KR20190079980A - 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템을 위한 베이스 스테이션 및 방법, 그리고 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

Abstract

복수의 베이스 스테이션 및 복수의 무선 통신 단말을 포함하는 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에 있어서, 무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 전송을 수행하는 제1 베이스 스테이션, 무선 신호를 통한 전력 공급을 수행하는 제2 베이스 스테이션과, 제1 베이스 스테이션 및 제2 베이스 스테이션 각각으로부터 무선 신호를 수신하고, 통신 파라미터 정보를 기초로 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환하는 무선 통신 단말을 포함하고, 제1 베이스 스테이션 및 제2 베이스 스테이션은 시간 분할 방식으로 각각에게 할당된 각각의 시분할 구간 동안 서로 다른 채널을 통해 무선 통신 단말로 무선 신호를 전송하고, 통신 파라미터 정보는 네트워크 환경 정보에 기초하여 결정되는 것인, 시스템이 개시된다.

Description

무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템을 위한 베이스 스테이션 및 방법, 그리고 이를 포함하는 시스템 {BASE STATION AND METHOD FOR WIRELESS ENERGY HARVESTING NETWORK SYSTEM, AND SYSTEM COMPRISING SAME}

본 개시는 무선 데이터 통신과 무선 전력 전송을 동시에 수행하는 무선 에너지 하베스팅 네트워크의 에너지 효율을 최적화하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 IoT 기술의 발달로 독립된 배터리를 가지고 운용되는 셀룰러 네트워크의 사용자, Wi-Fi 사용자, IP-Camera, TV, 세탁기 등 모든 무선정보통신을 사용하는 기기들을 포함하는 센서 노드에 무선정보통신과 함께 무선 전력 전송 및 무선 전력 충전을 제공하는 차세대 통신네트워크 시스템이 요구되고 있다. 또한, 무선 전력 충전 기술 분야에서는 정보통신과 무선 전력 충전을 동시에 수행하는 무선 에너지 하베스팅 네트워크에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히, 비결합 무선 에너지 하베스팅 네트워크는 유저들에게 무선전력충전 효율 또는 속도를 향상시키기 위해 파워 비콘(Power beacon)을 송신기보다 유저들에게 더 가까이 설치하여 운영하는 네트워크이다. 이에 따라, 비결합 무선 에너지 하베스팅 네트워크의 에너지 효율을 최적화 하기 위해 각각의 송신기가 얼마만큼의 송신출력을 각각 가져야 하는가에 대한 파워 컨트롤과 관련된 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 무선 정보 통신과 무선 전력 전송을 동시에 수행하는 무선 에너지 하베스팅 네트워크의 에너지 효율을 최적화하기 위한 목적을 가지고 있다.

일 실시예에 따른 시스템은, 복수의 베이스 스테이션 및 복수의 무선 통신 단말을 포함하는 에너지 하베스팅 네트워크 시스템은, 무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 전송을 수행하는 제1 베이스 스테이션, 무선 신호를 통한 전력 공급을 수행하는 제2 베이스 스테이션과, 제1 베이스 스테이션 및 제2 베이스 스테이션 각각으로부터 무선 신호를 수신하고, 통신 파라미터 정보를 기초로 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환하는 무선 통신 단말을 포함할 수 있다. 또한, 시스템에 포함된 제1 베이스 스테이션 및 상기 제2 베이스 스테이션은 시간 분할 방식으로 각각에게 할당된 각각의 시분할 구간 동안 서로 다른 채널을 통해 무선 통신 단말로 무선 신호를 전송하고, 통신 파라미터 정보는 네트워크 환경 정보에 기초하여 결정되는 것일 수 있다.

일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에서 무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 전송을 수행하는 베이스 스테이션은, 무선 신호를 송수신하는 통신부 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 네트워크 환경 정보에 기초하여 통신 파라미터를 결정하고, 베이스 스테이션 및 무선 전력 전송을 위한 비결합 장치 각각에게 각각의 무선 신호 전송을 위한 시분할 구간을 할당하고, 베이스 스테이션에게 할당된 시분할 구간동안 무선 통신 단말로 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송할 수 있다. 여기에서, 비결합 장치는 무선 통신 단말에게 베이스 스테이션과 독립적인 채널을 통해 전력 전송을 위한 무선 신호를 송신하는 장치일 수 있다.

일 실시예에 따라 복수의 베이스 스테이션이 발신하는 무선 신호로부터 전력 에너지 및 데이터를 획득하는 무선 통신 단말은, 복수의 베이스 스테이션으로부터 무선 신호를 송수신하는 통신부 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 통신부를 통해, 복수의 베이스 스테이션 각각에 대해 할당된 무선 신호가 전송되는 시간 구간에 대한 정보 및 통신 파라미터를 수신하고, 무선 신호가 전송되는 시간 구간에 대한 정보에 기초하여 복수의 베이스 스테이션 각각으로부터 서로 다른 채널을 통해 전송되는 무선 신호를 수신하며, 통신 파라미터에 기초하여 통신부를 통해 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환할 수 있다.

일 실시예에 따라 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에 포함된 베이스 스테이션이 무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 공급을 수행하는 방법은, 네트워크 환경 정보에 기초하여 통신 파라미터를 결정하는 단계, 베이스 스테이션 및 무선 전력 전송을 위한 비결합 장치 각각에게 각각의 무선 신호 전송을 위한 시분할 구간을 할당하는 단계 및 베이스 스테이션에게 할당된 시분할 구간 동안 무선 통신 단말로 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.

본 발명의 일 실시예는 무선 에너지 하베스팅 네트워크에서 베이스 스테이션의 무선 신호 전송을 제어함으로써 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 무선 에너지 하베스팅 네트워크에서 전력 에너지 효율을 최적화하여 친환경적 통신 네트워크 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션, 제2 베이스 스테이션 및 무선 통신 단말을 포함하는 에너지 하베스팅 네트워크 시스템의 예시를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션 및 제2 베이스 스테이션의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 액세스 포인트인 제1 베이스 스테이션의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말 내에서 수신된 무선 신호의 전력의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 에너지 효율을 최적화하는 통신 파라미터를 결정하는 제1 베이스 스테이션의 동작을 나타내는 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우만이 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 개시는 데이터 통신과 무선 전력 충전을 동시에 수행하는 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에서 에너지 효율을 최적화 하는 방법에 관한 것이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템은 무선 전력 충전의 효율을 증가시키기 위해 추가적으로 무선 전력을 제공하는 베이스 스테이션을 포함할 수 있다. 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템은 복수의 베이스 스테이션을 포함함으로써 무선 전력 충전의 커버리지를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 방법은 복수의 베이스 스테이션을 포함하는 비결합 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에서 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 방법은 복수의 베이스 스테이션을 포함하는 비결합 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에서 발생하는 간섭 문제를 완화시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100), 제2 베이스 스테이션(300) 및 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)을 포함하는 에너지 하베스팅 네트워크 시스템의 예시를 나타내는 개략도이다.

본 개시의 일 실시예에 따른 시스템은 복수의 무선 전력 베이스 스테이션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 시스템은 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 베이스 스테이션(300)은 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)에게 무선 통신 방식을 통해 전력 에너지를 송신할 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 베이스 스테이션(100)은 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WIFI), 지그비(ZigBee), 가시광 통신 및 3G, LTE 등의 기타 데이터 통신 방식을 통해 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)과 무선 통신을 수행할 수 있으나 무선 통신 방식은 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따라, 적어도 하나의 베이스 스테이션은 데이터 통신 기능을 추가적으로 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 무선 데이터 통신 기능 및 무선 전력 공급 기능을 구비하는 하이브리드 액세스 포인트(hybrid access point, H-AP) 일 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 스테이션(100)은 무선 통신 방식을 이용해 전력 공급 외에 후술할 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)과 데이터 통신을 수행할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)과 무선 통신 단말(200a,200b,200c)은 정해진 주파수 대역을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 커버리지(101) 내에 포함된 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)에게 무선 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제2 베이스 스테이션(300)은 무선 통신 단말(200a, 200b)에게 무선 전력 에너지를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제2 베이스 스테이션(300)은 무선 통신 단말(200a, 200b)에게 제1 베이스 스테이션(100)과 달리, 무선 전력만 공급하는 베이스 스테이션일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 무선 통신 단말(200a, 200b)는 제2 베이스 스테이션(300)으로부터 수신되는 무선 신호 전부를 전력 에너지로 변환할 수 있다. 이 경우, 제2 베이스 스테이션(300)은 제1 베이스 스테이션(100)과 비결합된(decoupled) 비결합 장치일 수 있다.

예를 들어, 제2 베이스 스테이션(100)은 커버리지(301) 내에 포함된 무선 통신 단말(200a, 200b)에게 무선 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 제2 베이스 스테이션(300)은 제1 베이스 스테이션(100)과 독립적인 채널을 통해 무선 통신 단말(200a, 200b)에게 무선 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제2 베이스 스테이션(300)은 제1 베이스 스테이션이 설치된 위치를 기준으로 기 설정된 범위 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, 제2 베이스 스테이션(300)은 제1 베이스 스테이션(100)의 커버리지(101)내에 설치될 수 있다. 또는 제2 베이스 스테이션(300)은 제1 베이스 스테이션(100)의 커버리지(101)를 포함하는 기 설정된 영역 내에 설치될 수 있다.

일 실시예에 따라, 제2 베이스 스테이션(300)이 무선 전력만 송신하는 경우, 제2 베이스 스테이션(300)은 시스템에서 무선 전력 충전의 커버리지를 증가시키기 위해 이용되는 파워 비콘(power beacon, PB)일 수 있다.

일 실시예에 따라, 시스템이 제1 베이스 스테이션(100)과 비결합된 비결합 장치인 제2 베이스 스테이션(300)을 추가적으로 포함하는 경우, 제2 무선 통신 단말(200)은 제2 베이스 스테이션(300)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 반대로, 제2 베이스 스테이션(300)을 포함하지 않는 시스템에서 제2 무선 통신 단말(200b)은 제1 무선 통신 단말(200a)에 비해 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 충분한 전력을 공급받지 못할 수 있다. 시스템은 제2 베이스 스테이션(300)을 통해 무선 전력을 공급하기 위한 커버리지를 확장함으로써 시스템 내의 복수의 단말들에게 안정적인 무선 전력 충전 환경을 제공할 수 있다.

또한, 시스템이 제2 베이스 스테이션(300)을 포함하는 경우, 제1 베이스 스테이션과 무선 통신 단말(200) 사이의 데이터 통신 환경을 개선할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 제2 베이스 스테이션(300)에서 무선 통신 단말에게 제공되는 전력을 기초로, 데이터 통신을 위한 전력을 확보할 수 있다.

도 1에 도시된, 제2 베이스 스테이션(300)과 같이 제1 베이스 스테이션(100)과 독립된 별도의 전력 전송 베이스 스테이션을 포함하는 에너지 하베스팅 네트워크 시스템을 비결합 무선 하베스팅 네트워크(decoupled RF energy harvesting network, DRF-EHN)라고 할 수 있다.

일 실시예에 따라, 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)은 복수의 베이스 스테이션으로부터 무선 신호를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)은 베이스 스테이션과 무선 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)은 스마트폰, 태블릿 PC, 휴대폰, 랩톱과 같은 모바일 컴퓨팅 장치, 통신 기능 및 무선 전력 충전 기능을 구비한 시계와 같은 웨어러블 장치일 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 무선 통신 단말(200a, 200b, 200c)은 베이스 스테이션과 무선 신호를 통해 데이터를 통신하고 전력을 충전할 수 있는 모든 종류의 모바일 기기를 포함할 수 있다.

한편, 도 1에서는 상기 시스템을 관리하는 프로세서를 별도로 도시하지 않고, 제1 베이스 스테이션이 전체 시스템을 관리하는 동작을 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 시스템은 에너지 하베스팅 네트워크의 성능을 최적화하기위한 별도의 프로세서를 포함할 수도 있다. 시스템은 통신 파라미터를 결정하고 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)에게 결정된 통신 파라미터를 전송하는 별도의 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 별도의 프로세서가 본 개시 전체를 통해 설명되는 제1 베이스 스테이션(100)의 동작을 수행할 수도 있다.

일 실시예에 따라, 무선 통신 단말(200)이 복수의 베이스 스테이션으로부터 전력을 전송 받는 경우, 간섭 문제로 인해 에너지 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 단말(200)이 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)으로부터 전력을 수신하는 경우, 제1 베이스 스테이션(100) 및 제 2 베이스 스테이션(300)의 커버리지(301)가 겹치게 되어 에너지 효율이 저하될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100)은 시스템에 포함된 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각에 대해 무선 신호 전송을 위한 시분할 구간을 할당함으로써 상기 발생하는 에너지 효율의 저하를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 시간 분할방식으로 베이스 스테이션 별 전송 시간을 할당하여, 분할된 하나의 시분할 구간에 하나의 베이스 스테이션이 무선 신호를 전송하게 할 수 있다.

이하에서는 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100)이 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각이 무선 신호를 전송하는 시간인 시분할 구간을 할당하는 방법에 관하여 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 시스템은 하이브리드 액세스 포인트(H-AP)인 제1 베이스 스테이션(100), 파워 비콘(PB) 또는 비결합 장치인 제2 베이스 스테이션(300) 및 복수의 무선 통신 단말(200)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 제1 통신부(110) 및 프로세서(120)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 구성 요소 모두가 제1 베이스 스테이션(100)의 필수 구성 요소인 것은 아니다. 도 2에 구성된 요소보다 많은 구성 요소에 의해 제1 베이스 스테이션(100)이 구현될 수도 있고, 도 2에 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소에 의해 제1 베이스 스테이션(100)이 구현될 수도 있다.

프로세서(120)는 하나 이상의 프로세서를 구비하여, 제1 베이스 스테이션 (100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 적어도 하나의 프로그램들을 실행함으로써, 제1 통신부(110)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 적어도 하나의 프로그램들을 실행함으로써, 후술할 도 4 내지 도 5에서 설명되는 제1 베이스 스테이션(100)의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써 제1 통신부(110)를 통해 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에 따라, 프로세서(120)는 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각에 대해 무선 신호를 전송하기 위한 시분할 구간을 할당할 수 있다. 예를 들어, 제1 시분할 구간은 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 중에서 어느 하나가 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있는 시분할 구간일 수 있다. 제2 시분할 구간은 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 중에서 무선 신호를 나머지 하나가 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있는 시분할 구간일 수 있다.

구체적으로, 프로세서(120)는 후술할 제1 통신부(110)를 통해 제1 시분할 구간 동안 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있다. 제2 베이스 스테이션(300)은 후술할 제2 통신부(310)를 통해 제2 시분할 구간 동안 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있다.

제1 통신부(110)는, 제1 베이스 스테이션(100)이 네트워크 내의 무선 통신 단말(200) 및 다른 베이스 스테이션과 통신하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 베이스 스테이션은 제2 베이스 스테이션(300)을 포함할 수 있다. 제1 통신부(110)는 복수의 무선 통신 단말(200)에게 무선 신호를 전송하 전송하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 통신부(110)는 프로세서(120)에서 결정된 시간 분할 방식에 기초하여 무선 신호를 전송할 수 있다. 제1 통신부(110)는 제2 베이스 스테이션(300) 및 무선 통신 단말(200)로 프로세서(120)에서 결정된 시간 분할 정보를 전송할 수 있다.

이 경우, 제1 통신부(110)는 이동 통신부, 근거리 통신부를 포함할 수 있다. 이동 통신부는, LTE, WiMAX, Wibro와 같은 다양한 규격에 따라 이동 통신망에 접속할 수 있다. 근거리 통신부는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에 따라, 제2 베이스 스테이션(300)은 제2 통신부(310)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 구성 요소 모두가 제2 베이스 스테이션(300)의 필수 구성 요소인 것은 아니다. 도 2에 구성된 요소보다 많은 구성 요소에 의해 제2 베이스 스테이션(300)이 구현될 수도 있고, 도 2에 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소에 의해 제2 베이스 스테이션(300)이 구현될 수도 있다.

일 실시예에 따라, 제2 통신부(310)는 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 무선 신호를 전송하기 위한 통신 파라미터를 수신할 수 있다. 또한, 제2 통신부(310)는 수신되 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 제2 통신부(310)는 제2 베이스 스테이션(300)이 무선 신호를 전송하는 것으로 할당된 시분할 구간 동안 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 제2 베이스 스테이션(300)이 전송하는 무선 신호는 무선 통신 단말(200)에게 전력을 공급하기 위한 것일 수 있다.

이 경우, 제2 통신부(310)는 이동 통신부, 근거리 통신부를 포함할 수 있다. 이동 통신부는, LTE, WiMAX, Wibro와 같은 다양한 규격에 따라 이동 통신망에 접속할 수 있다. 근거리 통신부는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제2 통신부(310)는 복수의 무선 통신 단말(200)에게 무선 신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 통신부(110) 및 제2 통신부(310)는 서로 다른 채널을 통해 무선 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션과 무선 통신 단말 사이의 채널 특성과 제2 베이스 스테이션과 무선 통신 단말 사이이 채널 특성은 서로 독립적으로 변화할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경 정보를 고려하여 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각에 대한 시분할 구간을 할당할 수 있다. 복수의 베이스 스테이션이 서로 다른 채널을 통해 무선 통신 단말에게 동시에 전력을 공급하는 경우, 네트워크 환경에 따라 에너지 효율을 최적화하기 위해 시분할 구간이 다르게 할당되어야 할 수 있기 때문이다.

또한, 무선 신호를 통해 데이터 전송과 전력 공급이 동시에 이루어 지는 경우, 에너지 효율을 최적화하기 위해 할당되는 시분할 구간은 무선 통신 단말에서 에너지 하베스트되는 전력 에너지 비율과 함께 고려될 수 있다. 비결합 장치(예를 들어, 제2 베이스 스테이션)로부터 수신되는 전력을 고려하여 H-AP(예를 들어, 제1 베이스 스테이션)로부터 수신되는 전력이 분할되는 비율을 결정함으로써, 데이터 통신 비율을 높일 수 있기 때문이다.

이하에서는 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100)이 네트워크 환경 정보에 기초하여 결정된 통신 파라미터를 이용하여 무선 신호를 전송하는 방법에 관하여 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 액세스 포인트인 제1 베이스 스테이션(100)의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 단계 S302에서 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경 정보에 기초하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다. 여기에서, 네트워크 환경 정보는 제1 베이스 스테이션(100)의 전송 가능한 최대 전송 전력량, 제2 베이스 스테이션(300)의 전송 가능한 최대 전송 전력량 및 보장되는 서비스 품질 기준을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 베이스 스테이션(100)은 제2 베이스 스테이션(300)으로부터 제2 베이스 스테이션(300)이 전송할 수 있는 최대 전송 전력량에 대한 정보를 수신할 수 있다.

또한, 네트워크 환경 정보는 시스템에서 복수의 무선 통신 단말(200) 각각에 대해 보장되는 서비스 품질 기준은 데이터 전송 비율(data rate, bps(bit per second))과 관련된 QoS(quality of service) 및 공급되는 전력량과 관련된 AoP(amount of harvested power) 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 환경 정보는 각각의 무선 통신 단말(200)에 대해 기 설정된 데이터 전송 비율이 보장되는 확률에 관한 정보를 포함할 수 있다. 네트워크 환경 정보는 각각의 무선 통신 단말(200)에 대해 기 설정된 최소 전력량이 보장되는 확률에 관한 정보를 포함할 수 있다.

또한, 네트워크 환경 정보는 채널 모델과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 채널 모델은 네트워크의 물리적인 환경 요소를 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 네트워크의 물리적인 환경 요소는 반사파가 형성되는 구조적 특징을 포함할 수 있다. 채널 모델은 레일레이 페이딩(rayleight fading), 라이시안 페이딩(rician fading) 채널 모델을 포함할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경 정보를 획득하기 위해, 제2 베이스 스테이션(300)으로부터 제2 베이스 스테이션과 무선 통신 단말(200) 사이의 채널 정보를 수신할 수 있다.

예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 에너지 효율을 최적화하는 연산에 네트워크 환경 정보를 대입하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다. 이 때, 에너지 효율은 시스템 전체의 채널 용량 대비 전력소모량에 따라 결정될 수 있다.

여기에서, 채널 용량은 전체 시간 구간 중에서 제1 베이스 스테이션(100)에 할당된 시분할 구간의 비율, 무선 통신 단말(200)에게 수신되는 전체 전력 중에서 데이터 전송에 할당된 전력의 비율 및 제1 베이스 스테이션(100)이 무선 통신 단말(200)로 전송하는 전력량에 따라 결정될 수 있다. 또한, 전력 소모량은 복수의 베이스 스테이션(100, 300)으로부터 송출되는 전체 전력 송출량에서 무선 통신 단말(200)에서 에너지 하베스팅된 전력량의 차이로 결정될 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 스테이션(100)은 에너지 효율을 최적화하는 통신 파라미터를 결정하기 위해 라그랑지안 듀얼 디컴포지션 방법(Lagrangian dual decomposition method)을 이용할 수 있다. 상기 시스템의 에너지 효율을 최적화 하는 연산과 관련하여서는 후술할 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.

여기에서, 통신 파라미터는 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각에게 할당되는 시분할 구간 사이의 비율을 포함할 수 있다. 여기에서, 시분할 구간 사이의 비율은 전체 시간 구간에서 제2 베이스 스테이션(300)에 할당되는 시분할 구간 대비 제1 베이스 스테이션(100)에 할당되는 시분할 구간이 차지하는 비율을 나타낼 수 있다.

예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경 정보에 기초하여 제1 베이스 스테이션(100)과 제2 베이스 스테이션(300) 각각에게 할당되는 시분할 구간의 비율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 전체 시간 구간에서 제1 베이스 스테이션(100)에 할당되는 시분할 구간의 비율을 'x'로 결정하고, 전체 시간 구간에서 제2 베이스 스테이션(300)에 할당되는 시분할 구간의 비율을 '1-x'로 결정할 수 있다. 이 때, 'x'는 '0'보다 크고 '1'보다 작은 값일 수 있다.

또한, 통신 파라미터는 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 전송된 무선 신호의 전체 전력으로부터 데이터를 수신하기 위해 할당된 전력량 대비 상기 무선 통신 단말의 전력 에너지로 변환하는 전력량의 비율을 나타내는 전력 비율을 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경을 기초로 시분할 구간 사이의 비율 및 전력 비율을 동시에 결정할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 전술한 동작을 통해 복수의 무선 통신 단말(200)에 대해 기 설정된 데이터 전송률을 보장하면서, 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 통신 파라미터는 제1 베이스 스테이션(100)이 무선 통신 단말(200)로 전송하는 무선 신호의 전력 크기를 나타내는 제1 전력량 및 제2 베이스 스테이션(300)이 무선 통신 단말(200)로 전송하는 무선 신호의 전력 크기를 나타내는 제2 전력량을 포함할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 기 설정된 주기 마다 에너지 효율을 최적화하기 위한 통신 파라미터를 업데이트할 수 있다. 여기에서, 기 설정된 주기는 시스템 환경에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 시스템에 포함되는 무선 통신 단말의 개수 또는 유형이 빠르게 변경되는 환경(예를 들어, 유동 인구가 많은 환경)인 경우, 기 설정된 주기는 짧아질 수 있다. 새롭게 추가된 무선 통신 단말로 인해 네트워크 환경이 빠르게 변경될 수 있기 때문이다.

단계 S304에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각에게 시분할 구간을 할당할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 통신 파라미터에 기초하여 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)에게 시분할 구간을 할당할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)에게 할당된 시분할 구간은 제1 베이스 스테이션(100)이 무선 신호를 전송하는 시간을 나타낼 수 있다. 또한, 제2 베이스 스테이션(300)에게 할당된 시분할 구간은 제2 베이스 스테이션(300)이 무선 신호를 전송하는 시간을 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300) 각각에게 할당되는 시분할 구간 사이의 비율에 기초하여, 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)에게 시분할 구간을 할당할 수 있다. 예를 들어, 전체 시간 구간에서 제2 베이스 스테이션(300)에 할당되는 시분할 구간이 차지하는 비율이 더 큰 경우, 제1 베이스 스테이션(100)은 제2 베이스 스테이션(300)에게 더 많은 개수의 시분할 구간을 할당할 수 있다.

또는, 제1 베이스 스테이션(100)은 시분할 구간의 비율, 전력 비율 및 각각의 제1 베이스 스테이션 및 제2 베이스 스테이션(300)이 송출하는 무선 신호의 전력량을 기초로 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)에게 시분할 구간을 할당할 수도 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 시분할 구간의 비율, 전력 비율, 제1 전력량 및 제2 전력량을 동시에 고려하여 무선 신호를 전송함으로써 복수의 무선 통신 단말(200)에 대해 기 설정된 데이터 전송률 및 기 설정된 최소 전력 공급량을 보장하면서, 에너지 효율을 높일 수 있다.

단계 S306에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 무선 통신 단말(200)로 제1 베이스 스테이션(100)에게 할당된 시분할 구간동안 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S304에서 할당된 시분할 구간동안 무선 통신 단말(200)로 무선 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S302에서 결정된 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송할 수 있다.

예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 제1 전력량으로 무선 신호를 전송할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 할당된 시분할 구간 동안 제1 전력량으로 무선 통신 단말(200)에게 무선 신호를 전송할 수 있다.

이 때, 무선 신호를 수신한 무선 통신 단말(200)은 기 설정된 비율에 따라 제1 베이스 스테이션으로부터 수신된 무선 신호 중 일부를 데이터 복호화하고, 일부를 전력 에너지로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 여기에서, 기 설정된 비율은 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 전송된 무선 신호의 전체 전력으로부터 데이터를 수신하기 위해 할당된 전력량 대비 상기 무선 통신 단말의 전력 에너지로 변환하는 전력량의 비율을 나타내는 전력 비율을 나타낼 수 있다.

한편, 일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 결정된 통신 파라미터를 무선 통신 단말(200) 및 제2 베이스 스테이션(300)으로 각각 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경 정보를 기초로 결정된 전력 비율 정보를 무선 통신 단말(200)로 전송할 수 있다.

또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 네트워크 환경 정보를 기초로 결정된 제2 전력량 정보를 제2 베이스 스테이션(200)으로 전송할 수 있다. 이 경우, 제2 베이스 스테이션(300)은 수신된 제2 전력량 정보에 기초하여 무선 통신 단말(200)로 제2 전력량의 무선 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 할당된 시분할 구간 정보를 무선 통신 단말(200) 및 제2 베이스 스테이션(300)으로 각각 전송할 수 있다. 무선 통신 단말(200)은 수신된 시분할 구간 정보에 기초하여 복수의 베이스 스테이션으로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제2 베이스 스테이션(300)은 무선 통신 단말(200)로 제2 베이스 스테이션(300)에게 할당된 시분할 구간 동안 제2 전력량인 무선 신호를 전송할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말(200)은 무선 신호의 일부를 통해 데이터를 수신하고, 나머지 일부를 통해 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다. 이 경우, 무선 통신 단말(200)은 에너지 하베스팅 네트워크 시스템의 에너지 효율을 최적화 하기 위해 제1 베이스 스테이션(100)에 의해 결정된 전력 비율을 이용할 수 있다. 전력 에너지로 변환되는 무선 신호의 비율이 데이터 통신을 위해 할당되는 무선 신호의 비율보다 높은 경우, 무선 통신 단말(200)이 제공받는 데이터 통신의 전송률이 떨어질 수 있고, 반대의 경우, 무선 통신 단말(200)이 공급 받을 수 있는 전력 에너지가 부족할 수 있기 때문이다.

이하에서는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말(200)의 구성에 관하여 도 4a 및 4b를 참조하여 설명한다.

도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말(200)을 나타내는 블록도이다.

도 4에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 단말(200)은 통신부(210)및 프로세서(230)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 4에 도시된 구성 요소 모두가 무선 통신 단말(200)의 필수 구성 요소인 것은 아니다. 도 4에 구성된 요소보다 많은 구성 요소에 의해 무선 통신 단말(200)이 구현될 수도 있고, 도 4에 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소에 의해 무선 통신 단말(200)이 구현될 수도 있다.

통신부(210)는, 무선 통신 단말(200)이 네트워크 내의 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)과 통신하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 통신부(210)는 복수의 베이스 스테이션으로부터 무선 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 통신부(210) 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 통신부(210)는 프로세서(220)에서 무선 신호를 처리하기 위해 필요한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(210)는 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 통신 파라미터 및 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)에 대해 할당된 시분할 구간 정보를 수신할 수 있다.

이 경우, 통신부(210)는 이동 통신부, 근거리 통신부를 포함할 수 있다. 이동 통신부는, LTE, WiMAX, Wibro와 같은 다양한 규격에 따라 이동 통신망에 접속할 수 있다. 근거리 통신부는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

프로세서(220)는 하나 이상의 프로세서를 구비하여, 무선 통신 단말(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 적어도 하나의 프로그램들을 실행함으로써, 통신부(210)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(220)는 적어도 하나의 프로그램들을 실행함으로써, 도 1 내지 도 3에서 설명된 무선 통신 단말(200)의 기능을 수행할 수 있다. 이하에서는, 프로세서(220)의 동작과 관련하여 도 4b를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말(200)에서 수신된 무선 신호의 전력 흐름을 나타내는 블록도이다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 프로세서(220)는 통신부(210)를 통해 수신된 무선 신호의 전력을 데이터 복조를 위해 할당된 전력과 에너지 변환하기 위한 전력으로 배분할 수 있다. 프로세서(220)는 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호의 전력을 데이터 수신을 위해 할당된 전력과 에너지 하베스팅하기 위한 전력으로 분배할 수 있다. 여기에서, 배분의 의미는 데이터를 위해 할당된 전력과 에너지 하베스팅하기 위한 전력을 구별하여 무선 통신 단말(200) 내의 해당 회로로 전달하는 것을 의미할 수 있다. 일 실시예에 따라, 무선 통신 단말(200)은 수신된 무선 신호의 전력을 기 설정된 전력 비율에 따라 배분할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 단말(200)은 전력 분배 안테나(power splitting antenna)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(220)는 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 수신된 무선 신호의 전체 전력에서 데이터를 수신하기 위해 할당된 전력량대비 무선 통신 단말(200)에 저장되는 전력 에너지로 변환하는 전력량의 비율(1-θ:θ)을 나타내는 전력 비율 정보에 기초하여, 통신부(210)를 통해 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환할 수 있다.

구체적으로, 프로세서(220)는 통신부(210)를 통해 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 수신된 무선 신호의 전체 전력에서 'θ' 에 해당하는 전력량을 무선 통신 단말(200)에 저장되는 전력 에너지로 변환할 수 있다. 무선 통신 단말(200)은 전력 에너지 변환을 위해 렉테나(rectenna)를 구비할 수 있다. 여기에서, 렉테나는 정류기(rectifier)와 안테나(antenna)의 합성어로, 수신한 전파를 정류 회로를 통해 전력에너지로 변환할 수 있다.

일 실시예에 따라, 프로세서(220)는 통신부(210)를 통해 제1 베이스 스테이션(100)으로부터 전력 비율 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 통신부(210)를 통해 제1 베이스 스테이션(100)과 무선 통신 단말(200) 사이의 연결을 시작하는 결합 단계(association step)에서 통신 파라미터를 획득할 수 있다.

이하에서는 일 실시예에 따른 제1 베이스 스테이션(100)이 시스템의 에너지 효율을 최적화하기 위한 통신 파라미터를 결정하는 예시에 관하여 도 5을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 에너지 효율을 최적화하는 통신 파라미터를 결정하는 제1 베이스 스테이션(100)의 동작을 나타내는 흐름도이다.

단계 S502에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 에너지 효율을 정의할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라 정의되는 에너지 효율 (energy efficiency)은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

수학식 1 과 같이, 제1 베이스 스테이션(100)은 채널 용량(C)과 전력 소모량(P)을 이용하여 에너지 효율(η)을 정의할 수 있다. 수학식 1에서, k는 각각의 무선 통신 단말(200)을 식별하는 식별자일 수 있다. 예를 들어, 시스템에 포함된 복수의 무선 통신 단말(200)이 총 6개인 경우, k는 '1' 부터 '6' 사이의 숫자 중 임의의 숫자가 될 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 각각의 무선 통신 단말(200) 별로 서로 다른 통신 파라미터를 결정할 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 서로 다른 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송할 수 있다.

수학식 1에서, 채널 용량(C)은 제1 베이스 스테이션(100)에게 할당된 시분할 구간 비율(μ), 무선 통신 단말(200)에게 수신되는 전체 전력 중에서 데이터 전송에 할당된 전력의 비율(1-θ) 및 제1 베이스 스테이션(100)이 무선 통신 단말(200)로 전송하는 전력량(

)에 기초하여 결정될 수 있다.

수학식 1에서, 전력 소모량(P)은 복수의 베이스 스테이션(100, 300)으로부터 송출되는 전체 전력 송출량에서 무선 통신 단말(200)에서 에너지 하베스팅된 전력량의 차이로 결정될 수 있다. 전체 전력 송출량은 제1 베이스 스테이션(100)이 무선 통신 단말(200)로 전송하는 전력량(

),제2 베이스 스테이션(300)이 무선 통신 단말(200)로 전송하는 전력량(

),제1 베이스 스테이션(100)에게 할당된 시분할 구간 비율(μ) 및 제1 베이스 스테이션(100)에게 할당된 시분할 구간 비율(1-μ)에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은

및

외에, 추가적으로 각각의 베이스 스테이션의 전력 송출 효율 및 회로에서 소진되는 전력 에너지에 기초하여 전체 전력 송출량을 계산할 수 있다. 또한, 무선 통신 단말(200)에서 에너지 하베스팅되는 전력량은 무선 통신 단말(200)에게 수신되는 전체 전력 중에서 전력 에너지로 변환되는 전력의 비율(θ)에 기초하여 결정될 수 있다.

단계 S504에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 에너지 효율을 최적화하기 위해 정의된 에너지 효율을 컨벡스(convex) 형태의 에너지 효율함수로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 nonlinear fractional programming 방법을 이용하여 단계 S502에서 정의된 에너지 효율을 수학식 2와 같이 변환할 수 있다. 수학식 2에서 η는 후술할 단계 S508 내지 단계 S512를 통해 업데이트되는 임의의 상수일 수 있다.

단계 S506에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 최적화 파라미터를 이용하여 에너지 효율을 최적화 하기 위한 통신 파라미터를 결정할 수 있다.

예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 최초 단계에서는 기 설정된 최적화 파라미터의 초기값을 이용하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스 스테이션(100)은 라그랑지안 듀얼 디컴포지션(Lagrange dual decomposition) 방법를 이용하여 통신 파라미터를 결정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 다른 최적화 방법이 이용될 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 베이스 스테이션(100)은 라그랑지안 듀얼 디컴포지션 방법을 이용하는 경우, 라그랑지(lagrange) 승수인 최적화 파라미터의 개수는 네트워크 환경 정보 유형의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 도 3에서 설명된 네트워크 환경 정보를 대입하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다. 구체적으로, 최적화 파라미터는 도 3에서 설명된 제1 베이스 스테이션(100)의 전송 가능한 최대 전송 전력량, 제2 베이스 스테이션(300)의 전송 가능한 최대 전송 전력량 각각에 매핑되는 제1 및 제2 최적화 파라미터를 포함할 수 있다. 또는 최적화 파라미터는 도 3에서 설명된 무선 통신 단말(200)에 대해 기 설정된 데이터 전송 비율(data rate)이 보장되는 확률에 관한 정보 및 무선 통신 단말(200)에 대해 기 설정된 최소 전력량이 보장되는 확률에 관한 정보 각각에 매핑되는 제3 및 제4 최적화 파라미터를 더 포함할 수도 있다.

또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 gradient methods를 기반으로 최적화 파라미터를 업데이트하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 KKT조건(Karush-Kuhn tucker)을 이용하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다. KKT조건은 라그랑지안 듀얼 디컴포지션 방법에 따른 최적화 함수를 최적화 파라미터 각각으로 미분한 값이 '0'이되는 조건을 의미할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 KKT조건에 따른 수식을 연립하여 통신 파라미터를 결정할 수 있다.

단계 S508에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 결정된 통신 파라미터를 기초로 단계 S504에서 정의된 에너지 효율 함수가 수렴하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스 스테이션(100)은 기 설정된 값과 비교하여 에너지 효율 함수의 수렴 여부를 결정할 수 있다. 이 경우, 기 설정된 값은 미리 정의된 0에 근사한 값일 수 있다.

단계 S510에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 에너지 효율 함수가 수렴하지 않는 경우, 단계 S512에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 최적화 파라미터를 업데이트할 수 있다. 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S506에서 이용된 최적화 파라미터를 업데이트할 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S504의 수학식 2의 'η'를 업데이트할 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S508에서 결정된 에너지 효율 함수가 수렴할 때까지 단계 S506 내지 단계 S512를 반복할 수 있다.

단계 S510에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 에너지 효율 함수가 수렴하는 경우, 단계 S506에서 결정된 통신 파라미터를 에너지 효율을 최적화하는 통신 파라미터로 결정할 수 있다.

단계 S514에서, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S506에서 결정된 통신 파라미터를 이용하여 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S506에서 결정된 통신 파라미터를 무선 통신 단말(200) 및 제2 베이스 스테이션(300)으로 전송할 수 있다.

또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 단계 S506에서 결정된 통신 파라미터에 기초하여 제1 베이스 스테이션(100) 및 제2 베이스 스테이션(300)에게 시분할 구간을 할당할 수 있다. 또한, 제1 베이스 스테이션(100)은 할당된 시분할 구간을 무선 통신 단말(200) 및 제2 베이스 스테이션(300)으로 전송할 수 있다.

일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서, "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.

전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 개시의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

1. 복수의 베이스 스테이션 및 복수의 무선 통신 단말을 포함하는 무선 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에 있어서,
   무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 전송을 수행하는 제1 베이스 스테이션;
   무선 신호를 통한 전력 공급을 수행하는 제2 베이스 스테이션; 및
   상기 제1 베이스 스테이션 및 상기 제2 베이스 스테이션 각각으로부터 무선 신호를 수신하고, 통신 파라미터 정보를 기초로 상기 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환하는 무선 통신 단말을 포함하고,
   상기 제1 베이스 스테이션 및 상기 제2 베이스 스테이션은 시간 분할 방식으로 각각에게 할당된 각각의 시분할 구간 동안 서로 다른 채널을 통해 상기 무선 통신 단말로 무선 신호를 전송하고,
   상기 통신 파라미터 정보는 네트워크 환경 정보에 기초하여 결정되는 것인, 시스템.
2. 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에서 무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 전송을 수행하는 베이스 스테이션에 있어서,
   무선 신호를 송수신하는 통신부; 및
   프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써,
   네트워크 환경 정보에 기초하여 통신 파라미터를 결정하고, 상기 베이스 스테이션 및 무선 전력 전송을 위한 비결합 장치 각각에게 각각의 무선 신호 전송을 위한 시분할 구간을 할당하고, 상기 베이스 스테이션에게 할당된 시분할 구간 동안 무선 통신 단말로 상기 결정된 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송하며,
   상기 비결합 장치는 상기 무선 통신 단말에게 상기 베이스 스테이션과 독립적인 채널을 통해 전력 전송을 위한 무선 신호를 송신하는 장치인, 베이스 스테이션.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 네트워크 환경 정보는 상기 베이스 스테이션의 전송 가능한 최대 전송 전력량, 상기 비결합 장치의 전송 가능한 최대 전송 전력량, 각각의 무선 통신 단말에 대해 기 설정된 데이터 전송 비율(data rate)이 보장되는 확률에 관한 정보 및 각각의 무선 통신 단말에 대해 기 설정된 최소 전력량이 보장되는 확률에 관한 정보를 포함하고,
   상기 프로세서는,
   상기 네트워크 환경 정보를 기초로 상기 시스템 전체의 채널 용량 대비 전력소모량에 따라 결정되는 에너지 효율을 최적화 하는 통신 파라미터를 결정하고, 상기 통신 파라미터에 기초하여 상기 베이스 스테이션 및 상기 비결합 장치 각각의 무선 신호 전송을 위한 시분할 구간을 할당하고, 상기 무선 통신 단말로 상기 베이스 스테이션에게 할당된 시분할 구간 동안 상기 통신 파라미터를 기초로 무선 신호를 전송하는, 베이스 스테이션.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 에너지 효율을 최적화 하는 통신 파라미터는,
   상기 에너지 효율(η)을 최대화하기 위한 수학식
   

   

   
   을 이용하여 결정되고,
   상기 채널 용량(C)은 상기 베이스 스테이션 및 상기 비결합 장치 각각에게 할당되는 시분할 구간 사이의 비율(μ), 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 무선 통신 단말로 수신되는 전체 전력 중에서 데이터 전송을 위해 할당된 전력의 비율(1-θ) 및 상기 베이스 스테이션이 무선 통신 단말로 전송하는 전력량(

   

   )으로 정의되고,
   상기 전력 소모량(P)은 상기 시분할 구간 사이의 비율(μ), 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 무선 통신 단말로 수신되는 전체 전력 중에서 상기 무선 통신 단말의 전력 에너지로 변환되는 전력량의 비율(θ), 상기 베이스 스테이션이 상기 무선 통신 단말로 전송하는 전력량(

   

   )및 상기 비결합 장치가 상기 무선 통신 단말로 전송하는 전력량(

   

   )으로 정의되며,
   상기 k는 상기 무선 통신 단말을 포함하는 복수의 무선 통신 단말을 식별하는 식별자인, 베이스 스테이션.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 네트워크 환경 정보를 기초로, 상기 베이스 스테이션 및 상기 비결합 장치 각각에게 할당되는 시분할 구간 사이의 비율을 결정하고,
   상기 비율을 기초로, 상기 베이스 스테이션이 무선 신호를 전송하는 시간분할 구간인 제1 시분할 구간과 상기 비결합 장치가 무선 신호를 전송하는 시간분할 구간인 제2 시분할 구간을 결정하고,
   상기 통신부를 통해, 상기 제1 시분할 구간 동안 상기 무선 통신 단말로 무선 신호를 전송하고, 상기 제2 시분할 구간에 대한 정보를 상기 비결합 장치로 전송하는, 베이스 스테이션.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 네트워크 환경 정보를 기초로 상기 베이스 스테이션이 상기 무선 통신 단말로 전송하는 무선 신호의 전력 크기를 나타내는 제1 전력량 및 상기 비결합 장치가 상기 무선 통신 단말로 전송하는 무선 신호의 전력 크기를 나타내는 제2 전력량을 결정하고,
   상기 통신부를 통해 상기 제1 전력량으로 무선 신호를 전송하고,
   상기 제2 전력량을 나타내는 전력량 정보를 상기 비결합 장치로 전송하는, 베이스 스테이션.
7. 제 3항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 네트워크 환경 정보를 기초로 상기 제1 베이스 스테이션으로부터 전송되는 무선 신호의 전체 전력 중에서 데이터를 수신하기 위해 할당된 전력량 대비 상기 무선 통신 단말의 전력 에너지로 변환되는 전력량의 비율을 나타내는 전력 비율을 결정하고, 상기 전력 비율을 나타내는 정보를 상기 무선 통신 단말로 전송하고,
   상기 전력 비율은 상기 무선 통신 단말에서 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환하기 위해 이용되는, 베이스 스테이션.
8. 제 3항에 있어서,
   상기 프로세서는 기 설정된 주기 마다 상기 에너지 효율을 최적화하기 위한 통신 파라미터를 업데이트하는, 베이스 스테이션.
9. 복수의 베이스 스테이션이 발신하는 무선 신호로부터 전력 에너지 및 데이터를 획득하는 무선 통신 단말에 있어서,
   상기 복수의 베이스 스테이션으로부터 무선 신호를 송수신하는 통신부; 및
   프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써,
   상기 통신부를 통해, 상기 복수의 베이스 스테이션 각각에 대해 할당된 무선 신호가 전송되는 시간 구간에 대한 정보 및 통신 파라미터를 수신하고, 상기 무선 신호가 전송되는 시간 구간에 대한 정보에 기초하여 상기 복수의 베이스 스테이션 각각으로부터 서로 다른 채널을 통해 전송되는 무선 신호를 수신하며, 상기 통신 파라미터에 기초하여 상기 통신부를 통해 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환하는, 무선 통신 단말.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 통신 파라미터는 상기 복수의 베이스 스테이션으로부터 수신된 무선 신호의 전체 전력에서 데이터를 수신하기 위해 할당된 전력량 대비 상기 무선 통신 단말에 저장되는 전력 에너지로 변환하는 전력량의 비율을 나타내는 전력 비율 정보를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 전력 비율 정보에 기초하여 상기 통신부를 통해 수신된 무선 신호를 전력 에너지로 변환하는, 무선 통신 단말.
11. 에너지 하베스팅 네트워크 시스템에 포함된 베이스 스테이션이 무선 신호를 통한 데이터 통신 및 전력 공급을 수행하는 방법에 있어서,
    네트워크 환경 정보에 기초하여 통신 파라미터를 결정하는 단계;
    상기 베이스 스테이션 및 무선 전력 전송을 위한 비결합 장치 각각에게 각각의 무선 신호 전송을 위한 시분할 구간을 할당하는 단계; 및
    상기 베이스 스테이션에게 할당된 시분할 구간 동안 무선 통신 단말로 상기 결정된 통신 파라미터에 기초하여 무선 신호를 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 비결합 장치는 상기 무선 통신 단말에게 상기 베이스 스테이션과 독립적인 채널을 통해 전력 전송을 위한 무선 신호를 송신하는 장치인, 방법.
12. 제 11항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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