KR20230029207A - Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a multi-user wideband wireless power transmission method and device considering a nonlinear energy harvester, which increases wireless power transmission efficiency. According to the present invention, a wireless power transmission method in a multi-path channel comprises the steps of: arranging channels of a plurality of receivers for receiving a time reversal (TR) waveform transmitted from a transmitter in reverse order of time; using channels of the plurality of receivers arranged in the reverse order of time to generate a TR waveform; and aligning a phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter to be in phase at the transmitter to generate a phase aligned time reversal (PATR) waveform. In another aspect, the wireless power transmission method in a multi-path channel comprises the steps of: setting a phase shift value to align the phase difference between the components of the wireless power signal to be received from each of the plurality of receivers receiving the wireless power signal from the transmitter to be in phase; and using the set phase shift value in the transmitter to generate a PART waveform maximizing the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase.

Description

비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 파형 설계{Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester}Waveform Design for Multi-user Wideband Wireless Power Transfer with Non-linear Energy Harvester}

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

종래기술[2]는 EH의 비선형 특성을 테일러 전개를 통해 표현한 모델을 제안하였다. 또한 해당 모델을 이용한 WPT 시스템에서의 최적의 전력 송신 파형을 제안하였다. 제안된 파형은 컨벡스 문제의 해를 구하는 소프트웨어를 통해 획득할 수 있고, 계산 복잡도가 매우 높으며 주파수 영역에서 설계된다는 단점이 있어 실제 WPT 시스템으로 구현하기 어렵다.The prior art [2] proposed a model expressing the nonlinear characteristics of EH through Taylor expansion. In addition, the optimal power transmission waveform in the WPT system using the model was proposed. The proposed waveform can be obtained through software that solves the convex problem, and is difficult to implement into an actual WPT system because of its high computational complexity and design in the frequency domain.

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

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

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

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

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

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

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

상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널에 대하여 켤레 복소수화한 후, 켤레 복소수화한 복수의 수신기의 채널을 모두 더하여 TR 파형을 생성한다. In the step of generating a TR waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time, after complexing the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time, a plurality of conjugate complexed A TR waveform is created by adding all channels of the receiver.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
는 m 번째 송신 안테나에서 u번째 수신기 사이의 채널을 나타내고,
Figure pat00003
는 m번째 송신 안테나의 송신 신호를 나타내며,
Figure pat00004
는 잡음을 나타낸다. here,
Figure pat00002
Represents a channel between the m-th transmit antenna and the u-th receiver,
Figure pat00003
Represents the transmission signal of the m-th transmit antenna,
Figure pat00004
represents noise.

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

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서,

Figure pat00006
는 채널 정규화 인수를 나타낸다. here,
Figure pat00006
denotes the channel normalization factor.

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

본 발명의 실시예에 따른 m번째 송신 안테나와 u번째 수신기 사이의 채널은 하기식과 같이 나타낼 수 있다: A channel between the m-th transmit antenna and the u-th receiver according to an embodiment of the present invention can be expressed as:

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서,

Figure pat00008
는 채널 경로 손실을 나타내고,
Figure pat00009
는 l 번째 채널 탭의 채널 이득을 나타내며,
Figure pat00010
는 채널의 전력 지연 프로파일을 나타내고, 이때
Figure pat00011
이다.here,
Figure pat00008
represents the channel path loss,
Figure pat00009
represents the channel gain of the lth channel tap,
Figure pat00010
Represents the power delay profile of the channel, where
Figure pat00011
am.

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

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서,

Figure pat00014
는 부하 저항 값,
Figure pat00015
는 수신기 안테나 저항 값,
Figure pat00016
는 열 전압,
Figure pat00017
는 역 포화 전류,
Figure pat00018
는 다이오드 이상계수를 나타낸다. here,
Figure pat00014
is the load resistance value,
Figure pat00015
is the receiver antenna resistance value,
Figure pat00016
is the thermal voltage,
Figure pat00017
is the reverse saturation current,
Figure pat00018
represents the diode ideality factor.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

본 발명의 실시예에 따르면, 다중 경로 채널의 이득을 활용하여 EH 전력을 증대하기 때문에 무선 전력 송신 효율이 향상될 수 있다. 또한, 송신기에서 CIR를 얻기 위한 채널 학습 과정 이외에 별도의 통신 과정이 필요하지 않으며, 비선형 특성을 가지는 실제 정류기가 장착된 EH 사용자들에게 효율적으로 전력을 송신할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, since EH power is increased by utilizing a gain of a multi-path channel, wireless power transmission efficiency can be improved. In addition, a separate communication process is not required in the transmitter other than a channel learning process for obtaining CIR, and power can be efficiently transmitted to EH users equipped with actual rectifiers having nonlinear characteristics.

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

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

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

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in order to maximize the sum of the magnitudes of peak amplitude signals of the received wireless power signal, a channel of a first receiver among a plurality of receivers and a TR waveform received by the first receiver are configured with matched filtering. A phase shift value may be set such that a phase between a coherent element and a non-coherent element due to mismatched filtering between a channel of the first receiver and a TR waveform received in the second receiver coincides with a phase.

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure pat00019
Figure pat00019

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

Figure pat00020
Figure pat00020

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

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

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

Figure pat00021
Figure pat00021

본 발명의 실시예에 따른 PATR 파형은 수신 신호의 피크 진폭 신호를 구성하는 두 성분의 위상을 동위상으로 정렬시킴으로써, 수신 신호의 피크 진폭 신호의 크기를 증가시키는 것이 목적이므로, 송신기에서 송신 신호 위상의 사전 회전을 수행한다. 따라서, PATR 파형의 송신 신호는 위상 변이 값

Figure pat00022
과
Figure pat00023
가 추가되어 하기식과 같이 설계될 수 있다: Since the purpose of the PATR waveform according to an embodiment of the present invention is to increase the magnitude of the peak amplitude signal of the received signal by aligning the phases of the two components constituting the peak amplitude signal of the received signal in the same phase, the transmitter transmits the phase of the transmitted signal. performs a pre-rotation of Therefore, the transmit signal of the PATR waveform is the phase shift value
Figure pat00022
class
Figure pat00023
can be added and designed as follows:

Figure pat00024
Figure pat00024

여기서,

Figure pat00025
과
Figure pat00026
는 추정된 위상 차이 값을 이용하여 하기식과 같이 설정될 수 있다: here,
Figure pat00025
class
Figure pat00026
Can be set as follows using the estimated phase difference value:

Figure pat00027
또는
Figure pat00028
Figure pat00027
or
Figure pat00028

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

Figure pat00029
Figure pat00029

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

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

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

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

다음으로, 다중 송신 안테나와 다중 사용자가 존재하는 복수의 수신기에 대한 시스템에서의 제안하는 PATR 파형 설계과정을 예시로서 설명한다. Next, a PATR waveform design process proposed in a system for a plurality of receivers in which multiple transmit antennas and multiple users exist will be described as an example.

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

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

m 번째 송신 안테나의 송신 신호는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The transmission signal of the m-th transmit antenna can be expressed as:

Figure pat00030
Figure pat00030

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

Figure pat00031
Figure pat00031

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

Figure pat00032
Figure pat00032

정의된

Figure pat00033
를 이용하여 수신 신호의 피크 진폭 신호는 하기식과 같이 나타낼 수 있다: defined
Figure pat00033
The peak amplitude signal of the received signal can be expressed as:

Figure pat00034
Figure pat00034

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

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

Figure pat00037
Figure pat00037

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

Figure pat00038
Figure pat00038

레일리 몫(Rayleigh quotient)에 의해 상기 성분을 최대화하는 위상 벡터

Figure pat00039
는
Figure pat00040
의 가장 큰 고유값에 해당하는 고유벡터(dominant eigenvector)의 위상으로 구성되며 하기식과 같이 나타낼 수 있다: The phase vector maximizing the component by the Rayleigh quotient
Figure pat00039
Is
Figure pat00040
It is composed of the phase of the dominant eigenvector corresponding to the largest eigenvalue of and can be expressed as:

Figure pat00041
Figure pat00041

여기서,

Figure pat00042
는
Figure pat00043
의 가장 큰 고유벡터이다. here,
Figure pat00042
Is
Figure pat00043
is the largest eigenvector of

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

Figure pat00044
Figure pat00044

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

본 발명의 실시 예에 따른 비선형 에너지 하베스터를 고려한 광대역 다중 사용자 무선 전력 송신 파형을 통해 다수의 소형 무선 기기에 동시에 지속적으로 무선 전력을 공급하여 관리와 유지에 편의성을 제공하며, 무선 기기 배치의 공간적 제약을 완화할 수 있다. Convenience in management and maintenance is provided by simultaneously and continuously supplying wireless power to a plurality of small wireless devices through a wideband multi-user wireless power transmission waveform considering a nonlinear energy harvester according to an embodiment of the present invention, and spatial constraints of wireless device deployment can alleviate

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

이와 같이, 본 발명을 통해 다수의 무선 기기가 존재하는 시스템에서 무선으로 전력을 공급하여 기기들의 관리 및 유지가 편리하고 무선 기기 배치의 공간적 제약이 완화되기 때문에 IoT 네트워크에 적용하기에 적합하다. As such, since the present invention supplies power wirelessly in a system in which a plurality of wireless devices exist, it is convenient to manage and maintain the devices and relieves spatial restrictions in deploying wireless devices, so it is suitable for application to an IoT network.

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

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

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

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

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

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

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

Claims (20)

다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계; 및
시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 포함하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. A wireless power transmission method in a multipath channel,
arranging channels of a plurality of receivers for receiving TR (Time Reversal) waveforms transmitted from a transmitter in reverse order of time; and
Generating a Time Reversal (TR) waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time
A wireless power transmission method in a multi-path channel comprising a. 제1항에 있어서,
송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 더 포함하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 1,
A step of generating a PATR (Phase Aligned Time Reversal) waveform by aligning the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter in the same phase at the transmitter
A wireless power transmission method in a multi-path channel further comprising. 제2항에 있어서,
상기 송신기로부터 TR 파형을 수신 받는 각각의 수신기에서 수신될 TR 파형의 구성 요소 간의 위상 차이를 송신기에서 동위상으로 정렬하여 PATR 파형을 생성하는 단계는,
복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 2,
Generating a PATR waveform by aligning the phase difference between the components of the TR waveform to be received at each receiver receiving the TR waveform from the transmitter in the same phase at the transmitter,
A coherent element composed of matched filtering between a channel of a first receiver and a TR waveform received at the first receiver among a plurality of receivers and non-matched filtering between a channel of the first receiver and a TR waveform received at the second receiver aligning the phase difference between non-coherent elements due to in-phase
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제1항에 있어서,
상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는,
무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.According to claim 1,
The step of generating a TR waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time,
In wireless power transmission, in order to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol, a deterministic form that is a peak amplitude signal of a predetermined magnitude or more by using the nonlinear characteristics of the energy harvesters of a plurality of receivers generating a TR waveform as a periodic signal of
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제1항에 있어서,
상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 이용하여 TR 파형을 생성하는 단계는,
상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널에 대하여 켤레 복소수화한 후, 켤레 복소수화한 복수의 수신기의 채널을 모두 더하여 TR 파형을 생성하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 1,
The step of generating a TR waveform using channels of a plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time,
After conjugate-complexing the channels of a plurality of receivers arranged in reverse order to the time, generating a TR waveform by adding all the channels of the conjugate-complexed receivers
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제1항에 있어서,
상기 송신기로부터 송신되는 TR 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하는 단계는,
TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 1,
The step of arranging channels of a plurality of receivers for receiving the TR waveform transmitted from the transmitter in reverse order of time,
To generate a TR waveform in the time domain by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time in order to reduce complexity in the process of generating the TR waveform
A wireless power transmission method in a multipath channel. 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계; 및
송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계
를 포함하는 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. A wireless power transmission method in a multipath channel,
setting a phase shift value for aligning phase differences between components of a wireless power signal to be received in each of a plurality of receivers receiving a wireless power signal from a transmitter in the same phase; and
Generating a Phase Aligned Time Reversal (PATR) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in phase using the set phase shift value in a transmitter
A wireless power transmission method in a multi-path channel comprising a. 제7항에 있어서,
상기 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신 받는 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하는 단계는,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.According to claim 7,
Setting a phase shift value for aligning phase differences between components of a wireless power signal to be received in each of a plurality of receivers receiving the wireless power signal from the transmitter in the same phase,
A coherent element configured by matched filtering of a channel of a first receiver among a plurality of receivers and a TR waveform received by the first receiver in order to maximize the sum of magnitudes of peak amplitude signals of the received wireless power signal, and the first receiver Setting the phase shift value so that the phase between the channel of the receiver and the non-coherent element due to non-matching filtering of the TR waveform received from the second receiver coincides
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제8항에 있어서,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 최적의 위상 변이 값을 설정하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 8,
In order to maximize the sum of the magnitudes of the peak amplitude signals of the received wireless power signal, the peak amplitude signal in each of the plurality of receivers is expressed as a determinant, and based on the determinant, eigenvalue decomposition for each of the plurality of receivers is performed. Finding the phase component of the main eigenvector and setting the optimal phase shift value using the phase component of the main eigenvector
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제7항에 있어서,
상기 송신기에서 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는 단계는,
복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시키는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법.According to claim 7,
Generating a Phase Aligned Time Reversal (PATR) waveform that maximizes the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signals aligned in the same phase using the set phase shift value in the transmitter,
Inter User Interference (IUI) and request (Inter User Interference) and request ( aligning the phase difference between the desired) signals in phase
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제7항에 있어서,
상기 복수의 수신기 각각에서 수신될 무선 전력 신호는,
복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형인
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 7,
The wireless power signal to be received by each of the plurality of receivers,
TR (Time Reversal) waveform generated by arranging the channels of a plurality of receivers in reverse order with respect to time, complexing the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time, and then adding them
A wireless power transmission method in a multipath channel. 제11항에 있어서,
상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성하는
다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 방법. According to claim 11,
The plurality of transmit antennas of the transmitter and the plurality of transmit antennas of the transmitter as the number of the plurality of receivers increases by generating a TR waveform in the time domain by arranging channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time. using CIR (Channel Impulse Response) between receivers of
A wireless power transmission method in a multipath channel. 복수의 송신 안테나를 갖는 송신기 및 복수의 수신기를 포함하는 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에 있어서,
상기 송신기는,
송신기로부터 송신되는 TR(Time Reversal) 파형을 수신하기 위한 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 상기 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 TR(Time Reversal) 파형을 생성하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. In a multi-user wireless power transmission system including a transmitter having a plurality of transmit antennas and a plurality of receivers,
the transmitter,
Channels of a plurality of receivers for receiving TR (Time Reversal) waveforms transmitted from the transmitter are arranged in reverse order with respect to time, and channels of the plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time are conjugated and then added TR (Time Reversal) waveform
A multi-user wireless power transmission system. 제13항에 있어서,
상기 송신기는,
무선 전력 송신에서 정보 심볼의 랜덤 위상으로 인해 수신기에서 수신되는 TR 파형의 전력 감소의 영향을 줄이기 위해 복수의 수신기의 에너지 하베스터의 비선형 특성을 이용하여 미리 정해진 크기 이상의 피크 진폭 신호인 결정적(deterministic) 형태의 주기 신호로서 TR 파형을 생성하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. According to claim 13,
the transmitter,
In wireless power transmission, in order to reduce the effect of power reduction of the TR waveform received at the receiver due to the random phase of the information symbol, a deterministic form that is a peak amplitude signal of a predetermined magnitude or more by using the nonlinear characteristics of the energy harvesters of a plurality of receivers generating a TR waveform as a periodic signal of
A multi-user wireless power transmission system. 제13항에 있어서,
상기 송신기는,
TR 파형의 생성 과정에서의 복잡도를 감소시키기 위해 상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치함으로써 시간 영역에서의 TR 파형을 생성하도록 하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. According to claim 13,
the transmitter,
To generate a TR waveform in the time domain by arranging the channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time in order to reduce complexity in the process of generating the TR waveform
A multi-user wireless power transmission system. 복수의 송신 안테나를 갖는 송신기 및 복수의 수신기를 포함하는 다중 사용자 무선 전력 송신 시스템에 있어서,
상기 복수의 수신기는,
각각 에너지 하베스터를 포함하고,
상기 송신기는,
수신된 무선 전력 신호의 구성 요소 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬하기 위한 위상 변이 값을 설정하며, 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 동위상으로 정렬된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 합을 최대화하는 PATR(Phase Aligned Time Reversal) 파형을 생성하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. In a multi-user wireless power transmission system including a transmitter having a plurality of transmit antennas and a plurality of receivers,
The plurality of receivers,
Each includes an energy harvester,
the transmitter,
Setting a phase shift value for aligning the phase difference between components of the received wireless power signal in phase, and maximizing the sum of the peak amplitude signals of the wireless power signal aligned in phase using the set phase shift value to generate a Phase Aligned Time Reversal (PATR) waveform.
A multi-user wireless power transmission system. 제16항에 있어서,
상기 송신기는,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 복수의 수신기 중 제1 수신기의 채널과 제1 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 정합 필터링으로 구성되는 코히런트 요소 및 상기 제1 수신기의 채널과 제2 수신기에서 수신되는 TR 파형과의 비정합 필터링으로 인한 비-코히런트 요소 간의 위상이 일치하도록 위상 변이 값을 설정하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. According to claim 16,
the transmitter,
A coherent element configured by matched filtering of a channel of a first receiver among a plurality of receivers and a TR waveform received by the first receiver in order to maximize the sum of magnitudes of peak amplitude signals of the received wireless power signal, and the first receiver Setting the phase shift value so that the phase between the channel of the receiver and the non-coherent element due to non-matching filtering of the TR waveform received from the second receiver coincides
A multi-user wireless power transmission system. 제17항에 있어서,
상기 송신기는,
상기 수신된 무선 전력 신호의 피크 진폭 신호의 크기의 합을 최대화하기 위해 상기 복수의 수신기 각각에서의 피크 진폭 신호를 행렬식으로 나타내고, 상기 행렬식에 기초하여 상기 복수의 수신기 각각에 대한 고유값 분해를 통해 주요 고유 벡터의 위상 성분을 구하고, 상기 주요 고유 벡터의 위상 성분을 이용하여 최적의 위상 변이 값을 설정하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. According to claim 17,
the transmitter,
In order to maximize the sum of the magnitudes of the peak amplitude signals of the received wireless power signal, the peak amplitude signal in each of the plurality of receivers is expressed as a determinant, and based on the determinant, eigenvalue decomposition for each of the plurality of receivers is performed. Finding the phase component of the main eigenvector and setting the optimal phase shift value using the phase component of the main eigenvector
A multi-user wireless power transmission system. 제16항에 있어서,
상기 송신기는,
복수의 수신기 각각에서의 EH(Energy Harvesting) 전력을 증가 시키기 위해 상기 설정된 위상 변이 값을 이용하여 다중 경로 채널에서의 무선 전력 송신 환경에서 복수의 수신기 각각에서 발생하는 IUI(Inter User Interference) 및 요청(desired) 신호 간의 위상 차이를 동위상으로 정렬시키는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템. According to claim 16,
the transmitter,
Inter User Interference (IUI) and request (Inter User Interference) and request ( aligning the phase difference between the desired) signals in phase
A multi-user wireless power transmission system. 제16항에 있어서,
상기 송신기는,
상기 복수의 수신기로 무선 전력 신호를 송신하고 -상기 무선 전력 신호는 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하고, 시간에 대한 역순으로 배치된 복수의 수신기의 채널을 켤레 복소수화한 후, 더하여 생성되는 TR(Time Reversal) 파형임-,
상기 복수의 수신기의 채널을 시간에 대한 역순으로 배치하여 시간 영역에서의 TR 파형을 생성함으로써 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기의 수가 증가함에 따른 상기 송신기의 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신기 간의 CIR(Channel Impulse Response)을 이용하여 시간 영역에서 유연하게 확장하여 PATR 파형을 생성하는
다중 사용자 무선 전력 송신 시스템.According to claim 16,
the transmitter,
Transmitting a wireless power signal to the plurality of receivers - the wireless power signal arranges the channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time, and conjugates the channels of the plurality of receivers arranged in reverse order with respect to time, It is a TR (Time Reversal) waveform created by adding
The plurality of transmit antennas of the transmitter and the plurality of transmit antennas of the transmitter as the number of the plurality of receivers increases by generating a TR waveform in the time domain by arranging channels of the plurality of receivers in reverse order with respect to time. using CIR (Channel Impulse Response) between receivers of
A multi-user wireless power transmission system.
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