KR20220165748A

KR20220165748A - 전자기 바이러스 불활성화를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20220165748A
Application number: KR1020227038293A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 쥐. 펄만; 안토니오 포렌자; 로버트 더블유. 히스; 파디 사이비; 마이클 체포니스
Original assignee: 리어덴 엘엘씨
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-12-15
Also published as: IL297062A; EP4132597A1; CA3179424A1; CN115515650A; JP2023521415A; WO2021207527A1; AU2021253569A1

Abstract

무선 주파수 안테나, 레이저 또는 음향 방출기의 어레이를 이용하여 실내 또는 실외 공간 내에서 활성 표적 바이러스, 박테리아 또는 다른 미생물의 수를 감소시키는 시스템 및 방법이 제공된다. 시스템은 일련의 빔 패턴을 스윕한다. 무선, 레이저 또는 음향 주파수 및 체류 시간은 표적 바이러스 및 박테리아에 의존한다. 광범위한 전송 빔형성 벡터들을 스윕(sweeping)함으로써, 커버리지 영역 전체에 걸쳐 여러 위치들에서 무해한 미생물들을 사멸시키거나 렌더링하는 한편, 무선 주파수 또는 레이저 출력의 유해 레벨들로 사람들을 노출시키는 것을 방지시킬 수 있다. 제안된 시스템 및 방법은 다양한 타입의 레이저뿐만 아니라, 큰 간격 및 비등방성의 안테나 또는 음향 방출기를 갖는 것을 포함하는 많은 어레이 기하학적 형태에도 유연하게 적용될 수 있다.

Description

전자기 바이러스 불활성화를 위한 시스템 및 방법

관련 출원의 교차 참조

본 출원은 2020년 4월 8일에 출원되고 동시 계류 중인 미국 특허 임시출원 제63/007,358호(발명의 명칭: "Systems and Methods for Electromagnetic Virus Inactivation")의 이익 및 우선권을 주장한다.

본 출원은, 2013년 11월 21일에 출원되고 2019년 1월 29일에 미국 특허 제10,194,346호로 등록된 미국 특허출원 제14/086,700호의 계속 출원이면서 또한, 2012년 11월 26일에 출원되고 본 출원의 양수인에게 양도된 동시 계류 중인 미국 특허 임시출원 제61/729,990호(발명의 명칭: "Systems And Methods For Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain In Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology")의 이익을 주장하는, 2018년 12월 4일에 출원된 미국 특허출원 제16/208,895호(발명의 명칭: "Systems And Methods For Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain In Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology")의 부분계속 출원이다.

본 출원은 또한, 2014년 2월 7일에 출원되고 동시 계류 중인 미국 특허 임시출원 제61/937,273호(발명의 명칭: "Systems And Methods For Mapping Virtual Radio Instances Into Physical Areas Of Coherence In Distributed Antenna Wireless Systems")의 이익 및 우선권을 주장하는, 2015년 2월 2일에 출원된 미국 특허출원 제14/611,565호(발명의 명칭: "System And Method For Mapping Virtual Radio Instances Into Physical Areas of Coherence in Distributed Antenna Wireless Systems")의 부분계속 출원이다. 미국 특허출원 제14/611,565호는 다음의 4개의 미국 특허의 부분계속 출원이다: (1) 2013년 3월 15일에 출원되고 2020년 1월 28일에 미국 특허 제10,547,358호로 등록된 미국 특허출원 제13/844,355호(발명의 명칭: "System and Methods for Radio Frequency Calibration Exploiting Channel Reciprocity in Distributed Input Distributed Output Wireless Communications"), (2) 2013년 3월 12일에 출원되고 2018년 5월 15일에 미국 특허 제9,973,246호로 등록된 미국 특허출원 제13/797,984호(발명의 명칭: "System and Methods for Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain in Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology"), (3) 2013년 3월 12일에 출원되고 2018년 3월 20일에 미국 특허 제9,923,657호로 등록된 미국 특허출원 제13/797,971호(발명의 명칭: "System and Methods for Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain in Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology"), 및 (4) 2013년 3월 12일에 출원되고 2018년 12월 25일에 미국 특허 제10,164,698호로 등록된 미국 특허출원 제13/797,950호(발명의 명칭: "System and Methods for Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain in Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology)".

본 출원은 또한, 2014년 4월 16일에 출원되고 동시 계류 중인 미국 특허 임시출원 제61/980,479호(발명의 명칭: "Systems and Methods for Concurrent Spectrum Usage Within Actively Used Spectrum")의 이익 및 우선권을 주장하는 2015년 3월 27일에 출원된 미국 특허출원 제14/672,014호(발명의 명칭: "Systems and Methods for Concurrent Spectrum Usage Within Actively Used Spectrum")의 부분계속 출원이면서 2016년 8월 26일에 출원된 미국 특허 임시출원 제62/380,126호(발명의 명칭: "Systems and Methods for Mitigating Interference within Actively Used Spectrum")의 이익 및 우선권을 주장하면서 2017년 8월 21일에 출원되고 동시 계류 중인 미국 특허출원 제15/682,076호(발명의 명칭: "Systems And Methods For Mitigating Interference Within Actively Used Spectrum")의 부분계속 출원인, 2017년 10월 24일에 출원된 미국 특허출원 제15/792,610호(발명의 명칭: "Systems and Methods for Distributing Radioheads")의 부분계속 출원이다.

이들 출원은 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함된다.

관련 출원

본 출원은 다음과 같이 등록되고 동시 계류 중인 미국 특허 출원들과 관련될 수 있다.

2020년 4월 8일에 출원된 미국 특허 임시출원 제63/007,358호(발명의 명칭: "Systems and Methods for Electromagnetic Virus Inactivation")

2020년 1월 28일에 등록된 미국 특허 제10,547,358호(발명의 명칭: "System and Methods for Radio Frequency Calibration Exploiting Channel Reciprocity in Distributed Input Distributed Output Wireless Communications")

2019년 9월 24일에 등록된 미국 특허 제10,425,134호(발명의 명칭: "System and Methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum")

2019년 7월 9일에 등록된 미국 특허 제10,349,417호(발명의 명칭: "System and Methods to Compensate for Doppler Effects in Distributed-Input Distributed Output Systems")

2019년 6월 25일에 등록된 미국 특허 제10,333,604호(발명의 명칭: "System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications")

2019년 6월 11일에 등록된 미국 특허 제10,320,455호(발명의 명칭: "Systems and Methods to Coordinate Transmissions in Distributed Wireless Systems via User Clustering")

2019년 4월 20일에 등록된 미국 특허 제10,277,290호(발명의 명칭: "Systems and Methods to Exploit Areas of Coherence in Wireless Systems")

2019년 3월 26일에 등록된 미국 특허 제10,243,623호(발명의 명칭: "System and Methods to Enhance Spatial Diversity in Distributed-Input Distributed-Output Wireless Systems")

2019년 2월 5일에 등록된 미국 특허 제10,200,094호(발명의 명칭: "Interference Management, Handoff, Power Control And Link Adaptation In Distributed-Input Distributed-Output(DIDO) Communication Systems")

2019년 1월 22일에 등록된 미국 특허 제10,187,133호(발명의 명칭: "System And Method For Power Control And Antenna Grouping In A Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO) Network")

2018년 12월 25일에 등록된 미국 특허 제10,164,698호(발명의 명칭: "System and Methods for Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain in Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology")

2018년 5월 15일에 등록된 미국 특허 제9,973,246호(발명의 명칭: "System and Methods for Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain in Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology")

2018년 3월 20일에 등록된 미국 특허 제9,923,657호(발명의 명칭: "System and Methods for Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain in Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology")

2017년 11월 21일에 등록된 미국 특허 제9,826,537호(발명의 명칭: "System And Method For Managing Inter-Cluster Handoff Of Clients Which Traverse Multiple DIDO Clusters")

2017년 11월 14일에 등록된 미국 특허 제9,819,403호(발명의 명칭: "System And Method For Managing Handoff Of A Client Between Different Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO) Networks Based On Detected Velocity Of The Client")

2017년 6월 20일에 등록된 미국 특허 제9,685,997호(발명의 명칭: "System and Methods to Enhance Spatial Diversity in Distributed-Input Distributed-Output Wireless Systems")

2016년 7월 5일에 등록된 미국 특허 제9,386,465호(발명의 명칭: "System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications")

2016년 6월 14일에 등록된 미국 특허 제9,369,888호(발명의 명칭: "Systems and Methods to Coordinate Transmissions in Distributed Wireless Systems via User Clustering")

2016년 4월 12일에 등록된 미국 특허 제9,312,929호(발명의 명칭: "System and Methods to Compensate for Doppler Effects in Distributed-Input Distributed Output Systems")

2015년 3월 24일에 등록된 미국 특허 제8,989,155호(발명의 명칭: "System and Methods for Wireless Backhaul in Distributed-Input Distributed-Output Wireless Systems")

2015년 3월 3일에 등록된 미국 특허 제8,971,380호(발명의 명칭: "System And Method For Adjusting DIDO Interference Cancellation Based On Signal Strength Measurements")

2014년 2월 18일에 등록된 미국 특허 제8,654,815호(발명의 명칭: "System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications")

2013년 10월 29일에 등록된 미국 특허 제8,571,086호(발명의 명칭: "System And Method For DIDO Precoding Interpolation In Multicarrier Systems")

2013년 9월 24일에 등록된 미국 특허 제8,542,763호(발명의 명칭: "Systems and Methods to Coordinate Transmissions in Distributed Wireless Systems via User Clustering")

2013년 4월 23일에 등록된 미국 특허 제8,428,162호(발명의 명칭: "System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication")

2012년 5월 1일에 등록된 미국 특허 제8,170,081호(발명의 명칭: "System And Method For Adjusting DIDO Interference Cancellation Based On Signal Strength Measurements")

2012년 4월 17일에 등록된 미국 특허 제8,160,121호(발명의 명칭: "System and Method For Distributed Input-Distributed Output Wireless Communications")

2011년 2월 8일에 등록된 미국 특허 제7,885,354호(발명의 명칭: "System and Method For Enhancing Near Vertical Incidence Skywave("NVIS") Communication Using Space-Time Coding")

2010년 5월 4일에 등록된 미국 특허 제7,711,030호(발명의 명칭: "System and Method For Spatial-Multiplexed Tropospheric Scatter Communications")

2009년 12월 22일에 등록된 미국 특허 제7,636,381호(발명의 명칭: "System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication")

2009년 12월 15일에 등록된 미국 특허 제7,633,994호(발명의 명칭: "System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication")

2009년 10월 6일에 등록된 미국 특허 제7,599,420호(발명의 명칭: "System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication")

2008년 8월 26일에 등록된 미국 특허 제7,418,053호(발명의 명칭: "System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication")

2019년 9월 20일에 출원된 미국 특허출원 제16/578,265호(발명의 명칭: "System And Method For Planned Evolution and Obsolescence of Multiuser Spectrum")

2019년 1월 21일에 출원된 미국 특허출원 제16/253,028호(발명의 명칭: "System And Methods to Enhance Spatial Diversity in Distributed-Input Distributed-Output Wireless Systems")

2019년 7월 8일에 출원된 미국 특허출원 제16/505,593호(발명의 명칭: "System And Method to Compensate for Doppler Effects in Multi-user(MU) Multiple Antenna Systems(MAS)")

2019년 6월 10일에 등록된 미국 특허출원 제16/436,864호(발명의 명칭: "Systems And Methods to Coordinate Transmissions in Distributed Wireless Systems via User Clustering")

2018년 11월 13일에 출원된 미국 특허출원 제16/188,841호(발명의 명칭: "Systems And Methods For Exploiting Inter-Cell Multiplexing Gain In Wireless Cellular Systems Via Distributed Input Distributed Output Technology")

2017년 10월 24일에 출원된 미국 특허출원 제15/792,610호(발명의 명칭: "System And Method For Distributing Radioheads")

2017년 8월 21일에 출원된 미국 특허출원 제15/682,076호(발명의 명칭: "System And Method For Mitigating Interference within Actively Used Spectrum")

2016년 11월 1일에 출원된 미국 특허출원 제15/340,914호(발명의 명칭: "System And Method For Distributed Input Distributed Output Wireless Communication")

2015년 3월 27일에 출원된 미국 특허출원 제14/672,014호(발명의 명칭: "System And Method For Concurrent Spectrum Usage within Actively Used Spectrum")

2015년 2월 2일에 출원된 미국 특허출원 제14/611,565호(발명의 명칭: "System And Method For Mapping Virtual Radio Instances Into Physical Areas of Coherence in Distributed Antenna Wireless Systems")

2010년 6월 16일에 출원된 미국 특허출원 제12/802,975호(발명의 명칭: "System And Method For Link adaptation In DIDO Multicarrier Systems")

바이러스는 본질적으로 단백질 코트 또는 캡시드로 둘러싸인 게놈(RNA 또는 DNA)이다. 뉴클레오캡시드는 둘러싸인 핵산을 가진 캡시드로 구성되며, 일반적으로 세포질 내부에 있다. 바이러스에 따라, 뉴클레오캡시드는 막성 엔벨로프에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오캡시드 단백질(N-단백질)은 코로나바이러스에서 가장 풍부한 단백질이고, N-단백질은 종종 진단 검정에서 마커로서 사용된다. 뉴클레오캡시드는 N-단백질과 바이러스 RNA 또는 DNA의 회합으로부터 형성된다(도 1참조).

바이러스는 세포, 특히 약하거나 보호 스킨이 결핍된 세포에 달라붙은 다음 증식한다. 박테리아와 달리, 항생제는 바이러스를 통제할 수 없다. 제한된 수의 항바이러스 치료제 및 백신은 계절성 인플루엔자의 균주와 같은 일부 일반적인 바이러스에 이용 가능하지만, 이들 치료제는 바이러스가 변형되고 진화함에 따라 지속적인 재개발을 필요로 한다. 많은 바이러스의 경우 완전한 치료제는 없는데, HIV가 대표적인 예이다.

백신은 바이러스로부터의 감염 가능성을 방지하거나 감소시키기 위해 개발될 수 있지만, 새로운 바이러스가 선진국 사이에서 확산되는 속도와 비교할 때 새로운 바이러스에 대해 개발하는 데에는 더 오랜 시간이 걸리며 효과적이고 위험하지 않은 것으로 확인되기 까지는 훨씬 더 늦다(문헌[15] 참조).

예를 들어, SARS-CoV-2(이전에는, COVID-19로 알려진 호흡기 질환을 야기하는 2019년 신규 코로나바이러스로 알려짐)는 전세계적인 유행병을 초래하였고, 임의의 백신이 이용가능하기 훨씬 전에 많은 수의 생명을 앗아갔다. 가장 초기 감염 사례는 지난 2019년 11월 17일 중국 후베이성에서 발견된 것으로, 이 바이러스는 명백히 주로 사람 간 전염을 통해서, 급속히 중국 전역과 아시아, 유럽, 북미, 남미, 아프리카 및 오세아니아에 있는 180개 이상의 국가에 전파되었다. 첫 감지 후 3개월도 안돼 2020년 1월 30일에 세계보건기구(WHO)는 SARS-CoV-2를 국제적인 공중보건 비상사태를 선포했고, 첫 감지 후 4개월이 채 되지 않은 2020년 3월 11일에, WHO는 전세계적인 전염병으로 선언했다. 2020년 4월 8일까지, 150만 명이 넘는 사람들이 감염되었고, 8만 8천 명이 넘는 사망자가 발생했다. 얼마나 조기에 발병 검역 및 사회적 거리두기 조치가 취해졌는지, 인구의 평균 연령, 의료 시설의 가용성, 사람 간 접촉과 관련된 문화적 규범, 그리고 많은 다른 요인들과 같은 광범위한 요인들로 인해, 사망률은 국가마다 크게 달랐다(문헌[16] 참조).

누가 감염되고 감염되지 않는지 그리고 누가 살아남고 죽는지에 있어서는 단순히 운이 주요한 요인이었다. 예를 들어, 주로 80대 및 90대인 약 120명의 주민들이 거주하고 있던 워싱턴주 커크랜드의 라이프케어 센터 요양원은 미국에서 최초의 주요 SARS-CoV-2 발병의 진원지가 되었다. 어떤 감염자가 그 시설을 방문했고 누구에게 처음으로 바이러스를 감염시킨 것인지는 아직 알려지지 않았지만, 2020년 2월 26일에 처음으로 2명의 주민이 이 바이러스로 인해 사망했으며, 많은 다른 주민들이 유사한 증상으로 급속하게 병을 앓게 됨에 따라, 해당 시설은 격리되었고 그 바이러스는 SARS-CoV-2인 것으로 확인되었다. 2020년 3월 21일에, 인구의 3분의 2인 81명의 주민이 SARS-CoV-2에 대해 양성 반응을 보였고, 감염된 주민들의 43%인 35명의 주민이 사망했다. 그 요양원의 직원 중 3분의 1이 병을 앓게 되었거나, 또는 감염을 피하기 위해 집에 머물렀다(문헌[17] 참조).

SARS-CoV-2의 사례인 것으로 추정되는 일부 바이러스는 증상이 있기 전에 전염되며, 자신이 보균자라는 것을 모르는 사람들에 의해 확산된다. 일부 바이러스는 2014년 내지 2016년의 에볼라(치사율 50%로 추정됨)와 같이 매우 높은 치사율을 가지고 있으며, 다른 바이러스는 2009년 유행병을 초래한 H1N1 인플루엔자 균주(치사율 0.02%로 추정됨)와 같이 치사율이 매우 낮다(문헌[18] 참조). 계절성 인플루엔자와 같은 일반적인 바이러스조차도 질병을 통해, 그리고 더 심각한 경우에는 사망을 통해(바이러스에 따라서는, 어린이, 노인, 면역체계가 손상된 사람, 및 기저질환을 갖고 있는 사람이 특히 위험함)을 통해, 여러 방식으로 큰 영향(불편함, 생산성 손실, 의료 비용)을 미친다.

SARS-CoV-2 전염병은 바이러스의 확산을 막기 위해 순식간에 수 백만 명의 사람들이 격리되는(예를 들어, 음식, 약, 의료 도움과 같은 필수적인 것을 얻거나 또는 필수적인 서비스를 지원하기 위한 이동을 제외하고는 자신의 집에 머물도록 제한되는) 결과를 초래했다. 2020년 4월 7일까지, 바이러스의 확산을 막기 위해 약 95%의 미국인들이 집에 머물러 있었다(문헌[19] 참조). 그 결과, 선진국들에 걸쳐 사람들의 일상 생활과, 학교, 기업, 관공서를 비롯한 기관들에 전례 없는 혼란이 초래되었다.

이러한 대규모의 엄중한 조치의 이유는, 사람들이 거대한 집단 안에서 상호 작용하고 전세계적으로 광범위하게 여행하는 선진국에서는 격리와 사회적 거리두기만이 전염률을 둔화시켜서 가용 의료 자원의 압도적 이용을 막을 수 있도록 하는 유일한 가능한 방법이기 때문이다. 예를 들어, SARS-CoV-2의 심각한 사례에는 치료를 위한 의료용 인공호흡기가 필요한데, 각 국가의 각 지역의 의료 시스템 안에는 사용 가능한 인공호흡기의 수가 제한적이다. 만약 많은 사람들이 한꺼번에 병에 걸리면 인공호흡기가 충분하지 않음으로 인해 피할 수 있었을 죽음을 초래하게 될 것이지만, 만약 그와 동일한 수의 사람들이 충분히 긴 시간에 걸쳐 병에 걸리게 되는 경우에는 인공호흡기가 충분할 것이다.

일부 바이러스는 온도와 습도 조건, 또는 표면의 유형에 따라, 수 시간 또는 수일 동안 (공기 중) 에어로졸 형태로 또는 표면 상에서 활성을 유지한다. 예를 들어, 최근의 공개문헌들은 SARS-CoV-2가 에어로졸 형태로 3시간까지 그리고 재료의 유형에 따라 표면 상에서 최대 72시간까지 활성을 유지한다는 것을 보여주었다(문헌[20], 문헌[21] 참조).

표면 및 공기 중의 바이러스를 불활성화시키는 데 사용할 수 있는 것으로는 광범위한 스펙트럼의 화학물질과, 강력한 자외선 또는 극도의 열과 같은 살균 기술이 있지만, 이들 제품 및 기술은 가장 효과적이게 될 가능성이 있는 접촉 영역들에 자주 그리고 명확하게 적용되어야 한다. 이들 제품 및 기술은 분무할 수 있거나 세정할 수 있는 곳(데스크톱 표면과 같은)에서 가장 잘 작용하지만, 숨겨진 위치(예를 들어, 의자책상(chair desk) 아래) 또는 일반적으로 공기 중에서는 덜 효과적이다. 또한, 경기장, 콘서트 홀, 대중교통 정류장, 학교 등과 같은 공공장소에서는 공공장소가 사용될 때마다 바이러스의 확산을 방지하기 위해 화학물질을 사용하여 모든 노출된 표면을 수동으로 청결하게 하는 것은 비현실적일 수 있다.

그러나 공공장소가 얼마나 자주 또는 철저히 청결하게 되는지와는 관계없이, 이는 주로 사람에서 사람으로 에어로졸 감염을 통해 전파되는 SARS-CoV-2를 포함하는 많은 바이러스에 대한 감염을 제어하는 데에는 거의 영향이 없을 것이다. 예를 들어, 사람들로 꽉 찬 기차역에서 활성 바이러스를 보유한 채 기침을 하는 한 사람은, 그 전날 밤에 기차역이 얼마나 깨끗하게 되었는지에 상관없이, 에어로졸 노출을 통해 그 주변에 있는 수십 명의 사람들을 감염시킬 수 있다. 2020년 초에 코로나바이러스 전염병이 발생한 것은 중국 우한의 춘절 연회(문헌[22] 참조), 대한민국 대구의 신천지 교회 일요예배(문헌[23] 참조), 이탈리아 밀라노 산 시로(San Siro) 경기장의 축구 경기(문헌[24] 참조)와 같이, 서로 다른 나라의 공공장소 및 실내 장소에서의 대규모 모임 때문인 것으로 알려졌다. 제한된 환경에서 동일한 바이러스가 빠르게 확산된 다른 예로는 일본 요코하마에 정박한 다이아몬드 프린세스 유람선이 있고(문헌[25] 참조), 괌에 있는 미국 항공모함 시어도어 루즈벨트호가 있다(문헌[26] 참조).

결과적으로, 한 사람이, 특히 공공장소 또는 사람들이 밀집된 장소에서 직접적인 에어로졸 노출을 통해 다른 사람들을 감염시킬 수 있기 전에, 에어로졸 형태의 바이러스를 실시간으로 불활성화시킬 수 있는 새로운 기술을 개발하는 것에 대한 관심이 있다. 이는 기침 또는 재채기와 같은 격렬한 호흡기 이벤트 후에, 에어로졸 형태의 바이러스가 다른 사람과 접촉하기 전에 그 에어로졸 형태의 바이러스를 불활성화시키는 것을 필요로 한다. 또한, 이는 에어로졸 형태의 바이러스를 사람들에게 매우 가까이 있는 동안 불활성화시키되 사람들에게 해를 끼치지 않게 하면서 불활성화시킬 수 있는 수단을 필요로 할 것이다.

공기 이온화기는 실내 공간에서 에어로졸 형태의 바이러스 전달을 억제하는 것으로 나타났지만(문헌[27] 참조), 공기 이온화기의 부작용은 실내 오존의 생성이며, 이는 미국 식품의약국(Food and Drug Administration)이 의료 기기에 대해 제한하는 0.05 ppm(parts per million)(문헌[28] 참조), 및 미국 직업안전건강관리청(Occupational Safety and Hazard Administration)의 기준치인 8시간 동안 0.10 ppm, 및 미국 국립 직업안전위생연구소(National Institute of Occupational Safety and Health)의 기준치인 언제든지 0.10 ppm 미만일 것을 잠재적으로 초과하는 것으로 밝혀졌다. 오존은, 폐 기능을 감소시키고, 천식을 악화시키며, 목 자극 및 기침, 흉부 통증 및 호흡 곤란, 폐 조직의 염증, 및 호흡 감염에 대한 취약성 증가를 초래할 수 있는, 폐 자극제이다(문헌[29] 참조). 결과적으로, 공기 이온화기는 공공장소에서 공기 중의 바이러스를 억제하기 위한 수단으로서 대규모로 사용하기에는 문제될 것이다.

또 하나의 제안된 접근법은 바이러스와 박테리아를 둘 다 사멸시키기 위해 공공장소의 천정 조명에서 202 nm 내지 222 nm 범위의 극자외선-C 광을 사용하는 것이다(문헌[30] 참조). 이러한 접근법은 통상적인 자외선 소독과 유사할 것이지만, 다른 연구들이 제시하는 바에 따르면, 202 nm 내지 222 nm 범위의 극자외선-C 광은, 사람 피부 및 눈에 악영향(예를 들어, 암, 각막 및 망막 손상)을 미치는 더 긴 자외선 파장과는 달리, 그런 악영향을 미치지 않는다는 것이다(문헌[31] 참조). 이는 이용 가능한 해결책이라는 것이 궁극적으로 입증될 수 있지만, 202 nm 내지 222 nm 범위의 자외선-C 광을 사람에게 장기간 노출하는 것에 대한 장기적인 연구 및 광범위하게 허용되는 표준이 있을 때까지는, 공공장소에서 이러한 접근법을 사용하는 것은 실행 가능하지 않을 것이다.

바이러스를 신체에 들어가기 전에 화학물질, 공기 이온화, 자외선, 또는 극도의 열로 불활성화시키는 것에 대한 대안은 바이러스 RNA 또는 DNA를 포함하는 바이러스 캡시드 또는 뉴클레오캡시드에서 특수한 대칭 공진을 활용하는 것이다. 이러한 대칭성은 문헌[1]에서 가정되고 문헌[2]에서 수학적 공식을 사용하여 계산된 초음파 또는 고주파 신호로 여기될 수 있는 많은 저주파 진동 모드의 존재 하에서 분명해지는데, 이와 관련해서는 문헌[3]을 참조한다.

바이러스 캡시드에서의 대칭은 또한 전자기("EM") 복사를 활용하여 적용될 수 있다. 바이러스의 캡시드를 파괴하기 위해 EM 복사를 사용하는 개념은 문헌[5]에서 논의되고, 문헌[32]에서는 매우 짧은 거리에 걸쳐 근거리장에서 구현되었다. 모든 분자는 입사 EM 복사선을 강하게 흡수하는 진동 및 회전 공진 주파수를 갖는다. 회전 공진 주파수들은 통상적으로, 적외선 또는 유사하게 매우 높은 주파수들을 필요로 하는 진동 공진 주파수들과 비교하여, 마이크로파 영역에서 흡수된다. 그 후, 흡수된 EM 에너지는 분자 및 그 주변의 열로 변환된다. 충분한 에너지를 가진 경우, 캡시드 내 표적 분자는 바이러스를 파괴하기에 충분한 열을 발생시킬 수 있고, 이에 의해 캡시드 및 그의 바이러스 게놈 함유물을 파괴하여 바이러스를 불활성화시킬 수 있다는 것이 문헌[32]에 나타나 있다. 중요한 단계는 표적 바이러스에 대한 캡시드 내에서 상대적으로 독특한 분자를 찾아서 이 바이러스만을 여기시키는 것이다. 문헌[5]의 논문은 이 과정이 (바이러스가 이미 체내에 있는 경우) 생체 내에서 수행될 수 있을 것으로 추측하고 있지만, 해결책을 제공하지 못하고 있다. 문헌[32]는 도 2에 도시된 바와 같이, 용액 중의 인플루엔자 A 아형 H3N2 및 H1N1 바이러스를 6 ㎓ 내지 12 ㎓ 사이의 주파수의 마이크로파 복사선에 노출시킴으로써 불활성화시키는, 체외 바이러스를 불활성화시키기 위한 작업 시스템을 설명한다.

EM 복사선은 또한 바이러스를 다른 방식으로 불활성화시키는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 문헌[6]에서는, 결정 형태를 갖는 바이러스 게놈을 갖는 캡시드 내부의 높은 압력은 격자 진동 주파수에 대응하는 주파수에서의 EM 신호와의 공진에 의해 활용될 수 있다고 가정하고 있다.

종래의 EM 복사선 개발은 단거리 전송에 중점을 두었다. 문헌[32]는 바이러스 시료를 수 센티미터의 혼(horn) 내에 위치시킨 마이크로파 혼(microwave horn)을 활용하였다. 문헌[33]은 시료를 최대 178 mm(7인치)의 거리에 둔 상태에서 H3N2 인플루엔자 A 아형을 불활성화시키기 위해 마이크로파 혼을 근거리 장에서 초점 반사 어레이와 조합하는 것을 기재하고 있다.

이러한 종래 기술의 해결책들은 사람이 EM 복사선에 노출되지 않을 때 실용적이다. 예를 들어, 공공장소에서 사람들이 떠난 경우라면, 강력한 자외선 램프 또는 마이크로파 방출기를 켜서 공공장소에 EM 복사선이 넘쳐 흐르게 하여 공기 또는 표면에 남아 있는 바이러스를 불활성화시킬 수 있다. 또한, 바이러스를 불활성화시키기 위해 휴대형 자외선 램프 또는 마이크로파 송신기를 특정 표면에 향하게 할 수 있다. 그러나, 이전에 언급한 바와 같이, 거의 전부는 아니더라도, 바이러스 감염은 실시간의 사람 간 에어로졸 전달을 통해 발생한다. 이러한 종래 기술의 해결책들은 이러한 주된 바이러스 전달 수단을 해결하지 못한다.

앞에서 언급한 바와 같이, 공공장소의 천장 조명에서의 202 nm 내지 222 nm 범위의 종래 기술의 극자외선-C 광은 바이러스를 불활성화시키는 특정 출력 레벨에서는 장기간의 사람에 대한 노출에도 안전한 것으로 결국에 가서는 밝혀질 수 있다. 만일 그렇다면, 바이러스를 불활성화시키기에 충분하지만 사람에게는 유해하지 않을 정도로 충분히 낮은 출력 레벨이 존재하며 그 출력 레벨을 사람이 위치하는 곳에 유지시킬 수 있다고 확신할 수 있도록 하는 어떤 수단이 발견되어야 할 것이다. 이는 달성하기 어려울 수 있는데, 왜냐하면 자외선 광원과 사람 사이의 거리가 크게 변하게 되면, 에어로졸 바이러스와 사람 모두가 받는 출력은 그 거리에 따라 극적으로 변할 것이기 때문이다. 일반적으로 광 복사선은, 구체적으로는 자외선 광 복사선은, 마이크로파 복사선보다 제어하기가 훨씬 더 어렵다. 202 nm 광은 예를 들어, 8 ㎓ 마이크로파 복사선보다 약 185,000배 더 높은 주파수인 약 1.5 페타헤르츠의 주파수를 가지며, 그렇기 때문에, 공공장소의 특정 위치에서 그의 출력 레벨을 제어하는 데 이용가능한 기술들의 수는 더 적다.

문헌[32]는 바이러스를 불활성화시키는 데 필요한 출력 레벨이 IEEE 안전 표준(문헌[34] 참조) 미만이라는 것을 언급하고 있지만, 이러한 레벨은 15분 후에만 부분적인 바이러스 불활성화를 제공할 것이다. 문헌[32]의 6페이지에는, "우리의 이론적 모델은 시료에서 82.3 W/m²의 평균 마이크로파 출력 밀도에 대응하는, 86.9 V/m의 불활성화 임계 필드 강도를 예측하였다. 모든 출력이 공기로부터 시료로 전달될 수 있다고 가정하기 때문에, 공기 중의 출력 밀도도 82.3 W/m²이며, 이는 IEEE 안전 표준보다 1.48배 낮다"고 언급되어 있지만, 82.3 W/m²는 38% 바이러스 불활성화에 해당한다. 100% 바이러스 불활성화를 달성하기 위해서는 810 W/m²의 출력 밀도가 요구된다. 또한, 실험은 바이러스 샘플을 이러한 출력 레벨에 15분 간격 동안 노출시켰는데, 이는 기침 또는 재채기로부터 나온 비말에서 한 사람으로부터 다른 사람으로 실시간으로 전달되는 공기 중 바이러스를 불활성화시키기에는 너무 긴 시간이다.

이 논문은 IEEE 안전 표준을 기준으로 삼고 있지만, FCC로부터의 EM 노출 가이드라인(문헌[35], 문헌[36] 참조) 및 국제 비이온화 방사 보호 위원회(ICNIRP: International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)(www.icinirp.org)로부터의 EM 노출 가이드라인(문헌[43] 참조)을 포함하여, 특히 미국에서 광범위한 공공 기준에 적용될 수 있음 직한 마이크로파 방출에 대한 다른 안전 지침이 존재한다. ICNIRP 가이드라인은 최근의 연구들을 고려하여 2020년 3월 11일에 아주 최근에 업데이트되었다. ICNIRP와 FCC의 EM 복사선 노출 가이드라인은 매우 유사하며, 일반적인 모집단/무대조군 전체 신체 노출의 경우 1.5 ㎓ 이상의 주파수에서 10 W/m²의 출력 밀도 한계를 나타내고 있는 바, 이들 두 가이드라인은 문헌[32]에 의해 사용되는 IEEE 가이드라인보다 더 엄격하다. 문헌[32]에 기술된 15분 후 38% 바이러스 불활성화의 경우에 82.3 W/m²인 출력 밀도는, 15분 후 100% 불활성화의 경우 에는 810 W/m²인 것은 말할 것도 없고, ICNIRP 또는 FCC의 EM 노출 가이드라인을 훨씬 초과할 것이다. 공공장소에서 기침이나 재채기가 발생한 경우에 사람 간 공기 감염을 방지하기 위해 수 초 이내에 바이러스를 불활성화시키기 위해서는 더 높은 출력이 필요할 것이다.

레이저는 사람이 레이저 방출에 노출되지 않는 실험실 환경에서 펨토초 레이저를 이용한 순간 유도 라만 산란(ISRS: impulsive stimulated Raman scattering)에 의해 바이러스를 불활성화시키는 데에 사용되었다(문헌[4], 문헌[37] 참조). ISRS는 진동 모드를 여기시키고 바이러스의 캡시드를 파괴하는 저주파 음향 진동을 생성하기 위해 강한 초단파 펄스 레이저로 바이러스를 조사하는 것으로 구성되어 있다. 다양한 바이러스들은 레이저의 펄스 폭을 변화시킴으로써 합성될 수 있는 다양한 진동 주파수들을 나타낸다. 바이러스를 불활성화시키기에 충분한 출력에서의 레이저 방출은 사람의 눈 또는 피부에 잠재적으로 해로울 것이다. 레이저는 미국 식품의약국(FDA: Food and Drug Administration)에 의해 클래스 I, 클래스 IIa 및 II, 클래스 IIIa 및 IIIb, 및 클래스 IV로 분류되고, 국제전기기술위원회(IEC: International Electrotechnical Commission) 분류에 의해 유사하게 클래스 1, 1M, 클래스 2, 2M, 클래스 3R, 3B, 및 클래스 4로 분류된다. (예를 들어, 문헌[38] 참조). 클래스 I 및 클래스 1은 육안으로 볼 때에 위험하지 않은 것으로 간주된다. 클래스 IIa 및 II와 클래스 2 및 2M은 짧은 기간 동안 육안으로 볼 때에는 위험하지 않은 것으로 간주된다. 클래스 IIIa 및 클래스 3R은 출력에 따라서는 육안으로 직접적으로 볼 때 순간적으로 위험할 수 있다. 클래스 IIIb 및 클래스 3B는 직접적인 빔으로 인해 즉각적으로 피부에 위험하고 육안으로 직접 볼 때 즉각적으로 눈에 위험하다. 클래스 IV 및 클래스 4는 직접적인 또는 반사된 빔으로 인해 즉각적으로 피부 및 눈에 위험하며, 화재 위험도 야기시킬 수 있다. 공공장소에서 육안으로 안전하게 직접 보게 되는 레이저의 경우, 클래스 I만이 연속적으로 사용될 수 있고, 공공장소를 스캔하는 데에는 클래스 IIa 및 II만이, 가능성이 있기로는, 충분히 낮은 출력의 클래스 IIIa가 사용될 수 있다. 공공장소에서 사람의 얼굴 근처에서 바이러스를 불활성화시키기 위해 레이저가 사용되는 경우, 정지 또는 스캐닝 클래스 I, IIa, II, 또는 IIIa 레이저의 안전한 출력 레벨보다 높은 출력이 요구되겠지만, 그러한 레이저는 사람에게 해를 끼치지 않고 사용하기에는 안전하지 않을 것이다.

따라서, 바이러스를 불활성화시키기 위한 공지된 EM 복사선 방법들이 존재하지만, 광범위하게 전개되기에는 장애가 있다. 노출 한계는 202 nm 내지 222 nm 범위의 극자외선 C 복사선의 경우에 아직 확립되지 않았고, 공공장소에서 복사선의 출력 레벨을 제어하기가 어려울 수 있다. 마이크로파 복사선의 경우, 공지된 기술을 사용하는 요구되는 출력 레벨은 ICNIRP 및 FCC에 의한 확립된 사람 EM 복사선 노출 가이드라인을 초과하는 것이다. 레이저 방출의 경우, 바이러스를 불활성화시키는 데 요구되는 레이저 출력은 사람에게 해를 끼칠 위험이 있다.

사람 간의 공기 전염을 방지하기 위해 실시간 공공장소에서 공기 중 바이러스를 불활성화시키는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 시급하다. 이러한 시스템 및 방법은 사람에 의한 격렬한 호기 이벤트(예를 들어, 기침 또는 재채기)를 통해 막 방출된 공공장소의 공기 중 바이러스를 불활성화시키지만, 공공장소에 있는 모든 사람에 대해 허용된 EM 복사선 노출 가이드라인에 따라 안전해야 한다.

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도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명을 더 잘 이해할 수 있다.
도 1은 바이러스 비리온을 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 것으로, 여러 공진 주파수들에서의 불활성화 비율을 도시한다.
도 3은 고려 중인 시스템의 구성요소들을 도시한다.
도 4는 6x6 정사각 어레이의 기하학적 구조를 도시한다.
도 5는 6x6 정사각 어레이의 어레이 인자를 도시한다.
도 6은 전송 안테나들의 거리 및 총 개수의 함수로서의 정사각 어레이의 최대 이득 방향(즉, 넓은 방향)을 향한 복사 밀도를 도시한다.
도 7은 20분 동안 30℃에서 45℃까지 온도를 증가시킴으로써 HRV의 캡시드를 파괴시키기 위한 평균 전송 출력 요건을 도시한다.
도 8은 안테나들의 개수의 함수로서의 정사각 어레이의 -3dB 빔폭을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 공공장소로서 경기장을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 전체에 걸쳐 분산된 안테나 또는 BTS와, 컨트롤러 및 스위치를 갖는 공공장소를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 공공장소의 제1 구역으로 지향되는 조정가능한 빔형성 안테나들을 갖도록 구성된 지붕을 가진 공공장소 및 그런 지붕을 갖지 않은 공공장소를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 공공장소의 제2 구역으로 지향되는 조정가능한 빔형성 안테나들을 갖도록 구성된 지붕을 가진 공공장소 및 그런 지붕을 갖지 않은 공공장소를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 중첩된 라이다(LIDAR) 유닛들을 갖도록 구성된 지붕을 가진 공공장소 및 그런 지붕을 갖지 않은 공공장소를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 공공장소의 제1 구역으로 지향되는 조정가능한 빔형성 안테나들 및 중첩된 라이다 유닛들을 갖도록 구성된 지붕을 가진 공공장소 및 그런 지붕을 갖지 않은 공공장소를 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 주위에 불활성화 볼륨을 갖는 공공장소에 앉아 있는 2명의 사람의 확대도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 가간섭성 볼륨을 포함하는 불활성화 볼륨을 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 회색의 솔리드 음영으로 나타낸 가간섭성 볼륨들을 도시한다.
도 18은 도 17의 3D 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 회색의 실선 음영으로 도시된 가간섭성 볼륨을 포함하는 불활성화 볼륨을 갖는 공공장소 내에 한 사람은 서 있고 한 사람은 앉아 있는 2명의 확대도를 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 회색의 실선 음영으로 도시된 가간섭성 볼륨들을 포함하는 불활성화 볼륨을 갖는 것으로 나타낸 공공장소를 도시한다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 불활성화 볼륨 내에 조정가능한 레이저가 조합되어 있는 공공장소에 앉아 있는 2명의 사람들의 확대도를 도시한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 착석 영역 위 10미터 높이에 있는 경기장의 구역의 천장에 설치된 100개의 안테나 어레이를 갖는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 자유 공간 전파가 이루어지는 상기 경기장의 구역에서의 출력 밀도의 공간적 분포를 도시한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, "안전 경계"의 평면도를 도시한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, "안전 경계"의 3D 뷰를 도시한다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, "안전 경계" 내에 둘러싸인 "불활성화 경계"의 3D 뷰를 도시한다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 급속-페이딩(fast-fading) 전파 채널이 있는 경기장의 구역에서의 출력 밀도의 공간 분포를 도시한다.

상기 종래 기술의 여러 한계들을 극복하기 위한 한 가지 해결책은, 모두 본 특허출원의 양수인에게 양도되고 본원에 원용되어 포함되는 다음의 특허들과 특허출원들에 교시된 바와 같은 pCell^® 무선 기술("분산-입력 분산-출력" 또는 "DIDO" 무선 기술이라고도 불림)로서 상업적으로 공지된, 분산 안테나 또는 기지국 송수신기(BTS: base transceiver station) 공간 처리의 일 실시예를 가지고서 무선 주파수(RF)를 이용하여 실시간으로 공기 중 바이러스를 불활성화시키는 것이다. 이들 특허 및 출원은 종종 본원에서 집합적으로 "관련 특허 및 출원"으로 지칭된다.

본 특허출원의 분량 및 복잡성을 줄이기 위해, 관련 특허 및 출원의 개시는 이하에 명시적으로 기재되지 않는다. 본 개시내용의 전체 설명은 관련 특허 및 출원을 참조한다.

일 실시예에서, 커버리지 영역은 예를 들어, 라이브 이벤트를 위한 경기장 참석자들과 같은 사람들이 점유하고 있는 영역들에, 그 주위에, 및 그 안에 전송들의 일부 또는 전부가 중첩되도록, 커버리지 영역, 예를 들어, 경기장 또는 스타디움 주위에 분산된 다수의 분산 안테나들 또는 기지국 송수신기들(BTS: base transceiver station)을 갖는다. 분산 안테나들의 전송은 그들의 전송들이 조화롭게 조정되도록 제어되되, 임의의 주어진 시간에, 다수의 파형들의 보강 및 상쇄 간섭에 의해, 인체들 사이의 공기 중에서 바이러스를 비활성화시키기에 충분히 높은 출력 및 지속기간을 갖지만, ICNIRP, FCC 및 IEEE 가이드라인(문헌[34] 내지 문헌[36], 문헌[43] 참조)과 같은 적용 가능한 EM 복사선 사람 노출 가이드라인에 따라, 사람 노출에는 안전하도록 사람이 위치한 곳에서는 충분히 낮은 출력을 갖는 방사선 패턴이 생성되도록, 제어된다. 기술적으로, 숙주 세포 외부의 바이러스의 감염 형태는 "비리온(virion)"으로 정의되며, 본 출원에서는 바이러스 또는 비리온을 지칭하는 데에 "바이러스"라는 단어를 사용한다.

도 9는, 일 실시예에서, 예를 들어, 경기장, 아이스 링크, 스테이지, 또는 기타 유형의 공연 영역(1003)의 하나 이상의 측면 상에 참석자를 위한 좌석을 갖는, 경기장, 스타디움 또는 극장(1001)인 공공장소를 도시한다. 전형적으로, 이러한 공공장소 내의 좌석들(1002)은 공연 영역(1003)으로부터 점차적으로 위로 높여져서 참석자들이 그들 앞에 있는 사람들의 머리 위를 볼 수 있게 하도록 하는 각도를 이룬다.

일 실시예에서, 안테나들 또는 BTS들은 공공장소인 도 9 전체에 걸쳐 도 10에서와 같이 분포된다. 도 10은 안테나들 또는 BTS들(1010, 1011, 1012 및 1013)로 예로서 라벨링된 80개의 안테나 또는 BTS들을 도시하지만, 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)은 공공장소 내의 모든 안테나들 또는 BTS들을 의미한다. 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)은 BTS들의 일부가 아닌 독립형 안테나들일 수 있거나, 안테나들을 갖는 BTS들일 수 있다. 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)이 독립형 안테나인 경우, 무선 주파수(RF) 신호는 동축 케이블을 포함하지만 이에 제한되지 않는 통신 수단을 통해 안테나에 제공된다. 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)이 BTS들인 경우, BTS들은 광학 또는 유선 이더넷, 공용 무선 인터페이스(CPRI: common public radio interface), 케이블 디지털 서비스 인터페이스 사양(DOCSIS: digital over cable service interface specification), 및/또는 무선 통신 수단 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 통신 수단을 통해서, 또는 하나 이상의 편광이 있는 전방향성(omnidirectional) 또는 지향성(directional)을 통해서, 통신을 수신한다. 도 10에 도시된 실시예는 80개의 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)을 도시한다. 다른 실시예들은 더 많거나 더 적은 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)을 가질 것이다.

안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)은, 독립형 안테나들이든지 또는 BTS들 상의 안테나들이든지 간에, 단일 안테나들 또는 안테나 어레이들이든지 어떠한 타입의 안테나일 수도 있으며, 전방향 안테나, 임의의 이득의 지향성 안테나, 멀티-로브 안테나, 고정 또는 가변 빔 구성을 갖는 위상변조 어레이 안테나를 포함하는 빔형성 또는 빔조향 능동형 어레이, "대규모 MIMO" 안테나 어레이, 마이크로파 혼, 멀티-스팟 빔 안테나, 포물선 또는 임의의 반사체 안테나, 또는 단일 대역이나 다중 대역 응용을 위해 설계된 임의의 다른 타입의 안테나 또는 안테나 어레이를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

각각의 안테나 또는 각각의 BTS(1010 내지 1013)를 구동하는 RF 신호는, 독립형 안테나들이든지 또는 BTS 상의 안테나들이든지 간에, 고정 주파수 또는 가변 주파수이거나, 고정 대역폭 또는 가변 대역폭이거나, 고정 출력 레벨 또는 가변 출력 레벨이거나, 선형 또는 비선형일 수 있으며, 이들은 임의의 주파수, 대역폭 또는 출력 레벨일 수 있다. 안테나들 또는 BTS 안테나들(1010 내지 1013)의 일부 또는 전부는 동일하거나 상이한 주파수들, 대역폭, 출력, 또는 선형성을 가질 수 있다.

아래의 단락들에서, 주어진 지점에 대한 "유용한 복사 출력"은 그 지점에서 수신된 RF 출력이 의도된 응용예의 목적들에 유용하다는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 모든 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)의 전송 범위는 유용한 복사 출력을 갖는 공공장소 내의 모든 지점들에 도달하기에 충분하다. 다른 실시예에서, 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)의 일부 또는 전부의 전송 범위는 유용한 복사 출력으로 공공장소 내의 모든 지점들에 도달하지 않는다. 일 실시예에서, 공공장소 내의 일부 또는 모든 지점들은 하나 이상의 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)로부터의 중첩된 전송들에 의해 유용한 복사 출력으로 도달된다.

일 실시예에서, 컨트롤러(1030)는 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)의 일부 또는 전부에 의해 송신 또는 수신되는 기저대역 파형들 중 일부 또는 전부를 생성한다. 컨트롤러(1030)는 ASIC(application-specific integrated circuits), FPGA(field-programmable gate arrays), DSP(digital signal processor), 범용 중앙 처리 장치(CPU), 또는 GPU(graphics processing unit), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 형태로 하드웨어로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 기저대역 파형들은, 광학 또는 유선 이더넷, CPRI(common public radio interface), DOCSIS(digital over cable service interface specification), 및/또는 무선 통신 수단, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되는 않는 임의의 타입의 통신 수단(1031)을 통해 전송된다. 통신 수단(1031)은 하나 또는 다수의 물리적 또는 가상 통신 수단일 수 있다. 통신 수단(1031)은 BTS들(1010 내지 1013)에 직접 연결될 수 있거나, 통신 수단(1031)은 4개의 예로서 도시된 통신 수단(1021 내지 1024) - 그런데 통신 수단(1021 내지 1024)이라 함은 통신 스위치(1020)와 BTS들(1010-1013) 사이의 모든 통신 수단을 의미함 - 을 통해 중앙 컨트롤러(1030)로부터 BTS들로 통신을 라우팅하는 하나 이상의 통신 스위치(1020)에 연결될 수 있다. 통신 수단(1021 내지 1024)은 이 단락에서 위에 나열된 임의의 통신 수단을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 통신 수단일 수 있고, 일부 또는 모두는 동일한 통신 수단일 수 있고, 일부 및 모두는 상이한 통신 수단일 수 있다. 통신 수단(1021 내지 1024)은 이더넷 상의 임의의 버전의 출력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 수단을 통해 BTS들의 일부 또는 전부에 대한 출력을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, BTS들(1010 내지 1013)은 데이지 체인 내의 출력을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 통신 수단들의 데이지 체인(daisy chain)에 연결된다.

도 11a는 지붕에 의해 덮인 공공장소의 정면도를 도시한다. 도 11b는 지붕이 없는 공공장소의 유사한 정면도를 도시한다. 도 11a 및 도 11b는 두 명의 공연자 또는 선수(1169)가 있는 중앙 공연 또는 게임 필드 영역의 각각의 측면 상에 있는 한 행의 좌석들(1161, 1162)을 도시한다. 도 11a 및 도 11b는 예시적인 것이며, 공공장소의 깊이 또는 임의의 세부사항을 나타내지 않는다.

도 11a는 천장에 흰색 직사각형으로서 적응형 빔형성의 12개의 지향성 안테나(1101 내지 1112)("안테나들(1101 내지 1112)")를 갖는 실시예를 도시한다. 도 11b는 벽에 흰색 직사각형으로서 적응형 빔형성의 6개의 지향성 안테나(1141 내지 1146)("안테나들(1141 내지 1146)")를 갖는 실시예를 도시한다. 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)은 위상변조된 어레이 안테나들 및 대규모 MIMO 안테나 어레이들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 종래 기술로부터 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112)은 독립형 안테나들이고, 일 실시예에서, 이들은 BTS를 위한 안테나들이다.

안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)의 수량 및 배열은 일 실시예를 도시한다. 다른 실시예들에서, 해당 수량 및 배열은 임의의 구성 또는 배향으로 배열된 안테나들(1101 내지 1112) 및/또는 안테나들(1141 내지 1146)의 임의의 양에 따라 유효하게 변화한다. 이러한 실시예들은 더 많거나 더 적은 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)을 갖는 것; 그 안테나들이 1차원, 2차원 및 3차원 배열로 배치되는 것; 그 안테나들이 천장, 천장이나 캣워크(catwalk)로부터 매달린 곳, 천장 타일 위, 벽, 바닥, 좌석, 레일, 기둥, 장대, 차량을 포함하지만 이에 제한되지 않는 공공장소의 임의의 곳에, 영구적으로 또는 일시적으로 배치되는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)의 수량 및 배열의 일 실시예는 일 실시예의 예인 수량 및 배열로서 도 10의 BTS들(1010 내지 1013)에 의해 도시되어 있다.

도 11a 및 도 11b에 도시되지는 않았지만, 일 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)은 직접적으로 또는 하나 이상의 스위치들(1020)을 통해서, 도 10에 도시된 바와 같이 하나 이상의 컨트롤러(1030)에 통신 가능하게 연결된다. 안테나들 또는 BTS들(1010 내지 1013)에 대해 고려되는 모든 실시예들은 또한 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)에 대해 고려된다.

일 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112)의 빔형성 기능은 국부적으로 구현되고, 일 실시예에서, 빔형성 기능은 원격으로 구현되며, 일 실시예에서, 국부적 및 원격 빔형성 기능의 혼합이 존재한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(1030)와 같은 컨트롤러는 빔들을 형성하기 위해서 안테나들에 국부적인 프로세서 수단에 대해 명령들을 전송한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(1030)와 같은 컨트롤러는 복수의 파형들을 각각의 안테나들(1101 내지 1112) 내의 어레이 내의 복수의 안테나들에 대응하는 각각의 안테나들(1101 내지 1112)에 전송하고, 그러한 복수의 파형들은 각각의 안테나들(1101 내지 1112)로부터 원하는 빔형성 전송을 초래한다. 일 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112) 중 하나 이상은 패치 안테나, Yagi 안테나, 접시형 안테나, 위상변조된 어레이 안테나 및 대규모 MIMO 안테나 어레이를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 종래 기술을 이용하는 고정된 빔폭을 갖도록 구성된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 안테나들(1101 내지 1112)은 하나 이상의 차원에서 전방향적이다. 일 실시예에서, 하나 이상의 안테나들(1101 내지 1112)은 하나 이상의 편광을 갖도록 구성된다.

도 11a는, 빔들이 모두 표적 영역(1171)에 도달하도록, 천장 안테나들(1101 내지 1112)이 빔들(1121 내지 1132)을 전송하는 실시예를 도시한다. 각각의 빔의 형상은 "V"형 점선으로 된 2차원으로 도시되지만, 각각의 빔의 실제 형상은 3차원이며 더 복잡한 빔 패턴을 갖는다. 일 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112)의 각각의 일부 또는 전부는 둘 이상의 방향으로 둘 이상의 빔을 방출할 수 있고, 둘 이상의 빔은 안테나 어레이의 복수의 조정가능한 빔, 사이드 로브(side lobe) 또는 격자 로브(grating lobe)를 포함한다.

도 11b는 빔들이 모두 표적 영역(1171)에 도달하도록 벽 안테나들(1141 내지 1146)이 빔들(1151 내지 1156)을 전송하는 실시예를 도시한다. 각각의 빔의 형상은 "V"형 점선으로 된 2차원으로 도시되지만, 각각의 빔의 실제 형상은 3차원이며 더 복잡한 빔 패턴을 갖는다. 일 실시예에서, 안테나들(1141 내지 1146)의 각각의 일부 또는 전부는 둘 이상의 방향으로 둘 이상의 빔을 방출할 수 있고, 둘 이상의 빔은 안테나 어레이의 복수의 조정가능한 빔, 사이드 로브(side lobe) 또는 격자 로브(grating lobe)를 포함한다.

도 12a 및 도 12b는 도 11a 및 도 11b와 동일한 공공장소를 도시하지만, 이들 실시예는 표적(1272)에 도달하도록 조준된 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)의 빔을 도시한다. 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146) 각각은 빔형성 각도 범위 내에 있고 유용한 복사 출력이 되는 공공장소 내의 임의의 표적을 가리키도록 구성될 수 있다. 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)은 모두 동일한 표적을 가리킬 수 있고, 일부는 한 번에 상이한 표적들을 가리킬 수 있으며, 각각의 안테나는 하나 이상의 빔들을 하나 이상의 표적들에 전송할 수 있다. 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146) 각각의 각도 및/또는 애퍼처를 변화시키는 것은 매우 빠르고, 잠재적으로 수 나노초 이하 내에 있을 수 있으며, 빔들은 다른 표적을 가리키기 전에 일정 시간 동안 하나의 표적에 지향된 채로 유지될 수 있거나, 또는 상기 빔들은 공공장소의 일부 또는 전부를 통해 연속적으로 스위핑될 수 있다. 일 실시예에서, 빔은 한 번에 오직 하나의 표적만을 가리킨다. 다른 실시예에서, 빔들은 동일한 시간 및/또는 동일한 주파수 대역 내에서 복수의 표적들을 가리킨다.

도 13a 및 도 13b는 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b와 동일한 공공장소를 도시한다. 도 13a 및 도 13b는, 공공장소의 사람 및/또는 다른 물체가 위치한 곳을 결정하는 데에, 검은 직사각형으로 도시된 라이다 유닛들(1301 내지 1311 및 1341 내지 1350)이 사용되는 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 라이다 유닛들(1301 내지 1311 및 1341 내지 1350)은 개별적으로 또는 함께, 사람들이 점유하는 공공장소의 영역들의 3차원 토폴로지 맵을 제공하는 중첩 스캔 윈도우들(1321 내지 1331 및 1361 내지 1370)을 갖는다. 이러한 토폴로지 맵으로부터, 사람 및/또는 다른 물체들 주위의 3차원 "불활성화" 볼륨(1300)이 결정된다. 불활성화 볼륨(1300)의 일 실시예의 정면도는 도 13a 및 도 13b에서 점선 내의 영역으로 도시되어 있다. 각각의 라이다 유닛(1301 내지 1311 및 1341 내지 1350)은 그들의 라이다 유닛에 의존하여, 주어진 정밀도로 라이다 유닛으로부터 그의 시야 및 깊이 내의 지점들까지의 거리를 결정할 수 있다. 예를 들어, Intel^® Real Sense™ LIDAR Camera L515는 9미터에서의 x, y 해상도가 약 15 내지 20 mm이고, 9미터에서의 깊이(z) 해상도가 약 15.5 mm인 70° x 55°의 시야를 갖는 9미터의 레인지를 가지며, 4 밀리초(msec)의 "광자 지연"(라이다 측정부와 해당 측정부의 출력 사이의 지연)으로 초당 30번의 스캔으로 동작한다. 따라서, 9미터의 거리에서, 이러한 라이다 유닛은 x, y, z에서 약 20 mm x 15 mm x 15.5 mm 이내의 3D 불활성화 볼륨(1300)을 결정하는 데에 사용될 수 있다. (9 m보다 긴 거리의 경우, 더 긴 거리에 적합한 사양들을 가진 다른 라이다 유닛이 사용될 것이다.)

불활성화 볼륨(1300)은 불활성화 볼륨(1300) 내에서 에어로졸 형태로 일부 또는 모든 바이러스를 불활성화시키기에 충분히 높은 RF 출력 밀도를 갖는 공간 내의 영역이다. 감염된 사람은 종종 격렬한 호기 이벤트(예를 들어, 기침 또는 재채기) 후 또는 대화 시에 그들의 입 및 코로부터 에어로졸 형태로 바이러스를 방출하고, 사람들은 또한 종종 눈, 코, 또는 입을 통해 에어로졸 형태로 바이러스에 감염되기 때문에, 불활성화 볼륨(1300)이 공공장소에서 사람의 머리 근처에 있어, 에어로졸 형태의 바이러스가 감염된 사람으로부터 나오든지 다른 공급원으로부터 방출되든지, 그리고 특히 바이러스가 신체를 감염시킬 수 있는 눈, 코, 및 입(모두 머리에 위치함)과 접촉할 수 있든지에 관계없이 불활성화되도록 하는 것이 중요하다. 본질적으로, 불활성화 볼륨(1300)은 사람, 특히 사람의 머리 주변에서 보이지 않는 "바이러스 차폐"로 작용한다. 그러나, 바이러스를 불활성화시키기에 충분히 높은 RF 출력 밀도는 사람 노출에 대한 최대 RF 출력 밀도의 권장되는 가이드라인(예를 들어, FCC, ICNIRP 및 IEEE)보다 높을 수 있고, 따라서 불활성화 볼륨(1300)이 공공장소에서 사람의 머리 근처에 있는 것이 중요하지만, 불활성화 볼륨이 인체의 임의의 부분과 중첩되지 않는 것이 또한 중요하다. 이를 달성하기 위해, 라이다 해상도가 주어지면, 불활성화 볼륨(1300)은 라이다의 3D해상도(임의의 측정 오차 포함), 라이다의 스캔 및 광자 지연, 및 사람이 움직일 수 있는 속도를 고려하기 위해 인체의 임의의 부분으로부터 충분히 멀리 떨어져야만 한다. 예를 들어, 인텔 라이다 카메라 L515의 경우, 불활성화 볼륨(1300)과 사람 신체의 임의의 부분 사이의 간격(이하 "안전 간격"이라 함)은 측정 지점으로부터의 9 m거리에서 x, y, z에서 약 20 mm x 15 mm x 15.5 mm인 라이다 카메라 L515의 해상도를 초과해야 한다. 또한, 사람의 신체가 이동할 수 있다는 점을 고려하기 위해, 사람이 이동할 수 있는 가장 빠른 속도가 주어지면, 라이다가 불활성화 볼륨 및 사람 신체의 임의의 부분 사이의 안전 간격을 계속하여 갖는 불활성화 볼륨(1300)에 대한 새로운 형상을 결정하기 위해 해당 영역을 다시 스캔하기 전에, 인체의 어떠한 부분도 불활성화 볼륨(1300)의 형상을 관통하지 않도록 안전 간격은 충분히 커야만 한다.

라이다 카메라 L515는 초당 30회 스캔 속도 및 4 msec의 광자 지연을 갖고, 따라서 카메라는 주어진 지점을 초당 30번 또는 매 33.3 msec마다 측정하는데, 이는 각각의 측정치를 출력하기 전에 4 msec의 지연을 더하여, 결과적으로, 이전에 측정된 지점의 움직임이 검출될 수 있기 전에 33.3 ± 4 = 37.3 msec의 총 지연을 초래한다. 상황에 따라, 사람의 신체는 37.3 msec에서 상이한 양의 거리를 가로지를 수 있다. 매우 제한된 이동 속도의 예로서, 다른 관객들에 의해 둘러싸인 행들의 좌석에 앉아 있거나 서 있는 사람, 몸통, 머리 및 다리의 움직임은, 움직임이 매우 제한되어 있고, 37.3 msec에서는 거의 움직이지 않을 것이며, 안전 간격은 수 센티미터(cm) 정도로 매우 작을 수 있다. 매우 빠른 동작의 예로서, 한 게임에서 스케이팅하는 하키 선수는 37.3 msec에서 약 33 cm(약 1피트)의 거리를 가로지르는 시속 32 km의 속도에 도달할 수 있으며, 이는 적어도 1피트의 안전 간격을 필요로 한다. 또 하나의 극단적인 예는 손을 떠날 때 시속 100마일(시속 161킬로미터) 이상의 속도에 도달할 수 있는 야구공을 던질 때 손이 가로지르는 거리이다. 이러한 속도에서, 손은 37.3 msec에 1.7 m(5.6피트)를 가로지를 것이다. 그러나, 투수의 손은 공의 방출 직전에 그 속도까지 가속되고, 방출 전과 후에는 더 느린 속도로 가로지르므로, 이에 따라 37.3 msec 구간에서 손의 평균 속도는 161 kph 보다 작고, 손이 가로지르는 거리는 1.7 m보다 작다. 그래도, 투수의 손은 37.3 msec에서 상당한 거리를 가로지를 것이며, 따라서 더 짧은 스캔 및 광자 지연을 갖는 라이다 시스템 또는 적절히 더 큰 안전 간격을 필요로 할 것이다. 일 실시예에서, 해당 영역에서의 사람들의 최대 속도에 따라, 공공장소들의 상이한 영역들에 대해 상이한 크기의 안전 간격들이 설정된다. 예를 들어, 스탠드(1163 내지 1164)의 사람들은 상대적으로 낮은 최대 속도 및 상대적으로 더 작은 안전 간격을 가질 것이다. 얼음 위의 하키 선수와 같은 운동선수(1169)는 상대적으로 더 높은 최대 속도 및 상대적으로 더 큰 안전 간격을 가질 것이다. 야구 마운드 위에 있는 투수인 운동선수(1169)는 훨씬 더 높은 최대 속도와 더 큰 안전 간격을 가질 것이다. 다른 실시예에서, 스캔이 더 빠르고 광자 지연이 더 낮은 라이다는 빠른 동작에도 불구하고 작은 안전 간격을 가능하게 하기 위해 빨리 움직이는 사람들이 있는 영역들에 대해 사용된다.

다른 실시예에서, 공공장소에서의 사람의 속도는, 연속적인 스캔의 x, y, z 측정치를 비교하고(예를 들어, 단단한 물체를 포함하는 것으로서 이전에 측정된 볼륨 공간이 하나 이상의 연속적인 스캔에서 더 이상 단단한 물체를 포함하지 않는 것으로서 측정된다는 것을 검출함, 및 해당 크기의 단단한 물체가 이전의 비어있지 않은 공간으로부터 이동하는 데에 도달되어야 하는 속도를 결정함) 해당 속도가 주어진 경우 그에 따라 안전 간격을 조절하는 라이다에 의해 동적으로 결정된다. 일 실시예에서, 속도는 연속적인 스캔들에서 가속도 곡선을 추정하기 위해 측정되고, 이러한 가속도 곡선으로부터 다음 스캔 시간 동안의 미래 속도가 추정되며, 그에 따라 주어진 해당 미래 속도에 따라 해당 스캔의 지속기간 동안 안전 간격이 조정된다. 일 실시예에서, 방금 설명된 동적인 안전 간격 추정은 움직임이 검출되는 공간 영역에만 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 방금 설명된 동적인 안전 간격 추정은 측정된 이동 경로를 따라 공간 영역에 적용된다. 예를 들어, 투수의 손은 투구 동안 또는 공을 던지거나 공을 받을 때 특정한 이동 경로로 빠르게 이동하는 반면에, 투수가 투구 준비하여 서있을 때, 손은 매우 느리게 이동하며, 심지어 공이 던져진 때에도, 투수의 신체의 다른 부분들, 특히 머리는 손보다 훨씬 더 느리게 움직인다. 따라서, 측정되는 공간 영역에 기초하여 안전 간격을 동적으로 조정하고, 이동 경로에서의 안전 간격만을 증가시킴으로써, 투수가 투구하고 있지 않을 때, 안전 간격은 그 전체 신체 주변에서 상당히 작을 수 있고, 투구 동안에, 안전 간격은 손의 이동 경로에서만 훨씬 더 크게 만들어질 필요가 있으며, 이는 일반적으로 홈 플레이트를 향해 공을 던지는 주로 선형 경로이고, 머리와 같은 신체의 다른 부분 주위의 안전 간격은 더 느린 머리의 운동에 필요한 만큼만 크다. 만약 하키 선수의 경우, 전신이, 앞으로 또는 뒤로 스케이팅하는 스케이팅 방향으로 빠른 속도로 움직이는 것으로 검출될 것이다. 이러한 속도 및 가속도는 전술한 바와 같이 측정될 것이며, 안전 간격은 추정된 미래 속도로 이동 방향에 더 크게 만들어질 것이다. 만약 하키 선수가 움직이지 않는 경우, 속도는 거의 영에 가깝게 검출되고, 안전 간격은 동적으로 더 작아질 것이다. 일 실시예에서, 신체(예를 들어, 경기장 내의 선수, 공연자 또는 팬)의 윤곽을 검출하고, 안전 간격 및/또는 불활성화 볼륨의 경계들을 추정하기 위해 컴퓨터 비전, 인공지능(AI) 또는 머신러닝(ML) 방법들이 사용된다.

다른 실시예에서, 도 13a 및 도 13b의 유닛들(1301 내지 1311 및 1341 내지 1350)은 공공장소에서 인체 또는 다른 물체들의 존재를 검출하기 위해 RF를 사용하는 레이더 시스템들이다. 일 실시예에서, 레이더 시스템은 테라헤르츠 주파수(문헌[39] 참조), 또는 밀리미터 및 서브-밀리미터파(문헌[40], 문헌[41] 참조)를 이용하는 고주파 영상 레이더를 포함한다. 고주파 영상 레이더 장비는 인체가 그러한 주파수에서 RF 산란기로서 작용함에 따라 우수한 정확성(예를 들어, TSA 공항 스캐너)을 제공할 수 있지만, 대개는 짧은 거리에서만 작동되고 고가이며 부피가 크다. 다른 실시예에서, 레이더 시스템은 센티미터파 또는 서브-10 ㎓ 주파수를 포함한다(문헌[42] 참조). 이러한 주파수에서, 인체는 산란기가 아니라 반사기로서 작용하기 때문에, 서브-10 ㎓ 레이더는 제한된 스캐닝 해상도만을 제공하고, 시간에 따라 상이한 사람 사지로부터의 다수의 반사를 조합함으로써 신체 윤곽이 재구성되도록(정적 배경과 함께) 표적 사람이 이동할 것을 필요로 한다. 예시적인 일 실시예에서, 서브-10 ㎓레이더는 게임 동안 선수들 또는 운동선수들의 윤곽을 검출하기 위해 경기장 또는 올림픽 경기장들에서 사용된다.

다른 실시예에서, 도 13a 및 도 13b의 유닛들(1301 내지 1311 및 1341 내지 1350)은 카메라 또는 열화상 카메라이다. 카메라의 하나의 장점은 그들의 고해상도 영상이지만, 이는 광 노출에 의해 제한되고, 표적의 시야를 방해할 수 있는 연기 또는 안개와 같은 가능한 물질들(예를 들어, 경기장 내의 콘서트 동안)에 의해 제한된다. 예시적인 일 실시예에서, 카메라는 낮 동안의 실외 경기장 또는 충분한 레벨의 광 노출을 갖는 실내 경기장에서 사용된다. 열화상 카메라는 인체가 옷을 관통하여 전달하기에 충분한 열을 만들 때, 또는 피부가 카메라에 직접 노출될 때 양호한 윤곽 검출을 제공한다. 다른 예시적인 실시예에서, 열화상 카메라는 게임 동안에 움직이는 운동선수나 선수들, 또는 수영장에서 노출된 피부를 가진 사람들의 윤곽을 검출하기 위해 사용된다.

도 14a 및 도 14b는 도 11a, 도 11b, 도 13a 및 도 13b의 조합된 구성요소들을 도시한다. 도 14a는 표적 영역(1171)에 도달하는 천장 안테나(1101 내지 1112)로부터의 송신 빔(1121 내지 1132)을 도시하고, 도 14b는 표적 영역(1171)에 도달하는 벽 안테나(1141 내지 1146)로부터의 송신 빔(1151 내지 1156)을 도시한다. 도 14a 및 도 14b는 또한 천장 라이다 유닛(1301 내지 1311) 또는 벽 라이다 유닛(1341 내지 1350)으로부터의 중첩 스캔에 의해 결정된 3D 토폴로지 맵에 의해 결정되는 운동선수 또는 공연자(1169)뿐만 아니라 좌석에 있는 사람(1161 및 1162)을 둘러싸는 불활성화 볼륨(1300)을 도시한다. 도 14a 및 도 14b는 표적 영역(1171) 내에 있고 사람들(1163 및 1164)을 부분적으로 둘러싸는 불활성화 볼륨(1300)의 음영된 서브세트(1400)를 도시한다. 불활성화 볼륨 서브세트(1400)는 다음 단락들 및 도면들에서 설명된다.

도 15는 사람들(1163 및 1164) 위의 표적 영역(1171) 내에 있는 불활성화 볼륨(1400)(점선 윤곽선으로 도시됨)의 상세도를 도시한다. 벡터(1521 내지 1532)는 표적 영역(1171)에 도달하는 들어오는 전송 빔(1121 내지 1132)(도 11a에 도시됨)의 방향을 도시한다. 넓은 화살표(1541 내지 1543)는 표적 영역(1171)과 중첩하는 들어오는 라이다 중첩 스캔 윈도우(1321 내지 1323)(도 13a에 도시됨)의 방향을 도시한다. 사람과 불활성화 볼륨 서브세트(1400) 사이에는 안전 간격(1500)이 존재한다. 일 실시예에서 전술한 바와 같이, 안전 간격은 불활성화 볼륨(1400)이 사람에, 특히 사람의 머리에, 가까워지도록 일반적으로 작게 유지된다. 안전 간격(1500)의 크기는 사람이 점유하는 볼륨, 라이다의 해상도, 및 사람의 신체 부분이 불활성화 볼륨에 들어가지 않도록 하기 위해 사람이 라이다 스캔 및 광자 대기시간에 대해 이동할 수 있는 속도에 의해 결정된다.

도 15에 도시된 실시예에서, 어떻게 불활성화 볼륨(1400)의 크기가 제한될 수 있고 여전히 바이러스 불활성화에 효과적일 수 있는지를 설명하기 위해, 불활성화 볼륨(1400)은 착석한 사람들(1163 및 1164)의 몸통 아래로 연장되지 않음에 유의해야 한다. 이러한 실시예에서, 불활성화 볼륨(1400)은 사람들(1163 및 1164)의 머리 앞뒤 및 위아래에서, 공기 중 바이러스가 기침 또는 재채기에서 인체를 떠나거나, 눈, 코, 입을 통해 인체로 들어갈 영역들의 대부분을 덮는다. 다른 실시예들은 불활성화 볼륨(1400)을 가질 수 있지만, 도 15에 도시된 실시예의 더 제한된 불활성화 볼륨(1400)은 구현하기에 비용이 덜 드는 것이다. 라이다 스캔은 장애물에 의해 제한되고, 라이다 유닛이 좌석들 사이의 행 바로 위에 있지 않으면(예를 들어, 라이다와 함께 넓은 화살표(1542)로 도시된 바와 같이), 그의 스캔은 좌석 및 사람들(1163 및 1164)에 의해 어느 정도 차단될 것이다. 그러나 심지어 이는 라이다 스캔이 사람들(1163 및 1164)의 발 뒤의 볼륨을 스캔하기 위해 좌석 아래에 도달하는 것을 허용하지 않을 것이다. 또한, 높은 주파수들(예를 들어, > 6 ㎓)이 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)에 의해 송신되는 경우, 이들은 사람들(1163 및 1164) 및 좌석들과 같은 물체들을 관통하지 못할 수 있어서, 불활성화 볼륨(1400)에서 높은 RF 출력 밀도를 생성하는 그들의 능력을 제한할 수 있다. 그러나, 불활성화 볼륨(1400)이 장애물이 있는 영역에서 요구되는 경우, 라이다 및 안테나들은 장애물이 있는 영역에 도달할 수 있는 위치(예를 들어, 좌석 뒤, 바닥 등)에 설치될 수 있다.

도 16은 도 15의 동일한 구성요소들을 도시하지만, 또한, 불활성화 볼륨(1400) 내에 다양한 크기들 및 형상들의 회색 음영 형상들로 도시된 "가간섭성 볼륨들"(1600)을 도시한다. 가간섭성의 볼륨들(1600)은 공간 내의 볼륨들이며, 들어오는 송신 빔들(1121 내지 1132)로부터 수신된 신호들(벡터들(1521 내지 1532)의 방향으로부터 도착함)은 송신 빔들(1121 내지 1132)을 동일한 물리적 위치로 조정함으로써 그리고/또는 빔형성, 최대 비율 전송 또는 관련 특허들 및 출원들에 개시된 pCell 프리코딩과 같은 프리코딩 방법들을 이용함으로써, 가간섭성으로 더해진다. 회색 형상들이 1600으로 라벨링된 4개의 선들만 존재하지만, 본원에 사용되는 바와 같이, "[복수의] 가간섭성 볼륨들"(1600)은 불활성화 볼륨(1400) 내의 모든 회색 형상을 지칭하며, "[단수의] 가간섭성 볼륨"(1600)은 불활성화 볼륨(1400) 내의 회색 형상들 중 하나를 지칭한다. 비록 이러한 예시는 각각의 가간섭성 볼륨(1600)을 2차원 영역으로 도시하고 있지만, 각각의 가간섭성 볼륨(1600)은 송신 빔들(1121 내지 1132)(벡터들(1521 내지 1532)의 방향들로부터 도달함)의 중첩으로부터의 결과적인 출력 밀도가 적어도 "불활성화 출력 밀도"만큼 높은 곳을 윤곽짓는 3D 공간 볼륨이다.

본원에 사용되는 "불활성화 출력 밀도"는 "체류 시간"의 시간 간격 동안에 불활성화 볼륨(1400) 내의 공기 중 표적 바이러스를 불활성화시키는 데에 필요한 주어진 주파수에서의 최소 RF 출력 밀도 레벨이다. 본원에 사용되는 "체류 시간"은 바이러스가 불활성화되기 위해 불활성화 출력 밀도의 RF 출력 밀도가 불활성화 볼륨(1400) 내의 바이러스에 적용되어야 하는 간격의 지속기간이다. 예를 들어, 바이러스 불활성화가 1 msec동안 8 ㎓에서 1000 W/m²의 출력 밀도를 필요로 하는 경우, 불활성화 출력 밀도는 1000 W/m²이고, 체류 시간은 1 msec 이다.

일 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112)은 적어도 불활성화 출력 밀도를 갖는 불활성화 볼륨(1400) 내에 하나의 가간섭성 볼륨(1600)이 생성되도록 중첩되는 빔들(1221 내지 1232)을 전송하고, 체류 시간의 시간 간격 동안 해당 전송을 계속한다. 그 다음에, 안테나들(1101 내지 1112)은 적어도 불활성화 출력 밀도를 갖는 불활성화 볼륨(1400) 내에 상이한 가간섭성 볼륨(1600)이 생성되도록 중첩되는 상이한 빔들(1221 내지 1232)을 전송하고, 체류 시간의 시간 간격의 지속기간 동안 해당 전송을 계속한다. 안테나들(1101 내지 1112)은 이러한 전송을 불활성화 볼륨(1400) 내의 한 가간섭성 볼륨(1600)에서 다른 가간섭성 볼륨까지 차례로 반복하는데, 가간섭성 볼륨들(1600)이 거의 전체 불활성화 볼륨(1400)에 달할 때까지 반복한다. 가간섭성 볼륨들(1600)은 불활성화 볼륨(1400)의 기하학적 형상 내에 정확하게 맞춰질 수 있는 형상이 아니기 때문에, 도 16에 도시된 바와 같이, 연속되는 가간섭성 볼륨들(1600)은 불활성화 볼륨(1400)을 정확하게 채울 수는 없고, 대신에 그 불활성화 볼륨의 가장자리들에 근접할 것이다. 일 실시예에서, 연속적인 가간섭성 볼륨들(1600)이 거의 전체 불활성화 볼륨(1400)에 달한 후에, 안테나들(1101 내지 1112)은 전술한 프로세스를 다시 반복하여서 가간섭성 볼륨들(1600)이 거의 전체 불활성화 볼륨(1400)에 달하도록 한다. 가간섭성 볼륨들(1600)이 거의 전체 불활성화 볼륨(1400)에 달하게 되는 이러한 각각의 사이클을 본원에서는 "스윕 사이클(sweep cycle)"이라고 칭한다. 다른 실시예에서, 다수의 가간섭성 볼륨들이 안테나들(1101 내지 1112) 또는 안테나들의 상이한 서브세트들에 의해 동시에 그리고/또는 동일하거나 상이한 주파수 대역들 내에서 생성된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 불활성화 볼륨(1400)을 관통하여 빔을 스위핑할 때 가간섭성 볼륨들의 형상 및 크기를 동적으로 조정한다.

이전에 언급된 바와 같이, 불활성화 볼륨(1400)은 사람이 공공장소를 통해 이동함에 따라 변할 수 있다. 불활성화 볼륨(1400)이 변할 때, 안테나들(1101 내지 1112)은 가간섭성 볼륨들(1600)이 형성되도록 교차하는 빔들의 방향을 적응적으로 조정하여, 이들이, 공공장소 내의 물체들의 측정된 움직임 또는 가속도에 기초하거나, 또는 불활성화 볼륨(1400)을 변경하는 임의의 다른 기준에 기초하여, 최종 측정된 불활성화 볼륨(1400) 및 추정된 불활성화 볼륨(1400)에 대해, 불활성화 볼륨(1400)의 경계 내에 있게 한다. 안테나들(1101 내지 1112)은 전체 불활성화 부피(1400)에 거의 달하는 가간섭성 볼륨들(1600)이 생성되도록 중첩되는 빔들(1221 내지 1232)을 불활성화 볼륨(1400) 내의 바이러스들을 불활성화시키기 위한 적어도 불활성화 출력 밀도 및 체류 시간으로 전송한다.

도 17은 도 16과 동일하지만, 가간섭성 볼륨들(1600)은 별도의 중첩된 형상들로서가 아니라 하나의 회색 솔리드 영역으로서 도시되어 있다.

도 18은 각각의 2개의 행들에 3명의 사람들이 앉아 있는 직교 3D 도면으로서 도시된 점을 제외하면, 도 17과 동일한 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 불활성화 볼륨(1400)은, 사람들(1163 및 1164)을 포함하여, 사람들의 각각의 앞뒤 및 위에 있는 것으로 도시되어 있으며, 불활성화 볼륨(1400)과 사람들 사이에는 안전 간격(1500)이 있다. 라이다 유닛들(1301 내지 1303)은 방향들(1541 내지 1543)로부터 반복적으로 스캔하고, 사람들의 움직임 및 가속도를 허용하도록 불활성화 볼륨(1400)의 형상을 계속적으로 업데이트하며, 안테나들(1101 내지 1112)은 각각의 스윕 사이클에 전체 불활성화 볼륨(1400)에 거의 도달하는 가간섭성 볼륨들(1600)이 생성되도록 중첩되는 빔들(1221 내지 1232)을 벡터들(1521 내지 2532)의 방향으로 전송한다. 이러한 전체 프로세스는 불활성화 볼륨 내의 공기 중 바이러스가 연속적으로 불활성화되도록, 연속적인 스윕 사이클로 연속적으로 반복된다.

도 18은 3D 도면을 이해하기 쉽게 하기 위해 불활성화 볼륨(1400)이 동일한 행에 있는 사람들 사이에서 확장되는 것으로서 도시하지는 않지만, 여러 실시예들에서, 불활성화 볼륨(1400)은 서로 나란히 앉아 있는 사람들 사이에서 바이러스 전달을 불활성화시키기 위해 서로 나란히 앉아 있는 사람들 사이에서 연장될 것이다.

도 19는 불활성화 볼륨(1400)이 사람들 주위에 안전 간격(1710)을 갖는 불활성화 볼륨(1700)의 형상이 되도록 재성형되게 하는, 라이다 유닛들(1301 내지 1303)에 의해 측정되는 서 있는 사람(1163)을 도시한 것을 제외하고는 도 17 및 도 18과 동일한 실시예를 도시하는 2D 도면이다. 안테나들(1101 내지 1112)은 각각의 스윕 사이클에서 전체 불활성화 볼륨(1400)에 거의 달하는 가간섭성 볼륨들(1600)이 생성되도록 중첩되는 빔들(1221 내지 1232)을 전송한다.

도 20a 및 도 20b는 전체 불활성화 볼륨(1400)에 거의 도달하는 가간섭성 볼륨들(1400)의 반복된 스윕 사이클로부터 초래되는 전체 불활성화 볼륨(1400)이 회색으로 음영된, 도 11a, 도 11b, 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b, 도 14a, 및 도 14b에 도시된 공공장소를 도시한다. 위에서 설명한 바와 같이, 불활성화 볼륨(1400)은 3D 볼륨이며, 항상 안전 간격을 유지하면서 사람이 이동함에 따라 형상을 연속적으로 변화시킨다. 따라서 공기 중의 바이러스는 감염된 사람의 신체를 떠나서 공공장소의 다른 사람의 신체로 들어가기 전에 불활성화된다.

일 실시예에서, 전체 공공장소는 하나의 컨트롤러(1030)를 갖는다. 다른 실시예에서, 공공장소는 다수의 컨트롤러(1030)를 갖는다. 다른 실시예에서, 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146) 중 하나 이상의 BTS들은 하나 이상의 BTS들을 제어하는 BTS 내에 설치된 컨트롤러(1030)를 갖는다. 다른 실시예에서, 일부 BTS들은 해당 BTS들 내에 설치되는 컨트롤러(1030)를 가지며, 일부는 그렇지 않은 컨트롤러를 갖는다.

일 실시예에서, 시스템에 의해 생성된 주어진 복사선 패턴은 사람들 사이의 공기의 일부 영역들을 커버할 것이고, 시스템은 사람들 사이의 공기의 상이한 영역들을 커버하기 위해 다수의 복사선 패턴들을 통해 반복할 것이며, 이는 해당 위치에서 바이러스들을 불활성화시키기에 충분한 시간 동안 각각의 위치에서의 복사 패턴을 갖도록 정지할 것이다.

다른 실시예에서, 시스템은 동시에 다수의 공진 주파수들에서 다수의 복사 패턴들을 생성한다. 일 실시예에서, 다수의 공진 주파수들은 동일한 바이러스에 대한 다수의 공진 주파수들이다. 다른 실시예에서, 다수의 공진 주파수들은 하나 이상의 바이러스에 대한 하나 이상의 공진 주파수들이다. 다른 실시예에서, 다수의 공진 주파수들은 바이러스의 중심 공진 주파수 또는 주파수들에 충분히 근접한 다수의 서브-대역들이며, 각각의 서브-대역의 복사 패턴은 공공장소 내의 상이한 위치들에서 사람들 사이에 바이러스들을 불활성화시킨다.

본 발명의 일 실시예는 다수의 전송 안테나들의 중첩 파형들로부터 초래되는 EM 복사선의 일련의 공간 패턴들을 전자적으로 스위핑함으로써, 넓은 영역에서 기계적 공진 또는 EM 공진 중 어느 하나를 통해 바이러스 캡시드들을 파괴하는 것이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예는 경기장의 캣워크 또는 천장에 설치된 하나의 안테나 어레이를 포함한다. 그 후, 시스템은 어레이에 의해 생성된 빔을, 바이러스에 노출되는 이벤트 동안 참석자들이 점유하는 좌석 영역을 향해 하향 스윕한다. 다른 실시예에서, 다수의 안테나 어레이들은 좌석 영역들에 보다 근접하여 경기장 전체에 걸쳐 상이한 위치들에 배치되고, 상이한 영역들로 상이한 방향으로 상이한 빔들의 세트들을 통해 스윕한다.

도 3에 개시된 시스템에는 몇몇 구성요소들이 있다. 디지털 입력 신호 유닛(301)은 빔형성되고, 증폭되며, 상향 변환되고, 복수의 전송 안테나들로 전송되는, 기저대역 파형을 나타낸다. 빔형성 유닛(302)은 특정 전송 빔 패턴을 생성하기 위해 입력 신호에 프리코딩 함수를 적용한다. 프리코딩 함수는, 넓은 영역이 커버되는 것이 보장되도록 하기 위해 스윕 유닛(303)에 의해 제어되는 바와 같이 시간에 따라 변한다. 주파수 유닛(304)은 입력 파라미터 유닛(306)에 의해 결정되는 바와 같이, 시스템의 아날로그 프론트 엔드 유닛들(305)을 구동하여 미리 정해진 캐리어 주파수로 신호를 전송한다. 아날로그 프론트 엔드는 디지털-아날로그 변환, 상향 변환, 및 필터링을 포함하는 여러 기능들을 포함한다. 시스템으로의 입력은 표적 바이러스 또는 관심 바이러스(308)에 대한 여러 입력 파라미터들(예를 들어, 공진 주파수, 위치, 체류 시간 등) 중 하나이다. 아날로그 유닛들의 출력은 각각의 안테나들 또는 안테나 어레이들(307)에 전송된다.

일 실시예에서, 시스템은 관련 특허들 및 출원들에 교시된 바와 같이, pCell^®무선 기술("분산-입력 분산-출력" 또는 "DIDO" 무선 기술이라고도 불림)로 상업적으로 알려진 분산 안테나 또는 BTS 공간 처리의 일 유형을 구현한다. 관련 특허들 및 출원들에 기술되어 있는 여러 pCell 실시예들 중 일부 실시예들에서, pCell은 복수의 사용자 장비(UE)들로부터의 개방형 또는 폐쇄형 루프 피드백에 기초하여 프리코딩이 결정되는 통신 및 무선 출력 전송 기술로서, 사용된다. 다른 실시예에서, pCell 무선 기술은 UE들 없이, 그리고 UE 로부터의 피드백 없이 사용된다. 프리코딩 행렬들에 대한 입력으로서 UE 피드백을 사용하는 대신에, 프리코딩 행렬들에 대한 입력은, 불활성화 볼륨(1400)의 3D 형상이 시간에 따라 형상이 변하기 때문에 이에 의해 결정되는데, 가간섭성 볼륨들(1600)이 불활성화 볼륨(1400)을 통해 생성되고 스윕되도록, 결정된다. 다른 실시예에서, 프리코딩 행렬들에 대한 입력은 가능한 값들의 매니폴드에 걸쳐 스윕되거나, 시간에 걸쳐 커버리지 영역 전반에 걸쳐 빔들의 초점을 변화시키기 위해 코드북들을 사용하여 스윕된다.

이 실시예의 하나의 응용은 사람이 존재하지 않고 사람을 피할 필요가 없을 때 공공장소 전체에 걸쳐 바이러스들을 불활성화시키는 것이다. 이는, 예를 들어, 일단 공공장소 내에 모든 참석자들이 떠나고 경기장 직원도 없는 경우, 이벤트(예를 들어, 스포츠 경기 또는 콘서트) 후에 공공장소에서 사용될 수 있다. 이는, 공공장소, 예를 들어, 좌석, 바닥, 벽의 표면들, 및 또한 머리 위 설비조작과 같이 날마다의 청소에서 도달하기에 비현실적인 물체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 불활성화 출력 밀도를 충족하는, RF 패턴이 도달하는 모든 위치에서의 비리온을 불활성화시키는 효과를 가질 것이다. 또한, 산란 수단에 의해, 좌석 아래의 바닥과 같이 안테나들(1101 내지 1112) 및 안테나들(1141 내지 1146)의 시야에 있지 않은 영역들이 잠재적으로 도달될 수 있다. 따라서, 이러한 매니폴드 스윕이 완료된 후, 공공장소는 참석자들이 떠난 후에도 공간 내에 남아 있는 임의의 바이러스의 철저한 불활성화를 거치게 될 것이다.

일 실시예에서, 도 3의 빔형성 유닛(302)은 디지털 입력 신호들에 프리코딩 함수를 적용한다. 일 실시예에서, 빔형성 블록은 동시-위상변조(co-phasing), 또는 최대 비율 전송(MRT: maximum ratio transmission)을 구현하거나, 또는 DOA/DOD(direction-of-arrival/departure) 정보에 기초하여 입력 신호들(301)의 위상 및/또는 진폭을 조정하거나, 또는 DOA를 추정하기 위해 초 해상도(super-resolution) 기술들(예를 들어, MUSIC 방법들)을 이용한다. 또 다른 실시예에서, 빔형성 블록은 관련 특허들 및 출원들에 교시된 바와 같은 pCell 처리를 구현한다.

스윕 유닛(303)은 빔형성 블록에 대한 계수들을 제공한다. 구체적으로, 이는 빔의 방향을 조정하기 위해 빔형성 계수들을 주기적으로 업데이트한다. 일 실시예에서, 빔형성 계수들은 주기적으로, 본원에서 "체류 시간"으로 지칭되는, 빔이 고정되는 동안의 시간 간격마다 변경된다. 다른 실시예에서, 빔형성 계수들은 전송된 빔들이 더 빠르게 이동하도록, 빔들의 방향을 조정하기 위해 더 자주 변경된다. 일 실시예에서, 전송된 빔들은 그들의 초점이 체류 시간마다 실질적으로 상이하도록 조정된다. 이러한 이유 중 하나는 에너지를 분산하여 인체와 같은 더 큰 물체들이 더 낮은 집합적 노출을 겪도록 하는 것이다.

시스템으로의 디지털 입력(301)은 복수의 송신 신호들로 구성된다. 일 실시예에서, 입력 신호들은 이산 시간의 사인곡선들을 따른다. 다른 실시예에서, 이들은 디지털 통신 신호이다. 또 다른 실시예에서, 이들은 첩(chirp) 신호이다.

아날로그 프론트 엔드 유닛들(305)은 (예를 들어, 바이러스의 공진 주파수에 대응하는) 표적 캐리어 주파수 상에서의 전송을 위해 신호를 변조하는 모든 처리를 구현한다. 일 실시예에서, 이는 디지털-아날로그 변환, 재구성 필터, 초 헤테로다인(super heterodyne) 상향 변환, 필터, 및 출력 증폭기를 포함한다. 다른 실시예에서, 아날로그 유닛(305) 및 빔형성 유닛(302)은 함께 조합되고, 빔형성은 전적으로 아날로그 도메인에서 수행된다.

시스템으로의 입력(306)은 표적 바이러스 또는 관심 바이러스에 대한 여러 입력 파라미터들 중 하나이다. 이는 표적 바이러스 또는 바이러스들의 기계적 공진 또는 EM 공진 주파수 또는 주파수들뿐만 아니라 체류 시간과 같은 다른 시스템 특이적 양을 포함할 수 있는데, 체류 시간은 일 실시예에서 특정한 환경 조건(예를 들어, 온도, 습도)이 주어진 경우 특정 바이러스 또는 바이러스들을 효과적으로 불활성화시키기 위해 빔이 하나의 구성으로 유지되어야 하는 시간일 것이다.

보다 구체적인 설명을 제공하기 위해, pCell 처리에 기초한 일 실시예는 다음과 같이 수학적으로 설명된다: Nt를 전송 안테나들의 개수라고 하자. Ns는 디지털 입력 신호들의 수를 나타낸다. 이 실시예는 협대역 디지털 빔형성을 고려한다. 본 기술분야의 공지된 기술들, 예를 들어, MRT를 이용하면, 이것은 시공간 빔형성 또는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 변조를 이용하여 광대역 빔형성으로 확장될 수 있다. 유사하게, 아날로그 도메인에서 전송 프로세스를 완전히 구현하는 방법은 명확할 것이다: T_s는 샘플 시간을 나타내고, T는 체류 시간을 나타내며, f_c는 캐리어 주파수를 나타낸다고 하자. 디지털 빔형성기에 대한 입력은 벡터 s[n] = [s₁[n], s₂[n], …, s_Ns[n]]^T이다. 디지털 빔형성에 의해 수행되는 송신 프리코딩 동작은, Nt x Ns차원을 갖는 프리코딩 메트릭스 F[n]에 의해 주어질 수 있다. 디지털-아날로그 변환기에 대한 디지털 신호 입력은 곱 F*s[n]이다. 디지털-아날로그 변환기(완벽한 재구성을 가정함)는 k번째 전송 안테나에 대한 연속-시간 신호 입력을 생성한다.

여기서, g(t)는 펄스 성형 필터, 구체적으로는 단일 측면 대역폭 1/2T _s 를 갖는 sinc 함수이다. 그 후, 각각의 안테나 상의 신호는 상향 변환되고 아날로그 처리에 의해 증폭되어, k번째 안테나 상에 전송된 신호를 생성한다.

여기서 A는 증폭 인자를 나타내고, Re{}는 인수의 실수부를 나타내고, Im{}은 허수부를 나타낸다.

본 발명의 주요 특징은 프리코딩 행렬이 시간에 따라 변하는 것이다. 천천히 변할 때, F[n]은 T 관찰 동안 일정하고, 그 다음에 변화한다. 바람직한 실시예에서, F[n]의 분산은 다음과 같이 기술된다:

여기서, U[n]은 단위 놈 및 직교하는 열들을 갖는 Nt = Ns 행렬이고, D[n]은 Ns x Ns 대각 행렬이다. U[n]의 열들은 직교 빔형성 벡터들로서 알려져 있다. D[n]의 대각 성분들은 각각의 빔에 할당된 출력을 나타낸다. 차원 Nt x Ns의 단위 놈 및 직교하는 열을 갖는 모든 가능한 매트릭스의 집합인데, 여기서 Nt ≥ Ns는 수학 문헌에서 Steifel 매니폴드로서 알려져 있다. Steifel 매니폴드는 예를 들어 기븐스(Givens) 회전 또는 하우스홀더(Householder) 반사를 이용하여 여러 상이한 방식으로 파라미터화될 수 있다. 이들 경우들 각각에서, 파라미터들의 시퀀스 {p[k,n]}_k로부터 U[n]을 구성할 수 있다. 본 발명에서, 파라미터들의 세트는 양자화된 파라미터들의 시퀀스 {{p[k,n]}}를 생성하도록 양자화되고, 이는 프리코딩 행렬 구성을 구동하는 데 사용된다. 유사하게, D[n]에서의 가능한 출력 할당들의 세트가 또한 양자화될 수 있다.

다른 실시예에서, F[n]의 분산은 다음과 같이 기술된다.

여기서, U[n]은 단위 놈 및 직교하는 열들을 갖는 Nt = Ns 행렬이고, D[n]은 Ns x Ns 대각 행렬이고, V[n]은 Ns x Ns 유니테리 행렬이다. 이전 실시예와 비교하면, V[n]은 빔형성 전에 입력 신호를 더 회전시키는 역할을 한다. 이는 입력 신호가 상대적으로 단순할 때, 예를 들어, 이산 사인곡선일 때 특히 유용하다. 또한, Steifel 매니폴드 특성화는 V[n]을 파라미터화하는 데 사용될 수 있고, 따라서 이러한 시퀀스는 빔형성 벡터들을 수정하기 위해 입력될 수 있다.

도 3은 (EM 전송을 의미하는) 안테나들을 갖는 분산된 BTS들을 사용하는 pCell 시스템을 도시하고 있지만, 동일한 신호 처리 단계들이 초음파 또는 극초음속 트랜스듀서를 이용하는 시스템에서 적용될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이 경우에, EM파 대신 음파가 전송될 것이지만, 본 발명의 다른 태양은 동일하게 유지된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 바이러스는 펨토초 레이저인 cfr을 사용하는 충격 유도 라만 산란(ISRS: impulsive stimulated Raman scattering)에 의해 불활성화된다. (문헌[4] 및 문헌[37] 참조). 본 발명의 다른 실시예들에서, 다른 유형의 레이저들이 바이러스를 불활성화시키는 데 사용된다.

도 21은 공공장소에서 바이러스를 불활성화시키기 위해 레이저가 사용되는 다른 실시예를 도시한다. 도 21은, 도 14a의 공공장소에 앉아 있는 사람들 및 불활성화 볼륨(1400)의 상세한 도면을 도시하는 도 15와 동일하지만, 도 15와는 달리, 도 21은 불활성화 볼륨(1400) 및 사용자들(1163 및 1164)에 도달하는 도 14a의 안테나들(1101 내지 1112)로부터의 전송 빔들(1121 내지 1132)을 갖지 않는다. 대신에, 도 21은 불활성화 볼륨(1400)에서 공간(2100)의 지점을 향하여 조정되는 오버헤드 방출 레이저 빔(2121 내지 2137)인 조정가능한 레이저 유닛(2101 내지 2117)을 갖는 실시예를 도시한다. 레이저 유닛(2101 내지 2117)은 도 14a의 공공장소의 천장에, 도 14b의 공공장소의 벽에, 또는 캣워크, 리깅, 기둥, 좌석, 및 바닥을 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 임의의 다른 장착 가능한 위치에 장착될 수 있다.

각각의 레이저 빔(2121 내지 2137)은, 적용 가능한 안전 가이드라인(예를 들어, IEC, FDA, ANSI 및 기타)에 기초하여, 빔폭 및 파장이 주어진 경우에, 레이저가 하나의 고정된 위치에 있는 주어진 지속시간에 대해, 레이저 빔이 사람의 눈, 피부, 옷 또는 안경을 통해 얼마든지 직접적으로 임의의 사람에 도달할 때 사람을 해치지 않을, 충분히 낮은 출력을 갖는다. 도 21에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저 빔(2121 내지 2137) 중 몇몇은 사람(1163)의 눈에 직접 도달하는 것을 포함하여 사람들(1163 및 1164)에 도달한다. 사람에게 직접 도달했음에도 불구하고, 주어진 빔폭에 대한 출력은 사람들에게 해를 끼치지 않을 것이다. 일 실시예에서, 조정가능한 레이저 유닛(2101 내지 2117)은 IEC 클래스 1 레이저이고, IEC, FDA 및 ANSI 가이드라인 하에서 1초 미만 동안 하나의 위치에서 조정되고 유지되며, 따라서 그들은 어떠한 사람에게도 해를 끼치지 않을 것이다. 다른 실시예에서, 레이저는 사람에게 유해하지 않을 만큼 짧은 기간 동안 하나의 위치에서 조정되는 더 낮거나 더 높은 출력 레이저이다. 다른 실시예에서, 레이저는 레이저가 펄스화되어 있는 동안 주어진 간격에 대해 평균 출력 밀도가 사람에게 유해하지 않도록, 펄스화된다.

도 21은 불활성화 영역(1400) 내의 3D 공간의 한 지점(2100)으로 모두 조정된 레이저 빔(2121 내지 2137)을 도시한다. 공간 내의 지점(2100)에서, 출력 밀도는 단일 레이저로부터의 출력 밀도보다 훨씬 더 높다. 일 실시예에서, 레이저들은 서로 위상 동기화되며, 일 실시예에서, 레이저들의 일부 또는 전부는 위상 동기화되지 않는다. 일 실시예에서, 모든 레이저들로부터의 펄스들이 시간 도메인에 걸쳐 정렬되고 동시에 전송되도록 레이저들이 동기화되고, 다른 실시예에서는 펄스들이 정렬되지 않는다. 일 실시예에서, 레이저는 동일하거나 유사한 파장을 갖는다. 다른 실시예에서, 레이저의 일부 또는 전부는 상이한 파장을 갖는다. 일 실시예에서, 공간 내의 지점(2100)에서의 레이저의 결합된 출력 밀도는 사람에 대해 안전한 노출의 경우보다는 높지만, 공간 내의 해당 지점에 위치한 바이러스 비리온을 불활성화시키기에 충분히 높은 출력 밀도를 가진다. 공간 내의 지점(2100)에서의 결합된 레이저 빔(2121 내지 2137)의 출력 밀도가 사람에 대해 안전한 노출의 경우보다 더 높다는 사실에도 불구하고, 앞서 언급한 바와 같이, 사람(1163 및 1164)에 대한 노출은 안전한데, 그 이유는 각각의 개별적인 빔이 주어진 노출 기간 동안 안전한 출력 레벨로 제한되기 때문이다. 따라서, 결합된 레이저 빔(2121 내지 2137)은, 비록 출력 밀도가 사람에게 해로울지라도, 바이러스 비리온을 불활성화시키는 데에 불활성화 볼륨(1400)의 공간 내의 지점(2100)에서 충분히 높은 출력 밀도를 달성할 수 있지만, 동시에, 사람들(1163 내지 1164)에게 도달하는 레이저 빔(2121 내지 2137)은 결합된 빔으로서가 아니라 개별적인 빔으로서 사람에 도달하기 때문에 유해하지 않을 것이다.

조정가능한 레이저 유닛(2101 내지 2117)은 도 21에서 예시를 위해 1차원 행으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서 이들은 2차원 어레이로, 예를 들어, 천장의 100 x 100어레이로서, 또는 예를 들어, 천장 및/또는 벽으로부터의 다양한 높이로 매달리고, 장착된 3차원 어레이로 분포된다. 임의의 1차원, 2차원 또는 3차원 배열이 가능하고, 위 문장은 실시예들의 예를 한정하지 않는다. 레이저 유닛들이 1차원, 2차원 또는 3차원 공간에서 상이한 위치들에 있기 때문에, 그들의 레이저 빔이 불활성화 볼륨(1400) 내의 공간 내의 한 지점으로 모두 수렴하도록 조종될 때, 빔들은 모두 상이한 각도들로부터 공간 내의 한 지점에 도달하고, 상이한 각도들로 그 공간 내 지점을 떠날 것이며, 따라서 이들이 불활성화 볼륨을 빠져나가고 잠재적으로 사람들에게 도달할 때에는 개별적인 빔들로 분리될 것이다. 이와 같이, 1차원, 2차원 또는 3차원 공간 내의 상이한 위치들에 조정가능한 레이저들(2101 내지 2117)을 배치하는 것은, 개별적인 빔들이 불활성화 볼륨(1400)으로부터 배출되게 하고, 따라서, 다수의 분리된 레이저 빔들은 그들이 사람에 도달할 때 안전할 것이다.

도 16의 전파들이 스윕 사이클에서 불활성화(1400)의 영역을 반복적으로 스위핑할 때, 불활성화 볼륨이 변화함에 따라 가간섭성 볼륨들이 위치되는 곳을 안테나들(1101 내지 1112)이 지속적으로 조정하면서, 안테나들(1101 내지 1112)에 의해 여러 가간섭성 볼륨들(1600)을 생성하는 것처럼, 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 스윕 사이클에서 불활성화 볼륨(1400)을 스윕(sweeping)함으로써 공간 내에 여러 지점들(2100)을 생성하고, 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 불활성화 볼륨이 변화함에 따라 공간 내 지점들(2100)이 위치되는 곳을 지속적으로 조정한다. 도 16에서 바이러스를 불활성화시키기 위해 요구되는 체류 시간의 지속기간 동안 각각의 가간섭성 볼륨(1600)이 전송되는 것처럼, 각각의 공간 내 지점(2100)은 도 21에서 바이러스를 불활성화시키는 데 필요한 체류 시간의 지속기간 동안 전송된다. 도 21의 레이저 빔(2121 내지 2137)에 대한 체류 시간의 경우에, 체류 시간은 사람에 도달하는 어떠한 개별적인 빔도 그 기간 동안 유해하지 않을 정도로 충분히 짧아야 한다. 이전에 설명된 무선 주파수 실시예들에서와 같이, 안전 구역(1500)은 사람이 공간 내 지점(2100)에 의해 결코 도달되지 않도록 사람이 이동할 때 불활성화 볼륨 형상이 변경되는 것을 보장하도록 확립될 것이다.

일 실시예에서, 불활성화 볼륨(1400) 및 안전 간격(1500)을 결정하는 데에 라이다 유닛들(1301 내지 1311 및 1341 내지 1350)이 사용된다. 다른 실시예에서, 조정가능한 레이저(2107 내지 2117)는 라이다 시스템으로서 구성되고, 바이러스 비리온을 불활성화시키면서 그들의 스윕 사이클 동안 불활성화 볼륨(1400) 및 안전 간격(1500)을 결정하는 데에 사용된다. 다른 실시예에서, 조정가능한 레이저(2107 내지 2117)는 라이다 시스템으로서 구성되고, 1시간 주기 동안 불활성화 볼륨(1400) 및 안전 간격(1500)을 결정하는 데에 사용되고, 다른 시간 주기 동안 바이러스 비리온을 불활성화하는 데에 사용된다.

공간 내 지점(2100)의 크기는 조정가능한 레이저 유닛(2101 내지 2117)에 대해 더 크거나 작은 레이저 빔 폭을 선택함으로써, 그리고 또한 상이한 개수 및 상이한 각도의 레이저 빔(2121 내지 2137)을 선택함으로써 조정될 수 있다.

레이저 빔을 조정하기 위해 여러 기술들이 이용될 수 있다. 일 실시예에서, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 미러가 사용된다. 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 하나 이상의 컨트롤러(1030) 또는 로컬화된 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 모든 조정가능한 레이저 유닛(2101 내지 2117)이 이들의 빔을 서로 동기적으로 이동시키도록 동기화 수단이 사용된다. 동기화 수단은 조정가능한 레이저 유닛(2101 내지 2117) 중에서 유선 또는 광학적 통신 수단을 통해 이루어질 수 있거나, 또는 무선 또는 자유공간 광 통신 수단을 통해 이루어질 수 있다. 본 발명은 임의의 특정 동기화 수단으로 제한되지 않는다. 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)가 공간 내 상이한 위치에 있기 때문에, 각각은 빔들이 불활성화 볼륨(1400) 내의 공간 내의 특정 x, y, z 위치(2100)에서 서로 만나도록, 상이한 각도로 조정될 것이다. 컨트롤러(1030) 또는 유사한 컴퓨팅 수단은 공간 내의 특정 x, y, z 위치(2100)와 교차하도록 각각의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)에 대한 x 및 y 조정 각도를 계산할 것이다. 일 실시예에서, 이러한 각도가 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)의 도달범위를 벗어나는 경우, 컨트롤러(1030)는 공간 내 특정 x, y, z 위치(2100)에 대한 레이저를 끌(turn off) 것이다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 컨트롤러(1030)는 각각의 그룹이 공공장소의 상이한 영역에 대해 한 번에 커버리지를 제공하도록 둘 이상의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117) 그룹을 제어할 것이다.

일 실시예에서, 컨트롤러(1030)와 같은 컴퓨팅 수단은 위에서 설명된 바와 같이 사용하기 전에 각각의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)를 보정함으로써 위치 및/또는 조정 각도를 결정할 것이고, 그 후 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)를 보정된 상태로 유지하기 위해 필요에 따라 다시 보정한다. 각각의 레이저(2101 내지 2117)의 위치 및/또는 조정은 공지된 패턴(예를 들어, 그 모서리 상에 점들을 갖는 공지된 크기의 큐브)과, 하나 이상의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)의 조정가능한 범위 내에 있는 알려진 위치를 갖는 보정 물체를 갖는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 수단을 통해 결정될 수 있다. 컨트롤러(1030)는 각각의 레이저 빔(2121 내지 2137)이 조정 물체를 스위프(sweep)하여 조정되도록 지시하는 반면, 레이저의 파장에 민감한 비디오 카메라는 그 빔이 보정 물체 상의 알려진 지점들(예를 들어, 3D 큐브의 모서리 상의 점들)과 정렬됨에 따라 각각의 레이저의 조정 각도를 결정한다. 하나의 점으로부터 다른 점으로의 조정된 각도 차이는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 기하학적인 계산을 통해 보정 패턴에 대한 각각의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)의 상대 각도 및 서로에 대한 각각의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)의 위치를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 다른 실시예들은 공공장소 내에서 공공장소의 물체들(예를 들어, 좌석들의 가장자리들) 상의 기준점들을 사용하는 것을 포함하는 다른 보정 수단을 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 조정 수단이 활성인 경우에만 레이저가 유지되는 안전 수단을 갖도록 구성된다. 이러한 특징은 레이저 출력 레벨이 사람에게 장시간의 노출이 아닌, 짧은 노출 동안에 안전한 경우, 위험할 수 있는 긴 시간 동안 하나의 위치에서 레이저가 유지되지 않을 것을 확실히 하기 위한 안전 메커니즘이다. 또한, 한 번에 다수의 레이저들에 영향을 미치는 고장이 발생하는 경우에, 이는 또한, 결합된 빔들이 긴 시간 간격 동안 높은 출력 밀도로 공간 내 지점(2100)을 생성하는 하나의 위치에 다수의 레이저들을 유지시키지 않을 것을 보장한다. 이러한 안전 메커니즘은 여러 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, MEMS-기반 조정 수단의 경우, MEMS-기반 조정 수단이 신속하게 동작을 중지하는 경우, 레이저는 차단될 것이다. 조정 수단이 활성이라는 것을 검출하는 것은, 미러가 하나의 극단적인 움직임에 있을 때 광센서가 미러 뒤에 위치하고, 또 다른 극단적인 움직임에서는 미러의 앞에 위치하도록, MEMS 미러의 한쪽에 빛을 발하는 LED를 갖고 MEMS 미러의 반대쪽에 광센서가 위치된 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 수단을 통해 달성될 수 있다. 따라서, 미러가 빠른 동작 상태에 있을 때, 광센서는 LED가 차단되고 이어서 미러에 의해 차단 해제됨에 따라 LED광으로부터의 신속한 온-오프-온-오프(on-off-on-off) 변화를 검출할 것이지만, 미러가 이동하지 않거나 천천히 이동하는 경우, 광센서는, MEMS 미러가 신속하게 이동하고 있지 않다는 것을 나타내는, LED광이 장시간 동안 연속적으로 온 또는 오프에 있음을 검출할 것이며, 이는 레이저를 차단하도록 트리거할 것이다.

조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 개별적으로 인체를 관통하기에는 너무 낮은 출력이기 때문에, 어떤 이유에서든, 레이저가 인체 내에 있을 공간 내 지점(2100)으로 조정되는 경우, 레이저는 결코 그 지점에 도달하지 못할 것이고, 각각은 신체의 외부에서 정지될 것이다. 따라서, 유일한 위험은 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)가 신체의 외부 피부 표면 또는 눈의 공간 내의 지점으로 부주의하게 조종되는 경우이다. 이러한 상황이 정상적인 동작에서는 발생하지 않음을 확실히 하기 위해 시스템이 확실히 설계되고 테스트되었지만, 이러한 위험을 더욱 완화시키기 위해, 202 nm 내지 222 nm 범위의 자외선-C 레이저가 사용될 수 있다. 자외선-C 광은 바이러스를 불활성화시키고 에어로졸 형태의 박테리아를 사멸시키는 데 효과적인 것으로 밝혀졌고, 또한 바이러스 및 박테리아의 불활성화에 필요한 출력 밀도 레벨로 사람의 피부 및 눈이 노출되어도 악영향이 없다(문헌[30], 문헌[31] 참조). 이러한 출력 레벨이 장기간 노출에 안전하다는 것을 확립하기 위해 아직 가이드라인이 제시되지 않았지만, 시스템은 피부 표면 및 눈에 대한 높은 출력 노출이 극히 드물도록 설계되고 테스트될 것이므로, 높은 출력에서의 자외선-C의 현재의 가정적인 안전성은 피부나 눈으로의 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)의 높은 출력 조합이 극히 드물게 발생하는 경우에만 더 안전한 백업이 될 것이다. 자외선-C의 사람 노출 가이드라인이 시행됨에 따라, 시스템은 어떠한 레이저의 결합도 이러한 가이드라인이 권장하는 것보다 더 높은 자외선-C 광 출력을 초래할 수 없도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 비리온을 불활성화시키는 데에 사용되고, 공공장소 내의 고형 물체의 위치를 결정하기 위한 라이다 유닛으로서도 사용된다. 각각의 이러한 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)의 라이다 기능은 각각의 빔으로부터의 고형 물체까지의 거리에 관한 정보를 가질 것이며, 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 라이다가 특정 거리 범위를 벗어나는 고형 물체를 보고할 때에는 각각의 레이저가 꺼지도록 구성될 수 있다. 이것은, 레이저가 공간의 안전한 영역 외부의 다른 레이저와 잠재적으로 결합하는 것을 나타내는, 너무 멀거나 너무 가까운 물체에 도달하는 경우에 하나의 레이저가 다른 레이저와 결합하는 데에 결코 사용되지 않도록 하기 위해, 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 조정가능한 레이저(2101 내지 2117)는 그들이 특정 각도 범위를 넘는 각도로 조정되는 경우에 턴오프되도록 구성된다. 이것은 레이저가 안전하지 않은 위치에서 다른 레이저와 결합하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사람의 머리는 일반적으로 위가 아니라 옆을 보이기 때문에, 만약 레이저가 공공장소의 천장에 있는 경우, 레이저가 아래로 향하고 있다면 눈에 도달하지는 않겠지만, 만약 레이저가 매우 경사진 각도에 있다면 눈에 도달할 수 있을 것이다. 만약 레이저가 매우 경사진 각도로 조정될 때 레이저가 꺼지는 경우, 이는 대부분의 상황에서 레이저의 조합(또는 임의의 레이저)이 사람의 눈에 도달하는 것을 방지할 것이다.

시스템 분석

일 실시예로서, 본 발명자들은 안테나 어레이를 이용하여 EM 복사선을 통해 사람 리노바이러스(HRV: human rhinovirus)의 캡시드를 파열시키기 위한 전송 출력 요건을 평가한다. 피코르나바이러스과(picornaviridae)의 일종인 HRV는 일반적인 감기의 주요 원인이다. 본원에 기술된 시스템 및 방법의 HRV에 대한 적용은 본 발명의 단지 하나의 예시적인 실시예이며, 본 발명에 개시된 시스템은 임의의 유형의 바이러스에 적용된다. HRV의 캡시드는 30 nm의 직경을 갖는 정20면체 대칭성을 갖는다. 문헌[10]에서의 근사화에 따라, 본 발명자들은 캡시드를 완전한 구로서, 바이러스를 분자 질량 = 8.5x10⁶의 균질한 물체로서 모델링한다. HRV의 캡시드는 4개의 단백질, 즉 VP1, VP2, VP3, 및 VP4로 구성된다. 45°에서 20분간 고온 처리하는 것은 HRV의 증식을 90% 이상 억제할 수 있는 것으로 보고되었다(문헌[11] 참조). HRV를 균질의 등방성 구로서 모델링함으로써, 진동 모드가 적외선 복사를 흡수할 수 있는 것으로 나타났다(문헌[12] 참조). 다음의 결과들에서, 본 발명자들은 60 ㎓에서의 EM 복사선을 가정하지만, HRV에 대한 공진 주파수 또는 상이한 타입들의 바이러스들에 대한 EM 스펙트럼의 다른 주파수들에서 유사한 결과들이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 보고된 문헌[32]의 실험 결과는 인플루엔자 A 아형 H3N2 및 H1N1 바이러스가 8.4 ㎓의 공진 주파수에서 100% 불활성화 비율을 갖는다는 것을 나타낸다.

본 발명자들은 전송 안테나 어레이를, y축에 걸친 전류 분포를 갖는, 무한대로 작은(무손실) 다이폴들의 2차원 정사각 어레이(xy평면 위에 배치됨)로서 모델링한다. 도 4는 6x6 매트릭스(각각의 도트는 하나의 안테나 요소를 나타냄)로 배열된 안테나 어레이의 기하학적 구조를 갖는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 어레이의 각각의 요소는 다이폴 안테나, 또는 패치 안테나, 또는 임의의 타입의 전방향성 또는 지향성 안테나, 또는 이들의 임의의 조합이다. 본 발명자들은 전송 어레이와 HRV 사이의 거리가 다음의 조건을 만족하도록 하는 원거리 복사를 가정한다.

여기서, L 은 전송 어레이의 가장 큰 치수이고, λ는 파장이다. 이러한 가정 하에서, 어레이로부터 거리(D)에 있는 복사 필드의 출력 밀도는 다음에 의해 주어진다.

실제 시나리오에서 안테나 효율은 안테나 손실을 고려하여 식 (1)에 포함되어야 함을 유의해야 한다. N x M 안테나들의 2차원 정사각 어레이들(즉, 이상적인 등방성 방출기들)에 대한 어레이 인자

는 다음에 의해 주어진다.

및

도 5는 도 4의 예시적인 6x6 안테나 어레이에 대한 어레이 인자를 도시한다.

일 실시예에서, 안테나 어레이는

가 되도록 하는 넓은 방향의 어레이(즉, 최대 복사가 넓은 방향을 향함)이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 최대 복사의 방향은 방위각 또는 정면 평면에서 임의의 방향이다. 일 실시예에서, 안테나 어레이의 요소들은 격자-로브(grating-lobe) 효과를 방지하기 위해 반파장 이격

되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 안테나 간격은, 격자 로브를 의도적으로 생성하기 위해 반-파장보다 더 낮거나 더 높은 임의의 값이다. 일 실시예에서, 격자 로브는 메인 로브의 빔폭을 감소시키기 위해 생성된다. 다른 실시예에서, 격자 로브는 특정한 방향으로 나타나도록 제어되고, 그의 복사 출력은 전자기(EM) 흡수 재료 또는 EM 차폐 방법에 의해 억제된다.

다음으로, 본 발명자들은 문헌[13]에서와 같이 원거리장에서 HRV에 의해 흡수되는 출력을 계산한다.

여기서, S는 상대 흡수 단면(RACS: relative absorption cross section)이고, A=πR ²는 반경 R=15 nm를 갖는 HRV(완전한 구체로서 모델링됨)의 기하학적 단면이다. R<<1인 균질성 구의 경우, RACS는 문헌[13]에 의해 주어진다.

여기서

[S/m]은 HRV의 캡시드의 전도도이고, ε _r 은 HRV의 캡시드의 유전상수이며, ε ₀ =8.854·10^-12 F/m은 공기의 유전율이고, , f _c 는 충돌 EM 복사선의 캐리어 주파수이다. 본 발명자들은 RACS에 기인하는 출력 손실이 무선 통신 링크들에서의 프리스(Friis)의 법칙과 유사하게 캐리어 주파수의 제곱에 정비례하는 것을 관찰한다. HRV 캡시드 내의 단백질의 전도도 및 유전 상수는 이용할 수 없기 때문에, 본 발명자들은 2.45 ㎓에서 문헌[14]에 기술된 실험에서의 가짜 유체에 대한 다음 값들을 사용한다:

S/m 및

.

HRV에 의해 흡수된 출력은 다음 식에 따라 열로 변환된다.

여기서,

는 구로서 모델링된 HRV의 볼륨이고,

[cal/gram/℃]는 캡시드의 비열이며, m [gram/cc]는 캡시드의 비중이고,

[℃]는 캡시드의 온도 상승이며,

[sec]는 EM 복사선에 대한 캡시드의 노출 시간이다. 캡시드의 비열이 알려져 있지 않기 때문에, 본 발명자들은 h=1 cal/gram/℃ 인 물의 비열의 값을 사용한다. 마찬가지로, 본 발명자들은 m=0.996 gram/cc로 정의된 30℃에서의 물의 비중을 사용한다.

마지막으로, 식 (2)에서 식 (1)을 치환시키고 식 (2)와 식 (3)을 등치시키면, 본 발명자들은 HRV의 캡시드를 가열하기 위한 전송 출력 요건을 다음과 같이 도출한다.

결과

본 발명자들은 먼저, 식 (1)에서의 출력 밀도를 (원거리장 영역에서의) 거리 및 넓은 방향에서의 전송 안테나들의 수의 함수로서 계산한다. 본 발명자들은 어레이에 대해 1W의 입력 출력을 가정한다. 결과는 도 6에 도시되었다. 본 발명자들은, 구면 파 인자로 인해 거리의 함수로서 출력 밀도가 감소하고, 어레이 인자(AF)로 인해 안테나의 수에 따라 출력 밀도가 증가하는 것을 관찰한다.

다음으로, 본 발명자들은 식 (4)로부터, 20분 동안 30℃에서 45℃로 온도를 증가시킴으로써 HRV의 캡시드를 파열시키기 위해 전송 출력 요건을 계산한다(문헌[11] 참조). 출력은 도 7에 도시된 바와 같이 전송 어레이로부터 HRV의 거리 및 전송 안테나의 수의 함수로서 표현된다. 본 발명의 일 실시예에서, 안테나 어레이는 바이러스를 파열시키기 위한 전송 출력 요건을 감소시키기 위해 스윕되는 표면에 더 근접하게 배치된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 어레이의 상이한 안테나들은 빔에 의해 스윕될 표면으로부터의 그들의 거리에 따라 장소 전체에 걸쳐 동적으로 선택된다.

에너지를 공간 내 한 지점으로 집중시키는 것은 출력 소모가 감소되고 더 안전하기 때문에, 제안된 시스템의 중요한 특징이 된다. 본 발명자들은 도 8에 도시된 바와 같이, 정사각 어레이 내의 안테나들의 수의 함수로서 -3 dB 빔폭과 관련하여 전송 어레이의 집속 능력을 평가한다. 본 발명의 일 실시예에서, 어레이 빔폭은 시스템의 작동 조건들에 따라 활성 안테나들의 수 또는 타입들(예를 들어, 전방향성 대 지향성)을 선택함으로써 동적으로 조정된다. 예를 들어, 사람들이 장소를 점유하는 동안 시스템이 동작되어야 하는 경우, 안테나 어레이는 더 좁은 빔들을 사용하여 불활성화 볼륨(1300)에 대한 집속 능력을 증가시키고 안전 간격(1500) 또는 인체(1163)를 향한 유해한 복사를 회피하도록 재구성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 비어 있는 장소에서(예를 들어, 일단 이벤트가 끝나면), 어레이의 빔은 더 넓은 표면을 커버하도록 더 넓은 빔폭을 위해 재구성되어, 전체 장소에 걸쳐 빔을 스와이프(swipe)하는 데 필요한 시간을 감소시킨다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 본 발명가들은 장소의 천장 또는 캣워크에 설치된 다수의 안테나 어레이들을 고려한다. 도 22는 도 11a 및 도 11b의 좌석 영역(1161 및 1162)을 나타내는, x축 및 y축(2201 및 2202) 상의 20미터 x 20미터의 치수인 경기장(2200)의 한 정사각 구역을 도시한다. 안테나 어레이들은 좌석 영역으로부터 z축(2203)을 따라 10미터의 높이에 설치된다. 도 22는 100개의 안테나 어레이들을 갖는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하며, 각각의 원(2204)은 하나의 안테나 어레이를 나타낸다. 표적 바이러스(2205)는 좌석 영역의 수준에서의 불활성화 볼륨(1300)이다.

본 발명자들은 식 (1)의 모델을 사용하여, 경기장의 좌석 영역(2200)의 각각의 지점에서 100개의 안테나 어레이(2204)에 의해 복사된 출력 밀도를 시뮬레이션한다. 이 예시적인 실시예에서, 안테나 어레이는 30.1 dBi의 어레이 이득을 산출하는 총 1024개의 안테나 요소를 갖는 32x32 매트릭스로 구성된다. 식 (1)에서 안테나 요소들이 이상적인 등방성 방출기들이라고 가정하는 어레이 인자를 사용하여 안테나 어레이를 모델링한다는 점을 유의해야 한다. 실제 시나리오에서, 각각의 안테나 요소가 지향성 안테나(예를 들어, 패치 안테나들)인 경우, 더 낮은 개수의 안테나 요소들로 동일한 어레이 이득 및 빔폭이 얻어진다. 또한, 각각의 안테나 어레이의 입력에서의 전송 출력은 20 mW이다. 도 23은 도 22의 경기장의 부분 위에서의 출력 밀도(dB(W/m²)로 표현됨)의 분포를 도시한다. 피크 수신된 출력 밀도는 정사각 좌석 영역의 중앙에 있는 바이러스의 위치에서 달성되고, 이는 106.5 W/m²와 같다. 본 발명자들은, 각각의 분산 안테나 어레이들(2204)의 모든 빔들이 공간 내의 동일한 위치를 가리키고/가리키거나 분산된 안테나 어레이들이 빔형성, MRT 또는 pCell 프리코딩 방법들을 이용하기 때문에, 본 발명에 개시된 시스템 및 방법들에 의해, 경기장 내의 다른 곳들에서의 출력 밀도가 FCC, ICNIRP 또는 IEEE 노출 안전 한계들 미만일 것을 보장하는 반면, 바이러스를 불활성화시키기 위해 표적 위치(2205)에서 충분한 출력 밀도가 달성되는 것을 관찰한다.

다음으로, 본 발명자들은 FCC 및 ICNIRP에 의해 출력 밀도가 10 W/m²인 EM 복사선 노출 가이드라인 내에 있는 공간 내 볼륨의 크기를 시뮬레이션한다. 이 경우, 어레이 빔폭을 감소시키고 상기 어레이가 바이러스의 위치 주위에 RF 에너지를 집중시키는 능력을 증가시키기 위해, 각각의 안테나 어레이가 10,000개의 이상적인 등방성 방출기들로 구성된다는 점을 제외하고는, 도 23의 시뮬레이션과 동일한 파라미터들을 사용한다. 이전에 관찰된 바와 같이, 실제로, 안테나 어레이 설계가 지향성 안테나 요소들을 포함하는 경우에는 더 적은 수의 안테나 요소들이 사용된다. 도 24는 본원에서 그 외부에서 FCC 및 ICNIRP 안전 한계가 충족되는, 공간 내 볼륨의 "안전 경계"(2400)로서 지칭되는 것의 3D 평면도를 도시한다. 도 25는 동일한 안전 경계(2400)의 3D 측면도를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에서, 안전 경계는 불활성화 볼륨(1400) 내에 도 16의 가간섭성 볼륨들(1600)의 경계를 정의한다. 본 발명의 일 실시예에서, 안전 경계(2400)는 단지 하나의 포위된 볼륨으로 구성된다. 다른 실시예에서, 안전 경계(2400)는 공간 내의 다수의 볼륨들의 합집합을 포함한다.

정의에 의해, 안전 경계(2400) 내부의 출력 밀도는 FCC 및 ICNIRP 안전 한계보다 높다. 그러나, 출력 밀도가 안전 경계(2400) 내부의 모든 곳에서 바이러스를 불활성화시키기에 충분히 높다는 것은 보장되지 않는다. 따라서, 본 발명자들은 주어진 불활성화 비율로 바이러스를 불활성화시키기에 출력 밀도가 충분히 높은 공간 내 볼륨의 경계로서 "불활성화 경계"를 정의한다. 예를 들어, 문헌[32]는 8.4 ㎓의 공진 주파수에서 인플루엔자 A 아형 H3N2 및 H1N1 바이러스의 100% 불활성화를 달성하기 위해 810 W/m²의 출력 밀도가 필요함을 나타낸다. 그 후, 도 25의 시뮬레이션과 동일한 파라미터들을 사용하여, 본 발명자들은, 2600으로 표시된 더 작은 볼륨으로 도 26에 도시된, 810 W/m²의 출력 밀도에 대응하는 불활성화 경계(2600)를 계산한다. 더 큰 볼륨(2400)은 도 25의 동일한 측면도 및 도 24의 평면도로부터의 동일한 안전 경계(2400)를 나타내지만, 도 26에서 3D 반투명 메시로 표현되어, 그 안의 둘러싸인 불활성화 경계(2600)가 보이도록 나타나있다. 본 발명자들은 안전 경계(2400)와 불활성 경계(2600) 사이의 볼륨 내에서, 낮은 불활성화 비율로 바이러스를 불활성화시키기에 충분한 출력 밀도가 있을 수 있다는 것을 관찰한다. 예를 들어, 문헌[32]는 100%보다 낮은 불활성화 비율을 갖고, 10 W/m²의 한계를 초과하는 상이한 출력 밀도 레벨을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서, 불활성화 경계(2600)는 안전 경계(2400) 내에 둘러싸인다. 본 발명의 다른 실시예에서, 안전 경계(2400)는 불활성화 경계(2600)와 일치하거나 그 안에 둘러싸인다. 예를 들어, 주어진 불활성화 비율로 바이러스를 불활성화시키는 데 필요한 출력 밀도가 안전 한계 미만인 경우, 안전 경계(2400)는 불활성화 경계(2600) 내에 둘러싸인다. 본 발명자들은, 분산된 안테나 어레이들(2204)로부터의 전송들은 빔형성, MRT, 또는 pCell 프리코딩 방법들을 통해 가간섭성으로 결합되기 때문에, 본 발명에 개시된 시스템 및 방법들에 의해, 심지어 고속 페이딩(fast-fading)의 존재 하에서도, 경기장 내의 다른 곳에 있는 출력 밀도가 FCC, ICNIRP 또는 IEEE 노출 안전 한계 미만일 것을 보장하면서도 바이러스를 불활성화시키는 데에 표적 위치(2205)에서 충분한 출력 밀도가 달성된다는 것을 관찰한다.

상기 시뮬레이션들은 식 (1)에서와 같이 자유공간 전파 모델을 가정하며, 이는 표적 바이러스(2205)가 안테나 어레이들(2204)에 대한 시선(LOS: line-of-sight)을 갖는 경우에 합당한 가정이다. 저속-페이딩 또는 고속-페이딩의 존재 하에서도, 여전히 표적 바이러스의 위치에서 출력 밀도의 피크를 달성할 수 있다. 예를 들어, 식 (1)의 모델에 고속 페이딩(fast-fading)을 더함으로써, 도 23과 동일한 가정 하에서, 안전 표적 위의 수신된 출력 밀도 레벨을 나타내는 영역은 도 27에서 더 날카로운 피크로 표시되는 바와 같이 더 작다. 이 경우에, 안전 경계(2400) 및 불활성 경계(2600)도 도 26에서보다 작을 것이다.

상기 실시예들은 박테리아 및 다른 미생물과 같은 다른 병원체를 불활성화 또는 사멸시키기 위해 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 위에서 설명된 다양한 단계들을 포함할 수 있다. 단계들은 범용 또는 특수 목적 프로세서로 하여금 단계들을 수행하게 하는 데 사용될 수 있는 기계 실행 가능 명령들로 구현될 수 있다. 대안적으로, 이들 단계들은 단계들을 수행하기 위한 하드와이어드(hardwired) 로직을 포함하는 특수 하드웨어 요소들에 의해, 또는 프로그래밍된 컴퓨터 요소들 및 맞춤형 하드웨어 요소들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다.

본원에 설명되는 바와 같이, 명령들은 특정 동작들을 수행하도록 구성된 주문형 반도체(ASIC)와 같은 하드웨어의 특정 구성들, 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에서 구현되는 메모리에 저장된 미리 결정된 기능 또는 소프트웨어 명령들을 갖는 특정 구성들을 지칭할 수 있다. 따라서, 도면들에 도시된 기술들은 하나 이상의 전자 장치들 상에서 저장되고 실행되는 코드 및 데이터를 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 전자 장치들은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예를 들어, 자기 디스크, 광 디스크, 랜덤 액세스 메모리, 읽기전용 메모리, 플래시 메모리 장치, 위상 변조 메모리) 및 일시적인 컴퓨터 기계 판독 가능 통신 매체(예를 들어, 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파된 신호들, 예컨대, 캐리어 파, 적외선 신호, 디지털 신호 등)와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체를 사용하여 코드 및 데이터를 저장하고 (내부적으로 및/또는 네트워크를 통해 다른 전자 장치들과) 통신한다.

이러한 상세한 설명 전반에 걸쳐, 설명을 위해, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 제시되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항들 중 일부 없이도 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 특정한 경우, 본 발명의 요지를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 구조 및 기능은 상세히 설명되지 않았다. 따라서, 본 발명의 범위 및 사상은 다음의 청구범위에 의해 판단되어야 한다.

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Claims

시스템으로서,
커버리지 영역 내에서 전자기 에너지를 전송하도록 구성된 복수의 분산 안테나들 또는 라디오헤드들;
병원체를 사멸시키거나 불활성화시키는 주파수로 동조되는 상기 전자기 에너지;
상기 분산 안테나들 또는 라디오헤드들의 출력을 조정하여, 상기 커버리지 영역 내의 하나 이상의 위치들에서 전자기 에너지의 하나 이상의 고 출력 볼륨들을 동시에 생성하는 제어 수단을 포함하고,
상기 제어 수단은 상기 전자기 에너지의 하나 이상의 고 출력 볼륨들의 상기 하나 이상의 위치들을 상기 커버리지 영역 내의 복수의 위치들로 변경하는, 시스템.
방법으로서,
커버리지 영역 내에서 구성된 복수의 분산 안테나들 또는 라디오헤드들로부터 전자기 에너지를 전송하는 단계 - 상기 전자기 에너지는 병원체를 사멸시키거나 불활성화시키는 주파수로 동조됨 -;
상기 분산 안테나들 또는 라디오헤드들의 출력을 조정하여, 상기 커버리지 영역 내의 하나 이상의 위치들에서 전자기 에너지의 하나 이상의 고 출력 볼륨들을 동시에 생성하는 단계;
상기 전자기 에너지의 하나 이상의 고 출력 볼륨들의 상기 하나 이상의 위치들을 상기 커버리지 영역 내의 복수의 위치들로 변경하는 단계를 포함하는, 방법.