JP2024038686A - System, base station, method and program for wireless power transmission - Google Patents
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Abstract
【課題】基地局の無線処理部における低消費電力化及び無線電力伝送（ＷＰＴ）用の信号の高出力化を図ることができるシステムを提供する。【解決手段】基地局は、複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、通信用の無線リソースを用いる通信信号と無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成し、送信信号に含まれる通信信号及び無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して端末装置に送信する。端末装置は、基地局から送信された無線電力伝送用信号を含む送信信号を受信し、無線電力伝送用信号を含む送信信号を受信した受信信号の電力を出力する。【選択図】図３The present invention provides a system capable of reducing power consumption in a wireless processing unit of a base station and increasing the output of a signal for wireless power transmission (WPT). [Solution] A base station is configured to allocate radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission in mutually different periods of a plurality of radio resources, and to transmit communication signals using the radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission. A transmission signal including a dummy signal for wireless power transmission using resources is generated, and the communication signal included in the transmission signal and the dummy signal for wireless power transmission are individually amplified by a first power amplifier and a second power amplifier that are different from each other. and send it to the terminal device. The terminal device receives the transmission signal including the wireless power transmission signal transmitted from the base station, and outputs the power of the received signal that received the transmission signal including the wireless power transmission signal. [Selection diagram] Figure 3
Description
本発明は、無線電力伝送（ＷＰＴ）を行うことができるシステム、基地局、方法及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a system, base station, method, and program that can perform wireless power transfer (WPT).
従来、無線フレームに設定された複数の無線リソースの少なくとも一部を用いて基地局と端末装置との間で通信を行う通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。 BACKGROUND ART Conventionally, a communication system is known that performs communication between a base station and a terminal device using at least part of a plurality of radio resources set in a radio frame (for example, see Patent Document 1).
従来の通信システムにおいて基地局に接続して通信する端末装置として、内蔵電池から供給される電力を主に利用する携帯型の端末装置がある。この端末装置では、内蔵電池の残量が少なくなったときに内蔵電池を充電する煩雑な作業が必要である。また、内蔵電池ではなく有線接続の電源ラインから供給される電力を利用する端末装置は、そのような電源ラインを利用可能な場所での使用に制限される。このように基地局に接続して通信を行う様々な端末装置への給電をまかなうことができるような給電インフラが未整備である。 2. Description of the Related Art In conventional communication systems, as a terminal device that connects to a base station and communicates, there is a portable terminal device that mainly uses power supplied from a built-in battery. This terminal device requires a complicated task of charging the built-in battery when its remaining capacity is low. Further, terminal devices that use power supplied from a wired power line instead of a built-in battery are limited to use in locations where such a power line can be used. In this way, power supply infrastructure that can supply power to various terminal devices that connect to base stations and communicate is not yet developed.
第５世代及びその後の次世代の移動通信システムでは、基地局に接続して通信する端末装置（例えば、ユーザ装置、ＩｏＴデバイス等）が急増してくるのが予想され、膨大なトラフィックを捌く通信インフラの整備が進められている。しかしながら、上記通信を行う膨大な数の端末装置への給電をまかなうことができる給電インフラは未整備のままである。 In the 5th generation and subsequent next generation mobile communication systems, it is expected that the number of terminal devices (e.g., user equipment, IoT devices, etc.) that connect to base stations and communicate will rapidly increase, and communication that will handle a huge amount of traffic will be necessary. Infrastructure development is progressing. However, the power supply infrastructure capable of supplying power to the huge number of terminal devices that perform the above communication remains underdeveloped.
上記端末装置へ給電する給電インフラとして、移動通信の基地局を用いて無線電力伝送（ＷＰＴ）を行うシステムが検討されている。かかるシステムの課題の一つとして、基地局の無線処理部（無線機送信部）における低消費電力化及び無線電力伝送（ＷＰＴ）用の信号の高出力化を図ることがある。 A system that performs wireless power transmission (WPT) using a mobile communication base station is being considered as a power supply infrastructure for supplying power to the terminal device. One of the challenges of such a system is to reduce the power consumption in the radio processing unit (radio transmitter) of the base station and to increase the output of the signal for wireless power transmission (WPT).
本発明の一態様に係るシステムは、複数の無線リソースを選択的に用いて通信可能な基地局を備え、前記基地局から端末装置に無線電力伝送を行うシステムである。前記基地局は、前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成する通信信号処理部と、
前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して前記端末装置に送信する無線処理部と、を有する。前記端末装置は、前記基地局から送信された前記ダミー信号を含む送信信号を受信する無線処理部と、前記ダミー信号を含む送信信号を受信した受信信号の電力を、受電電力として出力する電力出力部と、を有する。
A system according to one aspect of the present invention includes a base station capable of communicating by selectively using a plurality of radio resources, and performs wireless power transmission from the base station to a terminal device. The base station is configured to allocate radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission in mutually different periods of the plurality of radio resources, and to transmit a communication signal using the radio resources for communication and the radio resource for wireless power transmission. a communication signal processing unit that generates a transmission signal including a dummy signal for wireless power transmission using resources;
and a wireless processing unit that individually amplifies the communication signal and the dummy signal for wireless power transmission included in the transmission signal using a first power amplifier and a second power amplifier that are different from each other, and transmits the amplified signals to the terminal device. The terminal device includes a wireless processing unit that receives a transmission signal including the dummy signal transmitted from the base station, and a power output unit that outputs the power of the received signal that received the transmission signal including the dummy signal as received power. It has a section and a.
前記システムにおいて、前記基地局の前記通信信号処理部は、前記複数の無線リソースのうち通信用の無線リソースを用いる通信信号と通信に使用されていない通信未使用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信ベースバンド信号を生成する送信ベースバンド信号処理部と、前記送信ベースバンド信号の時間軸上における前記通信信号の期間と前記無線電力伝送用のダミー信号の期間との境界を識別可能なトリガー信号を生成するトリガー信号生成部と、前記トリガー信号に基づいて、前記送信ベースバンド信号処理部で生成された前記送信ベースバンド信号を、前記通信信号からなる第１送信ベースバンド信号と前記無線電力伝送用のダミー信号からなる第２送信ベースバンド信号とに分離する信号分離部と、を有してもよい。又、前記基地局の前記無線処理部は、前記第１送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第１送信無線信号を生成する第１送信無線処理部と、前記第２送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第２送信無線信号を生成する第２送信無線処理部と、前記第１送信無線信号を増幅する第１電力増幅器と、前記第２送信無線信号を増幅する第２電力増幅器と、前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを合成して送信無線信号を出力する信号合成部と、を有してもよい。 In the system, the communication signal processing unit of the base station is configured to process a communication signal using a radio resource for communication among the plurality of radio resources and a communication signal for wireless power transmission using an unused radio resource that is not used for communication. a transmission baseband signal processing unit that generates a transmission baseband signal including a dummy signal; and a boundary between a period of the communication signal and a period of the wireless power transmission dummy signal on the time axis of the transmission baseband signal. a trigger signal generation unit that generates a trigger signal that can be identified; and a trigger signal generation unit that generates a trigger signal that can identify the transmission baseband signal, and converts the transmission baseband signal generated by the transmission baseband signal processing unit based on the trigger signal into a first transmission baseband consisting of the communication signal. The power transmission device may further include a signal separation unit that separates the signal into a second transmission baseband signal consisting of the dummy signal for wireless power transmission. The radio processing unit of the base station includes a first transmission radio processing unit that generates a first transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal, and a first transmission radio processing unit that generates a first transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal. a second transmission radio processing unit that generates a second transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the signal; a first power amplifier that amplifies the first transmission radio signal; and a first power amplifier that amplifies the second transmission radio signal. a second power amplifier; a signal synthesizer that combines the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the second transmission radio signal output from the second power amplifier to output a transmission radio signal; It may have a part.
前記システムにおいて、前記第１電力増幅器は、ドハティ増幅器、エンベロープトラッキング増幅器又はアウトフェージング増幅器であってもよく、前記第２電力増幅器は、Ｃ級増幅器、Ｅ級増幅器、Ｆ級増幅器又はＪ級増幅器であってもよい。 In the system, the first power amplifier may be a Doherty amplifier, an envelope tracking amplifier, or an outphasing amplifier, and the second power amplifier may be a class C amplifier, a class E amplifier, a class F amplifier, or a class J amplifier. There may be.
前記システムにおいて、前記信号合成部は、前記第１電力増幅器の出力側に接続された第１アイソレータと、前記第２電力増幅器の出力側に接続された第２アイソレータと、前記第１アイソレータから出力された前記第１送信無線信号と前記第２アイソレータから出力された前記第２送信無線信号とを同相で合成して前記送信無線信号を出力する同相合成回路と、を有してもよい。 In the system, the signal combining unit includes a first isolator connected to the output side of the first power amplifier, a second isolator connected to the output side of the second power amplifier, and an output from the first isolator. and an in-phase combining circuit that combines the first transmitted radio signal and the second transmitted radio signal output from the second isolator in the same phase and outputs the transmitted radio signal.
前記システムにおいて、前記信号合成部は、前記トリガー信号生成部で生成されたトリガー信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路と、前記遅延回路で遅延させたトリガー信号が入力され、前記トリガー信号に基づいて、前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを切り替え、前記送信無線信号として出力する信号切替合成部と、を有してもよい。 In the system, the signal synthesis section includes a delay circuit that delays the trigger signal generated by the trigger signal generation section for a predetermined time and outputs the signal, and a trigger signal delayed by the delay circuit is inputted to the signal synthesis section. a signal switching and combining unit that switches between the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the second transmission radio signal output from the second power amplifier, and outputs the transmission radio signal as the transmission radio signal; , may have.
本発明の他の態様に係る基地局は、複数の無線リソースを選択的に用いて通信可能な基地局である。この基地局は、前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成する通信信号処理部と、前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して端末装置に送信する無線処理部と、を備える。 A base station according to another aspect of the present invention is a base station that can communicate by selectively using a plurality of radio resources. In this base station, a radio resource for communication and a radio resource for wireless power transmission are allocated in mutually different periods of the plurality of radio resources, and a communication signal using the radio resource for communication and a radio resource for wireless power transmission are allocated. a communication signal processing unit that generates a transmission signal including a dummy signal for wireless power transmission using resources; and a communication signal processing unit that generates a transmission signal including a dummy signal for wireless power transmission using resources; and a wireless processing unit that individually amplifies the amplified information using a second power amplifier and transmits the amplified information to the terminal device.
前記基地局において、前記通信信号処理部は、前記複数の無線リソースのうち通信用の無線リソースを用いる通信信号と通信に使用されていない通信未使用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信ベースバンド信号を生成する送信ベースバンド信号処理部と、前記送信ベースバンド信号の時間軸上における前記通信信号の期間と前記無線電力伝送用のダミー信号の期間との境界を識別可能なトリガー信号を生成するトリガー信号生成部と、前記トリガー信号に基づいて、前記送信ベースバンド信号処理部で生成された前記送信ベースバンド信号を、前記通信信号からなる第１送信ベースバンド信号と前記無線電力伝送用のダミー信号からなる第２送信ベースバンド信号とに分離する信号分離部と、を有してもよい。また、前記無線処理部は、前記第１送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第１送信無線信号を生成する第１送信無線処理部と、前記第２送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第２送信無線信号を生成する第２送信無線処理部と、前記第１送信無線信号を増幅する第１電力増幅器と、前記第２送信無線信号を増幅する第２電力増幅器と、前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを合成して送信無線信号を出力する信号合成部と、を有してもよい。 In the base station, the communication signal processing unit generates a communication signal using a radio resource for communication among the plurality of radio resources and a dummy signal for wireless power transmission using an unused radio resource that is not used for communication. a transmission baseband signal processing unit that generates a transmission baseband signal, and is capable of identifying a boundary between a period of the communication signal and a period of the dummy signal for wireless power transmission on the time axis of the transmission baseband signal; a trigger signal generating section that generates a trigger signal; It may also include a signal separation unit that separates the second transmission baseband signal consisting of a dummy signal for wireless power transmission. Further, the radio processing section includes a first transmission radio processing section that generates a first transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal, and a first transmission radio processing section that generates a first transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal; a second transmission radio processing unit that generates a second transmission radio signal having a predetermined transmission frequency; a first power amplifier that amplifies the first transmission radio signal; and a second power amplifier that amplifies the second transmission radio signal. and a signal combining unit that combines the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the second transmission radio signal output from the second power amplifier to output a transmission radio signal. May have.
前記基地局において、前記第１電力増幅器は、ドハティ増幅器、エンベロープトラッキング増幅器又はアウトフェージング増幅器であってもよく、前記第２電力増幅器は、Ｃ級増幅器、Ｅ級増幅器、Ｆ級増幅器又はＪ級増幅器であってもよい。 In the base station, the first power amplifier may be a Doherty amplifier, an envelope tracking amplifier, or an outphasing amplifier, and the second power amplifier may be a class C amplifier, a class E amplifier, a class F amplifier, or a class J amplifier. It may be.
前記基地局において、前記信号合成部は、前記第１電力増幅器の出力側に接続された第１アイソレータと、前記第２電力増幅器の出力側に接続された第２アイソレータと、前記第１アイソレータから出力された前記第１送信無線信号と前記第２アイソレータから出力された前記第２送信無線信号とを同相で合成して前記送信無線信号を出力する同相合成回路と、を有してもよい。 In the base station, the signal combining unit includes a first isolator connected to the output side of the first power amplifier, a second isolator connected to the output side of the second power amplifier, and a second isolator connected to the output side of the second power amplifier. The apparatus may further include an in-phase combining circuit that combines the output first transmission radio signal and the second transmission radio signal output from the second isolator in the same phase and outputs the transmission radio signal.
前記基地局において、前記信号合成部は、前記トリガー信号生成部で生成されたトリガー信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路と、前記遅延回路で遅延させたトリガー信号が入力され、前記トリガー信号に基づいて、前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを切り替え、前記送信無線信号として出力する信号切替合成部と、を有してもよい。 In the base station, the signal synthesis unit includes a delay circuit that delays the trigger signal generated by the trigger signal generation unit by a predetermined time and outputs the signal, and a trigger signal delayed by the delay circuit is inputted, and the signal synthesis unit outputs the trigger signal. a signal switching and combining unit that switches between the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the second transmission radio signal output from the second power amplifier, and outputs the transmission radio signal as the transmission radio signal based on and may have.
本発明の更に他の態様に係る方法は、前記基地局が、前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成することと、前記基地局が、前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して前記端末装置に送信することと、前記端末装置が、前記基地局から送信された前記ダミー信号を含む送信信号を受信することと、前記端末装置が、前記ダミー信号を含む送信信号を受信した受信信号の電力を、受電電力として出力することと、を含む。 In the method according to still another aspect of the present invention, the base station is allocated a radio resource for communication and a radio resource for wireless power transmission in mutually different periods of the plurality of radio resources, and the radio resource for communication is allocated to the base station in different periods. and a dummy signal for wireless power transmission using the radio resource for wireless power transmission; A dummy signal for power transmission is individually amplified by a first power amplifier and a second power amplifier different from each other and transmitted to the terminal device, and the terminal device includes the dummy signal transmitted from the base station. The method includes receiving a transmission signal, and outputting, as received power, power of a reception signal in which the terminal device receives the transmission signal including the dummy signal.
本発明の更に他の態様に係るプログラムは、複数の無線リソースを選択的に用いて端末装置と通信を行う基地局に備えるコンピュータ又はプロセッサにおいて実行されるプログラムである。このプログラムは、前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成するためのプログラムコードと、前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して前記端末装置に送信するためのプログラムコードと、を含む。 A program according to yet another aspect of the present invention is a program executed in a computer or processor provided in a base station that selectively uses a plurality of radio resources to communicate with a terminal device. This program allocates radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission in mutually different periods of the plurality of radio resources, and generates a communication signal using the radio resources for communication and the radio resources for wireless power transmission. a program code for generating a transmission signal including a dummy signal for wireless power transmission using a first power amplifier and a first power amplifier different from each other; and a program code for individually amplifying the data using two power amplifiers and transmitting the amplified data to the terminal device.
前記プログラムは、機械学習に用いられる学習済モデルを含む。 The program includes a trained model used for machine learning.
本発明によれば、基地局における低消費電力化及び無線電力伝送（ＷＰＴ）用の信号の高出力化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce power consumption in a base station and increase the output of a signal for wireless power transmission (WPT).
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本書に記載された実施形態に係るシステムは、移動通信の基地局から給電対象の端末装置（例えば、移動通信のＵＥ（移動局）やＩｏＴデバイス）に対して無線電力伝送（ＷＰＴ）することができるシステムである。実施形態のシステムは、例えば、ＵＥなどの端末装置への下りリンクの無線フレームに設定された複数の無線リソース（リソースブロック）のうち通信に使用されていない通信未使用の無線リソース（リソースブロック）を端末装置への無線電力伝送（ＷＰＴ）に有効活用したシステムである。実施形態のシステムは、基地局から端末装置への無線電力伝送（ＷＰＴ）機能を有する、基地局と端末装置との間の無線通信システムであってもよい。また、実施形態のシステムは、基地局と端末装置との間の無線通信機能を有する、基地局から端末装置への無線電力伝送（ＷＰＴ）システムであってもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The system according to the embodiment described in this document can perform wireless power transfer (WPT) from a mobile communication base station to a terminal device to which power is supplied (for example, a mobile communication UE (mobile station) or an IoT device). It is a system that can. The system of the embodiment uses, for example, unused radio resources (resource blocks) that are not used for communication among a plurality of radio resources (resource blocks) set in a downlink radio frame to a terminal device such as a UE. This is a system that effectively utilizes wireless power transmission (WPT) to terminal devices. The system of the embodiment may be a wireless communication system between a base station and a terminal device having a wireless power transfer (WPT) function from the base station to the terminal device. Moreover, the system of the embodiment may be a wireless power transfer (WPT) system from a base station to a terminal device, which has a wireless communication function between the base station and the terminal device.
特に、本実施形態のシステムでは、基地局の無線処理部において送信信号に含まれる通信信号及び無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器を個別に設け、無線電力伝送用のダミー信号を増幅する第２電力増幅器として、入出力電力特性における飽和領域（高出力電力領域）で電力効率が高い低消費電力の電力増幅器を用いることができるため、基地局の無線処理部における低消費電力化及び無線電力伝送（ＷＰＴ）用の信号の高出力化が可能である。 In particular, in the system of the present embodiment, a first power amplifier and a second power amplifier are separately provided in which the communication signal included in the transmission signal and the dummy signal for wireless power transmission are different from each other in the wireless processing unit of the base station, and the wireless power As the second power amplifier that amplifies the dummy signal for transmission, a low power consumption power amplifier with high power efficiency in the saturation region (high output power region) of the input/output power characteristics can be used, which improves the wireless processing of the base station. It is possible to reduce the power consumption in the section and increase the output of the signal for wireless power transmission (WPT).
図１は、本実施形態に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図である。本実施形態のシステムは、通信エリア（セル）１０Ａを形成するセルラー方式の基地局１０と、通信エリア１０Ａに在圏しているときに基地局１０に接続して基地局１０と無線通信可能な給電対象の端末装置（以下「ＵＥ」（ユーザ装置）ともいう。）２０と、を有する。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to this embodiment. The system of the present embodiment includes a
ＵＥ２０は、移動通信システムの移動局でもよいし、通信装置（例えば移動通信モジュール）と各種デバイスとを組み合わせたものであってもよい。ＵＥ２０は、例えば複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを備える。ＵＥ２０はＩｏＴデバイス（「ＩｏＴ機器」ともいう。）であってもよい。
The
図１において、基地局１０は、多数のアンテナ素子を有する複数のアレーアンテナ１１０を備え、複数のＵＥ２０との間でｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（以下「ｍＭＩＭＯ」ともいう。）伝送方式の通信を行うことができる。ｍＭＩＭＯは、アレーアンテナ１１０を用いてデータ送受信を行うことにより大容量・高速通信を実現する無線伝送技術である。また、複数のＵＥ２０のそれぞれに対して時分割で又は同時にビーム１０Ｂを形成するビームフォーミングを行うＭＵ（Multi User）－ＭＩＭＯ伝送方式で通信を行うことができる。多素子のアレーアンテナを用いてＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行うことにより、各ＵＥ２０の通信環境に応じてＵＥ２０ごとに適切なビームを向けて通信できるため、セル全体の通信品質を改善できる。また、同一の無線リソース（時間・周波数リソース）を用いて複数のＵＥ２０との通信ができるため、システム容量を拡大することができる。
In FIG. 1, a
また、図１において、通信エリア１０Ａ内の一部は、基地局１０から端末装置２０に向けて無線電力伝送を行う無線電力伝送エリア（以下「ＷＰＴエリア」という。）１０Ａ'になっている。ＷＰＴエリア１０Ａ'は図示のように通信エリア１０Ａよりも狭いエリアでもよいし、通信エリア１０Ａと同じ又はほぼ同じサイズ及び位置のエリアであってもよい。
Further, in FIG. 1, a part of the
ＷＰＴエリア１０Ａ'では、基地局１０からの下りリンクの無線フレームを構成する複数の無線リソース（時間・周波数リソース）であるリソースブロックのうち通信に用いられていない通信未使用の無線リソース（リソースブロック）を無線電力伝送ブロックとして活用している。基地局１０は、ＵＥ２０への下りリンクの無線フレームにおいて、通信未使用の無線リソースである無線電力伝送ブロック（ＷＰＴブロック）に無線電力伝送用のダミー信号（以下「ＷＰＴ用ダミー信号」ともいう。）を割り当てた送信信号を生成してＵＥ２０に送信する。
In the
特に、第５世代又はそれ以降の世代の移動通信システムにおいては、無線フレームの一部のサブキャリアのみに必要最小限の参照信号（ＲＳ）や制御信号を配置するリーンキャリアという技術が提案されており、無線フレームにおける通信未使用の無線リソースの部分を有効活用してＵＥ２０への無線電力伝送を行うことが期待される。
In particular, in fifth generation or later generation mobile communication systems, a technology called lean carrier has been proposed in which the minimum necessary reference signals (RS) and control signals are placed only on some subcarriers of a radio frame. Therefore, it is expected that wireless power transmission to the
基地局１０とＵＥ２０との間で送受信される通信の信号の電波及び基地局１０からＵＥ２０に送信されるＷＰＴ用ダミー信号を割り当てた送信信号の電波は、例えば、ミリ波又はマイクロ波である。
The radio wave of the communication signal transmitted and received between the
図２は、実施形態に係るシステムを構成する基地局１０及び端末装置（ＵＥ）２０の主要構成の一例を示すブロック図である。基地局１０は、基地局装置１００とアンテナ１１０とを備える。アンテナ１１０は、例えば、図１に示すように多数のアンテナ素子を有するアレーアンテナである。アンテナ１１０は単数でもよいし複数であってもよい。例えば、アンテナ１１０は複数のセクタセルに対応させて複数配置してもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main configurations of the
基地局装置１００は、通信信号処理部１２０と無線処理部１３０とを備える。通信信号処理部１２０は、ＵＥ２０との間で送受信される各種のユーザデータや制御情報等の信号を処理する。
通信信号処理部１２０は、ＵＥ２０に対する下りリンクの通信の際に、複数の無線リソースのうち通信に使用されていない通信未使用の無線リソースを用いたＷＰＴ用ダミー信号を含む下りリンクの送信信号を生成する。例えば、ＷＰＴ用ダミー信号は、通信信号よりもＰＡＰＲ（ピーク電力対平均電力比）（「波高比」ともいう。）が小さい変調方式で変調して生成することができる。例えば、ＷＰＴ用ダミー信号は、Ｚａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列の符号を用いて変調され、時間に対して振幅が一定で位相が変化する変調信号であってもよく、また、デジタル変調方式の複数のシンボル点のうち振幅が最大又は最大近傍の複数のシンボル点で変調された信号であってもよい。また例えば、送信信号の生成は、通信信号用のＱＡＭ（直交振幅変調）やＷＰＴ用ダミー信号用のＰＡＰＲが小さい変調等の一次変調、並びに、ＯＦＤＭ（直交周波数多重）変調等の二次変調を含んでもよい。
During downlink communication to the
無線処理部１３０は、通信信号処理部１２０で生成した送信信号をアンテナ１１０からＵＥ２０に送信したり、ＵＥ２０からアンテナ１１０を介して受信した受信信号を通信信号処理部１２０に出力したりする。
The
ＵＥ２０に対する下りリンク通信の送信信号に通信未使用の無線リソースを用いたＷＰＴ用ダミー信号を含める処理や、後述の信号の分離や信号の合成等に用いるトリガー信号の生成は、移動通信の無線フレームを構成するサブフレームに基づいて行ってもよい。
The process of including a WPT dummy signal using unused radio resources in the downlink communication transmission signal to the
また、ＵＥ２０に対する下りリンク通信の送信信号に、通信未使用の無線リソースを用いたＷＰＴ用ダミー信号を含める処理は、基地局１０が自律的に行ってもよいし、ＵＥ２０からの要求若しくは指示又は外部プラットフォーム（例えば、サーバ、クラウドシステム）からの要求若しくは指示に基づいて行ってもよい。
Further, the
また、本実施形態において、無線処理部１３０は、ＢＦ制御信号に基づいてアレーアンテナ１１０で形成される一又は複数のビームを制御する。また、無線処理部１３０は、通信信号処理部１２０で生成されたＷＰＴ用ダミー信号を含む下りリンクの送信信号を、アンテナ１１０を介してＵＥ２０に送信する。
Furthermore, in this embodiment, the
基地局１０は、ＵＥ２０に対する下りリンクの通信の際に、ＵＥ２０毎に又は複数のＵＥ２０が属するターゲットエリアのＵＥグループ毎に、個別のビーム１０Ｂを形成するビームフォーミング（ＢＦ）制御を行い、ＵＥ２０毎に又はＵＥグループ毎に無線電力伝送を行ってもよい。ＵＥ２０毎又はＵＥグループ毎のＢＦ制御は、通信信号処理部１２０における周波数領域のデジタルＢＦ制御で行ってもよいし、無線処理部１３０におけるアナログＢＦ制御で行ってもよい。
During downlink communication to the
図２において、ＵＥ２０は、アンテナ２１０と無線処理部２２０と通信信号処理部２３０と電力出力部２４０と電池２５０とを含む。アンテナ２１０は、例えば複数のアンテナ素子を有する小型のアレーアンテナである。無線処理部２２０は、通信信号処理部２３０で生成したフィードバック情報やユーザデータ等の送信信号をアンテナ２１０から基地局１０に送信したり、基地局１０からアンテナ２１０を介して受信した受信信号を通信信号処理部２３０に出力したりする。
In FIG. 2,
本実施形態において、無線処理部２２０は、基地局１０から送信されたＷＰＴ用ダミー信号を含む送信信号を受信する。また、電力出力部２４０は、例えば整流器を有し、基地局１０からのＷＰＴ用ダミー信号を含む送信信号を受信した受信信号の電力を、電池充電用の受電電力として出力する。電力出力部２４０から出力された受電電力により、電池２５０を充電することができる。
In this embodiment, the
図３（ａ）は、本実施形態に係る基地局１０から送信されるＷＰＴ用ダミー信号を含む送信信号の無線リソース（リソースブロック）におけるＷＰＴブロックの割り当ての一例を示す説明図である。また、図３（ｂ）は、本実施形態に係る基地局１０から送信される送信信号のＯＦＤＭ方式の二次変調における周波数軸上のスペクトルの一例を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態のシステムにおける下りリンク通信及び上りリンク通信で用いられる複数の無線リソースは、周波数軸上のサブキャリアと時間軸上のスロットとにより定義される複数のリソースブロック３０である。各リソースブロック３０は、図３（ｂ）に示すように周波数軸上で互いに直交する所定帯域幅のサブキャリア３３を有する。
FIG. 3A is an explanatory diagram showing an example of allocation of WPT blocks in radio resources (resource blocks) of a transmission signal including a WPT dummy signal transmitted from the
図３（ａ）の無線リソースを構成するリソースブロック３０は、移動通信の無線フレームを構成する連続の複数のサブフレームに割り当てられる。図示の例では、各サブフレームは所定数（例えば２０個）のリソースブロックで構成され、通信用のサブフレーム（以下「通信用フレーム」という。）Ｆ１とＷＰＴ用のサブフレーム（以下「ＷＰＴ用フレーム」という。）Ｆ２が交互に位置する。通信用フレームＦ１は、上りリンク及び下りリンクの通信用のリソースブロック３１を含み、ＷＰＴ用フレームＦ２は、図中のクロスハッチングを付しているＷＰＴ用のリソースブロック３２を含む。通信用フレームＦ１のリソースブロック３１のうち、上りリンクの複数のリソースブロックには、ユーザデータの上りリンク通信の信号及びＵＥ２０からのＷＰＴ用のフィードバック情報の通信の信号に割り当てられ、下りリンクの複数のリソースブロックには、ユーザデータや情報の下りリンク通信の信号に割り当てられる。また、ＷＰＴ用フレームＦ２のリソースブロック３２には、下りリンクのＷＰＴ用信号が割り当てられる。
The
図４は、本実施形態に係る基地局１０の電力増幅器の入力電力Ｐｉｎ［ｄＢｍ］に対する出力電力Ｐｏｕｔ［ｄＢｍ］及び効率ＰＡＥ［％］の特性の一例を示すグラフである。図中の曲線Ａは、電力増幅器の交流の入力電力Ｐｉｎ［ｄＢｍ］に対する交流の出力電力Ｐｏｕｔ［ｄＢｍ］のシミュレーション計算結果であり、「□」のプロット点は出力電力Ｐｏｕｔ［ｄＢｍ］の測定結果である。また、図中の曲線Ｂは、電力増幅器の入力電力Ｐｉｎ［ｄＢｍ］に対する効率の指標値の一つであるＰＡＥ（電力付加効率）［％］のシミュレーション計算結果であり、「○」のプロット点は効率ＰＡＥ［％］の測定結果である。ここで、電力増幅器のＰＡＥ［％］は、（Ｐｏｕｔ－Ｐｉｎ）／Ｐｄｃで定義される。Ｐｄｃは電力増幅器に入力（印加）される直流電力である。また、図中の線形領域は、入力電力Ｐｉｎと出力電力Ｐｏｕｔとの関係が線形又はほぼ線形の関係にある領域である。図中の飽和領域は、入力電力Ｐｉｎの増加に対して出力電力Ｐｏｕｔが飽和又はほぼ飽和している領域である。線形領域と飽和領域の境界の近傍に、電力増幅器の効率ＰＡＥのピークが位置する。
FIG. 4 is a graph showing an example of characteristics of output power Pout [dBm] and efficiency PAE [%] with respect to input power Pin [dBm] of the power amplifier of the
基地局１０において、ＰＡＰＲ（ピーク電力対平均電力比）の高い変調信号からなる通信信号を電力増幅器で増幅するときは、電力増幅器の低出力電力及び低効率の線形領域が使用される。例えば、図４の飽和領域の開始点（左端）から低電力側に相応のバックオフをとった点（線形領域の中央部）に、通信信号（変調信号）の平均電力が位置するように、電力増幅器の動作パラメータ（例えば、平均電力の動作点）が設定される。例えば、ＦＥＴを用いた電力増幅器の場合、所定の平均電力の動作点になるように、ＦＥＴに印加するドレイン電圧が設定される。
In the
また、無線電力伝送（ＷＰＴ）において電力増幅器の高出力電力の領域でＷＰＴ用ダミー信号を増幅できるように、ＷＰＴ用ダミー信号として、ＰＡＰＲ（ピーク電力対平均電力比）が通信信号よりも低いＯＦＤＭ変調信号を用いてもよい。 In addition, in wireless power transmission (WPT), in order to amplify the WPT dummy signal in the high output power region of the power amplifier, we use OFDM as the WPT dummy signal, which has a lower PAPR (peak power to average power ratio) than the communication signal. A modulated signal may also be used.
図５（ａ）は、本実施形態に係る基地局１０から送信される通信信号のＱＡＭ方式の一次変調におけるシンボル点４１の配置の一例を示す説明図である。図５（ａ）は、６４ＱＡＭ方式の場合の複数のシンボル点（６４値のシンボル点）の配置を示すコンスタレーションの図である。また、図５（ｂ）は、本実施形態に係る基地局１０から送信されるＷＰＴ用ダミー信号の変調におけるシンボル点の配置の一例を示す説明図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸は同相チャネル成分を示し，縦軸は直交チャネル成分を示している。
FIG. 5A is an explanatory diagram showing an example of arrangement of symbol points 41 in QAM primary modulation of a communication signal transmitted from the
本実施形態では、ＷＰＴ用ダミー信号として、ＰＡＰＲ（ピーク電力対平均電力比）が通信信号よりも低いＯＦＤＭ変調信号を用いる。例えば、図５（ａ）において、通信信号用のＱＡＭ方式の複数のシンボル点４１のうち、振幅が最大である最外周又は最外周周辺の複数のシンボル点４１Ｓのみで変調されたＯＦＤＭ変調信号からなるＷＰＴ用ダミー信号を用いてもよい。 In this embodiment, an OFDM modulated signal whose PAPR (peak power to average power ratio) is lower than that of the communication signal is used as the WPT dummy signal. For example, in FIG. 5(a), an OFDM modulated signal modulated only at the outermost periphery or a plurality of symbol points 41S around the outermost periphery where the amplitude is maximum among the plurality of symbol points 41 of the QAM method for communication signals. A dummy signal for WPT may be used.
また、図５（ｂ）のコンスタレーション図に示すように、時間に対して振幅が一定の条件で位相が変化するシンボル点４２で変調されたＯＦＤＭ変調信号からなるＷＰＴ用ダミー信号を用いてもよい。図５（ｂ）のシンボル点４２でＯＦＤＭ変調信号は、例えばＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕ系列の符号を用いて生成することができる。
Furthermore, as shown in the constellation diagram of FIG. 5(b), it is also possible to use a WPT dummy signal consisting of an OFDM modulated signal modulated at the
上記構成の基地局１０において、ＷＰＴ用ダミー信号の高出力化とともに、基地局装置１００の電力増幅器を含む無線処理部１３０における消費電力を低減したい、という課題がある。
In the
そこで、本実施形態では、通信信号処理部１２０から出力される送信信号に含まれる通信信号及びＷＰＴ用ダミー信号を互いに異なる２つの第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅している。すなわち、第１電力増幅器は、下りリンクの送信信号のうち出力電力が低い通信信号の期間（フレーム）について選択的に増幅動作し、第２電力増幅器は、下りリンクの送信信号のうち出力電力が高いＷＰＴ用ダミー信号の期間（フレーム）について選択的に増幅動作する。ＷＰＴ用ダミー信号の電力を増幅する高出力電力の第２電力増幅器は、広いダイナミック特性や高い線形性が要求されない。そのため、第２電力増幅器として、入出力電力特性における飽和領域（高出力電力領域）で電力効率（前述のＰＡＥ［％］）が高く低消費電力の電力増幅器を用いることができ、第１電力増幅器及び第２電力増幅器を含む基地局装置１００の低消費電力化を図ることができる。
Therefore, in this embodiment, the communication signal and the WPT dummy signal included in the transmission signal output from the communication
図６は、実施形態に係る基地局１０の基地局装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図６において、基地局装置１００の通信信号処理部１２０は、送信ベースバンド信号処理部１２１と、トリガー信号生成部１２２と、信号分離部としての信号分離スイッチ１２３を備える。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the
送信ベースバンド信号処理部１２１は、所定のベースバンドのスケジューリング情報に基づいて、無線フレームを構成する複数のサブフレームのうち通信用の無線リソースである通信用フレームＦ１を用いる通信信号と、通信に使用されていない通信未使用の無線リソースであるＷＰＴ用フレームＦ２を用いるＷＰＴ用ダミー信号とを含む中間周波数の送信ベースバンド信号（図８（ａ）参照）を生成する。
Based on predetermined baseband scheduling information, the transmission baseband
トリガー信号生成部１２２は、上記ベースバンドのスケジューリング情報に基づいて、送信ベースバンド信号の時間軸上における通信信号の期間（通信用フレームＦ１）とＷＰＴ用ダミー信号の期間（ＷＰＴ用フレームＦ２）との境界を識別可能なトリガー信号を生成し、信号分離スイッチ１２３に出力する。例えば、トリガー信号生成部１２２は、図７に示すように、通信用フレームＦ１の期間中が低電位の「０」レベルになり、ＷＰＴ用フレームＦ２の期間中が高電位の「１」レベルになるように変化する方形状のトリガー信号を生成して出力する。
The trigger
信号分離スイッチ１２３は、トリガー信号生成部１２２から出力されたトリガー信号に基づいて、送信ベースバンド信号処理部１２１で生成された中間周波数の送信ベースバンド信号を、通信信号からなる第１送信ベースバンド信号と、ＷＰＴ用ダミー信号からなる第２送信ベースバンド信号とに分離する。
Based on the trigger signal output from the trigger
図６の例では、信号分離スイッチ１２３は、トリガー信号が「０」レベルにある通信用フレームＦ１の期間に、送信ベースバンド信号の出力パスを図中の「０」の通信信号用パスに切り換えた状態で、中間周波数の通信信号からなる第１送信ベースバンド信号（図８（ｂ）参照）を出力する。また、信号分離スイッチ１２３は、トリガー信号が「１」レベルにあるＷＰＴ用フレームＦ２の期間に、送信ベースバンド信号の出力パスを図中の「１」の通信信号用パスに切り換えた状態で、中間周波数のＷＰＴ用ダミー信号からなる第２送信ベースバンド信号（図８（ｃ）参照）を出力する。
In the example of FIG. 6, the
無線処理部１３０は、第１送信無線処理部（送信ＲＦ処理部）１３２（１）と、第２送信無線処理部（送信ＲＦ処理部）１３２（２）と、第１電力増幅器１３１（１）と、第２電力増幅器１３１（２）と、信号合成部１３３と、出力回路１３４を備える。
The
第１送信無線処理部１３２（１）は、信号分離スイッチ１２３から出力された中間周波数の第１送信ベースバンド信号と、所定周波数の局部発振信号とに基づいて、所定の送信周波数の通信信号からなる第１送信無線信号を生成する（図８（ａ）参照）。
The first transmission radio processing unit 132 (1) separates the communication signal of a predetermined transmission frequency from the communication signal of a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal of the intermediate frequency output from the
第２送信無線処理部１３２（２）は、信号分離スイッチ１２３から出力された中間周波数の第２送信ベースバンド信号と、所定周波数の局部発振信号とに基づいて、所定の送信周波数のＷＰＴ用ダミー信号からなる第２送信無線信号を生成する（図８（ｂ）参照）。
The second transmission radio processing unit 132 (2) generates a WPT dummy signal of a predetermined transmission frequency based on the second transmission baseband signal of the intermediate frequency output from the
第１電力増幅器１３１（１）は、広ダイナミックレンジで高効率及び線形性に優れた電力増幅器であり、通信信号からなる第１送信無線信号を増幅する。第１電力増幅器１３１（１）は、例えば、ドハティ増幅器、エンベロープトラッキング増幅器又はアウトフェージング増幅器である。 The first power amplifier 131(1) is a power amplifier with a wide dynamic range, high efficiency, and excellent linearity, and amplifies the first transmission radio signal consisting of a communication signal. The first power amplifier 131(1) is, for example, a Doherty amplifier, an envelope tracking amplifier, or an outphasing amplifier.
第２電力増幅器１３１（２）は、入出力電力特性における飽和領域（高出力電力領域）で電力効率が高い低消費電力の電力増幅器であり、ＷＰＴ用ダミー信号からなる第２送信無線信号を増幅する。第２電力増幅器１３１（２）は、例えば、Ｃ級増幅器、Ｅ級増幅器、Ｆ級増幅器又はＪ級増幅器である。 The second power amplifier 131 (2) is a low power consumption power amplifier with high power efficiency in the saturation region (high output power region) in the input/output power characteristics, and amplifies the second transmission radio signal consisting of the WPT dummy signal. do. The second power amplifier 131(2) is, for example, a class C amplifier, a class E amplifier, a class F amplifier, or a class J amplifier.
第１電力増幅器１３１（１）及び第２電力増幅器１３１（２）はそれぞれ、例えば、高周波用のＦＥＴを用いて構成することができる。 The first power amplifier 131(1) and the second power amplifier 131(2) can each be configured using, for example, a high frequency FET.
信号合成部１３３は、第１電力増幅器１３１（１）から出力された通信信号からなる第１送信無線信号（図８（ｂ）参照）と、第２電力増幅器１３１（２）から出力されたＷＰＴ用ダミー信号からなる第２送信無線信号（図８（ｃ）参照）とを合成し、合成した送信無線信号（図８（ｄ）参照）を出力する。
The
出力回路１３４は、例えば、所定の送信周波数の送信無線信号を選択的に通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）と、無線信号の送信と受信とでアンテナ１１０を共用するためのアンテナ共用器（ＤＵＰ：Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）を含む。
The
図９は、図６の基地局装置１００における信号合成部１３３の一構成例を示すブロック図である。図９の信号合成部１３３は、第１電力増幅器１３１（１）の出力側に接続された第１アイソレータ１３３１（１）と、第２電力増幅器１３１（２）の出力側に接続された第２アイソレータ１３３１（２）と、ＲＦ同相合成回路１３３２を有する。第１アイソレータ１３３１（１）及び第２アイソレータ１３３１（２）は、第１電力増幅器１３１（１）と第２電力増幅器１３１（２）との間のパス間のアイソレーションを行い、送信無線信号の逆流を防止する。ＲＦ同相合成回路１３３２は、第１アイソレータ１３３１（１）から出力された通信信号からなる第１送信無線信号と、第２アイソレータ１３３１（２）から出力されたＷＰＴ用ダミー信号からなる第２送信無線信号とを同相で合成し、合成した信号を送信無線信号として出力する。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the
第１アイソレータ１３３１（１）及び第２アイソレータ１３３１（２）はそれぞれ、例えば、高周波のサーキュレータと終端抵抗で構成することができる。また、ＲＦ同相合成回路１３３２は、例えば、ウィルキンソン分配器で構成することができる。なお、ＲＦ同相合成回路１３３２の入力側の第１電力増幅器１３１（１）と第２電力増幅器１３１（２）との間のパス間のアイソレーションが高い場合、第１アイソレータ１３３１（１）及び第２アイソレータ１３３１（２）は設けなくてもよい。
The first isolator 1331(1) and the second isolator 1331(2) can each be configured with, for example, a high-frequency circulator and a terminating resistor. Further, the RF in-
図１０は、図６の基地局装置１００における信号合成部１３３の他の構成例を示すブロック図である。図１０の信号合成部１３３は、遅延回路１３３３と、信号切替合成部としての合成スイッチ回路１３３４とを有する。
FIG. 10 is a block diagram showing another configuration example of the
遅延回路１３３３は、通信信号処理部１２０のトリガー信号生成部１２２で生成されたトリガー信号を所定時間遅延させて出力する。遅延回路１３３３で遅延させる遅延時間は、前述の第１送信無線処理部（送信ＲＦ処理部）１３２（１）、第２送信無線処理部（送信ＲＦ処理部）１３２（２）、第１電力増幅器１３１（１）及び第２電力増幅器１３１（２）における高周波信号処理に要した遅延時間に対応する。
The
合成スイッチ回路１３３４は、遅延回路１３３３で遅延させたトリガー信号が入力され、そのトリガー信号に基づいて、通信用フレームＦ１とＷＰＴ用フレームＦ２との切り替わりタイミングに合わせて、第１電力増幅器１３１（１）から出力された第１送信無線信号（通信信号）と、第２電力増幅器１３１（２）から出力された第２送信無線信号（ＷＰＴ用信号）とを切り替え、前記送信無線信号として出力する。
The
上記構成の図１～図１０のシステムによれば、基地局１０からＵＥ２０への下りリンク通信において、通信未使用の無線リソースを無線電力伝送ブロック（ＷＰＴブロック）として有効活用し、基地局１０からＵＥ２０への無線電力伝送（ＷＰＴ）を行うことができる。また、ＵＥ２０への通信と無線電力伝送（ＷＰＴ）に兼用される基地局１０の基地局装置１００の低消費電力化及びＷＰＴ用ダミー信号の高出力化を図ることができる。
According to the system of FIGS. 1 to 10 having the above configuration, in downlink communication from the
図１１は、本実施形態に係る基地局１０から複数のＵＥ２０へのビームフォーミングによるＵＥ毎の給電の一例を示す説明図である。本実施形態において、図９に示すように通信エリア１０Ａ内のＷＰＴエリア１０Ａ'（前述の図１参照）に複数のＵＥ２０（１）～２０（３）が在圏し、ＵＥ毎に形成したビーム１０Ｂ（１）～１０Ｂ（３）を介して各ＵＥ２０（１）～２０（３）に給電してもよい。ビーム１０Ｂ（１）～１０Ｂ（３）は、例えば時分割で切り替えて形成してもよい。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of power feeding to each UE by beamforming from the
以上、本実施形態によれば、基地局１０における低消費電力化及び無線電力伝送（ＷＰＴ）用の信号の高出力化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the power consumption in the
また、本実施形態によれば、通信信号よりも低いＰＡＰＲを有するＷＰＴ用ダミー信号を用いることにより、基地局１０において、通信信号についてはスプリアスが発生しないように高いマージンをとった低めの出力電力の範囲で増幅できるとともに、ＷＰＴ用ダミー信号を増幅するときの電力増幅器１３１の高出力化及び高効率化を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, by using a WPT dummy signal having a PAPR lower than that of the communication signal, the
また、本実施形態によれば、基地局１０と端末装置２０との間の通信未使用の無線リソースを利用して端末装置２０への給電を行うことができる。
Furthermore, according to the present embodiment, power can be supplied to the
また、本発明は、基地局１０から送信された電波を受信可能な多数の端末装置２０への給電をまかなうことができる給電インフラを提供できるため、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。
Furthermore, the present invention can provide a power supply infrastructure capable of supplying power to a large number of
なお、本明細書で説明された処理工程並びにシステム、端末装置（ＵＥ、ＩｏＴデバイス）、基地局、移動局、中継装置及び制御装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。 Note that the processing steps and components of the system, terminal device (UE, IoT device), base station, mobile station, relay device, and control device described in this specification can be implemented by various means. For example, these steps and components may be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.
ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、基地局装置（Ｎｏｄｅ Ｂ、Ｎｏｄｅ Ｇ）、端末装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。 Regarding hardware implementation, in order to realize the above steps and components in entities (e.g., various wireless communication devices, base station devices (Node B, Node G), terminal devices, hard disk drive devices, or optical disk drive devices) The processing unit or other means used may be one or more of an application specific integrated circuit (ASIC), a digital signal processor (DSP), a digital signal processor (DSPD), a programmable logic device (PLD), a field programmable a gate array (FPGA), processor, controller, microcontroller, microprocessor, electronic device, other electronic unit, computer, or combination thereof designed to perform the functions described herein; It may be implemented inside.
また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。 Additionally, for firmware and/or software implementations, the means used to implement the components described above, such as processing units, may include programs (e.g., procedures, functions, modules, instructions) that perform the functions described herein. , etc.). In general, any computer/processor readable medium tangibly embodying firmware and/or software code, such as a processing unit, may be used to implement the above steps and components described herein. may be used for implementation. For example, the firmware and/or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, eg, in a controller. The memory may be implemented within the computer or processor, or external to the processor. The firmware and/or software code may also be stored in, for example, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read-only memory (PROM), electrically erasable PROM (EEPROM), etc. ), flash memory, floppy disks, compact disks (CDs), digital versatile disks (DVDs), magnetic or optical data storage devices, etc. good. The code may be executed by one or more computers or processors and may cause the computers or processors to perform certain aspects of the functionality described herein.
また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。 Further, the medium may be a non-temporary recording medium. Further, the code of the program may be read and executed by a computer, processor, or other device or apparatus, and its format is not limited to a specific format. For example, the code of the program may be a source code, an object code, or a binary code, or may be a mixture of two or more of these codes.
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。 The description of the embodiments disclosed herein is also provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to this disclosure will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other variations without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, this disclosure is not to be limited to the examples and designs described herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
１０ ：基地局
１０Ａ ：通信エリア
１０Ａ' ：ＷＰＴエリア
１０Ｂ ：ビーム
２０ ：端末装置（ＵＥ）
１００ ：基地局装置
１１０ ：アンテナ
１２０ ：通信信号処理部
１２１ ：送信ベースバンド信号処理部
１２２ ：トリガー信号生成部
１２３ ：信号分離スイッチ
１３０ ：無線処理部
１３１（１） ：第１電力増幅器
１３１（２） ：第２電力増幅器
１３２（１） ：第１送信無線処理部
１３２（２） ：第２送信無線処理部
１３３ ：信号合成部
１３４ ：出力回路
２１０ ：アンテナ
２２０ ：無線処理部
２３０ ：通信信号処理部
２４０ ：電力出力部
２５０ ：電池
１３３１（１） ：第１アイソレータ
１３３１（２） ：第２アイソレータ
１３３２ ：ＲＦ同相合成回路
１３３３ ：遅延回路
１３３４ ：合成スイッチ回路
10:
100: Base station device 110: Antenna 120: Communication signal processing unit 121: Transmission baseband signal processing unit 122: Trigger signal generation unit 123: Signal separation switch 130: Radio processing unit 131 (1): First power amplifier 131 (2) ): Second power amplifier 132(1): First transmission radio processing section 132(2): Second transmission radio processing section 133: Signal combining section 134: Output circuit 210: Antenna 220: Radio processing section 230: Communication signal processing Section 240: Power output section 250: Battery 1331 (1): First isolator 1331 (2): Second isolator 1332: RF in-phase synthesis circuit 1333: Delay circuit 1334: Synthesis switch circuit
Claims (12)
前記基地局は、
前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成する通信信号処理部と、
前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して前記端末装置に送信する無線処理部と、を有し、
前記端末装置は、
前記基地局から送信された前記ダミー信号を含む送信信号を受信する無線処理部と、
前記ダミー信号を含む送信信号を受信した受信信号の電力を、受電電力として出力する電力出力部と、を有する、
ことを特徴とするシステム。 A system comprising a base station capable of communicating by selectively using a plurality of radio resources, and performing wireless power transmission from the base station to a terminal device,
The base station is
Radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission are allocated to mutually different periods of the plurality of radio resources, and a communication signal using the radio resources for communication and radio power using the radio resources for wireless power transmission. a communication signal processing unit that generates a transmission signal including a dummy signal for transmission;
a wireless processing unit that individually amplifies the communication signal and the dummy signal for wireless power transmission included in the transmission signal using a first power amplifier and a second power amplifier that are different from each other, and transmits the amplified signals to the terminal device; ,
The terminal device is
a wireless processing unit that receives a transmission signal including the dummy signal transmitted from the base station;
a power output unit that outputs the power of the received signal that has received the transmitted signal including the dummy signal as received power;
A system characterized by:
前記基地局の前記通信信号処理部は、
前記複数の無線リソースのうち通信用の無線リソースを用いる通信信号と通信に使用されていない通信未使用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信ベースバンド信号を生成する送信ベースバンド信号処理部と、
前記送信ベースバンド信号の時間軸上における前記通信信号の期間と前記無線電力伝送用のダミー信号の期間との境界を識別可能なトリガー信号を生成するトリガー信号生成部と、
前記トリガー信号に基づいて、前記送信ベースバンド信号処理部で生成された前記送信ベースバンド信号を、前記通信信号からなる第１送信ベースバンド信号と前記無線電力伝送用のダミー信号からなる第２送信ベースバンド信号とに分離する信号分離部と、を有し、
前記基地局の前記無線処理部は、
前記第１送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第１送信無線信号を生成する第１送信無線処理部と、
前記第２送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第２送信無線信号を生成する第２送信無線処理部と、
前記第１送信無線信号を増幅する第１電力増幅器と、
前記第２送信無線信号を増幅する第２電力増幅器と、
前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを合成して送信無線信号を出力する信号合成部と、を有する、
ことを特徴とするシステム。 The system of claim 1,
The communication signal processing unit of the base station includes:
a transmission base that generates a transmission baseband signal including a communication signal that uses a radio resource for communication among the plurality of radio resources and a dummy signal for wireless power transmission that uses an unused radio resource that is not used for communication; a band signal processing section;
a trigger signal generation unit that generates a trigger signal that can identify a boundary between a period of the communication signal and a period of the wireless power transmission dummy signal on the time axis of the transmission baseband signal;
Based on the trigger signal, the transmission baseband signal generated by the transmission baseband signal processing section is transmitted to a first transmission baseband signal consisting of the communication signal and a second transmission consisting of the dummy signal for wireless power transmission. a signal separation unit that separates the baseband signal and the baseband signal;
The wireless processing unit of the base station includes:
a first transmission radio processing unit that generates a first transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal;
a second transmission radio processing unit that generates a second transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the second transmission baseband signal;
a first power amplifier that amplifies the first transmission radio signal;
a second power amplifier that amplifies the second transmission radio signal;
a signal combining unit that combines the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the second transmission radio signal output from the second power amplifier to output a transmission radio signal;
A system characterized by:
前記第１電力増幅器は、ドハティ増幅器、エンベロープトラッキング増幅器又はアウトフェージング増幅器であり、
前記第２電力増幅器は、Ｃ級増幅器、Ｅ級増幅器、Ｆ級増幅器又はＪ級増幅器である、
ことを特徴とするシステム。 The system of claim 2,
The first power amplifier is a Doherty amplifier, an envelope tracking amplifier, or an outphasing amplifier,
The second power amplifier is a class C amplifier, a class E amplifier, a class F amplifier, or a class J amplifier.
A system characterized by:
前記信号合成部は、
前記第１電力増幅器の出力側に接続された第１アイソレータと、
前記第２電力増幅器の出力側に接続された第２アイソレータと、
前記第１アイソレータから出力された前記第１送信無線信号と前記第２アイソレータから出力された前記第２送信無線信号とを同相で合成して前記送信無線信号を出力する同相合成回路と、を有する、
ことを特徴とするシステム。 The system according to claim 2 or 3,
The signal combining section includes:
a first isolator connected to the output side of the first power amplifier;
a second isolator connected to the output side of the second power amplifier;
an in-phase combining circuit that combines the first transmission radio signal output from the first isolator and the second transmission radio signal output from the second isolator in the same phase and outputs the transmission radio signal. ,
A system characterized by:
前記信号合成部は、
前記トリガー信号生成部で生成されたトリガー信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路と、
前記遅延回路で遅延させたトリガー信号が入力され、前記トリガー信号に基づいて、前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを切り替え、前記送信無線信号として出力する合成スイッチ回路と、を有する、
ことを特徴とするシステム。 The system according to claim 2 or 3,
The signal combining section includes:
a delay circuit that delays the trigger signal generated by the trigger signal generation section by a predetermined time and outputs the delayed trigger signal;
A trigger signal delayed by the delay circuit is input, and based on the trigger signal, the first transmission radio signal outputted from the first power amplifier and the second transmission radio signal outputted from the second power amplifier. a synthesis switch circuit that switches the signal and outputs the signal as the transmission radio signal,
A system characterized by:
前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成する通信信号処理部と、
前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して端末装置に送信する無線処理部と、
を備える、ことを特徴とする基地局。 A base station capable of communicating by selectively using a plurality of radio resources,
Radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission are allocated to mutually different periods of the plurality of radio resources, and a communication signal using the radio resources for communication and radio power using the radio resources for wireless power transmission. a communication signal processing unit that generates a transmission signal including a dummy signal for transmission;
a wireless processing unit that individually amplifies the communication signal and the dummy signal for wireless power transmission included in the transmission signal using a first power amplifier and a second power amplifier that are different from each other, and transmits the amplified signals to a terminal device;
A base station comprising:
前記通信信号処理部は、
前記複数の無線リソースのうち通信用の無線リソースを用いる通信信号と通信に使用されていない通信未使用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信ベースバンド信号を生成する送信ベースバンド信号処理部と、
前記送信ベースバンド信号の時間軸上における前記通信信号の期間と前記無線電力伝送用のダミー信号の期間との境界を識別可能なトリガー信号を生成するトリガー信号生成部と、
前記トリガー信号に基づいて、前記送信ベースバンド信号処理部で生成された前記送信ベースバンド信号を、前記通信信号からなる第１送信ベースバンド信号と前記無線電力伝送用のダミー信号からなる第２送信ベースバンド信号とに分離する信号分離部と、を有し、
前記無線処理部は、
前記第１送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第１送信無線信号を生成する第１送信無線処理部と、
前記第２送信ベースバンド信号に基づいて所定の送信周波数からなる第２送信無線信号を生成する第２送信無線処理部と、
前記第１送信無線信号を増幅する第１電力増幅器と、
前記第２送信無線信号を増幅する第２電力増幅器と、
前記第１電力増幅器から出力された前記第１送信無線信号と前記第２電力増幅器から出力された前記第２送信無線信号とを合成して送信無線信号を出力する信号合成部と、を有する、
ことを特徴とする基地局。 The base station according to claim 6,
The communication signal processing section includes:
a transmission base that generates a transmission baseband signal including a communication signal that uses a radio resource for communication among the plurality of radio resources and a dummy signal for wireless power transmission that uses an unused radio resource that is not used for communication; a band signal processing section;
a trigger signal generation unit that generates a trigger signal that can identify a boundary between a period of the communication signal and a period of the wireless power transmission dummy signal on the time axis of the transmission baseband signal;
Based on the trigger signal, the transmission baseband signal generated by the transmission baseband signal processing unit is transmitted to a first transmission baseband signal consisting of the communication signal and a second transmission consisting of the dummy signal for wireless power transmission. a signal separation unit that separates the baseband signal and the baseband signal;
The wireless processing unit includes:
a first transmission radio processing unit that generates a first transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the first transmission baseband signal;
a second transmission radio processing unit that generates a second transmission radio signal having a predetermined transmission frequency based on the second transmission baseband signal;
a first power amplifier that amplifies the first transmission radio signal;
a second power amplifier that amplifies the second transmission radio signal;
a signal combining unit that combines the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the second transmission radio signal output from the second power amplifier to output a transmission radio signal;
A base station characterized by:
前記第１電力増幅器は、ドハティ増幅器、エンベロープトラッキング増幅器又はアウトフェージング増幅器であり、
前記第２電力増幅器は、Ｃ級増幅器、Ｅ級増幅器、Ｆ級増幅器又はＪ級増幅器である、
ことを特徴とする基地局。 The base station according to claim 7,
The first power amplifier is a Doherty amplifier, an envelope tracking amplifier, or an outphasing amplifier,
The second power amplifier is a class C amplifier, a class E amplifier, a class F amplifier, or a class J amplifier.
A base station characterized by:
前記信号合成部は、
前記第１電力増幅器の出力側に接続された第１アイソレータと、
前記第２電力増幅器の出力側に接続された第２アイソレータと、
前記第１アイソレータから出力された前記第１送信無線信号と前記第２アイソレータから出力された前記第２送信無線信号とを同相で合成して前記送信無線信号を出力する同相合成回路と、を有する、
ことを特徴とする基地局。 The base station according to claim 7 or 8,
The signal combining section includes:
a first isolator connected to the output side of the first power amplifier;
a second isolator connected to the output side of the second power amplifier;
an in-phase combining circuit that combines the first transmission radio signal output from the first isolator and the second transmission radio signal output from the second isolator in the same phase and outputs the transmission radio signal. ,
A base station characterized by:
前記信号合成部は、前記トリガー信号生成部で生成されたトリガー信号が所定時間遅延されて入力され、前記トリガー信号に基づいて、前記第１電力増幅器から出力される前記第１送信無線信号と前記第１電力増幅器から出力される前記第２送信無線信号とを同相で合成して出力する同相合成回路を、有する、
ことを特徴とする基地局。 The base station according to claim 7 or 8,
The signal combining unit receives the trigger signal generated by the trigger signal generating unit after being delayed for a predetermined time, and combines the first transmission radio signal output from the first power amplifier and the first transmission radio signal based on the trigger signal. comprising an in-phase combining circuit that combines and outputs the second transmission radio signal output from the first power amplifier in the same phase;
A base station characterized by:
前記基地局が、前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成することと、
前記基地局が、前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して前記端末装置に送信することと、
前記端末装置が、前記基地局から送信された前記ダミー信号を含む送信信号を受信することと、
前記端末装置が、前記ダミー信号を含む送信信号を受信した受信信号の電力を、受電電力として出力することと、
を含む、ことを特徴する方法。 A method in which a base station and a terminal device communicate with each other by selectively using a plurality of radio resources, the method comprising:
The base station is configured to allocate radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission in mutually different periods of the plurality of radio resources, and to transmit a communication signal using the radio resources for communication and the radio resource for wireless power transmission. generating a transmission signal including a dummy signal for wireless power transmission using resources;
The base station individually amplifies the communication signal and the dummy signal for wireless power transmission included in the transmission signal using a first power amplifier and a second power amplifier that are different from each other, and transmits the amplified signals to the terminal device;
the terminal device receiving a transmission signal including the dummy signal transmitted from the base station;
The terminal device outputs, as received power, power of a received signal that has received a transmitted signal including the dummy signal;
A method characterized by including.
前記複数の無線リソースの互いに異なる期間に通信用の無線リソース及び無線電力伝送用の無線リソースが割り当てられ、前記通信用の無線リソースを用いる通信信号と前記無線電力伝送用の無線リソースを用いる無線電力伝送用のダミー信号とを含む送信信号を生成するためのプログラムコードと、
前記送信信号に含まれる前記通信信号及び前記無線電力伝送用のダミー信号を互いに異なる第１電力増幅器及び第２電力増幅器で個別に増幅して前記端末装置に送信するためのプログラムコードと、
を含む、ことを特徴とするプログラム。 A program executed on a computer or processor included in a base station that selectively uses a plurality of radio resources to communicate with a terminal device,
Radio resources for communication and radio resources for wireless power transmission are allocated to mutually different periods of the plurality of radio resources, and a communication signal using the radio resources for communication and radio power using the radio resources for wireless power transmission. a program code for generating a transmission signal including a dummy signal for transmission;
a program code for individually amplifying the communication signal and the dummy signal for wireless power transmission included in the transmission signal using a mutually different first power amplifier and second power amplifier and transmitting the amplified signals to the terminal device;
A program characterized by:
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| JP2010288327A (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Radio terminal power supply system and radio terminal power supply method of radio communication network |
| WO2020026412A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | マクセル株式会社 | Radio terminal device and radio power feed device |
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- 2022-09-08 JP JP2022142898A patent/JP7289006B1/en active Active
-
2023
- 2023-02-15 WO PCT/JP2023/005283 patent/WO2024053130A1/en unknown
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