에너지 하비스트부
230 : 변조부
240 : MCU
250 : 위상 지연부
260 : 복조부100: signal generator
200: sensor node
210: antenna
220: energy harvest unit
230: modulator
240: MCU
250: phase delay unit
260: demodulator

Claims (7)

무전지(battery-free)의 제1 센서노드와 제2 센서노드간 통신 방법에 있어서,
상기 제1 센서노드가 신호 발생기로부터의 신호와 제2 센서노드로부터의 신호 간의 진폭 차가 포함된 피드백 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 센서노드가 상기 진폭 차를 기 설정된 임계값과 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단하는 단계;
상기 제1 센서노드는, 위상 소거가 발생한 경우, 위상 지연 값을 산출하는 단계; 및
상기 제1 센서노는 상기 위상 지연 값만큼 지연시킨 후, 상기 제2 센서노드로 신호를 송신하는 단계
를 포함하는 무전지 센서노드간 통신 방법.In the method of communication between a first sensor node and a second sensor node of a battery-free,
Receiving, by the first sensor node, a feedback signal including an amplitude difference between the signal from the signal generator and the signal from the second sensor node;
Determining, by the first sensor node, whether the phase cancellation occurs by comparing the amplitude difference with a preset threshold value;
The first sensor node, when the phase cancellation occurs, calculating a phase delay value; And
After the first sensor furnace is delayed by the phase delay value, transmitting a signal to the second sensor node
Communication method between the battery-free sensor node comprising a. 제1항에 있어서,
상기 피드백 신호를 수신하는 단계 이전에,
상기 제1 센서노드는 상기 신호 발생기가 브로드캐스팅한 무선신호를 에너지 하비스팅하여 전력을 충전하고, 상기 충전된 전력으로 후방산란 신호를 변조하여, 제2 센서노드로 전송하는 단계를 더 포함하는 무전지 센서노드간 통신 방법.According to claim 1,
Before the step of receiving the feedback signal,
The first sensor node further comprises charging the electric power by energy harvesting the wireless signal broadcast by the signal generator, modulating a backscattered signal with the charged power, and transmitting the second sensor node. Method for communication between battery sensor nodes. 제1항에 있어서,
상기 위상 지연 값은 위상 지연 시간(td)이고, 아래 기재된 수학식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 무전지 센서노드간 통신 방법.
[수학식]
Figure pat00167

여기서, f는 전송된 신호의 중심 주파수, n은 자연수,
Figure pat00168
는 센서노드의 다른 하드웨어에 의해 유도되는 위상 변화로 기 설정된 값임.According to claim 1,
The phase delay value is a phase delay time (t d ), and the communication method between the battery cell sensor nodes, characterized in that calculated by the following equation.
[Mathematics]
Figure pat00167

Here, f is the center frequency of the transmitted signal, n is a natural number,
Figure pat00168
Is a phase change induced by other hardware of the sensor node and is a preset value. 무전지(battery-free)의 제1 센서노드와 제2 센서노드간 통신 방법에 있어서,
상기 제2 센서노드는 신호 발생기로부터 브로드캐스팅된 무선신호와 제2 센서로부터 전송된 후방산란 변조 신호를 수신하는 단계;
상기 제2 센서노드는, 상기 무선신호와 상기 후방산란 변조 신호간의 진폭의 차를 산출하는 단계; 및
상기 제2 센서노드는 상기 진폭의 차를 포함하는 피드백 신호를 상기 제2 센서노드로 전송하는 단계
를 포함하는 무전지 센서노드간 통신 방법.In the method of communication between a first sensor node and a second sensor node of a battery-free,
The second sensor node receiving a radio signal broadcast from a signal generator and a backscatter modulated signal transmitted from the second sensor;
The second sensor node, calculating the difference in amplitude between the radio signal and the backscattered modulation signal; And
The second sensor node transmits a feedback signal including the difference in amplitude to the second sensor node.
Communication method between the battery-free sensor node comprising a. 무전지(battery-free)의 제1 센서노드와 제2 센서노드간 통신 방법에 있어서,
상기 제1 센서노드는 신호 발생기가 브로드캐스팅한 무선신호를 에너지 하비스팅하여 전력을 충전하고, 상기 충전된 전력으로 후방산란 신호를 변조하여, 제2 센서노드로 전송하는 단계;
상기 제2 센서노드는 상기 신호 발생기로부터 브로드캐스팅된 무선신호와 제2 센서로부터 전송된 후방산란 변조 신호간의 진폭의 차를 산출하고, 진폭 차를 포함하는 피드백 신호를 상기 제1 센서노드로 전송하는 단계;
상기 제1 센서노드는 상기 진폭 차를 기 설정된 임계값과 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단하는 단계; 및
상기 제1 센서노드는, 위상 소거가 발생한 경우, 위상 지연 값을 산출하고, 상기 위상 지연 값만큼 지연시킨 후, 상기 제2 센서노드로 신호를 송신하는 단계
를 포함하는 무전지 센서노드간 통신 방법.In the method of communication between a first sensor node and a second sensor node of a battery-free,
The first sensor node is energy-harvesting the radio signal broadcast by the signal generator to charge power, modulating a backscattered signal with the charged power, and transmitting it to a second sensor node;
The second sensor node calculates a difference in amplitude between a radio signal broadcast from the signal generator and a backscattered modulated signal transmitted from the second sensor, and transmits a feedback signal including the amplitude difference to the first sensor node. step;
The first sensor node comparing the amplitude difference with a preset threshold to determine whether phase cancellation has occurred; And
The first sensor node, if the phase cancellation occurs, calculating a phase delay value, delaying by the phase delay value, and transmitting a signal to the second sensor node
Communication method between the battery-free sensor node comprising a. 외부 장치로부터 송출되는 무선신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하는 무전지(battery-free)의 센서노드에 있어서,
상기 축적된 에너지로 후방산란 신호를 변조하여 다른 무전지의 센서노드로 전송하는 변조부;
상기 다른 무전지의 센서노드로부터 상기 무선신호와 상기 후방산란 변조 신호 간의 진폭 차를 포함하는 피드백 신호가 수신된 경우, 상기 진폭 차를 기 설정된 임계값과 비교하여, 위상 소거 발생 여부를 판단하고, 위상 소거가 발생한 경우, 위상 지연 값을 산출하는 MCU; 및
상기 위상 지연 값만큼 지연시킨 후, 상기 다른 무전지의 센서노드로 신호를 송신하는 위상 지연부
를 포함하는 센서노드.In a battery-free sensor node that accumulates energy by energy harvesting a radio signal transmitted from an external device,
A modulator for modulating a backscattered signal with the accumulated energy and transmitting it to a sensor node of another battery cell;
When a feedback signal including an amplitude difference between the radio signal and the backscattered modulation signal is received from the sensor node of the other battery cell, the amplitude difference is compared with a preset threshold value to determine whether phase cancellation occurs, An MCU for calculating a phase delay value when phase cancellation occurs; And
After delaying the phase delay value, the phase delay unit transmits a signal to the sensor node of the other battery
Sensor node comprising a. 제6항에 있어서,
상기 센서노드가 상기 센서노드로부터 신호를 수신하는 수신측으로 동작하는 경우, 상기 다른 무전지의 센서노드로부터 전송된 신호를 복조하는 복조부를 더 포함하고,
상기 MCU는 상기 무선신호와 상기 후방산란 변조 신호간의 진폭의 차를 산출하고, 상기 진폭 차를 포함하는 피드백 신호를 상기 센서노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 센서노드.The method of claim 6,
When the sensor node operates as a receiving side that receives a signal from the sensor node, further comprising a demodulator demodulating the signal transmitted from the sensor node of the other battery,
The MCU calculates an amplitude difference between the radio signal and the backscattered modulation signal, and transmits a feedback signal including the amplitude difference to the sensor node.
KR1020180170579A 2018-12-27 2018-12-27 Method and system for communication between sensor nodes of battery-free KR102171292B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170579A KR102171292B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Method and system for communication between sensor nodes of battery-free

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170579A KR102171292B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Method and system for communication between sensor nodes of battery-free

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200080777A true KR20200080777A (en) 2020-07-07
KR102171292B1 KR102171292B1 (en) 2020-10-28

Family

ID=71603127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180170579A KR102171292B1 (en) 2018-12-27 2018-12-27 Method and system for communication between sensor nodes of battery-free

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102171292B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100071851A (en) * 2008-12-19 2010-06-29 한국전자통신연구원 Data broadcasting and feedback method in sensor node
KR20120077442A (en) * 2010-12-30 2012-07-10 전자부품연구원 Charging method of multi-node wireless charging system using magnetic field communication
KR20140017758A (en) * 2012-07-31 2014-02-12 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Charging method of multi-node wireless charging system capable of charging plural devices simultaneoulsy
KR20170103059A (en) * 2016-03-02 2017-09-13 세종대학교산학협력단 Wi-Fi backscatter system and cooperation communication method using the same
KR20180077864A (en) * 2016-12-29 2018-07-09 세종대학교산학협력단 Wi-Fi backscatter system and Wi-Fi backscatter communication method using the same
KR20190033121A (en) * 2017-09-20 2019-03-29 성균관대학교산학협력단 Wrireless power transfer apparatus, wireless power receiving apparatus, wireless power transfer method, wireless power receiving method, wireless power transfer system using dual mode and recording medium thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100071851A (en) * 2008-12-19 2010-06-29 한국전자통신연구원 Data broadcasting and feedback method in sensor node
KR20120077442A (en) * 2010-12-30 2012-07-10 전자부품연구원 Charging method of multi-node wireless charging system using magnetic field communication
KR20140017758A (en) * 2012-07-31 2014-02-12 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Charging method of multi-node wireless charging system capable of charging plural devices simultaneoulsy
KR20170103059A (en) * 2016-03-02 2017-09-13 세종대학교산학협력단 Wi-Fi backscatter system and cooperation communication method using the same
KR20180077864A (en) * 2016-12-29 2018-07-09 세종대학교산학협력단 Wi-Fi backscatter system and Wi-Fi backscatter communication method using the same
KR20190033121A (en) * 2017-09-20 2019-03-29 성균관대학교산학협력단 Wrireless power transfer apparatus, wireless power receiving apparatus, wireless power transfer method, wireless power receiving method, wireless power transfer system using dual mode and recording medium thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR102171292B1 (en) 2020-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Practical backscatter communication systems for battery-free Internet of Things: A tutorial and survey of recent research
Kellogg et al. Wi-Fi backscatter: Internet connectivity for RF-powered devices
Li et al. Adaptive ambient backscatter communication systems with MRC
US9973367B2 (en) Apparatuses, systems, and methods for communicating using MIMO and spread spectrum coding in backscatter of ambient signals
CN109451591B (en) Transmission method of symbiotic system fusing cellular network and Internet of things
EP3335432A1 (en) Backscatter devices and network systems incorporating backscatter devices
WO2015123341A1 (en) Wireless networking communication methods, systems, and devices operable using harvested power
Muratkar et al. Battery-less internet of things–A survey
CN112260739A (en) Information transmission method for beam forming based on intelligent reflection surface
Chen et al. Lofi: Enabling 2.4 ghz lora and wifi coexistence by detecting extremely weak signals
KR20220068069A (en) Gateway for allocating uplink frequency bands, and backscattering iot device and method
CN114679203B (en) Internet of things communication system and method
KR101590291B1 (en) backscatter system using phase modulation and uplink communication method thereof
Usman et al. On the BER performance of RIS-enhanced NOMA-assisted backscatter communication under nakagami-m fading
KR20170103059A (en) Wi-Fi backscatter system and cooperation communication method using the same
KR102171292B1 (en) Method and system for communication between sensor nodes of battery-free
JP2006279855A (en) Wireless communication system and communication control method thereof
US8699643B2 (en) Apparatus and method for receiving a signal
KR101590290B1 (en) Backscatter RFID System and Method For Cooperative Communication using The Same
CN114362800B (en) Active and passive information symbiotic transmission method based on discrete phase intelligent super-surface system
Lassouaoui et al. Theoretical BER evaluation of passive RFID tag-to-tag communications
Liu et al. LoPhy: A resilient and fast covert channel over LoRa PHY
Feng et al. Everything has its bad side and good side: Turning processors to low overhead radios using side-channels
Yang et al. Frequency-hopping/M-ary frequency-shift keying for wireless sensor networks: Noncoherent detection and performance
WO2023039709A1 (en) Resource configuration method, network device and zero-power terminal

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant