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KR101889868B1 - 프레임 기반 무선 에너지 전송 방법 및 장치 - Google Patents

프레임 기반 무선 에너지 전송 방법 및 장치 Download PDF

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KR101889868B1
KR101889868B1 KR1020120002767A KR20120002767A KR101889868B1 KR 101889868 B1 KR101889868 B1 KR 101889868B1 KR 1020120002767 A KR1020120002767 A KR 1020120002767A KR 20120002767 A KR20120002767 A KR 20120002767A KR 101889868 B1 KR101889868 B1 KR 101889868B1
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삼성전자주식회사
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Abstract

에너지를 무선으로 전송하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 복수의 수신 디바이스들에게 프레임 단위로 에너지를 전송하고, 상기 복수의 수신 디바이스들로의 에너지 전송 또는 데이터 전송여부에 기초하여 상기 프레임에 포함되는 정보를 결정한다.

Description

프레임 기반 무선 에너지 전송 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR WIRELESS ENERGY TRANSMISSION BASED ON FRAME}
기술분야는 에너지를 무선으로 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
스마트 폰, 태블릿 PC, 랩탑 컴퓨터와 같은 다양한 종류의 휴대용 기기들이 증가하고 있다. 또한 무선 랜 및 블루투스 등의 근거리 통신이 발전함에 따라 동일 사용자 혹은 다른 사용자의 휴대용 기기들 간의 정보 교환뿐만 아니라 여러 휴대용 기기에서 단일 어플리케이션을 구성하여 동작하는 시스템이 증가하고 있다. 이러한 시스템의 대부분은 휴대용 기기로 구성되어 있는데, 현재 휴대용 기기의 배터리는 충전 용량의 한계에 봉착하여 기존 보다 자주 충전이 요구된다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위한 방법중의 하나로 주목 받는 것이 근거리 무선 전력 전송이다.
근거리 무선 전력 전송이라 함은 동작 주파수에서 파장의 길이에 비해 송수신 코일간의 거리가 충분히 작은 경우를 의미한다. 공진 특성을 이용하는 무선 전력 송수신 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다. 무선 전력을 전송하고 수신하는 과정에서 소스와 타겟은 제어 정보를 공유할 필요가 있다.
일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 복수의 수신 디바이스들에게 프레임 단위로 에너지를 전송하는 전송부 및 상기 복수의 수신 디바이스들로의 에너지 전송 또는 데이터 전송여부에 기초하여 상기 프레임에 포함되는 정보를 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 전송부는 제1 에너지 프레임의 전송을 완료한 다음, 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제2 에너지 프레임을 전송할 수 있다.
상기 제1 에너지 프레임은 상기 복수의 수신 디바이스들이 상기 에너지 프레임을 수신하는데 필요한 사전 정보를 포함하는 프리앰블(Preamble), 제어 정보를 포함하는 에너지 프레임 헤더(EFH, Energy Frame Header) 및 상기 복수의 수신 디바이스들에게 전송하는 에너지를 포함하는 에너지 프레임 바디(EFD, Energy Frame Body)를 포함할 수 있다.
상기 프리앰블은 상기 제1 에너지 프레임의 검출 및 상기 에너지가 전송되는 채널의 추정에 필요한 정보를 포함할 수 있다.
상기 에너지 프레임 헤더는 상기 제1 에너지 프레임의 길이 정보, 상기 제1 에너지 프레임을 전송하는 송신 디바이스의 ID(Identification) 정보, 상기 제1 에너지 프레임을 수신하는 수신 디바이스의 ID 정보 및 상기 복수의 수신 디바이스들의 ID 정보를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)의 시간 이후, 복수의 송신 디바이스들 간의 에너지 전송 채널 점유를 위한 경쟁(contention)을 제어할 수 있다.
상기 경쟁은 슬롯 타임(slot time)을 기본 시간 단위로 하여 진행될 수 있고, 상기 슬롯 타임은 상기 기 설정된 에너지 프레임 간 간격 임을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 수퍼-프레임(super-frame) 구조로 에너지 프레임 바디에 데이터 프레임을 삽입하고, 상기 전송부는 프레임 단위로 에너지 및 데이터를 전송할 수 있다.
상기 전송부는 상기 에너지 프레임 바디의 구간 내에서 제1 데이터 프레임의 전송을 완료한 다음, 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제2 데이터 프레임을 전송할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 상기 제1 데이터 프레임을 수신한 수신 디바이스로부터 응답 신호를 수신하는 수신부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 데이터 프레임은 상기 제1 데이터 프레임의 시작을 나타내는 스타트 오브 프레임(SOF, Start Of Frame), 제어 정보를 포함하는 데이터 프레임 헤더(DFH, Data Frame Header) 및 데이터 정보를 포함하는 데이터 프레임 바디(DFB, Data Frame Body)를 포함할 수 있다.
상기 데이터 프레임 헤더는 상기 제1 데이터 프레임의 길이 정보, 상기 제1 데이터 프레임의 타입 정보, 상기 제1 데이터 프레임을 전송하는 송신 디바이스의 ID 정보, 상기 제1 데이터 프레임을 수신하는 수신 디바이스의 ID 정보 및 MCS(Modulation and Coding Scheme) 정보를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 이후, 상기 제1 데이터 프레임을 송신하는 송신 디바이스와 상기 제1 데이터 프레임을 수신하는 수신 디바이스 간의 데이터 전송 채널 점유를 위한 경쟁(contention)을 제어할 수 있다.
상기 경쟁은 슬롯 타임(slot time)을 기본 시간 단위로 하여 진행될 수 있고, 상기 슬롯 타임은 상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격 임을 특징으로 할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 상기 프리앰블에 포함된 정보를 이용하여 송신 디바이스에서 수신 디바이스로의 다운링크(downlink) 트레이닝 및 상기 수신 디바이스로부터 상기 송신 디바이스로의 업링크(uplink) 트레이닝을 수행하는 트레이닝부를 더 포함할 수 있다.
상기 트레이닝부는 상기 송신 디바이스와 상기 수신 디바이스 간에 전이중(full duplex) 방식으로 통신하는 경우, 상기 다운링크 트레이닝 및 상기 업링크 트레이닝을 동시에 수행할 수 있다.
일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 송신 디바이스로부터 프레임 단위로 에너지를 수신하는 수신부 및 상기 수신하는 프레임에 포함된 정보에 기초하여 수신 디바이스의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 수신부는 최소 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)으로 에너지 프레임들을 수신할 수 있다.
상기 제어부는 상기 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 상기 에너지 프레임을 검출하는 검출부, 상기 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 상기 에너지 프레임이 전송되는 채널을 추정하는 채널 추정부 및 상기 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 상기 수신 디바이스의 동작 스위치의 시간 동기를 추정하는 동기 추정부를 포함할 수 있다.
상기 수신부는 에너지 프레임 바디의 구간 내에서, 최소 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)으로, 데이터 프레임들을 수신할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치는 상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 상기 수신 디바이스로부터 상기 송신 디바이스로 데이터 프레임을 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 전송 방법은 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 복수의 수신 디바이스들에게 프레임 단위로 에너지를 전송하는 단계 및 상기 복수의 수신 디바이스들로의 에너지 전송 또는 데이터 전송여부에 기초하여 상기 프레임에 포함되는 정보를 결정하는 단계를 포함한다.
유/무선으로 전력을 송수신할 수 있는 프레임워크(framework)에 관한 기술로, 프레임 단위의 에너지를 전송함으로써, 적어도 하나의 단말이 존재할 경우 단말 간에 전력을 주고 받을 수 있도록 할 수 있다. 또한, 단말들 간에 전력을 송수신함과 동시에 데이터 전송도 가능하게 할 수 있다.
프레임 단위로 에너지를 전송함으로써, 휴대용 기기에 무선으로 전력을 공급할 수 있으며, 필요에 따라 다중 단말들 간에 전력을 서로 공유 할 수도 있다. 또한, 일 측면에 있어서, 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 전원 소스가 없는 장치에 전력을 공급하고 동시에 데이터를 송수신할 수 있게 함으로써, 저전력 센서, 무전원 기기와의 전력 공급 및 통신에도 이용될 수 있다.
또한, 프레임 기반으로 에너지를 전송하고, 매 프레임의 초반에 프리앰블을 전송함으로써 단말이 이동하는 경우에도 에너지를 전송할 수 있다.
에너지 프레임의 바디에 데이터 프레임을 삽입하는 수퍼 프레임 구조를 이용함으로써, 에너지 전송 단말과 복수의 에너지 수신 단말간에 에너지의 송수신 중에 효과적인 데이터의 송수신도 가능하다. 즉, 네트워크 상황에서 에너지 및 데이터 동시 전송이 가능하다.
프리앰블을 이용하여 에너지 및 데이터 전송을 위한 상향링크 및 하향링크 채널의 트레이닝을 한번에 수행하고, 이때 추출된 파라미터를 에너지 프레임의 헤더를 통해 에너지 전송 단말 및 에너지 수신 단말이 공유함으로써 낮은 트레이닝 오버헤드(overhead)로 신속하게 에너지 및 데이터를 송수신 할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 입력부와 전력 전송부, 수신부와 전력 출력부가 캐패시터 및 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치가 적용될 수 있는 시나리오를 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치가 적용되는 네트워크 상황에서의 전력 및 데이터 전송의 토폴로지(topology)를 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치의 블록도이다.
도 6은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치의 블록도이다.
도 7은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 전송하는 에너지 프레임을 나타낸 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 전송하는 에너지 프레임의 트랜젝션(transaction)을 나타낸 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 에너지 및 데이터를 동시에 전송하기 위해 이용하는 수퍼 프레임 구조의 데이터 프레임을 나타낸 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 전송하는 데이터 프레임의 트랜젝션(transaction)을 나타낸 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치와 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치간에 수행하는 트레이닝을 나타낸 도면이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 무선 전력을 이용한 통신 시스템에 대해 설명하면, 무선 전력을 이용한 통신 시스템은 전원 소스가 없는 정보 저장 장치의 원격 제어에 응용될 수 있다. 무선 전력을 이용한 통신 시스템은 정보 저장 장치에 원격으로 장치를 구동할 수 있는 전력을 공급함과 동시에, 무선으로 저장 장치에 저장된 정보를 불러오는 시스템에 응용될 수 있다.
무선 전력을 이용한 통신 시스템은 신호의 발생을 위해 전원 공급 장치로부터 에너지를 소스 공진기에 저장하고, 전원 공급 장치와 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치를 오프 시킴으로써, 소스 공진기의 자체 공진을 유도할 수 있다. 자체 공진 하는 소스 공진기와 상호 공진을 할 만큼 충분히 가까운 거리에 소스 공진기의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지는 타겟 공진기가 존재하는 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진 현상이 발생한다.
소스 공진기는 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받는 공진기를 의미하고, 타겟 공진기는 상호 공진 현상에 의해 에너지를 전달받는 공진기를 의미한다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 입력부와 전력 전송부, 수신부와 전력 출력부가 캐패시터 및 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력을 이용한 통신 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 무선 전력을 이용한 통신 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함한다.
무선 전력 전송 장치는 전력 입력부(110), 전력 전송부(120) 및 스위치부(130)를 포함한다. 전력 입력부(110)는 전원 공급 장치를 이용하여 캐패시터에 에너지를 저장한다. 스위치부(130)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 전력 입력부(110)에 캐패시터를 연결하고, 캐패시터에 저장된 에너지를 방전하는 동안에는 전력 입력부(110)에 연결되었던 캐패시터를 전력 전송부(120)에 연결한다. 스위치부(130)는 캐패시터가 동시에 전력 입력부(110) 및 전력 전송부(120)에 연결되지 않도록 한다.
전력 전송부(120)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 상호 공진을 통하여 수신부(140)로 전달(transferring)한다. 보다 구체적으로 전력 전송부(120)의 송신 코일(L1)은 수신부(130)의 수신 코일(L2)과의 상호 공진을 통해 전력을 전달한다. 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2) 간에 발생하는 상호 공진의 정도는 상호 인덕턴스 M의 영향을 받는다.
전력 전송부(120)는 캐패시터에 저장된 에너지를 심볼 단위마다 양자화하여 전송할 수 있다. 즉, 전력 전송부(120)는 심볼 단위마다 전송되는 에너지의 양을 다르게 제어함으로써, 정보를 전송할 수 있다. 여기서 심볼 단위는 소스와 타겟 간에 하나의 비트 정보가 전달되는 단위로, 스위치부(130)의 동작을 통하여 캐패시터에 에너지가 한 번 충전되고, 방전되는 기간을 의미할 수 있다.
전력 입력부(110)는 입력 전압(VDC), 내부 저항(Rin) 및 캐패시터(C1)로, 전력 전송부(120)는 전력 전송부(120)에 대응하는 물리적 성질을 반영하여, 기초 회로 소자(R1, L1, C1)로, 스위치부(130)는 복수의 스위치들로 모델링 될 수 있다. 스위치로는 온/오프 기능을 수행할 수 있는 능동소자가 사용될 수 있다. R은 저항 성분, L은 인덕터 성분, C는 캐패시터 성분을 의미한다. 입력 전압(VDC) 중 캐패시터(C1)에 걸리는 전압은 Vin으로 표시될 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 수신부(140), 전력 출력부(150) 및 스위치부(160)를 포함한다. 수신부(140)는 전력 전송부(120)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 수신부(140)는 수신한 전자기 에너지를 연결된 캐패시터들에 저장한다. 스위치부(160)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 수신부(140)에 캐패시터를 연결하고, 캐패시터에 저장된 에너지를 부하에 전달하는 동안에는 수신부(140)에 연결되었던 캐패시터를 전력 출력부(150)에 연결한다. 스위치부(160)는 캐패시터가 동시에 수신부(140) 및 전력 출력부(150)에 연결되지 않도록 한다.
보다 구체적으로 수신부(140)의 수신 코일(L2)은 전력 전송부(120)의 송신 코일(L1)과의 상호 공진을 통하여 전력을 수신할 수 있다. 수신된 전력을 통하여 수신 코일(L2)과 연결된 캐패시터가 충전될 수 있다. 전력 출력부(150)는 캐패시터에 충전된 전력을 배터리로 전달한다. 전력 출력부(150)는 배터리 대신, 부하 또는 타겟 디바이스에 전력을 전달할 수 있다.
수신부(140)는 전력 전송부(120)로부터 심볼 단위로 에너지를 수신하여, 수신한 에너지의 양에 따라 소스에서 전송된 정보를 복조할 수 있다.
수신부(140)는 수신부(140)에 대응하는 물리적 성질을 기초 회로 소자(R2, L2, C2)로, 전력 출력부(150)는 연결되는 캐패시터(C2) 및 배터리로, 스위치부(160)는 복수의 스위치들로 모델링 될 수 있다. 수신 코일(L2)에서 수신되는 에너지 중, 캐패시터(C2)에 걸리는 전압은 Vout으로 표시될 수 있다.
위와 같이 전력 입력부(110)와 전력 전송부(120), 수신부(140)와 전력 출력부(150)를 물리적으로 분리하여 전력을 전송하는 이른바 RI(Resonator Isolation) 시스템은 임피던스 매칭을 사용한 기존의 방식에 비하여 여러 가지의 장점을 가진다. 첫째, DC 전원으로부터 소스 공진기에 직접 전력 공급이 가능하기 때문에, 전력 증폭기를 사용하지 않을 수 있다. 둘째, 수신단의 캐패시터에 충전된 전력에서 에너지를 채득(capture)하기 때문에, 정류기를 통한 정류작업이 필요 없다. 셋째, 임피던스 매칭을 할 필요가 없으므로 전송 효율이 송신단과 수신단 사이의 거리변화에 민감하지 않다. 또한, 복수의 송신단 및 복수의 수신단을 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로의 확장이 용이하다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력을 이용한 통신 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 즉, 무선 전력을 이용한 통신 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함한다.
무선 전력 전송 장치는 전력 충전부(210), 제어부(220) 및 전송부(230)를 포함할 수 있다. 전력 충전부(210)는 전원 공급 장치(Vin)와 저항(Rin)으로 구성될 수 있다. 소스 공진기는 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)로 구성될 수 있다. 전송부(230)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 소스 공진기에 저장된 에너지를 전송할 수 있다. 제어부(220)는 전력 충전부(210)로부터 소스 공진기에 전력을 공급하기 위해 스위치를 온(on) 할 수 있다. 전원 공급 장치(Vin)로부터 캐패시터(C1)에 전압이 인가되고, 인덕터(L1)에 전류가 인가될 수 있다. 정상 상태에 도달하게 되면, 캐패시터(C1)에 인가되는 전압은 0이되고, 인덕터(L1)에 흐르는 전류 는 Vin/ Rin의 값을 가지게 된다. 정상 상태에서 인덕터(L1)에는 인가되는 전류를 통하여 전력이 충전된다.
제어부(220)는 정상 상태에서 소스 공진기에 충전된 전력이 소정 값에 도달하면, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 소정 값에 대한 정보는 제어부(220)에 설정될 수 있다. 전력 충전부(210)와 전송부(230)는 분리된다. 이때, 소스 공진기는 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)간에 자체 공진을 시작한다. 상호 인덕턴스 M(270)를 고려한, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여, 소스 공진기에 저장된 에너지는 타겟 공진기로 전달될 수 있다. 이때, 소스 공진기의 공진 주파수(f1)와 타겟 공진기의 공진 주파수(f2)는 동일하다.
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전송부(230)는 소스 공진기에 저장된 에너지를 심볼 단위마다 양자화하여 전송할 수 있다. 즉, 전송부(230)는 심볼 단위마다 전송되는 에너지의 양을 다르게 제어함으로써, 정보를 전송할 수 있다. 여기서 심볼 단위는 소스와 타겟 간에 하나의 비트 정보가 전달되는 단위로, 제어부(220)의 동작을 통하여 캐패시터에 에너지가 한 번 충전되고, 방전되는 기간을 의미할 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 충전부(240), 제어부(250) 및 전력 출력부(260)를 포함할 수 있다. 타겟 공진기는 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)로 구성될 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진을 할 때는 소스 공진기는 전원 공급 장치(Vin)와 분리되어 있고, 타겟 공진기는 부하(LOAD) 및 캐패시터(CL)와 분리되어 있다. 타겟 공진기의 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)는 상호 공진을 통하여 전력을 충전할 수 있다. 제어부(250)는 타겟 공진기에 전력을 충전하기 위해, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 스위치가 오프인 동안, 타겟 공진기의 공진 주파수와 소스 공진기의 공진 주파수는 일치하여, 상호 공진이 발생할 수 있다. 제어부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 소정 값에 도달하면, 스위치를 온(on)할 수 있다. 소정 값에 대한 정보는 제어부(250)에 설정될 수 있다. 스위치가 온 되면, 캐패시터(CL)이 연결되어, 타겟 공진기의 공진 주파수가 변경된다.
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따라서, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진이 종료된다. 보다 구체적으로는 타겟 공진기의 Q를 고려하여, f2'이 f2보다 충분히 작다면, 상호 공진 채널이 소멸할 수 있다. 또한, 전력 출력부(260)는 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)에 충전된 전력을 부하(LOAD)에 전달할 수 있다. 전력 출력부(260)는 부하(LOAD)의 필요에 적합한 방식으로 전력을 전달할 수 있다.
제어부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 소정 값 미만의 값을 갖게되면, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 충전부(240)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 다시 타겟 공진기에 전력을 충전할 수 있다.
충전부(240)는 전송부(230)로부터 심볼 단위로 에너지를 수신하여, 수신한 에너지의 양에 따라 소스에서 전송된 정보를 복조할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진이 발생할 때는 스위치가 연결되지 않는다. 따라서, 스위치의 연결에 따른 전송 효율의 감소를 예방할 수 있다.
도 1의 경우와 비교하여, 캐패시터에 충전된 에너지를 전달하는 방식에 비해 타겟 공진기에 저장된 에너지의 채득(capture) 시점을 제어하는 것이 좀 더 용이하다. 캐패시터에 충전된 에너지를 전달하는 방식은 캐패시터에 충전된 에너지만 채득을 할 수 있지만, 공진 주파수를 변경하여 에너지를 채득하는 방식은 타겟 공진기의 인덕터 및 캐패시터에 저장된 에너지를 채득하므로, 에너지의 채득 시점에 대한 자유도가 향상된다.
RI(Resonator Isolation) 시스템의 송신단은 전력 혹은 데이터의 전송을 위해 스위치의 연결을 통해 소스 공진기에 에너지의 충전과 방전과정을 반복 수행한다. 이러한 한 번의 에너지의 충전과 방전 과정을 하나의 심볼로 정의할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치가 적용될 수 있는 시나리오를 나타낸 도면이다.
향후 무선 전력 전송 기술이 보편화 되면, 도 3과 같이 다양한 기기간에 무선으로 전력을 주고 받을 수 있는, 에너지 공유 서비스가 가능하게 될 것이다. 유선으로 전력을 공급받는 TV(310)나 desktop PC(380)는 스마트 폰(320,360,370), 로봇 청소기(340), 랩탑(330) 등의 기기에 무선으로 전력을 공급할 수 있다. 또한 TV(310)로부터 전력을 공급 받은 랩탑(330) 또는 로봇 청소기(340)는 에너지를 주변 스마트 폰(320,360,370)이나 태블릿 PC(350) 등과 공유할 수도 있으며, 경우에 따라서는 스마트 폰(320,360,370) 간에도 전력을 주고 받을 수 있다.
이러한 에너지 공유 시나리오에서는 다수의 에너지 전송 단말과 다수의 에너지 수신 단말이 존재할 수 있다. 다수의 에너지 전송 단말 및 다수의 에너지 수신 단말이 있는 네트워크 상황에서도, 기존 무선 통신에서와 같이 특정 전송 단말이 특정 수신 단말로 에너지를 전송할 수 있어야 하며, 다수의 전송 단말들간에 무선 전력 전송 채널의 공유 또한 효과적으로 이루어 질 필요가 있다.
일 실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 에너지 공유 시나리오와 같은 다중 단말 대 다중 단말(MP2MP, multi-point to multi-point)이 위치한 상황에서 효과적으로 전력을 주고받을 수 있는 다중 단말간 에너지 공유 프레임워크를 제공할 수 있다.
또한 전력을 주고 받는 동안 데이터의 동시 전송도 가능하게 하며, 이러한 전력 및 데이터 전송을 위한 효과적인 양방향 트레이닝 기법도 제공할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치가 적용되는 네트워크 상황에서의 전력 및 데이터 전송의 토폴로지(topology)를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 복수의 네트워크들로 구성된 시스템에서 Network 1에는 하나의 에너지 전송 단말과 복수의 에너지 수신 단말이 위치할 수 있다. 이때, 에너지 전송 단말(ETX, Energy Transmitter)과 복수의 에너지 수신 단말(ERX, Energy Receiver)들은 에너지와 데이터를 주고 받을 수 있다.
각각의 ETX 및 ERX는 고유의 ID(Identification)를 가질 수 있다. 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 복수의 에너지 전송 단말들과 복수의 에너지 수신 단말들이 존재하는 경우, 효과적으로 에너지 및 데이터를 송수신하기 위해 에너지를 프레임 단위로 전송할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 트레이닝부(510), 제어부(520), 전송부(530) 및 수신부(540)를 포함한다.
전송부(530)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 복수의 수신 디바이스들에게 프레임 단위로 에너지를 전송한다. 전송부(530)는 에너지 프레임 단위로 에너지를 전송할 수 있다. 에너지 프레임은 에너지 전송에 사용되는 프레임을 의미한다.
전송부(530)는 제1 에너지 프레임의 전송을 완료한 다음, 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제2 에너지 프레임을 전송할 수 있다. 기 설정된 에너지 프레임 간 간격은 제1 에너지 프레임과 제2 에너지 프레임을 구별하기 위해 필요한 최소 시간을 의미한다.
에너지 프레임은 프리앰블(Preamble), 에너지 프레임 헤더(EFH, Energy Frame Header) 및 에너지 프레임 바디(EFD, Energy Frame Body)를 포함할 수 있다.
프리앰블은 에너지 프레임의 초입에 위치하며, 복수의 수신 디바이스들이 에너지 프레임을 수신하는데 필요한 사전 정보를 포함할 수 있다. 프리앰블은 상기 에너지 프레임의 검출 및 에너지가 전송되는 채널의 추정에 필요한 정보를 포함할 수 있다.
에너지 프레임 헤더는 제어 정보를 포함할 수 있다. 제어 정보는 송신 디바이스와 수신 디바이스의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다. 에너지 프레임 헤더는 에너지 프레임의 길이 정보, 에너지 프레임을 전송하는 송신 디바이스의 ID(Identification) 정보, 에너지 프레임을 수신하는 수신 디바이스의 ID 정보 및 복수의 수신 디바이스들의 ID 정보를 포함할 수 있다.
에너지 프레임 바디는 복수의 수신 디바이스들에게 전송하는 에너지를 포함할 수 있다. 에너지 프레임 바디에 해당하는 에너지는 수신 디바이스들을 충전하는 에너지를 의미할 수 있다.
제어부(520)는 복수의 수신 디바이스들로의 에너지 전송 또는 데이터 전송여부에 기초하여 프레임에 포함되는 정보를 결정한다. 프레임에 포함되는 정보에는 데이터 정보가 포함될 수 있다.
제어부(520)는 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)의 시간 이후, 복수의 송신 디바이스들 간의 에너지 전송 채널 점유를 위한 경쟁(contention)을 제어할 수 있다. 복수의 송신 디바이스들은 경쟁을 통해 채널의 사용여부를 결정할 수 있다. 예를 들면, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)와 같이 경쟁 윈도우 안에서 복수의 송신 디바이스들은 채널의 캐리어 센싱 및 백오프 카운터를 이용하여, 채널의 사용여부를 결정할 수 있다.
경쟁은 슬롯 타임(slot time)을 기본 시간 단위로 하여 진행될 수 있고, 슬롯 타임은 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS)에 대응하는 시간으로 결정될 수 있다.
제어부(520)는 수퍼-프레임(super-frame) 구조로 에너지 프레임 바디에 데이터 프레임을 삽입하고, 전송부(520)는 프레임 단위로 에너지 및 데이터를 전송할 수 있다. 송신 디바이스가 수신 디바이스로 데이터를 전송하기로 결정하는 경우, 제어부(520)는 에너지 프레임에 데이터에 관한 정보를 프레임 형식으로 포함시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기에 저장된 에너지의 양에 따라 데이터를 맵핑하여 맵핑된 심볼을 전송할 수 있다. 따라서, 제어부(520)는 에너지 프레임 바디를 통해 전송되는 에너지 중, 소정 구간에서 전송되는 에너지의 양에 따라 데이터를 맵핑하여 맵핑된 심볼을 전송할 수 있다. 여기서, 에너지의 양에 따라 맵핑된 심볼은 데이터 프레임 형식으로 전송될 수 있다.
전송부(520)는 에너지 프레임 바디의 구간 내에서 제1 데이터 프레임의 전송을 완료한 다음, 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제2 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 기 설정된 데이터 프레임 간 간격은 제1 데이터 프레임과 제2 데이터 프레임을 구별하기 위해 필요한 최소 시간을 의미한다.
수신부(540)는 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제1 데이터 프레임을 수신한 수신 디바이스로부터 응답 신호를 수신할 수 있다. 기 설정된 데이터 프레임 간 간격은 전송하는 데이터 프레임과 수신하는 데이터 프레임을 구별하기 위해 필요한 최소 시간을 의미할 수도 있다. 응답 신호는 ACK, NACK와 같은 신호를 의미할 수 있다.
데이터 프레임은 스타트 오브 프레임(SOF, Start Of Frame), 데이터 프레임 헤더(DFH, Data Frame Header) 및 데이터 프레임 바디(DFB, Data Frame Body)를 포함할 수 있다.
스타트 오브 프레임(SOF)은 데이터 프레임의 초입에 위치하여 데이터 프레임의 시작을 나타낸다.
데이터 프레임 헤더(DFH)는 제어 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 제어정보는 송신 디바이스와 수신 디바이스가 데이터를 송수신하는데 필요한 정보를 의미한다. 데이터 프레임 헤더는 데이터 프레임의 길이 정보, 데이터 프레임의 타입 정보, 데이터 프레임을 전송하는 송신 디바이스의 ID 정보, 데이터 프레임을 수신하는 수신 디바이스의 ID 정보 및 MCS(Modulation and Coding Scheme) 정보를 포함할 수 있다. 데이터 프레임의 타입 정보는 data/management/ACK/NACK 등과 같은 데이터 프레임의 세부 형식을 나타낼 수 있다.
데이터 프레임 바디(DFB)는 데이터 정보를 포함할 수 있다. 여기서 데이터 정보는 송신 디바이스가 수신 디바이스로 전달하려는 실질 데이터를 의미한다. 데이터 프레임 바디는 FCS(Frame Check Sequence)를 포함할 수 있다.
데이터 프레임은 경우에 따라 ACK, NACK 등과 같은 ARQ(Automatic Repeat Request) 프레임일 수 있다. ARQ 프레임의 경우에는 데이터 프레임 바디 부분이 데이터 프레임에서 생략될 수 있다.
제어부(520)는 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 이후, 데이터 프레임을 송신하는 송신 디바이스와 데이터 프레임을 수신하는 수신 디바이스 간의 데이터 전송 채널 점유를 위한 경쟁(contention)을 제어할 수 있다. 데이터 프레임은 송신 디바이스에서도 전송될 수도 있고, 수신 디바이스에서도 전송될 수 있다. 따라서, 송신 디바이스와 수신 디바이스는 데이터 전송 채널을 점유하기 위해 경쟁할 수 있다.
경쟁은 슬롯 타임(slot time)을 기본 시간 단위로 하여 진행될 수 있고, 슬롯 타임은 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS)에 대응하는 시간으로 결정될 수 있다.
트레이닝부(510)는 프리앰블에 포함된 정보를 이용하여 송신 디바이스에서 수신 디바이스로의 다운링크(downlink) 트레이닝 및 수신 디바이스로부터 송신 디바이스로의 업링크(uplink) 트레이닝을 수행할 수 있다.
다운링크 트레이닝은 송신 디바이스에서 수신 디바이스로 전송하는 에너지 프레임 및 데이터 프레임의 디코딩에 필요한 정보를 획득하는 과정을 의미한다. 예를 들면, 다운링크 트레이닝을 통해 에너지가 전송되는 채널의 상태가 추정될 수 있다.
업링크 트레이닝은 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 전송하는 데이터 프레임의 디코딩에 필요한 정보를 획득하는 과정을 의미한다. 예를 들면, 업링크 트레이닝을 통해 업링크 채널의 상태 추정, 프레임의 검출, 수신 디바이스의 동작 스위치의 시간동기 등이 추정될 수 있다.
트레이닝부(510)는 송신 디바이스와 수신 디바이스 간에 전이중(full duplex) 방식으로 통신하는 경우, 다운링크 트레이닝 및 업링크 트레이닝을 동시에 수행할 수 있다. 전이중 방식에서 송신 디바이스와 수신 디바이스는 동시에 서로 데이터를 주고 받을 수 있다. 트레이닝부(510)는 프리앰블 구간에서 주고 받는 에너지의 파형에 기초하여 다운링크 트레이닝 및 업링크 트레이닝을 동시에 수행할 수 있다.
제어부(520)는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치의 전반적인 제어를 담당하고, 트레이닝부(510), 전송부(530) 및 수신부(540)의 기능을 수행할 수 있다. 도 5의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(520)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(520)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 6은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치는 수신부(610), 제어부(620) 및 전송부(630)를 포함한다.
수신부(610)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 송신 디바이스로부터 프레임 단위로 에너지를 수신한다.
제어부(620)는 수신하는 프레임에 포함된 정보에 기초하여 수신 디바이스의 동작을 제어한다. 프레임에는 수신 디바이스를 충전하는 에너지만 포함될 수도 있고, 송신 디바이스로부터 전달되는 데이터가 데이터 프레임의 형태로 포함될 수도 있다. 제어부(620)는 데이터 프레임을 수신하는 경우, 해당 데이터의 내용에 따라 수신 디바이스의 동작을 제어할 수도 있다.
수신부(610)는 최소 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)으로 에너지 프레임들을 수신할 수 있다. 에너지 프레임 간에 기 설정된 에너지 프레임 간 간격을 둠으로써, 에너지 프레임들이 구별될 수 있다.
제어부(620)는 검출부(621), 채널 추정부(623) 및 동기 추정부(625)를 포함할 수 있다. 검출부(621)는 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 에너지 프레임을 검출할 수 있다. 검출부(621)는 프리앰블에서 스타트 오브 프레임(SOF, Start Of Frame)을 검출함으로써, 에너지 프레임을 검출할 수 있다.
채널 추정부(623)는 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 에너지 프레임이 전송되는 채널을 추정할 수 있다. 채널 추정부(623)는 업링크 트레이닝을 통해 에너지 프레임을 전송하는 채널을 추정할 수 있다. 또한, 채널 추정부(623)는 다운링크 트레이닝을 통해 에너지 프레임을 수신하는 채널을 추정할 수 있다.
동기 추정부(625)는 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 수신 디바이스의 동작 스위치의 시간 동기를 추정할 수 있다. 동기 추정부(625)는 업링크 트레이닝을 통해 동작 스위치의 시간 동기를 추정할 수 있다.
수신부(610)는 에너지 프레임 바디의 구간 내에서, 최소 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)으로, 데이터 프레임들을 수신할 수 있다. 최소 기 설정된 데이터 프레임 간 간격을 둠으로써, 데이터 프레임들이 서로 구별될 수 있다.
전송부(630)는 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 수신 디바이스로부터 상기 송신 디바이스로 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 이때, 데이터 프레임에는 ACK, NACK와 같은 응답 신호가 포함될 수도 있고, 실제 데이터 정보가 포함될 수도 있다.
제어부(620)는 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치의 전반적인 제어를 담당하고, 수신부(610) 및 전송부(630)의 기능을 수행할 수 있다. 도 6의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(620)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(620)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 7은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 전송하는 에너지 프레임을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, EF는 에너지 프레임 (energy frame), IEFS 는 에너지 프레임간 간격(Inter energy frame space), EFH는 에너지 프레임 헤더(energy frame header)를 나타낸다. 각각의 ETX는 에너지를 프레임 단위로 전송할 수 있다.
에너지 프레임의 전송이 종료되고 다음 에너지 프레임이 전송 되기 위해서는 최소한 사전에 정의된 IEFS의 시간 동안 IDLE 상태가 유지되어야 한다.
하나의 에너지 프레임은 프리앰블(preamble), 에너지 프레임 헤더(EFH) 및 에너지 프레임 바디(EFB)로 구성 될 수 있다. 프리앰블을 이용하여 ETX가 전송한 에너지 프레임을 ERX가 수신하기 위해, ERX가 필요한 사전 정보를 획득할 수 있도록 하는 트레이닝이 이루어질 수 있다.
프리앰블은 프레임 검출 및 에너지 전송 채널의 추정에 관한 정보, 프레임의 시작(Start of frame: SoF)을 알리는 SoF등을 포함 할 수 있다.
무선 전력 전송기법 중 하나인 Resonator Isolation (RI) 시스템의 경우, 프리앰블 구간 동안 ERX는 프레임 검출 및 ERX의 동작 스위치의 시간 동기 등을 추정할 수 있다.
ETX는 EFH를 통해 각종 제어 정보를 전송할 수 있다. 예를 들어 EFH는 EF의 길이 정보, EF를 전송하는 ETX의 ID 정보 및 EF를 수신할 ERX의 ID 정보를 포함할 수 있다. 에너지 및 데이터의 동시 전송이 가능한 경우, EFH는 이후 전송할 데이터 프레임의 MCS(Modulation and Coding Scheme) 정보도 포함할 수 있다. EFH 이후의 에너지 프레임 바디를 통해 ETX는 ERX에게 에너지를 전송할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 전송하는 에너지 프레임의 트랜젝션(transaction)을 나타낸 도면이다.
하나의 에너지 프레임 E frame의 전송이 종료되면, 다수의 ETX들이 에너지 프레임을 전송하기 위해 경쟁(contention)을 수행할 수 있다. 경쟁을 시작하기 전 최소한 사전에 정의된 IEFS의 시간 동안, 채널은 IDLE 상태를 유지한다. 경쟁은 IEFS 이후 슬롯 타임(slot time)을 기본으로 수행 될 수 있다. 만약 ETX가 하나만 있는 상황이라면 ETX는 하나의 에너지 프레임 전송이 완료되고, IEFS 이후 바로 다음 에너지 프레임을 전송할 수 있다. IEFS의 시간을 슬롯 타임으로 사용할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 에너지 및 데이터를 동시에 전송하기 위해 이용하는 수퍼 프레임 구조의 데이터 프레임을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, DF는 데이터 프레임 (data frame), IDFS는 데이터 프레임간 간격(Inter data frame space), ARQ는 automatic repeat request, FCS는 frame check sequence를 나타낸다.
에너지 프레임 바디 구간 내에서 데이터 프레임은 최소 IDFS의 간격으로 순차적으로 전송 될 수 있다.
데이터 프레임은 SoF, data frame header (DFH) 및 data frame body (DFB)로 구성될 수 있다. SoF는 데이터 프레임의 시작을 알려 준다. DFH는 DF의 길이 정보, DF의 type 정보, 데이터 프레임을 주고 받는 ETX 및 ERX의 ID 정보 및 MCS 정보를 포함할 수 있다. DFB는 실제 데이터 정보 및 FCS를 포함할 수 있다.
DF는 경우에 따라 Ack, Nack 등과 같은 ARQ 프레임일 수 있으며, ARQ 프레임은 DFB를 포함하지 않을 수 있다.
DFH에 포함될 수 있는 DF의 type 정보는 data/management/Ack/Nack 등과 같은 데이터 프레임의 세부 형식을 나타낸다.
ETX는 ERX로 DF(910)을 전송할 수 있다. ERX는 ETX로 IDFS(950)가 경과한 후, ARQ 프레임(920)을 전송할 수 있다. IDFS(960)이 경과한 후, ETX와 ERX 간에 경쟁이 이루어질 수 있으며, ERX는 ETX로 DF(930)을 전송할 수 있다. . ERX는 ETX로 IDFS가 경과한 후, ARQ 프레임(940)을 전송할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치에서 전송하는 데이터 프레임의 트랜젝션(transaction)을 나타낸 도면이다.
하나의 데이터 프레임 전송이 종료되면, 최소 IDFS(1010, 1020) 의 시간 동안 데이터 전송 채널은 IDLE 상태를 유지한다. 경쟁(contention)은 IDFS(1010) 이후 슬롯 타임(slot time)을 기본으로 하여 수행 될 수 있다. IDFS(1010)의 시간은 슬롯 타임으로 사용할 수 있으며, 이때의 슬롯 타임은 에너지 프레임 전송에서 사용된 슬롯 타임과 구별될 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치와 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치간에 수행하는 트레이닝을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 프리앰블 구간 동안 ETX는 프리앰블을 이용하여 ETX에서 ERX로 전송하는 에너지 프레임 및 데이터 프레임의 디코딩을 위한 다운링크 트레이닝(traning)(1110)을 수행한다. 그 후 ERX는 업링크 트레이닝(1120)을 수행한다.
에너지와 데이터의 동시 전송이 가능한 경우, ETX가 전송하는 에너지 프레임의 프리앰블 구간에 ERX도 ETX를 향한 트레이닝, 즉 업링크 트레이닝이 가능하다.
전이중 방식(Full Duplex) 통신이 가능한 경우 업링크 및 다운링크 트레이닝이 동시(1130)에 수행 될 수도 있다.
프리앰블 이후 ETX는 프리앰블을 이용해 추정한 파라미터 값을 EFH에 포함하여 전송할 수 있다. 예를 들면, 업링크 및 다운링크 채널의 상태를 추정하여 업링크 및 다운링크에 사용할 MCS 정보를 EFH에 포함하여 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치는 EF의 프리앰블을 이용해 업링크 및 다운링크 트레이닝을 하나의 트랜젝션(transaction)에서 수행하고, 트랜젝션을 통해 획득한 파라미터 값들을 EFH에 포함하여 전송할 수 있다.
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (22)

  1. 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 복수의 수신 디바이스들에게 프레임 단위로 에너지를 전송하는 전송부; 및
    상기 복수의 수신 디바이스들로의 에너지 전송 또는 데이터 전송여부에 기초하여 상기 프레임에 포함되는 정보를 결정하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 프레임은 상기 에너지를 포함한 에너지 프레임 바디를 포함하고,
    상기 에너지 프레임 바디는 적어도 하나의 데이터 프레임을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 데이터 프레임은 데이터 정보를 포함한 데이터 프레임 바디를 포함하는,
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송부는
    제1 에너지 프레임의 전송을 완료한 다음, 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제2 에너지 프레임을 전송하는
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 에너지 프레임은
    상기 복수의 수신 디바이스들이 상기 에너지 프레임을 수신하는데 필요한 사전 정보를 포함하는 프리앰블(Preamble), 제어 정보를 포함하는 에너지 프레임 헤더(EFH, Energy Frame Header) 및 상기 복수의 수신 디바이스들에게 전송하는 에너지를 포함하는 에너지 프레임 바디(EFD, Energy Frame Body)
    를 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프리앰블은
    상기 제1 에너지 프레임의 검출 및 상기 에너지가 전송되는 채널의 추정에 필요한 정보
    를 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 프레임 헤더는
    상기 제1 에너지 프레임의 길이 정보, 상기 제1 에너지 프레임을 전송하는 송신 디바이스의 ID(Identification) 정보, 상기 제1 에너지 프레임을 수신하는 수신 디바이스의 ID 정보 및 상기 복수의 수신 디바이스들의 ID 정보
    를 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)의 시간 이후, 복수의 송신 디바이스들 간의 에너지 전송 채널 점유를 위한 경쟁(contention)을 제어하는
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경쟁은
    슬롯 타임(slot time)을 기본 시간 단위로 하여 진행될 수 있고, 상기 슬롯 타임은 상기 기 설정된 에너지 프레임 간 간격임을 특징으로 하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 수퍼-프레임(super-frame) 구조로 에너지 프레임 바디에 데이터 프레임을 삽입하고,
    상기 전송부는 프레임 단위로 에너지 및 데이터를 전송하는
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전송부는
    상기 에너지 프레임 바디의 구간 내에서 제1 데이터 프레임의 전송을 완료한 다음, 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 제2 데이터 프레임을 전송하는
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 상기 제1 데이터 프레임을 수신한 수신 디바이스로부터 응답 신호를 수신하는 수신부
    를 더 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 데이터 프레임은
    상기 제1 데이터 프레임의 시작을 나타내는 스타트 오브 프레임(SOF, Start Of Frame), 제어 정보를 포함하는 데이터 프레임 헤더(DFH, Data Frame Header) 및 데이터 정보를 포함하는 데이터 프레임 바디(DFB, Data Frame Body)
    를 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 데이터 프레임 헤더는
    상기 제1 데이터 프레임의 길이 정보, 상기 제1 데이터 프레임의 타입 정보, 상기 제1 데이터 프레임을 전송하는 송신 디바이스의 ID 정보, 상기 제1 데이터 프레임을 수신하는 수신 디바이스의 ID 정보 및 MCS(Modulation and Coding Scheme) 정보
    를 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 이후, 상기 제1 데이터 프레임을 송신하는 송신 디바이스와 상기 제1 데이터 프레임을 수신하는 수신 디바이스 간의 데이터 전송 채널 점유를 위한 경쟁(contention)을 제어하는
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 경쟁은
    슬롯 타임(slot time)을 기본 시간 단위로 하여 진행될 수 있고, 상기 슬롯 타임은 상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격 임을 특징으로 하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 프리앰블에 포함된 정보를 이용하여 송신 디바이스에서 수신 디바이스로의 다운링크(downlink) 트레이닝 및 상기 수신 디바이스로부터 상기 송신 디바이스로의 업링크(uplink) 트레이닝을 수행하는 트레이닝부
    를 더 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 트레이닝부는
    상기 송신 디바이스와 상기 수신 디바이스 간에 전이중(full duplex) 방식으로 통신하는 경우, 상기 다운링크 트레이닝 및 상기 업링크 트레이닝을 동시에 수행하는
    프레임 기반 무선 에너지 전송 장치.
  17. 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 송신 디바이스로부터 프레임 단위로 에너지를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신하는 프레임에 포함된 정보에 기초하여 수신 디바이스의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 프레임은 상기 에너지를 포함한 에너지 프레임 바디를 포함하고,
    상기 에너지 프레임 바디는 적어도 하나의 데이터 프레임을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 데이터 프레임은 데이터 정보를 포함한 데이터 프레임 바디를 포함하는,
    프레임 기반 무선 에너지 수신 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 수신부는
    최소 기 설정된 에너지 프레임 간 간격(IEFS, Inter Energy Frame Space)으로 에너지 프레임들을 수신하는
    프레임 기반 무선 에너지 수신 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 상기 에너지 프레임을 검출하는 검출부;
    상기 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 상기 에너지 프레임이 전송되는 채널을 추정하는 채널 추정부; 및
    상기 에너지 프레임의 프리앰블(Preamble)에 포함된 정보에 기초하여 상기 수신 디바이스의 동작 스위치의 시간 동기를 추정하는 동기 추정부
    를 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 수신부는
    에너지 프레임 바디의 구간 내에서, 최소 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)으로, 데이터 프레임들을 수신하는
    프레임 기반 무선 에너지 수신 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 기 설정된 데이터 프레임 간 간격(IDFS, Inter Data Frame Space)의 시간 동안 아이들(Idle)상태를 유지한 이후, 상기 수신 디바이스로부터 상기 송신 디바이스로 데이터 프레임을 전송하는 전송부
    를 더 포함하는 프레임 기반 무선 에너지 수신 장치.
  22. 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 복수의 수신 디바이스들에게 프레임 단위로 에너지를 전송하는 단계; 및
    상기 복수의 수신 디바이스들로의 에너지 전송 또는 데이터 전송여부에 기초하여 상기 프레임에 포함되는 정보를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 프레임은 상기 에너지를 포함한 에너지 프레임 바디를 포함하고,
    상기 에너지 프레임 바디는 적어도 하나의 데이터 프레임을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 데이터 프레임은 데이터 정보를 포함한 데이터 프레임 바디를 포함하는,
    프레임 기반 무선 에너지 전송 방법.
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