WO2018043841A1 - 무선으로 전력을 공급받는 이종 통신망 환경에서의 통신 방법, 이종 통신망 환경에서 무선 전력 공급을 지원하는 통신 시스템 및 무선 전력 공급 방식에 기반한 듀얼 모드 후방산란 통신 방법 - Google Patents

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

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WO2018043841A1
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communication
communication device
technique
information
energy
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김동인
김성훈
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성균관대학교 산학협력단
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/22—Scatter propagation systems, e.g. ionospheric, tropospheric or meteor scatter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
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    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile

Definitions

  • the technology described below relates to a technique for delivering information by receiving power wirelessly in a heterogeneous network environment.
  • a wirelessly-powered communication network is a node in the network that collects energy from the RF signal and uses the collected energy to communicate.
  • WPCN is well suited for systems that operate on small amounts of energy, such as wireless sensor networks.
  • WPCN can also be used to power IoT devices.
  • the technology described below is intended to provide a communication technique for transmitting information using a post-transmission technique and a backscatter communication technique in a wirelessly-powered heterogeneous network (WPHetNet) environment.
  • WPHetNet wirelessly-powered heterogeneous network
  • a communication method in a heterogeneous communication network environment in which power is wirelessly supplied the communication device receives an RF signal transmitted from a downlink by an AP and checks whether the first energy collected using the RF signal is greater than or equal to a first threshold value. Step, Checking whether the communication device receives an unmodulated carrier from the transmitter, If the communication device receives the unmodulated carrier, if the second energy collected using the unmodulated carrier is greater than a second threshold value
  • the communication device may transmit information to the AP by a bistatic backscatter communication technique when the second energy is greater than or equal to the second threshold, and wherein the communication device transmits the information to the AP by the second energy. If less than a value, conveying information to the AP with an ambient backscatter communication technique.
  • a communication system supporting wireless power supply in a heterogeneous network environment includes an AP device and an AP for transmitting an energy source RF signal used in a collection and transmission (HTT) technique in a communication device downlink and receiving information from the communication device. And a transmitter having less coverage than the device and transmitting an energy source unmodulated carrier that the communication device uses in a bistatic backscatter communication technique.
  • the AP device receives the information from the communication device through the post-transmission technique when the communication device collects energy for using the post-transmission technique, and the communication device receives the bistatic backscatter communication technique.
  • the communication device In the case of collecting energy that can be used to receive the information from the communication device through the bistatic backscatter communication technique, and when the communication device collects energy that can use the ambient backscatter communication technique The information is received from the communication device via an ambient backscatter communication technique.
  • a dual mode backscatter communication method based on a wireless power supply method may include checking whether a communication device receives an unmodulated carrier from a transmitter and collecting the unmodulated carrier if the communication device receives the unmodulated carrier. Determining whether an energy is greater than or equal to a threshold value; when the communication device is equal to or greater than the threshold value, transmitting information to an AP by a bistatic backscatter communication technique; If less than the second threshold, transferring information to the AP with an ambient backscatter communication technique.
  • the technique described below provides an architecture for efficiently transmitting information in a heterogeneous network environment by using a backscatter communication technique together with a post-transmission technique.
  • FIG. 1 illustrates an example of a system configuring a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • FIG. 2 illustrates an example of a communication hierarchy in a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • 3 is another example of an IoT service system using a heterogeneous communication network powered wirelessly.
  • FIG. 4 is an example of a flowchart of a communication method in a heterogeneous communication network environment that is wirelessly powered.
  • 5 illustrates an example of performing communication in a heterogeneous communication network environment in which power is wirelessly supplied.
  • 6 is another example of performing communication in a heterogeneous communication network environment that is wirelessly powered.
  • first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, but merely for distinguishing one component from other components. Only used as For example, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the technology described below.
  • each process constituting the method may occur differently from the stated order unless the context clearly indicates a specific order. That is, each process may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • Heterogeneous communication network means a communication network where different communication networks coexist.
  • the heterogeneous communication network may include a plurality of networks using different communication methods.
  • the heterogeneous communication network may include at least two communication networks of a mobile communication network (WCDMA, LTE, etc.), a wireless LAN (IEEE 802.11), and a local area network (Zigbee, etc.).
  • the heterogeneous communication network may include two or more communication networks based on the same communication scheme but different in coverage from each other.
  • the heterogeneous communication network may include at least two communication networks of a macro cell, a micro cell, a pico cell, and a femto cell supporting mobile communication.
  • a node is an object that carries information in a communication network.
  • the node includes a mobile communication terminal, an IoT device, a sensor, a vehicle in a vehicle network, a home appliance in a home network, and the like.
  • Nodes commonly transmit and / or receive information via a constant communication scheme. Therefore, hereinafter, the node will be referred to as a communication device and described.
  • Bistatic backscatter communication uses a dedicated emitter for energy supply, unlike conventional passive RFID systems.
  • a tag receives a carrier wave transmitted by a dedicated transmitter and uses it as an energy source to transmit its information to a reader.
  • the dedicated transmitter may transmit an unmodulated carrier.
  • Bistatic backscattering communications can transmit information over fairly long distances (tens of hundreds to hundreds of meters) using dedicated unmodulated carriers.
  • Ambient backscatter communication is a powerless communication technique developed in 2013 by researchers at the University of Washington.
  • the ambient backscatter communication technique collects energy using ambient RF signals.
  • the surrounding RF signals generally mean modulated RF signals such as broadcast signals (TV, etc.), mobile communication signals, and the like.
  • Ambient backscatter communication techniques can transmit information only at very short distances (meters) because of the less energy they collect.
  • a detailed communication method in a heterogeneous communication network that is wirelessly powered illustrates an example of a system 100 constituting a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • the system 100 constituting a heterogeneous communication network that is wirelessly powered is composed of an AP 110, an unmodulated carrier transmitter 120, and a communication device 10.
  • 1 illustrates a device such as a mobile terminal as an example of the communication device 10.
  • the AP 110 corresponds to a dual mode AP capable of transmitting wireless energy and also receiving information.
  • the AP 110 transmits an RF signal to be used as energy by the communication device in downlink and receives a packet including information in uplink from the communication device.
  • AP 110 forms a relatively wide range of cells.
  • the AP 100 may be a gateway, a router, an IoT gateway, or the like that collects information from a mobile communication base station, another wireless communication AP, a communication device located in a predetermined region.
  • the AP 110 basically receives information from the communication device 10 through the HTT technique. 1 illustrates a plurality of communication devices. For the sake of explanation, some of the plurality of communication devices have been marked by reference numerals 10A to 10I.
  • the communication device 10A collects energy using the RF signal transmitted by the AP 110 in the downlink. When the energy is collected to the extent that information can be delivered according to the HTT technique, the communication device 10A transmits the information to the AP 110 in the uplink at the time allocated to the communication device 10A.
  • the channel information between the AP 110 and the communication device 10A may be used to optimize energy collection time and information transmission time.
  • the AP 110 may preset information transmission time to be used for the HTT scheme for a plurality of communication devices. In some cases, without using a time division scheme for information transmission, the communication device 10A may transmit information to the AP 110 through another channel or frequency.
  • the technology described below does not limit the manner in which the communication device delivers information to the AP.
  • the unmodulated carrier transmitter 120 is an apparatus for transmitting an unmodulated carrier for a bistatic backscatter communication technique.
  • 1 illustrates a plurality of unmodulated carrier transmitters 120A to 120C. 1 shows the service area of the unmodulated carrier transmitters 120A to 120C as a circle.
  • the unmodulated carrier transmitter 120 may be a dedicated transmitter for supplying energy to the communication device.
  • the unmodulated carrier transmitter 120 may be an AP device used for other communication.
  • the unmodulated carrier transmitter 120 may be a Wi-Fi AP or a router mainly used in a structure. At this time, the Wi-Fi AP should transmit an unmodulated carrier.
  • the communication device 10B receives the unmodulated carrier from the unmodulated carrier transmitter 120A.
  • the communication device 10B collects energy using the received unmodulated carrier, and transmits information to the AP 110 in a single hop using a bistatic backscattering communication technique.
  • the communication device 10C can receive the unmodulated carrier from the unmodulated carrier transmitter 120B and transmit the unmodulated carrier to the AP 110 using a bistatic backscatter communication technique, it uses an ambient backscattering technique depending on factors such as a channel environment. Multi-hop communication with the help of other communication devices in the vicinity, such as communication device 10D, can perform better.
  • the communication device 10C transfers information to another communication device 10D by an ambient backscatter communication technique.
  • the communication device 10D may deliver the information received from the communication device 10C to the AP 110 using the HTT technique.
  • the communication device 10C and the communication device 10D perform multihop communication. Therefore, dual mode operation is defined as an operation method for selecting a single hop bistatic backscatter communication technique and a multihop ambient backscattering technique according to performance in a communication device existing in an area capable of receiving an unmodulated carrier signal.
  • the communication device 10 existing in an area where an unmodulated carrier transmitter may not be received may transmit information using an ambient backscatter communication technique using RF signals in the vicinity.
  • the communication device 10E, the communication device 10F, and the communication device 10G transmit information by an ambient backscatter communication technique.
  • the ambient backscatter communication technique may use a multi-hop method because the transmission distance of information is relatively short.
  • the communication device 10E transmits the generated information to the adjacent communication device 10F
  • the communication device 10F transmits the received information to the adjacent communication device 10G
  • the communication device 10G transmits the received information to the AP 110. do.
  • the ambient backscatter communication technique also assumes that the communication device collects enough energy to use the ambient backscatter communication technique as the surrounding RF signal. Meanwhile, the communication device 10E, the communication device 10F, and the communication device 10G may collect energy using the RF signal transmitted by the AP 110 in downlink. Furthermore, the communication device 10E, the communication device 10F, and the communication device 10G may use different RF signals received by each device. 1 illustrates a transmission tower to a base station 80 for transmitting a broadcast signal. The communication device 10E, the communication device 10F, and the communication device 10G may receive TV signals from the transmission tower 80 to collect energy. (2) The communication device 10H transmits the information generated by the communication device 10I to the adjacent communication device 10I by the ambient backscatter communication method.
  • the communication device 10I receives the unmodulated carrier from the unmodulated carrier transmitter 120C.
  • the communication device 10I collects energy using the received unmodulated carrier and transmits the information received from the communication device 10H to the AP 110 through a bistatic backscattering communication technique.
  • the 2 illustrates an example of a communication hierarchy in a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • Higher speed transmission is possible from the communication layer to the higher layer, and wide area provides wide area service.
  • the HTT scheme which is the upper layer, transmits data at high speed and provides a medium service area.
  • the backscatter communication technique transmits data at low speed, and the size of the service area provided is different. Since the bi-static backscatter communication technique performs backscatter communication using an unmodulated carrier, the transmission distance can be increased compared to the ambient backscatter communication technique using a modulated signal, thereby providing a relatively long service area.
  • the ambient backscatter communication technique provides the most limited short-range service among the aforementioned techniques. Therefore, when using the ambient backscatter communication technique, the neighboring nodes can be used as relays to extend the transmission distance and data must be transmitted to the access point (AP) by multi-hop.
  • the system 100 constituting a heterogeneous communication network that is wirelessly powered may first transmit information using a primary access (HTT) technique.
  • the system 100 constituting the heterogeneous communication network that is wirelessly powered additionally uses a backscatter communication technique (Secondary Access) to overcome the redundant perspective problem of the HTT technique.
  • the bistatic backscatter communication technique can solve the service area reduction problem of the HTT technique to some extent. However, since the communication devices 10 located outside the service area of the unmodulated carrier transmitter 120 still need to use the HTT technique, they may still operate only in the limited service area. Therefore, techniques for the communication device 10 outside the service area as well as the communication device 10 in the service area of the unmodulated carrier transmitter 120 should be considered at the same time.
  • the ambient backscatter communication technique has an advantage of transmitting information without causing interference even when a primary user communicating with the AP 110 uses a channel.
  • the ambient backscatter communication technique has a relatively short transmission distance and thus has a significant limitation in use. Therefore, the ambient backscatter communication technique can be basically used in the communication devices 10 outside the service area of the unmodulated carrier transmitter 120.
  • whether to use the ambient backscatter communication technique is not necessarily determined depending on whether the communication device 10 is in the service area of the unmodulated carrier transmitter 120.
  • information may be efficiently transmitted by selectively using an HTT technique, a bistatic backscatter communication technique, and an ambient backscatter communication technique.
  • the communication device may be an IoT device.
  • IoT devices are diverse, such as sensor devices that collect various kinds of information, wearable devices worn by users, vehicles connected to a network, and home appliances. 3 corresponds to a scenario when the communication device 10 is an IoT device in the system 100 constituting a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • the communication devices 20A to 20D show a sensor for collecting temperature
  • the communication devices 20E to 20H show a vehicle
  • the communication device 20I shows a user's portable terminal.
  • the IoT service system 200 using a heterogeneous communication network includes a gateway 210, an unmodulated carrier transmitter 220, and a communication device 20 that collect information from a communication device 20 that is an IoT device.
  • the gateway 210 is a device corresponding to the AP 110 of FIG. 1.
  • the gateway 210 is a device for collecting information from the communication device 20 and simultaneously transmits an RF signal used for energy collection in downlink.
  • the unmodulated carrier transmitter 220 may be a home Wi-Fi router or a dedicated transmitter.
  • the unmodulated carrier transmitters 220B and 220C show a Wi-Fi router as an example, and the unmodulated carrier transmitter 220A illustrates a dedicated transmitter for energy supply.
  • the communication device 20A transmits information to the gateway 210 using the HTT technique using the RF signal received from the gateway 210.
  • the communication device 20B transmits information to the gateway 210 using a bistatic backscatter communication technique using a carrier received from the unmodulated carrier transmitter 220A.
  • communication device 20C can receive carriers from an unmodulated carrier transmitter 220B, multihop ambient backscatter communication with the aid of another communication device 20D shows higher throughput performance than single hop bistatic backscattering.
  • the communication device 20E transmits the information by the ambient backscatter communication technique using the surrounding RF signal.
  • the RF signal may be an RF signal transmitted from a gateway or an RF signal transmitted from the broadcast transmission tower 80.
  • the communication device 20E transfers the information to the gateway 210 through the communication device 20F and the communication device 20G by an ambient backscatter communication technique.
  • the communication device 20H transmits information to the communication device 20I by an ambient backscatter communication technique.
  • the communication device 20I transmits the information received by the bistatic backscatter communication technique to the gateway 210 using the carrier received from the unmodulated carrier transmitter 220C.
  • the communication device collects energy using the received RF signal (310).
  • the communication device may collect energy by using an RF signal transmitted by the AP for energy collection only.
  • energy may be collected using a carrier transmitted by the unmodulated carrier transmitter.
  • the communication device may collect energy for ambient backscattering communication using other RF signals in the vicinity.
  • the communication device may have a separate circuit for each of the HTT technique, the bistatic backscatter communication technique, and the ambient backscatter communication technique.
  • communication devices may share circuits that are common to each technique.
  • the communication device checks whether the amount of collected energy E h is greater than or equal to the circuit energy E CH that can use the HTT technique (320).
  • E CH is a constant threshold.
  • E h is E CH If yes (320), the communication device transmits information to the AP based on the primary access (HTT) (330).
  • the information delivered by the communication device is information generated directly or information received from another communication device.
  • the communication device checks whether the current unmodulated carrier is received (340). For example, the communication device may determine whether the power of the unmodulated carrier signal P R, C is greater than or equal to a specific reference value P OUT (340). P R, C is P OUT If abnormal, the communication device may determine that the normal unmodulated carrier has been received. P R, C is P OUT If yes, the communication device determines whether the amount of collected energy E h is greater than or equal to the circuit energy E CB, B that can use the bistatic backscattering technique (350). E CB, B is a constant threshold.
  • E h is E CB, B If yes (350), the communication device transmits information using a bistatic backscattering technique (Secondary Access) (360).
  • the communication device may transmit information to the AP using a bistatic backscattering technique.
  • the information delivered by the communication device is information generated directly or information received from another communication device.
  • the communication device determines whether the amount of collected energy E h is greater than or equal to the circuit energy E CB, A that can use the ambient backscattering technique (370).
  • E CB, A is a constant threshold.
  • E h is E CB, A If the above (Yes of 370), the communication device transmits the information using the ambient backscattering technique (Secondary Access) (380).
  • the communication device may transmit information to the AP using an ambient backscattering technique.
  • the communication device may transmit information to the AP via another communication device in a multi-hop manner. At this time, the communication device in the transit path may relay information using any one of an ambient backscattering technique, a bistatic backscattering technique, or an HTT technique.
  • the process of performing communication in a heterogeneous communication network environment that is wirelessly powered depends on the signal received by the communication device. If the communication device is in a position that does not receive an unmodulated carrier, only the HTT technique and the ambient backscatter communication technique may be used. If the communication device is in a position to receive an unmodulated carrier, an HTT technique, a bistatic backscatter communication technique, and an ambient backscatter communication technique may be used.
  • An unmodulated carrier transmitter is typically placed indoors. In this case, the operation may vary depending on whether the communication device is outdoors or indoors. However, the unmodulated carrier transmitter does not necessarily have to be placed indoors. For example, in the case of a vehicle network, since a signal must be transmitted to a vehicle traveling on a road, an unmodulated carrier transmitter may be disposed outside a roadside or a building. Therefore, hereinafter, the case where the communication device is in the service area of the unmodulated carrier transmitter will be described separately.
  • 5 illustrates an example of performing communication in a heterogeneous communication network environment in which power is wirelessly supplied.
  • 5 illustrates a case in which a communication device is outside a service area of an unmodulated carrier transmitter.
  • 5 illustrates a system 400 for configuring a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • the dotted circle represents the service area of the AP 410.
  • the system 400 constituting a heterogeneous communication network powered wirelessly includes an AP 410 and a communication device 30.
  • 5 shows a plurality of communication devices 30A to 30F.
  • the communication device 30 If the communication device 30 has collected enough energy to use the HTT technique, basically the information is transmitted to the AP 410 by using the HTT technique.
  • the communication device 30A collects energy enough to use the HTT technique, and transmits information to the AP 410 using the HTT technique.
  • the communication device 30A may transmit information to the AP 410 using the channel during the idle period when no other preferred communication device uses the channel.
  • the communication device If the communication device is close to the AP 410 and has collected enough energy to use the ambient backscattering technique, information may be transmitted to the AP 410 using the ambient backscattering technique.
  • the communication device 30B transmits information to the AP 410 using an ambient backscattering technique.
  • the communication device 30B collects energy using the RF signal transmitted by the AP 410. (1) Although the communication device 30B did not collect energy as much as the HTT technique was collected, the communication device 30B could collect energy enough to use the ambient backscattering technique and transmit information using the ambient backscattering technique.
  • the communication device 30B may determine whether the distance between the AP 410 and its own is a distance capable of transmitting information by the ambient backscattering technique. In this case, the communication device 30B may save energy by using the ambient backscattering technique without using the HTT technique.
  • the communication device may transmit information by using another communication device as a repeater.
  • 5 illustrates two paths through which the communication device 30C transmits information.
  • the communication device 30C may transmit information to the AP 410 via the communication device 30D and the communication device 30E by using the ambient backscattering technique (the path indicated by 1).
  • the communication device 30C collects energy using the RF signal transmitted by the broadcast transmission tower 80.
  • the communication device 30D and the communication device 30E may collect energy by using an RF signal transmitted by the AP 410 or an RF signal transmitted by the broadcast transmission tower 80.
  • the communication device 30C may transmit information to the AP 410 via the communication device 30D and the communication device 30F by using the ambient backscattering technique (the path indicated by 2).
  • the communication device 30D transmits information to the communication device 30F using an ambient backscattering technique.
  • the communication device 30F has collected enough energy to use the HTT technique. Therefore, the communication device 30F transmits the information received by the HTT scheme to the AP 410.
  • 6 is another example of performing communication in a heterogeneous communication network environment that is wirelessly powered.
  • 6 illustrates a case in which a communication device is within a service area of an unmodulated carrier transmitter.
  • 6 illustrates a system 500 for configuring a heterogeneous communication network that is wirelessly powered.
  • the dotted circle represents the service area of the AP 510.
  • the system 500 constituting a heterogeneous communication network powered wirelessly includes an AP 510, an unmodulated carrier transmitter 520, and a communication device 40.
  • 5 shows a plurality of communication devices 40A to 40I and a plurality of unmodulated carrier transmitters 520A to 520E.
  • the communication device 40A is located in the service area of the unmodulated carrier transmitter 520A. Assume that communication device 40A has collected enough energy to use the HTT technique or the bistatic backscatter communication technique. In this case, the communication device 40A may use the two techniques sequentially for a unit time to reduce the dependency on the channel used by another preferred communication device (PU). Alternatively, if there is not enough energy, the communication device 40A may selectively transmit information to the AP 510 using one of two techniques.
  • the communication device 40B is located in the service area of the unmodulated carrier transmitter 520B.
  • the communication device 40B collects energy using the unmodulated carrier received from the unmodulated carrier transmitter 520B.
  • the communication device 40B can transmit information to another communication device 40C using the ambient backscatter communication technique.
  • the communication device 40C transmits the received information to the AP 510 using the HTT technique.
  • the communication device 40B may transmit information to another communication device 40D using an ambient backscatter communication technique.
  • the operation of communication device 40A and 40B shows dual mode operation.
  • the service area may be wider than that of the AP 510.
  • the communication device 40E is located in an area outside the service area of the AP 510.
  • the communication device 40E is located in the service area of the unmodulated carrier transmitter 520D.
  • the communication device 40E collects energy using the unmodulated carrier received from the unmodulated carrier transmitter 520D.
  • the communication device 40E transmits information to the AP 510 using a bistatic backscatter communication technique.
  • the communication device 40F is located outside the service area of the AP 510.
  • the communication device 40F collects energy using an RF signal transmitted from the broadcast transmission tower 80.
  • the communication device 40F transmits the received information to another communication device 40G using an ambient backscattering technique.
  • the communication device 40G transmits the received information to the AP 510 using a bistatic backscatter communication technique.

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Abstract

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

Description

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

Claims (20)

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