KR102421002B1 - 앰비언트 통신 기술을 이용한 전력요청 파일럿 신호를 사용하는 무선전력 전송 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 전력공급원으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출하기 위한 무선전력 송신 스테이션 및 상기 무선전력 송신 스테이션으로부터 송출된 무선전력을 수신하기 위한 둘 이상의 무선전력 수신기를 포함한다. 각 무선전력 수신기는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿 신호를 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신하되, 앰비언트 신호를 수신하고, 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 각 무선전력 수신기의 ID 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신한다.
본 발명에 의하면, 마이크로파 대역에서 안테나 등의 전송장치를 이용하는 방식에서 앰비언트 통신기술을 사용하여 전력 요청신호를 생성함으로써, 전력 요청신호의 전력 낭비를 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무선전력을 송신할 무선전력 수신기가 정해지면, 위치나 방향 정보 추정 등의 복잡한 처리과정 없이, 사전에 저장부에 저장된 무선전력 수신기 고유 번호 ID별 방향정보를 이용하여 해당하는 무선전력 수신기쪽으로 전력을 빔포밍 전송할 수 있다.

Description

앰비언트 통신 기술을 이용한 전력요청 파일럿 신호를 사용하는 무선전력 전송 시스템 {Wireless power transfer system for power request pilot signal using ambient communication technology }

본 발명은 안테나와 같은 전송장치를 사용하는 마이크로웨이브 전자기파 방식의 무선전력전송 기술에 관한 것이다.

안테나를 이용하는 무선전송 방식은 무선전력 전송효율이 매우 낮기 때문에, 많은 수 의 안테나를 이용하여 전력을 집중시켜서 전송하는 빔포밍(beamforming) 기술을 이용하여 최대의 전력으로 송신한다.

다수의 전력 수신기가 있는 무선전력 전송 네트워크에서는 전체 전력 상태를 파악하고 안정된 전력 상태를 유지하는 것이 중요하다. 효율적이고 안정적 무선전력 확보를 위해서는 최저 전력 레벨의 전력 수신기부터 우선적이고 최장기간의 전력 송신 시간을 배당하는 것이 중요하며, 이를 위해서는 전력 요청 파일럿을 쓰는 방식을 사용하여야 한다. 무선전력 수신기가 전력 요청 신호를 무선전력 송신 스테이션에게 보낼 때, 자신의 전력을 소비하면서 보내게 된다. 이때 소비되는 전력에 대하여 무선전력 송신 스테이션으로부터 받은 전력을 사용하면, 또다시 무선전력으로 충전해야 하는데 무선전력 전송효율이 더욱 낮아져서 매우 심각한 문제가 되며, 더욱이 거리가 멀어지면 더욱더 전력 소모가 커져서 시스템 자체를 유지하기가 곤란하다.

무선전력전송과 관련된 기술 중에서 전자기파 방식은 안테나와 그와 관련되는 전송장치를 사용하여 전력수신기가 있는 방향으로 빔포밍하여 전력을 전송한다. 기존 전자기파 방식을 사용하는 무선전력전송에서, 다음과 같은 기존 기술을 사용하여 무선전력전송 효율을 향상시키고 개선하려 하고 있으나, 성능이 불충분하고, 효율이 매우 낮고, 제한적인 조건에서만 동작되는 문제점이 있다. 핵심적으로 중요한 것은 전력 수신기의 전력 상태, 그리고 합법적인 사용자 여부에 대한 파악 및 전체 무선 전력 송신 네트워크의 최적화에 관한 것인데, 종래 무선전송 방식은 이에 대한 관련 대책이나 고려가 전혀없이, 오직 1 : 1 의 무선전력 전송에만 고려하고 있다는 문제점이 있다.

첫번째 방식은 가장 기본적인 빔포밍 방식이다. 이 방식은 무선전력 요청 수신기가 무선전력 송신기쪽으로 신호를 보내서 자신의 방향으로 빔포밍을 하여 전력전송을 요청하는 것이다. 일정 크기와 전력 요청 기준신호로서 비컨신호(Beacon signal)나 파일럿 신호 (Pilot signal)를 사용하고, 이런 신호를 수신한 무선전력 송신기는 이 신호를 분석하고 추정하여 무선 전력 수신기의 방향과 위치를 결정하고, 그 쪽으로 전력을 송신하는 것이다. 이 방식에서 거리가 짧고, 전력 수신기가 1개인 경우에는 어느 정도 성능을 보이지만, 실용적으로 사용하기에는 아직 극복해야할 문제점이 많다. 또한, 많은 수의 전력수신기가 있는 상황에서는 더욱 곤란하다는 문제점이 있다. 또한 이 방식은 전력 요청의 정도가 급한 수신기와 덜한 수신기를 구분할 수 있는 방식이 아니고, 전력 송신의 시급성문제를 해결하지 못해, 전체 무선전력 전송 네트워크의 성능 확보와 효율을 기대하기 어렵다.

두번째 방식은 시간 분할 방식을 이용하여 여러 전력 수신기에 무선 전력 전송 방법이다. 기존의 이 시간 분할 방식은 기본적으로 커플링방식이거나, 공진형 방식에서 사용하는 방식으로서, 안테나와 그와 관련되는 전송장치를 사용하는 전자기파 방식과 다르다. 즉, 기존 방식은 커플링방식이거나 공진형 방식이어서, 무선 전력 전송 거리에 커다란 제한이 있다. 또한, 일정 균등한 시간 간격으로 전력을 전송하거나, 하나의 수신기가 동작할때에는 나머지 수신기가 오프(off)되게 제어하는 필수적 과정이 있으므로, 전력 수신기들이 서로 연결이 되지 않으면 서로 전력 요구 모드로 동작하게 되어 집중적 전력 전송이 불가능해진다. 따라서, 수신기들 전체를 관리해서 전력 수신 우선 순위를 배정하는 컨트롤러, 혹은 이에 해당하는 장치의 관리가 필요한 방식이다. 또한, 무선전력 수신기의 전력 레벨 상태 정보는 물론이고 어느 위치, 방향인지 알 수 없는 상태에서 동작하므로, 이를 인식하고 결정하는 프로세서가 전력 송신단에 없으면, 제대로 동작할 수 없는 상태가 되는 문제점이 있다.

세번째 방식은 다중 무선전력수신기를 지원하는 또 다른 방식으로서, 무선전력수신기가 전력전송가능영역 내에 위치하는지 여부를 주기적으로 확인하는 과정을 통해 전송 전력량을 실시간 제어하는 무선전력전송시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 무선전력수신기로부터 기 설정된 소정의 주기마다 전력전송관련 데이터를 수신하는 시스템인데, 전력 수신기의 전력량 비율을 기준으로 전력 전송 영역과 데이터 전송 영역을 나누고, 그에 따라 전력 전송 가능 영역 이내인 경우만 무선 전력전송을 수행하는 방식이다. 그러나, 이 방식도 전력 수신기가 많은 경우, 이를 정리하고 우선 순위를 판단하는 과정과 장치 구성이 없다. 즉, 전력 수신 우선 순위를 배정하는 컨트롤러, 혹은 이에 해당하는 장치의 관리가 필요한 방식이다. 또한, 전력 수신기의 전력 레벨 상태 정보와 어느 위치, 방향인지 알 수 없는 상태에서 동작하므로, 이를 인식하고 결정하는 프로세서가 전력 송신단에 없으면, 제대로 동작할 수 없는 상태가 되는 문제점이 있다.

네번째 방식은 전력전송공간과 정보전송공간을 나눠서 처리하는 공간분할 관리 방식이다. 어차피 정보전송공간이 전력전송공간 보다 넓고 크다는 것은 공지의 사실이며, 이를 이용한다하여도 전력 요청의 정도가 급한 수신기와 덜한 수신기를 구분할 수 있는 방식이 아니고, 전력 송신의 시급성, 우선 순위 등의 문제를 해결하지 못하므로, 이 방식은 전체 무선전력 전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대하기 어렵다.

다섯번째 방식은 무선전력 수신기와 무선전력 송신기 사이의 거리에 따라서 송출 전력을 제어하는 전송 방식이다. 그러나, 이는 통신에서 통신용량 확보라는 목표에 어울리는 방식이지만, 전력 전송에 사용하기에는 전력 효율이 너무 나빠져서 고려하기에 어울리지 않는 방식이다.

대한민국 공개특허 10-2017-0132889

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 전력 수신기가 있는 상황에서 각각의 전력 수신기에게 고효율 전력 전송을 수행하고, 개별 전력 수신기의 보유전력 레벨을 관리함으로써, 전체 무선전력전송 네트워크의 성능확보와 효율을 기대할 수 있는 무선전력 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 전력공급원으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출하기 위한 무선전력 송신 스테이션 및 상기 무선전력 송신 스테이션으로부터 송출된 무선전력을 수신하기 위한 둘 이상의 무선전력 수신기를 포함한다.

각 무선전력 수신기는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿 신호를 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신하되, 앰비언트 신호를 수신하고, 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 각 무선전력 수신기의 ID 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신한다.

상기 무선전력 송신 스테이션은 각 무선전력 수신기로부터 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하여 무선전력 전송의 우선순위를 정하고, 정해진 우선순위에 따라 무선전력 수신기에 무선전력을 전송할 수 있다.

상기 무선전력 송신 스테이션은 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하여 전력 레벨이 낮을수록 높은 우선순위를 배정하여 무선전력을 전송할 수 있다.

상기 무선전력 송신 스테이션은 우선순위가 높을수록 더 오랜 시간동안, 더 높은 빈도로 무선전력을 해당 무선전력 수신기에 전송할 수 있다.

상기 무선전력 송신 스테이션은, 파일럿 신호를 수신하기 위한 파일럿 수신부, 상기 파일럿 수신부에서 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하고, 이를 통해 각 무선전력 수신기에 대한 무선전력 전송의 우선순위를 정하고, 정해진 우선순위에 따라 무선전력 수신기에 무선전력을 전송하도록 제어하며, 전체 무선전력 수신 네트워크 상황을 최적으로 관리하는 신호정보 처리부, 개별 무선전력 수신기의 방향 정보를 저장하고 있는 수신기 방향 정보 저장부 및 상기 신호정보 처리부의 제어에 따라 상기 수신기 방향 정보 저장부에 저장되어 있는 무선전력 수신기의 방향 정보를 참조하여, 해당 무선전력 수신기쪽으로 무선전력을 빔포밍 전송하기 위한 무선전력 송신부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 신호정보 처리부는 개별 무선전력 수신기의 ID 정보에 따른 방향 정보를 미리 계산하여, 무선전력 수신기의 ID별 방향정보를 상기 수신기 방향 정보 저장부에 미리 저장할 수 있다.

각 무선전력 수신기는, 앰비언트 신호를 수신하기 위한 앰비언트 신호 수신부 및 상기 앰비언트 신호 수신부에서 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 무선전력 수신기의 ID 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신하는 백스캐터 파일럿 송신부를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 마이크로파 대역에서 안테나 등의 전송장치를 이용하는 방식에서 앰비언트 통신기술을 사용하여 전력 요청신호를 생성함으로써, 전력 요청신호의 전력 낭비를 방지할 수 있다는 효과가 있다. 즉, 마이크로파 대역에서 안테나 등의 전송장치를 이용하는 방식에서 거리가 증가되면 전력전송 효율이 나빠지고, 전력 요청신호를 사용하는 것 자체에서 많은 전력을 소모하게 되는데, 본 발명에서는 앰비언트 통신기술을 사용하여 전력 요청신호를 생성함으로써, 전력 요청신호의 전력 낭비를 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 무선전력 전송 기술은 다수의 무선 전력 요청 수신기에 동시에 한꺼번에 전력 효율을 가장 높일 수 있는 방법으로 유용할 것으로 기대된다. 또한, 본 발명은 전체 전력 수신 네트워크, 또는 사물 인터넷의 전력 송신 측면에서도 매우 중요한 기술로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전력 송신의 시급성, 우선 순위 등의 문제를 해결할 수 있고, 무선전력 전송 네트워크의 성능확보와 고효율의 무선전력전송을 구현할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 동시 다중 비균등 무선전력전송 시스템에 관한 기술과 장치구성을 사용하므로써, 더욱 빠르고 효과적이며, 향상된 전력 전송효율을 기대할 수 있다.

즉, 본 발명의 무선전력 전송 시스템에 의하면, 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있고, 전력 수신기의 전력 상태를 항시 관리할 수 있어서 충전 시간을 크게 절약할 수 있으며, 합법적인 사용자 여부를 파악하고, 전체 무선 전력 송신 네트워크의 최적화를 달성할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이다.

본 명세서에서 개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시에서 제안하고자 하는 실시예는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 실시예들의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시 예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 개시된 실시예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 상세한 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 전력 수신기가 전력 요청 신호를 전력 송신 스테이션에게 보낼 때, 이동통신 전파 신호, FM 전파신호, AM 전파 신호, 텔레비전 전파 신호, 무선랜 전파신호 등과 같은 앰비언트 통신기술의 다운링크 신호를 전력 요청신호로 이용하는 것에 관한 것이다. 즉, 앰비언트 신호에 백스캐터링(backscattering)을 발생하여 이것을 전력 요청 파일럿 신호로 이용하는 기술과 장치구성에 관한 것이다. 참고로, 백스캐터 개념은 이미 RFID(Radio-Frequency Identification) 리더가 RFID 태그의 정보를 얻기 위하여 사용되었는데, 근래에 TV 타워, 셀룰러 기지국, 와이파이 AP(Access Point) 등으로부터 전송되는 신호들을 활용하여 근거리 장치 간 직접통신을 가능하도록 하기 위하여 앰비언트 백스캐터(Ambient backscatter) 기술이 도입되고 있다.

무선전력 요청 파일럿 신호에는 무선전력 수신기의 개별 고유 번호(ID number)와 현재 보유중인 전력 레벨 정보가 포함되어 있다. 이 파일럿 신호를 앰비언트 통신기술로 무선전력 송신 스테이션에게 보내는 것이다. 즉, 이동통신 전파 신호, FM 전파신호, AM 전파 신호, 텔레비전 전파 신호, 무선랜 전파신호 등과 같은 앰비언트 통신기술의 다운링크 신호를 수신하고, 이 신호를 이용하여 백스캐터링을 발생시킬 때, 무선전력 수신기의 개별 고유 번호(ID number)와 현재 보유중인 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시켜서, 이것을 무선전력 송신 스테이션으로 송출하는 전력요청 파일럿 신호로 사용하는 것이다.

또한, 본 발명의 무선전력 송신 스테이션에서는 전력요청 파일럿 신호를 수신하는 파일럿 수신부가 있으며, 수신된 파일럿 내용을 파악하여 무선전력 수신기의 고유번호 ID를 확인하고, 전력레벨을 파악하여 전력 송신의 순위를 결정하고 조정하고, 전체 전력 수신 네트워크의 전력 상황을 최적으로 관리하는 신호정보 처리부가 있다. 그리고, 개별 무선전력 수신기의 방향 정보를 가지고 있는 수신기 방향 정보 저장부가 있으며, 수신할 무선전력 수신기가 정해지면 그 수신기 방향으로 전력을 빔포밍 전송하는 무선 전력 송신부를 포함한다.

본 발명에서 전력 송신 스테이션은 무선전력 수신기들의 전력 상태를 파악하여 우선 순위가 높거나, 전력 레벨이 낮은 전력 수신기들에게 우선적으로 전력을 송신하고, 다수의 무선전력 수신기에 효율적으로 전력을 전송하여 전체 무선전력 전송의 효율과 시스템의 운영 효율을 개선시킬 수 있다.

다수의 전력 수신기가 있는 무선전력 전송네트워크에서는 전체 전력 상태를 파악하고 안정된 전력 상태를 유지하는 것이 중요한데, 효율적이고 안정적 무선전력 확보를 위해서는 최저 전력 레벨의 전력 수신기부터 우선적이고 보다 오랜 기간의 전력 송신 시간을 배당하기 위해서는 전력 요청 파일럿을 쓰는 방식을 사용하여야 한다. 무선전력 수신기가 전력 요청 신호를 무선전력 송신 스테이션에게 보낼 때, 자신의 전력을 소비하면서 보내게 된는데, 이때 소비되는 전력은 건전지 배터리를 이용하거나, 무선전력 스테이션으로부터 받은 전력을 사용하게 된다. 따라서, 거리가 멀어지면 더욱더 전력소모가 커지고, 또다시 무선전력으로 충전해야하는데 무선전력 전송효율이 더욱 낮아져서 매우 심각한 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 무선전력 수신기가 전력 요청 신호를 무선전력 송신 스테이션에게 보낼 때, 이동통신 전파 신호, FM 전파신호, AM 전파 신호, 텔레비전 전파 신호, 무선랜 전파신호 등과 같은 앰비언트 통신기술의 다운링크 신호를 전력 요청신호로 이용한다. 즉, 앰비언트 신호에 백스캐터링을 발생하여 이것을 전력 요청 파일럿 신호로 이용한다.

그러므로, 다수의 무선전력 수신기가 있는 상황에서 각각의 무선전력 수신기에게 고효율 전력 전송을 수행하고, 개별 무선전력 수신기의 보유전력 레벨을 관리함으로써, 전체 무선전력전송 네트워크의 성능 확보와 효율 향상을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면으로서, 앰비언트 신호를 전력 요청 파일럿신호로 사용하는 무선전력 전송 시스템의 구성도이다.

본 발명의 무선전력 전송 시스템은 다수 개의 무선전력 수신기(200)에 현재 보유 전력량에 따라서 우선순위가 높은 수신기에게 더 오랜 시간 동안, 더 자주 전력 전송을 하고, 우선순위가 낮을수록 더 짧게 시간을 배당하는 비균등 시간분할 전력전송 시스템이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 무선전력 전송 시스템은 무선전력 송신 스테이션(100)과 둘 이상의 무선전력 수신기(200)를 포함한다.

무선전력 송신 스테이션(100)은 전력공급원(160)으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출한다.

무선전력 수신기(200)는 무선전력 송신 스테이션(100)으로부터 송출된 무선전력을 수신한다. 본 발명은 둘 이상의 무선전력 수신기(200)가 구비되어 있는 것을 전제로 한다.

각 무선전력 수신기(200)는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿(pilot) 신호를 무선전력 송신 스테이션(100)에 송신하되, 앰비언트 신호를 수신하고, 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 각 무선전력 수신기의 ID(identification) 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 무선전력 송신 스테이션(100)에 송신한다.

무선전력 송신 스테이션(100)은 각 무선전력 수신기(200)로부터 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 무선전력 수신기(200)의 전력 상태를 파악하여 무선전력 전송의 우선순위를 정하고, 정해진 우선순위에 따라 무선전력 수신기(200)에 무선전력을 전송한다.

무선전력 송신 스테이션(100)은 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하여 전력 레벨이 낮을수록 높은 우선순위를 배정하여 무선전력을 전송할 수 있다.

보다 구체적으로, 무선전력 송신 스테이션(100)은 우선순위가 높을수록 더 오랜 시간동안, 더 높은 빈도로 무선전력을 해당 무선전력 수신기에 전송할 수 있다.

예를 들어, 워터필링(water filling) 알고리즘처럼, 본 발명은 보유 전압, 전력량이 상대적으로 낮은 무선전력 수신기가 비교적 오랫동안, 비교적 높은 빈도로 무선전력이 공급되도록 배정하고, 전력량이 상대적으로 높은 무선전력 수신기가 비교적 짧은 시간 동안, 비교적 낮은 빈도로 무선전력이 공급되도록 배정하는 비균등 시간분할 다중 전력 전송방식이다. 이처럼 비균등하게 전력을 전송함으로써, 전체 전력 전송 네트워크의 평균 전체 전력 레벨이 향상될 수 있다.

본 발명에서 무선전력 송신 스테이션(100)은 송신측 안테나(110), 파일럿 수신부(120), 신호정보 처리부(130), 수신기 방향 정보 저장부(140), 무선전력 송신부(150)를 포함한다.

파일럿 수신부(120)는 송신측 안테나(110)를 통해 파일럿 신호를 수신하는 역할을 한다.

신호정보 처리부(130)는 파일럿 수신부(120)에서 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 무선전력 수신기(200)의 전력 상태를 파악하고, 이를 통해 각 무선전력 수신기(200)에 대한 무선전력 전송의 우선순위를 정하고, 정해진 우선순위에 따라 무선전력 수신기에 무선전력을 전송하도록 제어하며, 전체 무선전력 수신 네트워크 상황을 최적으로 관리한다.

수신기 방향 정보 저장부(140)는 개별 무선전력 수신기의 방향 정보를 저장하고 있다.

무선전력 송신부(150)는 신호정보 처리부(130)의 제어에 따라 수신기 방향 정보 저장부(140)에 저장되어 있는 무선전력 수신기의 방향 정보를 참조하여, 해당 무선전력 수신기쪽으로 무선전력을 빔포밍 전송하는 역할을 한다.

본 발명의 일 실시예에서 신호정보 처리부(130)는 개별 무선전력 수신기의 ID 정보에 따른 방향 정보를 미리 계산하여, 무선전력 수신기의 ID별 방향정보를 수신기 방향 정보 저장부(140)에 미리 저장할 수 있다.

본 발명에서 각 무선전력 수신기는 수신측 안테나(210), 앰비언트 신호 수신부(220), 백스캐터 파일럿 송신부(230), 무선전력 수신부(240), 재충전 배터리(250)를 포함한다.

앰비언트 신호 수신부(220)는 수신측 안테나(210)를 통해 앰비언트 신호를 수신하는 역할을 한다.

백스캐터 파일럿 송신부(230)는 앰비언트 신호 수신부(220)에서 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 무선전력 수신기의 ID 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 무선전력 송신 스테이션(100)에 송신한다.

무선전력 수신부(240)는 수신측 안테나(210)를 통해 무선전력 송신 스테이션(100)으로부터 전송된 무선전력을 수신하여 재충전 배터리(250)를 충전시킨다.

본 발명에서는 무선전력 수신기(200)가 무선전력 요청을 위하여 송신하는 파일럿 신호에 대하여, 앰비언트 신호 중 하나를 사용하여 개별 무선전력 수신기별 고유 번호 ID 정보와 현재의 전압 레벨 정보를 전력요청 파일럿 신호의 내용으로 하여, 앰비언트 백스캐터 방식의 통신 기술로 무선전력 송신 스테이션(100)에 송신하는 기술이다.

개별 무선전력 수신기가 고유 번호 ID 정보와 현재 상태의 전압 레벨 정보를 포함하는 파일럿 신호를 생성하여 무선전력 송신 스테이션(100)에 송신함에 있어서, 여러 가지 앰비언트 통신 신호 중 어느 하나를 이용하여 백스캐터 방식으로 파일럿 신호를 생성하여 송신하는 경우, 정보량 증대 또는 백스캐터 통신 거리 확장을 위하여 추가 회로 또는 능동형 태그 방식의 백스캐터를 사용할 수 있다.

무선전력 송신 스테이션(100)은 무선전력을 송신할 무선전력 수신기가 정해지면, 위치나 방향 정보 추정 등의 복잡한 처리과정과 장치없이, 사전에 수신기 방향 정보 저장부(140)에 저장된 무선전력 수신기 고유 번호 ID별 방향정보를 이용하여 해당하는 무선전력 수신기쪽으로 전력을 빔포밍 전송할 수 있다.

추가적으로 무선전력 수신기가 증설되는 경우, 개별 무선전력 수신기의 고유 번호 ID 정보에 따른 방향 정보를 구하기 위하여, 각각의 무선전력 수신기들이 보낸 파일럿을 수신하고 신호처리를 통해 고유 번호 ID별 무선전력 수신기의 방향을 결정하는 처리 기술을 사용하여 개별 무선전력 수신기에 따른 방향 정보를 도출하고 저장할 수 있다.

그 다음, 무선전력 송신 스테이션(100)은 무선전력을 송신할 무선전력 수신기가 정해지면 사전에 저장된 무선전력 수신기 고유 번호 ID별 방향정보를 이용하여 해당하는 무선전력 수신기 쪽으로 빔포밍으로 무선전력을 전송할 수 있다.

안테나를 이용하는 무선전력 전송의 전송효율이 매우 낮기 때문에, 최대의 전력으로 빔포밍 송신한다. 다수의 무선전력 수신기가 있는 무선전력 전송네트워크에서는 전체 전력 상태를 파악하고 안정된 전력 상태를 유지하는 것이 중요하다. 효율적이고 안정적 무선전력 확보를 위해서는 최저 전력 레벨의 무선전력 수신기부터 우선적이고 보다 장기간의 전력 송신 시간을 배당하여야 한다. 이를 위해서 전력 요청 파일럿을 사용하여야 한다. 무선전력 수신기(200)가 전력 요청 신호를 무선전력 송신 스테이션(100)에게 보낼 때, 자신의 전력을 소비하면서 보내게 된다. 이때 소비되는 전력은 건전지 배터리를 이용하거나, 무선전력 송신 스테이션(100)으로부터 받은 전력을 사용하게 되는데, 이때 거리가 멀어지면 더욱더 전력 소모가 커지고, 또다시 무선전력으로 충전해야 하므로 무선전력 전송효율이 더욱 낮아져서 매우 심각한 문제가 발생하고 있다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 무선전력 수신기(200)가 전력 요청 신호를 무선전력 송신 스테이션(100)에게 보낼 때, 이동통신 전파 신호, FM 전파신호, AM 전파 신호, 텔레비전 전파 신호, 무선랜 전파신호 등과 같은 앰비언트 통신기술의 다운링크 신호를 전력 요청신호로 이용한다. 즉, 앰비언트 신호에 백스캐터링을 발생시켜서, 이것을 전력 요청 파일럿 신호로 이용하는 것이다.

전력 요청 파일럿 신호에는 무선전력 수신기(200)의 개별 고유 번호(ID number)와 현재 보유중인 전력 레벨 정보가 포함되어 있다. 이 파일럿 신호를 앰비언트 통신기술로 무선전력 송신 스테이션(100)에 보내는 것이다. 즉, 이동통신 전파 신호, FM 전파신호, AM 전파 신호, 텔레비전 전파 신호, 무선랜 전파신호 등과 같은 앰비언트 통신기술의 다운링크 신호를 수신하고, 이 신호를 이용하여 백스캐터링을 발생시킬 때, 무선전력 수신기의 개별 고유 번호(ID number)와 현재 보유중인 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시켜서, 이것을 무선전력 송신 스테이션으로 송출하는 전력요청 파일럿 신호를 생성한다.

본 발명의 무선전력 송신 스테이션(100)에는 안테나(110)를 통해 전력요청 파일럿 신호를 수신하는 파일럿 수신부(120)가 있으며, 수신된 파일럿 내용을 파악하여 무선전력 수신기의 고유번호 ID를 확인하고, 전력레벨을 파악하여 전력 송신의 순위를 결정하여 조정하고, 전체 전력 수신 네트워크의 전력 상황을 최적 관리하는 신호정보 처리부(130)가 있다. 그리고 개별 무선전력 수신기의 방향 정보를 가지고 있는 수신기 방향 정보 저장부(140)가 있으며, 수신할 무선전력 수신기가 정해지면 그 무선전력 수신기 방향으로 전력을 빔포밍 전송하는 무선 전력 송신부(150)가 있다.

본 발명에서 무선전력 송신 스테이션(100)은 무선전력 수신기들의 전력 상태를 파악하여 우선 순위가 높거나, 전력 레벨이 낮은 전력 수신기들에게 우선적으로 전력을 송신하고, 다수의 무선전력 수신기에 효율적으로 전력을 전송하여 전체 무선전력 전송의 효율과 시스템 운영 효율을 개선시킨다.

본 발명은 무선전력 수신기들이 주변의 앰비언트 통신 신호를 백스캐터링 방식으로 무선전력 요청 파일럿 신호를 발생시켜서, 이를 무선전력 송신 스테이션(100)에게 송신한다. 그리고, 무선전력 송신 스테이션(100)에서는 각각의 무선전력 수신기들로부터 수신한 무선전력 요청 파일럿 신호를 통해 무선전력 수신기의 ID를 확인하고, 각 무선전력 수신기의 전력 레벨을 파악하여, 무선전력 송신 순위를 결정하여 조정한다. 이때, 최저 전력 레벨의 무선전력 수신기부터 우선적이고 보다 장기간의 전력 송신 시간을 배당하여, 전체 전력 전송 네트워크의 전력 레벨을 상향 최적화되도록 무선 전력을 전송한다.

본 발명에서 무선전력 송신 스테이션(100)은 안테나(110)를 통해 전력요청 파일럿 신호를 수신하기 위한 파일럿 수신부(120), 수신된 파일럿 신호를 파악하여 무선전력 수신기 ID를 확인하고, 전력레벨을 파악하여 전력 송신의 순위를 결정하고 조정하며, 전체 전력 수신 네트워크의 전력 상황을 관리하는 신호정보 처리부(130), 개별 무선전력 수신기의 방향 정보를 가지고 있는 수신기 방향 정보 저장부(140), 정해진 무선전력 수신기쪽으로 전력을 빔포밍 전송하는 무선 전력 송신부(150)를 포함한다.

그리고, 무선전력 수신기(200)는 안테나(210)를 통해 정해진 어느 하나의 앰비언트 신호를 수신하는 앰비언트 신호 수신부(220), 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 무선전력 수신기의 ID와 전력레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 무선전력 요청 파일럿 신호로 하여 안테나(210)를 통해 무선전력 송신 스테이션(100)에 전송하는 백스캐터 파일럿 송신부(230), 무선전력 송신 스테이션(100)으로부터 전송된 무선전력을 수신하기 위한 무선전력 수신부(240), 수신한 무선전력으로 충전하기 위한 재충전 배터리(250)를 포함한다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 무선전력 송신 스테이션 200 무선전력 수신기
110 송신측 안테나 120 파일럿 수신부
130 신호정보 처리부 140 수신기 방향 정보 저장부
150 무선전력 송신부 160 전력 공급원
210 수신측 안테나 220 앰비언트 신호 수신부
230 백스캐터 파일럿 송신부 240 무선전력 수신부
250 재충전 배터리

Claims (7)

1. 전력공급원으로부터 전력을 공급받아 무선전력을 송출하기 위한 무선전력 송신 스테이션; 및
   상기 무선전력 송신 스테이션으로부터 송출된 무선전력을 수신하기 위한 둘 이상의 무선전력 수신기를 포함하되,
   각 무선전력 수신기는 무선전력 송출 요청신호인 파일럿 신호를 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신하되, 앰비언트 신호를 수신하고, 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 각 무선전력 수신기의 ID 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신하고,
   상기 무선전력 송신 스테이션은 각 무선전력 수신기로부터 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하여 무선전력 전송의 우선순위를 정하고, 정해진 우선순위에 따라 무선전력 수신기에 무선전력을 전송하고,
   상기 무선전력 송신 스테이션은 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하여 전력 레벨이 낮을수록 높은 우선순위를 배정하여 무선전력을 전송하고,
   상기 무선전력 송신 스테이션은 우선순위가 높을수록 더 오랜 시간동안, 더 높은 빈도로 무선전력을 해당 무선전력 수신기에 전송하고,
   상기 무선전력 송신 스테이션은,
   파일럿 신호를 수신하기 위한 파일럿 수신부;
   상기 파일럿 수신부에서 수신한 파일럿 신호를 분석하여 각 무선전력 수신기의 전력 상태를 파악하고, 이를 통해 각 무선전력 수신기에 대한 무선전력 전송의 우선순위를 정하고, 정해진 우선순위에 따라 무선전력 수신기에 무선전력을 전송하도록 제어하며, 전체 무선전력 수신 네트워크 상황을 최적으로 관리하는 신호정보 처리부;
   개별 무선전력 수신기의 방향 정보를 저장하고 있는 수신기 방향 정보 저장부; 및
   상기 신호정보 처리부의 제어에 따라 상기 수신기 방향 정보 저장부에 저장되어 있는 무선전력 수신기의 방향 정보를 참조하여, 해당 무선전력 수신기쪽으로 무선전력을 빔포밍 전송하기 위한 무선전력 송신부
   를 포함하여 이루어지고,
   상기 신호정보 처리부는 개별 무선전력 수신기의 ID 정보에 따른 방향 정보를 미리 계산하여, 무선전력 수신기의 ID별 방향정보를 상기 수신기 방향 정보 저장부에 미리 저장하고,
   각 무선전력 수신기는,
   앰비언트 신호를 수신하기 위한 앰비언트 신호 수신부; 및
   상기 앰비언트 신호 수신부에서 수신한 앰비언트 신호를 이용하여 무선전력 수신기의 ID 정보 및 현재 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 신호를 파일럿 신호로 상기 무선전력 송신 스테이션에 송신하는 백스캐터 파일럿 송신부를 포함하여 이루어지며,
   상기 무선전력 송신 스테이션은 워터필링(water filling) 알고리즘을 이용하여, 전력량이 상대적으로 낮은 무선전력 수신기가 비교적 오랫동안, 비교적 높은 빈도로 무선전력이 공급되도록 배정하고, 전력량이 상대적으로 높은 무선전력 수신기가 비교적 짧은 시간 동안, 비교적 낮은 빈도로 무선전력이 공급되도록 배정하는 비균등 시간분할 다중 전력 전송방식으로 무선전력을 송출하고,
   각 무선전력 수신기는 이동통신 전파 신호, FM 전파신호, AM 전파 신호, 텔레비전 전파 신호 및 무선랜 전파신호를 포함하는 앰비언트 통신기술의 다운링크 신호를 수신하고, 이 신호를 이용하여 무선전력 수신기의 개별 고유 번호(ID number)와 현재 보유중인 전력 레벨 정보를 포함하는 백스캐터링 신호를 발생시키고, 이 백스캐터링 신호를 무선전력 요청을 위한 파일럿 신호로 상기 무선전력 송신 스테이션에 송출하고,
   상기 무선전력 송신 스테이션은 각 무선전력 수신기들로부터 수신한 무선전력 요청 파일럿 신호를 통해 무선전력 수신기의 ID를 확인하고, 각 무선전력 수신기의 전력 레벨을 파악하여, 무선전력 전송의 우선순위를 결정하되, 최저 전력 레벨의 무선전력 수신기부터 우선순위를 배정하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 시스템.
   
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