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KR20200088584A - Wireless transmit receive system for transmits data and power at the same time - Google Patents

Wireless transmit receive system for transmits data and power at the same time Download PDF

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KR20200088584A
KR20200088584A KR1020190005018A KR20190005018A KR20200088584A KR 20200088584 A KR20200088584 A KR 20200088584A KR 1020190005018 A KR1020190005018 A KR 1020190005018A KR 20190005018 A KR20190005018 A KR 20190005018A KR 20200088584 A KR20200088584 A KR 20200088584A
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KR
South Korea
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power
data
transmission
voltage
receiving
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KR1020190005018A
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Korean (ko)
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KR102190132B1 (en
Inventor
이윤식
전승준
유현섭
Original Assignee
주식회사 센서위드유
울산과학기술원
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Publication date
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    • H04B5/79Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

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Abstract

본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템은 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해서 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으며 전력전송에 사용되는 주파수 대역을 양방향 정보전송을 할 수 있도록 무선채널에서의 송수신, 충전, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 다운링크 기능들을 수행하며, PHY에 매핑함은 물론 무선 RF 전력 전송 효율 극대화를 하기 위하여 적응형 빔포밍 제어를 통해 역방향 링크(Reverse Link)에 의한 전력전송 채널 획득 및 콜스 & 파인(Coarse & fine) 빔스캔 방식을 활용한 전력 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 위치의 인식을 효율적으로 하면서 데이터 및 전력을 제공하는 것을 특징으로 하며, 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해서 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으며 전력전송에 사용되는 주파수 대역에서 양방향으로 정보전송이 가능한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 효과가 있다.The wireless transmission/reception system that simultaneously transmits data and power according to the present invention does not use BLE or IEE 802.15.4q (ULP) that causes additional power loss for effective energy management of a batteryless small monitoring sensor that cannot supply power. In addition, it optimizes transmission/reception, charging, data transmission rate and transmission error rate in a wireless channel to enable bidirectional information transmission of frequency bands used for power transmission, and performs downlink functions including random access channel, scheduling, and header construction. In addition, it maps to the PHY and acquires the power transmission channel by the reverse link through adaptive beamforming control to maximize the efficiency of wireless RF power transmission and utilizes the coarse & fine beam scanning method. It is characterized by providing data and power while efficiently recognizing the position of one power data/power receiving module terminal, BLE that causes additional power loss for effective energy management of a batteryless compact monitoring sensor that cannot supply power. It does not use IEE 802.15.4q (ULP) and has the effect of simultaneously transmitting data and power capable of information transmission in both directions in the frequency band used for power transmission.

Figure P1020190005018
Figure P1020190005018

Description

데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템{Wireless transmit receive system for transmits data and power at the same time}Wireless transmit receive system for transmits data and power at the same time

본 발명은 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해 추가적인 전력손실을 야기하는 블루투스(BLE)나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으면서 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역에서 양방향으로 정보전송이 가능하도록 하여 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 개수에 대응해 전력이 공급되도록 무선 전력 신호를 송수신하는 동시에 간섭문게가 개선된 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless transmission/reception system that simultaneously transmits data and power, and more specifically, Bluetooth (BLE) or IEE that causes additional power loss for effective energy management of a batteryless small monitoring sensor that cannot be powered. Transmitting and receiving wireless power signals so that power is supplied in response to the number of data/power receiving module terminals by enabling information transmission in both directions in the frequency band used for wireless power transmission without using 802.15.4q (ULP). The present invention relates to a wireless transmission/reception system that simultaneously transmits improved data and power.

한동안 부하로의 전력 전달이 알려져 왔고, 가장 널리 사용되는 방안들 중 하나는 예를 들어 공통 전기 분배 그리드에 의해 발생된 교류(AC)를 부하에 전력을 공급하는데 적합한 연속 전압(DC)로 변환시킬 수 있는 AC/DC 컨버터를 사용하는 것이다. 피공급 부하는 예를 들어 통상적인 와이어 연결을 통해 AC/DC 컨버터에 직접 연결될 수 있다. 더 큰 실행가능성을 위해, 적절한 형태를 갖는 전기 컨택트의 기계 시스템, 가령 컨버터에 연결되고 부하에 연결된 해당 전기 컨택트와 접촉하게 배치될 수 있는 도전 플레이트, 전기 커넥터 또는 컨택트에 의해 전력을 공급받는 부하와 AC/DC 컨버터 간에 연결이 이루어질 수 있다. 이러한 컨택트 시스템은 일반적으로 컨택트들과 전위가 다른 곳에 있는 적어도 두 지점들 간에 갈바닉 연결을 보장하는 동시에 단락을 항상 방지하도록 하는 기하학적 형태를 이용해 제조된다.Power delivery to the load has been known for some time, and one of the most widely used methods is to convert, for example, alternating current (AC) generated by a common electrical distribution grid into a continuous voltage (DC) suitable for powering the load. It is possible to use an AC/DC converter. The load to be supplied can be directly connected to the AC/DC converter, for example, via a conventional wire connection. For greater feasibility, mechanical systems of appropriately shaped electrical contacts, such as conductive plates connected to the converter and connected to the load, may be placed in contact with the corresponding electrical contact, electrical connector or load powered by the contact. Connections can be made between AC/DC converters. Such contact systems are generally manufactured using a geometry that ensures a galvanic connection between the contacts and at least two points where the dislocations are different while always preventing short circuits.

전기 전압으로부터 시작하여 부하에 전력을 전달하기 위한 다른 공지된 타입의 방안은 가령 전송 시스템과 수신시스템 간의 유도성 또는 용량성 결합을 기초로 한 무선 에너지 전송 시스템을 이용하는 것으로, 상기 전송 시스템은 충전장치 상에 위치한 반면, 상기 수신 시스템은 전력 공급/재충전되는 사용자 장치 상에 위치되며, 상기 사용자 장치는 충전장치와 분리되고 별개이다.Another known type of method for transferring power to a load starting from an electrical voltage is to use a wireless energy transmission system based on inductive or capacitive coupling between a transmission system and a reception system, for example, wherein the transmission system is a charging device. On the other hand, the receiving system is located on a user device that is powered/recharged, and the user device is separate and separate from the charging device.

유도성 결합에 기초한 시스템의 분야에 있어서, 예를 들어 릴 또는 나선형 형상을 갖는 송신 안테나가 통상적으로 사용되며, 수신 안테나는 전력을 공급받는 사용자 장치상에 위치한다. 이런 식으로, 1차 회로와 2차 회로 간에 갈바닉 연결이 없더라도, 다양한 형태의 전기 및 전자 장치에 전력을 제공하는 것이 가능하다.In the field of systems based on inductive coupling, for example, a transmitting antenna having a reel or helical shape is commonly used, and the receiving antenna is located on a powered user device. In this way, even if there is no galvanic connection between the primary circuit and the secondary circuit, it is possible to provide power to various types of electrical and electronic devices.

전력을 전달하기 위한 또 다른 공지된 타입의 방안은 정전용량성 결합에 기초한 시스템을 포함한다. 이 경우, 예를 들어, 전기자를 수용하고 따라서 적어도 2개의 전기 커패시턴스를 구성하는 것처럼 대면한 유전체 재료에 의한 환경으로부터 분리된 도전성 영역으로 이루어지는 송신 전기자가 사용된다. 유입구에 전압파를 전기 커패시턴스에 인가함으로써, 전력이 송전 될 수 있다. 전압파를 공급받는 각 전기 커패시턴스는 사실상 임피던스로 간주 될 수 있어, 보다 충분히 높은 전압파 주파수로 및/또는 충분히 큰 전기적 커패시턴스에 의해 및/또는 충분히 높은 진폭의 전압파에 의해, 전기 커패시턴스 결합으로부터 출력시 충분히 큰 전압파를 부하에 이점적으로 공급할 수 있다.Another known type of solution for delivering power includes systems based on capacitive coupling. In this case, for example, a transmission armature consisting of a conductive region separated from the environment by the facing dielectric material is used, such as to accommodate the armature and thus constitute at least two electrical capacitances. Electric power can be transmitted by applying a voltage wave to the electrical capacitance at the inlet. Each electrical capacitance that is supplied with a voltage wave can in fact be regarded as an impedance, resulting in a sufficiently high voltage wave frequency and/or by a sufficiently large electrical capacitance and/or by a voltage wave of sufficiently high amplitude, output from the electrical capacitance coupling. In this case, a sufficiently large voltage wave can be advantageously supplied to the load.

정전용량 결합 원리에 따른 전원 및/또는 무선 재충전 시스템을 구현하기 위해, 사용자 장치에 설치되는 각각의 커패시턴스의 제 1 전기자가(가령, 휴대폰, 컴퓨터, 텔레비전 등에) 제공되고 각각의 커패시턴스의 제 2 전기자가 적절한 공급면을 정의하는 공급장치에 설치되는 것이 이점적이다. 이런 식으로, 사용자 장치를 공급자 장치 측에 위치시킴으로써 또는 그 반대로, 각각에 설치된 전기자들이 전기 에너지의 상술한 결합 및 전송 커패시턴스를 방출한다.To implement a power and/or wireless recharging system according to the capacitive coupling principle, a first armature of each capacitance installed in a user device (eg, a mobile phone, computer, television, etc.) is provided and a second armature of each capacitance It is advantageous that it is installed in the feeder, which defines a suitable feed surface. In this way, by placing the user device on the supplier device side or vice versa, the armatures installed on each emit the above-described coupling and transmission capacitances of electrical energy.

전기자가 일체형 부품, 즉 커패시터에 통합되어야 하면, 2차 회로가 상기 커패시터로 인해 1차 회로로부터 갈바닉 적으로 절연된 AC/DC 또는 DC/DC 전압 컨버터로서 효과적으로 사용될 수 있다.If the armature has to be integrated into an integral part, i.e. a capacitor, the secondary circuit can be effectively used as an AC/DC or DC/DC voltage converter galvanically isolated from the primary circuit due to the capacitor.

상술한 바와 같이, 정전용량 시스템에 의한 고성능을 얻기 위해, 송신 전기자에 인가된 전압의 전압을 상당히 증가시키고/증가시키거나 전기자의 면적을 증가시키고/증가시키거나 전기자에 충분히 높은 진폭의 전압 파형을 인가하는 것이 일반적으로 필요하다.As described above, in order to obtain high performance by the capacitive system, the voltage of the voltage applied to the transmitting armature is significantly increased and/or the area of the armature is increased and/or a voltage waveform of sufficiently high amplitude is applied to the armature. It is generally necessary to apply.

전기자의 영역은 일반적으로 사용자 장치의 기하학적 구조 및 공급 장치의 공급 표면적에 제한되거나, 일체형 커패시터의 경우, 안전상의 이유로 커패시턴스는 종종 임의의 최종 일시적인 전압 피크에 의해 2차 회로의 절연부에 연결되게 지시되며, 가령 동작시 고전압이 필요한 변압기로 인해, 전압 진폭의 대폭적 증가뿐 아니라 시스템의 크기 및 비용의 증가가 안전 문제를 결정하기 때문에, 정전용량성 시스템에서 고성능을 얻는 최상의 방법은 송신 전기자에 적용되는 전압파의 주파수를 상당히 증가시키는 것이다.The area of the armature is usually limited to the user device geometry and the supply surface area of the supply, or for integral capacitors, for safety reasons, the capacitance is often directed to be connected to the insulation of the secondary circuit by any final transient voltage peak. The best way to achieve high performance in a capacitive system is to apply it to the transmitting armature, for example, due to transformers that require high voltage during operation, not only a significant increase in voltage amplitude, but also an increase in the size and cost of the system determines safety issues. This is to significantly increase the frequency of the voltage wave.

이러한 결과를 획득하는 극히 유리한 방법은 근접-공진 또는 전체 공진 레이아웃에 따라 구현된 전기회로를 사용하는데 있으며, 상기 회로에서 회로 토폴로지 및 파일럿 시스템으로 스위치에서 동적 누출(dynamic leaks)이 최소화되거나 거의 완전하게 제거될 수 있어, 이에 따라 높은 스위칭 주파수 및 낮은 누출이 가능해진다. E, F 또는 E/F 급 진폭기들의 적절한 변형으로부터 또는 여하튼 공진회로나 준-공진 회로의 사용으로부터 이런 목표를 이점적으로 획득한 무선회로의 카테고리가 도출된다.An extremely advantageous way to achieve this result is to use an electrical circuit implemented according to a near-resonance or full resonant layout, where the circuit topology and pilot system minimizes or almost completely eliminates dynamic leaks from the switch. It can be eliminated, thus enabling a high switching frequency and low leakage. A category of radio circuits that advantageously achieves this goal is derived from the appropriate modification of E, F or E/F class amplifiers, or somehow from the use of resonant or quasi-resonant circuits.

이러한 무선 공급/재충전 시스템의 일예는, 예를 들어, 2013년 10월 10일자로 출원된 WO 2002/0150352에 공개된 국제특허출원에 개시되어 있다.An example of such a wireless supply/recharge system is disclosed, for example, in an international patent application published in WO 2002/0150352, filed October 10, 2013.

송신 및 그에 따른 데이터의 교환과 관련해, 공지된 타입의 광범위하게 사용되는 방안들은 커버되는 거리, 비용, 소모량 및 통과대역의 관점에서 성능이 서로 다른 케이블 연결(예를 들어, USB, HDMI, 이더넷, 파이어와이어, 썬더볼트 등) 또는 무선 연결(예를 들어, Wi-Fi, 블루투스, RF, 지그비, UWB 등)을 포함한다.With regard to transmission and thus data exchange, widely used schemes of known type are cabling (e.g., USB, HDMI, Ethernet, etc.) with different performances in terms of covered distance, cost, consumption and passband. Firewire, Thunderbolt, etc.) or wireless connections (eg, Wi-Fi, Bluetooth, RF, ZigBee, UWB, etc.).

실제로, 다른 데이터를 전송하기 위한 유도결합에 기초하여, 예를 들어, Qi 무선 배터리 충전기와 같은 공지된 타입의 무선 에너지 전송 시스템을 사용할 수 있다. 이러한 시스템을 변경함으로써, 공급과는 별개로, 또한 단순한 정보, 즉, 제한된 양의 데이터, 가령 충전 및/또는 공급의 상태에 대한 정보, 장치 및 칩셋의 ID 번호, 스타트-업(start-up) 정보, 일시정지, 충전 및/또는 공급 제어하기에 대한 정보를 전송할 수 있으나, 이들은 더 복잡한 데이터 패키지를 전송하는데 사용될 수 있다.Indeed, based on inductive coupling for transmitting other data, it is possible to use a known type of wireless energy transmission system, for example a Qi wireless battery charger. By changing such a system, apart from the supply, also simple information, i.e. limited amount of data, such as information about the state of charging and/or supply, the ID number of the device and chipset, start-up Information, pauses, charging and/or information about controlling supply can be transmitted, but they can be used to transmit more complex data packages.

이러한 알려진 시스템들의 주요 단점 중 하나는 특히 송수신 인덕턴스들의 크기로 표현된다. 충분한 전력을 송전하기 위해, 이들 요소는 전형적으로 높은 인덕턴스 값을 가지므로, 상기 데이터 전송은 필수적으로 극히 작은 통과 대역에 제한된다.One of the major drawbacks of these known systems is expressed in particular by the size of the transmit and receive inductances. In order to transmit enough power, these elements typically have high inductance values, so the data transmission is essentially limited to extremely small passbands.

상기한 문제점을 해결하기 위한 선행문헌으로 한국 등록특허공보 제10-1829625호(2018.02.19. 공고)의 "데이터와 전력을 무선으로 동시에 전송하는 방법 및 이를 이용한 송신 장치와 수신 장치"는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 방법은 (a) 제1 측이 전송하고자 하는 상기 데이터에 상응하는 피크 대 평균비(peak-to-average ratio)를 가지는 전력전송 신호를 송신하는 단계와, (b) 제2 측이 상기 전력 전송 신호를 수신하여 상기 피크 대 평균비를 얻는 단계 및 (c) 상기 제2 측이 연산된 상기 피크 대 평균비로부터 상기 데이터를 복원하는 단계로 이루어져, 데이터와 전력을 동시에 송신하는 송신 장치로, 상기 송신 장치는 전력 전송 신호를 형성하는 신호 발생기; 상기 전력 전송 신호가, 전송할 상기 데이터에 상응하는 피크 대 평균비를 가지도록 상기 신호 발생기를 제어하는 변조기 및 상기 전력 전송 신호를 방사하는 안테나를 포함하고, 데이터와 전력을 동시에 수신하는 수신 장치로, 상기 수신 장치는 전력 전송 신호를 수신하는 안테나(antenna); 상기 안테나가 수신하여 출력한 전력 전송 신호를 받고 정류(rectify)하여 출력하는 정류 회로부; 상기 정류 회로부가 출력한 신호로 충전되는 에너지 저장소자 및 상기 전력 전송 신호의 피크 대 평균비를 연산하고, 상기 피크 대 평균비에 상응하는 데이터를 복원하는 복조기를 제공하고 있다. As a prior document for solving the above-mentioned problems, "How to simultaneously transmit data and power wirelessly and a transmitting device and a receiving device using the same" in Korean Patent Registration No. 10-1829625 (Publication on February 19, 2018) includes data and The method of simultaneously transmitting power includes (a) transmitting a power transmission signal having a peak-to-average ratio corresponding to the data to be transmitted by the first side, and (b) a second And receiving the power transmission signal to obtain the peak-to-average ratio, and (c) restoring the data from the calculated peak-to-average ratio by the second side. A transmission device, the transmission device comprising: a signal generator forming a power transmission signal; The power transmission signal includes a modulator for controlling the signal generator and an antenna for emitting the power transmission signal so as to have a peak-to-average ratio corresponding to the data to be transmitted. The receiving device includes an antenna for receiving a power transmission signal; A rectifying circuit unit for receiving and outputting the power transmission signal received and output by the antenna and rectifying the signal; There is provided a demodulator that calculates an energy reservoir that is charged with a signal output by the rectifying circuit unit and a peak-to-average ratio of the power transmission signal, and restores data corresponding to the peak-to-average ratio.

한국 등록특허공보 제10-1829625호(2018.02.19. 공고)Korean Registered Patent Publication No. 10-1829625 (announced on Feb. 19, 2018)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으면서 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역에서 양방향으로 정보전송이 가능하도록 하여 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 개수에 대응해 전력이 공급되도록 무선 전력 신호를 송수신하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention for solving the above problems is used for wireless power transmission without using BLE or IEE 802.15.4q (ULP) that causes additional power loss for effective energy management of a batteryless small monitoring sensor that cannot be powered. The purpose of the present invention is to provide a wireless transmission/reception system that simultaneously transmits and receives data to transmit and receive wireless power signals so that power can be supplied in response to the number of data/power receiving module terminals by enabling information transmission in both directions in a frequency band. There is this.

본 발명은 콜스 & 파인(Coarse & fine) 알고리즘기반 빔스캔을 적용하여 수신기의 위치인식 및 최적의 전력전달 경로파악, 데이터/전력 수신 모듈 단말기과의 거리, 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 개수 및 각 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 필요전력량을 모니터링하여 충전순서 결정, 빔포밍 기술을 이용한 전력전송효율 최적화 기능이 포함하고, 또한 최적화된 시분할 알고리즘을 통해, 각 데이터/전력 수신 모듈 단말기별 요구전력을 충족하도록 실시간으로 송신 전력을 제어하며, VCO/PLL부의 부담을 줄여 줄 수 있도록 단위모듈을 나누어 고효율로 필요한 만큼의 전력을 전달해 주는 송신모듈단말기를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention applies a beam scan based on a coarse & fine algorithm to recognize the position of the receiver and determine the optimal power transmission path, the distance from the data/power receiving module terminal, the number of data/power receiving module terminals, and each data. / Monitoring the required amount of power in the power receiving module terminal, including the function of determining the charging order and optimizing the power transmission efficiency using the beamforming technology. Also, through the optimized time division algorithm, to meet the required power for each data/power receiving module terminal. The purpose is to provide a transmission module terminal that transmits as much power as necessary with high efficiency by dividing the unit module to control the transmission power in real time and reduce the burden on the VCO/PLL unit.

또한, 본 발명은 전력전송과 양방향 통신을 동일 대역에서 진행할 시 야기될 수 있는 간섭문제를 최소화하면서 필요한 주파 대역을 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하는 데이터/전력 수신 모듈 단말기를 제공하는 데 목적이 있다. In addition, the present invention aims to provide a data/power receiving module terminal that passes a necessary frequency band and blocks unnecessary frequency bands while minimizing interference problems that may occur when power transmission and bidirectional communication are performed in the same band. There is this.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로,The present invention is a means for achieving the above object,

전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해서 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으며 전력전송에 사용되는 주파수 대역을 양방향 정보전송을 할 수 있도록 무선채널에서의 송수신, 충전, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 다운링크 기능들을 수행하며, PHY에 매핑함은 물론 무선 RF 전력 전송 효율 극대화를 하기 위하여 적응형 빔포밍 제어를 통해 역방향 링크(Reverse Link)에 의한 전력전송 채널 획득 및 콜스 & 파인(Coarse & fine) 빔스캔 방식을 활용한 전력 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 위치의 인식을 효율적으로 하면서 데이터 및 전력을 제공하는 송신모듈단말기와; 전력전송과 양방향 통신을 동일 대역에서 진행할 시 야기될 수 있는 간섭문제를 최소화하면서 필요한 주파 대역을 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역을 차단하는 데이터/전력 수신 모듈 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템을 제공한다.For effective energy management of a batteryless small-sized monitoring sensor that cannot supply power, it does not use BLE or IEE 802.15.4q (ULP), which causes additional power loss, and is wireless to enable bidirectional information transmission in the frequency band used for power transmission. To optimize transmission/reception, charging, data transmission rate and transmission error rate in the channel, perform downlink functions including random access channel, scheduling, and header construction, map to PHY, and maximize wireless RF power transmission efficiency Data is acquired while efficiently recognizing the position of the power data/power receiving module terminal using the coarse & fine beam scanning method and acquiring the power transmission channel by the reverse link through the adaptive beamforming control And a transmission module terminal providing power; Data and power characterized by including a data/power receiving module terminal that passes necessary frequency bands and blocks unnecessary frequency bands while minimizing interference problems that may occur when power transmission and bidirectional communication are performed in the same band. It provides a wireless transmission and reception system that simultaneously transmits.

본 발명의 상기 송신모듈단말기는, 무선채널에서의 송수신, 충전 효율 및 데이터 전송오류의 최적 방안 도출에 활용한다. 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 다운링크 기능들을 수행하고, PHY에 매핑하는 PHY/MAC을 포함하는 송신부 컨트롤러와; 폭넓은 연속 RF 출력범위를 제공하면서 주파수를 합성, 발진 주파수 발진 및 위상 비교, 발생 된 전압에 의해 발진 주파수를 가변하여 출력하고, 입력되는 파형을 임의로 조정하여 입력 파형에 대하여 상이한 출력 파형을 송출하며, 효율적으로 부하에 전력을 공급할 수 있도록 이상기를 통해 공급되는 출력신호를 증폭하여 송출하는 전원/데이터를 송신하는 전원/데이터 송신부(Power/data Transmitting Unit)와; 서로 반대되는 편광구조로 이루어져 전력전송과 양방향 통신을 동일대역에서 진행할 때 야기되는 간섭문제를 최소화할 수 있도록 전력/데이터 송신부와 연결되어 데이터와 전력을 송출하는 안테나; 및 매우 낮은 전력레벨과 전력레벨에 포함된 잡음을 제거하고, 주파수에서 필요한 주파수 대역은 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하며, 데이터/전력 수신 모듈 단말기로부터 송신되는 데이터를 수신하는 데이터 수신장치(Data Receiving Unit)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The transmission module terminal of the present invention is used to derive an optimal method of transmitting and receiving, charging efficiency and data transmission error in a wireless channel. A transmitter controller that optimizes charging efficiency, data transmission rate and transmission error rate, performs downlink functions including random access channel, scheduling, and header construction, and includes a PHY/MAC mapping to a PHY; Synthesize frequencies while providing a wide range of continuous RF output ranges, oscillation frequency oscillation and phase comparison, and output the variable oscillation frequency by the generated voltage, and adjust the input waveform arbitrarily to transmit different output waveforms to the input waveform. A power/data transmitting unit that transmits power/data to amplify and transmit an output signal supplied through an ideal phase device so as to efficiently supply power to the load; An antenna connected to the power/data transmission unit to transmit data and power to minimize interference problems caused by power transmission and bidirectional communication in the same band, which are made of opposite polarization structures; And a data receiving device for removing very low power level and noise included in the power level, passing a required frequency band at a frequency, blocking unnecessary frequency bands, and receiving data transmitted from a data/power receiving module terminal ( Characterized in that it comprises a Data Receiving Unit.

본 발명의 전원/데이터 송신부는, 폭넓은 연속 RF 출력범위를 제공하며, 주파수를 합성하는 입력 신호의 주파수, 발진 주파수 발진 및 위상이 비교되어 그 오차에 비례한 직류 전압이 발생하는 발생된 전압에 의해 발진 주파수를 가변하여 출력하는 VCO(voltage controlled oscillator)/PLL(phase-locked loop)부와; VCO/PLL부로부터 입력되는 파형을 임의로 조정하여 입력파형에 대하여 상이한 출력파형을 송출하는 이상기와; 효율적으로 부하에 전력을 공급할 수 있도록 이상기를 통해 공급되는 출력신호를 증폭하여 송출하는 전력증폭기(Power Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power supply/data transmission unit of the present invention provides a wide continuous RF output range, and compares the frequency, oscillation frequency oscillation, and phase of the input signal to synthesize the frequency to the generated voltage that generates a DC voltage proportional to the error. A voltage-controlled oscillator (VCO)/phase-locked loop (PLL) unit for outputting the oscillation frequency by varying; A phase shifter that arbitrarily adjusts the waveform input from the VCO/PLL unit to transmit different output waveforms to the input waveform; It is characterized in that it comprises a power amplifier (Power Amplifier) for amplifying and transmitting the output signal supplied through the phase shifter to efficiently supply power to the load.

상기 안테나는 전력/데이터 송신부와 연결되어 데이터와 전력을 송출하는 송신부CP어레이안테나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The antenna is characterized in that it is made of a transmitter and CP array antenna that is connected to a power/data transmitter and transmits data and power.

본 발명의 데이터 수신장치(Data Receiving Unit)는, 수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨과 전력레벨에 포함된 잡음을 제거하는 저잡음 증폭기와; 전원/데이터 송신부를 통해 인가되는 데이터와 전력의 동시 송신 및 데이터/전력 수신 모듈 단말기로부터 송신되는 데이터를 수신하는 송신부 수신 안테나와; 저잡음 증폭기를 통해 인가되는 주파수에서 필요한 주파수 대역은 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The data receiving unit (Data Receiving Unit) of the present invention, the received power is low noise amplifier due to the effect of attenuation and noise, and a low noise amplifier to remove the noise included in the power level; A transmitting unit receiving antenna for simultaneously transmitting data and power applied through the power/data transmitting unit and receiving data transmitted from the data/power receiving module terminal; It is characterized in that it includes a filter to pass through the frequency band required at the frequency applied through the low-noise amplifier and cut off the unnecessary frequency band.

본 발명의 데이터/전력 수신 모듈 단말기는, 데이터 및 전력에 대하여 예측적 및 적응적 초치를 수행해 네트워크 가동시간을 증가, 필요한 데이터와 전력만을 수신, 데이터의 인가 및 수신, 전력의 인가하는 데이터/전력수신부와; 병렬 또는 직렬로 구성하여 전도손실(conduction loss)을 최소화하거나 전압(voltage)을 승압, 정적 전류를 최소화, 동적 전압 주파수 스케일링, 일정한 전압을 공급을 하는 RF전력 수신부(RF Energy Receiving Unit)와; 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 업링크, 데이터 신호의 전송, 수신하는 제어 및 통신장치(Contril & Comm Unit); 및 데이터 및 전력을 수신하는 센서블럭을 포함하는 것을 특징으로 한다. The data/power receiving module terminal of the present invention increases network uptime by performing predictive and adaptive initializing on data and power, receiving only necessary data and power, applying and receiving data, and applying data/power of power A receiving unit; RF Energy Receiving Unit configured in parallel or in series to minimize conduction loss or boost voltage, minimize static current, dynamic voltage frequency scaling, and supply a constant voltage; Optimization of charging efficiency, data transmission rate and transmission error rate, uplink including random access channel, scheduling, and header construction, transmission and reception of data signals, control and communication devices (Contril & Comm Unit); And it characterized in that it comprises a sensor block for receiving data and power.

본 발명의 수신안테나를 포함하는 데이터/전력수신부는, 송신모듈단말기에서 인가되는 데이터 및 전력에 대하여 예측적 및 적응적 초치를 수행해 네트워크 가동시간을 증가시키고 네트워크에서 발생하는 실시간변동에 적응하며, 적응형 스플리터로 인가하여 필요한 데이터와 전력만을 수신하는 적응형 매칭 네트워크와; 전송된 신호를 둘 또는 그 이상을 수신하여 일부는 반사하고 다른 부분은 투과하여 인포메이션으로 데이터 및 전력을 출력하는 적응형 스플리터와; 적응형 스플리터에서 인가되는 데이터를 수신하여 제어 및 통신장치로 데이터를 인가하는 인포메이션와; 송신모듈단말기에서 인가되는 전력을 수신안테나를 통해 수신한 전력을 RF전력 수신부로 인가하는 전압인가부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The data/power receiving unit including the receiving antenna of the present invention performs predictive and adaptive initial actions on the data and power applied from the transmitting module terminal to increase network uptime and adapt to real-time fluctuations occurring in the network. An adaptive matching network that receives only necessary data and power by applying to the type splitter; An adaptive splitter that receives two or more of the transmitted signals and reflects a part and transmits the other part to output data and power as information; Information receiving the data applied from the adaptive splitter and applying the data to the control and communication device; It characterized in that it comprises a voltage applying unit for applying the power received from the transmission module terminal to the RF power receiving unit receives the power through the receiving antenna.

본 발명의 RF전력 수신부(RF Energy Receiving Unit)는, 2.4GHz 입력 전력을 수신받아 효율을 최대화하기 위해 병렬 또는 직렬로 구성하여 전도손실(conduction loss)을 최소화하거나 전압(voltage)을 승압하여 DC-DC컨버터로 인가하는 RF-DC컨버터와; RF 정류기(RF rectifier)의 출력을 입력 및 전원으로 사용할 수 있도록 디지털 벅 컨트롤러(digital buck controller)의 구현을 통해 정적 전류를 최소화하고 동적 전압 주파수 스케일링(dynamic voltage frequency scaling: DVFS)를 구현하고, 파워 메니지먼트로 전력을 인가하는 DC-DC컨버터와; 넓은 입력 전압 범위에서 공정, 온도 및 입력 전압의 변동과 무관하게 일정한 전압을 공급할 수 있도록 하며, 또한 낮은 입력 전압에서 동작할 수 있도록 낮은 전압 강하(Low drop voltage)의 특성을 가지며, 센서블럭(240)으로 인가하는 파워 메니지먼트를 포함하는 것을 특징으로 한다. The RF energy receiving unit of the present invention receives 2.4 GHz input power and is configured in parallel or in series to maximize efficiency to minimize conduction loss or boost voltage to increase DC- An RF-DC converter applied to the DC converter; Minimize static current and implement dynamic voltage frequency scaling (DVFS) through the implementation of a digital buck controller so that the output of the RF rectifier can be used as input and power. A DC-DC converter that applies electric power to the management; It can supply a constant voltage regardless of process, temperature, and input voltage fluctuations over a wide input voltage range, and also has a characteristic of low drop voltage to operate at a low input voltage. It characterized in that it comprises a power management applied by ).

본 발명은 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해서 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으며 전력전송에 사용되는 주파수 대역에서 양방향으로 정보전송이 가능한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 효과가 있다. The present invention does not use BLE or IEE 802.15.4q (ULP) that causes additional power loss for effective energy management of a batteryless small-sized monitoring sensor that cannot supply power, and transmits information in both directions in the frequency band used for power transmission. It has the effect of transmitting possible data and power simultaneously.

본 발명은 무선 충전의 가장 큰 문제점인, AP(Access Point)에서 데이터/전력 수신 모듈 단말기로 전력의 충전양이 기존 기술 대비 2에서 5배의 충전 효과를 가지고 있어 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 동작이 전력의 문제로 인해 동작하지 못하는 상황을 방지할 수 있다. The present invention, the biggest problem of wireless charging, the data/power receiving module terminal from the AP (Access Point) has a charging effect of 2 to 5 times that of the existing technology, so the operation of the data/power receiving module terminal It is possible to prevent a situation in which the power cannot be operated due to the problem of power.

본 발명은 넓은 입력 전압 범위에서 공정, 온도 및 입력 전압의 변동과 무관하게 낮은 입력 전압에서 동작 가능하기 위해 낮은 강하 전압 특성을 가지면서 일정한 전압을 공급하는 효과가 있다. The present invention has an effect of supplying a constant voltage while having a low drop voltage characteristic in order to be able to operate at a low input voltage regardless of variations in process, temperature and input voltage over a wide input voltage range.

도 1은 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템의 송신모듈단말기와 데이터/전력 수신 모듈 단말기를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT의 송신모듈단말기의 구성을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT의 데이터/전력 수신 모듈 단말기를 나타낸 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 RF전력 수신부의 RF-DC컨트롤러 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 도 3에 도시된 RF전력 수신부의 DC-DC컨트롤러 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 도 3에 도시된 RF전력 수신부의 파워 메니지먼트 구성을 나타낸 블록도.
도 7은 도 3에 도시된 제어 및 통신장치의 수신부 컨트롤러의 구성을 나타낸 블록도.
1 is a block diagram showing a transmitting module terminal and a data/power receiving module terminal of a wireless transmission/reception system that simultaneously transmits data and power according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a transmission module terminal of the SWIPT that simultaneously transmits data and power according to the present invention.
3 is a block diagram showing a data/power receiving module terminal of SWIPT that simultaneously transmits data and power according to the present invention.
4 is a block diagram showing the configuration of the RF-DC controller of the RF power receiver shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a block diagram showing the DC-DC controller configuration of the RF power receiver shown in FIG. 3.
6 is a block diagram showing a power management configuration of the RF power receiver shown in FIG. 3;
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a receiver controller of the control and communication device shown in FIG. 3;

이하, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. Hereinafter, it should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention, and the technical terms used in the present invention have special meanings in the present invention. Unless defined, the present invention should be interpreted in a sense generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, and should not be interpreted as an excessively comprehensive meaning or an excessively reduced meaning.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.In addition, when the technical term used in the present invention is a wrong technical term that does not accurately represent the spirit of the present invention, it should be understood as being replaced by a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or in context before and after, and should not be interpreted as an excessively reduced meaning.

아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 "구성된다" 또는 "포함한 다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression used in the present invention includes a plurality of expressions, unless the context clearly indicates otherwise, for example, the terms "consisting of" or "comprising" include various components described in the invention, or It should not be construed as including all of the various steps, and some of the components or some steps may not be included, or it may be interpreted as further including additional components or steps.

이하, 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a wireless transmission/reception system for simultaneously transmitting data and power according to the present invention will be described in detail through the accompanying drawings.

본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템을 도 1 내지 7을 참조하여 상세하게 설명한다.A wireless transmission/reception system for simultaneously transmitting data and power according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7.

도 1은 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템의 송신모듈단말기와 데이터/전력 수신 모듈 단말기를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing a transmitting module terminal and a data/power receiving module terminal of a wireless transmission/reception system that simultaneously transmits data and power according to the present invention.

도 1은 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면으로, 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템은 데이터와 전력을 동시에 전송하는 송신모듈단말기(100)와 데이터와 전력을 동시에 수신하면서 필요한 주파수 대역만을 수신하는 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)를 포함한다. 1 is a view showing the overall configuration of a wireless transmission and reception system that simultaneously transmits data and power, and a wireless transmission and reception system that simultaneously transmits data and power according to the present invention is a transmission module terminal that simultaneously transmits data and power. It includes a data / power receiving module terminal 200 for receiving only the required frequency band while simultaneously receiving the data 100 and the power.

상기 송신모듈단말기(100)는 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해서 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으면서 전력전송에 사용되는 주파수 대역을 양방향 정보전송을 할 수 있도록 무선채널에서의 송수신, 충전 효율 및 데이터 전송오류의 최적 방안 도출에 활용하며, 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 다운링크 기능들을 수행하며, PHY에 매핑함은 물론 무선 RF 전력 전송 효율 극대화를 하기 위하여 적응형 빔포밍 제어를 통해 역방향 링크(Reverse Link)에 의한 전력전송 채널 획득 및 콜스 & 파인(Coarse & fine) 빔스캔 방식을 활용한 전력 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)의 위치의 인식을 효율적으로 하면서 데이터 및 전력을 제공하는 것을 특징으로 한다. The transmission module terminal 100 is a frequency band used for power transmission without using BLE or IEE 802.15.4q (ULP) that causes additional power loss for effective energy management of a batteryless small monitoring sensor that cannot supply power. It is used to derive the optimal method of transmitting/receiving, charging efficiency and data transmission error in a wireless channel to enable bidirectional information transmission, optimizing charging efficiency, data transmission speed and transmission error rate, and building random access channels, scheduling, and headers. Performs the downlink functions including, mapping to the PHY, as well as obtaining the power transmission channel by the reverse link through adaptive beamforming control to maximize the efficiency of wireless RF power transmission, and calls & fines (Coarse & fine) It is characterized by providing data and power while efficiently recognizing the position of the power data/power receiving module terminal 200 using a beam scan method.

또한, 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)는 전력전송과 양방향 통신을 동일 대역에서 진행할 시 야기될 수 있는 간섭문제를 최소화하면서 필요한 주파 대역을 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하는 것을 특징으로 한다. In addition, the data/power receiving module terminal 200 is characterized in that it passes necessary frequency bands and blocks unnecessary frequency bands while minimizing interference problems that may occur when power transmission and bidirectional communication are performed in the same band. .

상기와 같은 특징으로 이루어지는 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT의 송신모듈단말기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 이루어진다. The transmission module terminal 100 of SWIPT that simultaneously transmits data and power according to the present invention having the above-described features is made as shown in FIG. 2.

도 2는 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT의 송신모듈단말기의 구성을 나타낸 구성도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a SWIPT transmission module terminal that simultaneously transmits data and power according to the present invention.

도 2를 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 송신모듈단말기(100)는 무선 RF 전력 전송 효율 극대화를 하기 위하여 적응형 빔포밍 제어를 통해 역방향 링크 트레이닝(Reverse Link Training)에 의한 전력전송 채널 획득 및 콜스 & 파인(Coarse & fine) 빔스캔 방식을 활용하여 데이터와 전력을 수신하는 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)의 위치를 인식하여 데이터와 전력을 동시에 송신하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 2 in detail, the transmission module terminal 100 acquires and transmits a power transmission channel through reverse link training through adaptive beamforming control in order to maximize wireless RF power transmission efficiency. It is characterized by recognizing the location of the data/power receiving module terminal 200 that receives data and power by using a coarse & fine beam scanning method and simultaneously transmitting data and power.

상기 송신모듈단말기(100)는 PHY/MAC을 포함하는 송신부 컨트롤러(110)와; 전원/데이터를 송신하는 전원/데이터 송신부(Power/data Transmitting Unit)(120)와 송신안테나(130) 및 데이터 수신장치(Data Receiving Unit)(140)를 포함한다.The transmitting module terminal 100 includes a transmitter 110 including a PHY/MAC; It includes a power / data transmitting unit (Power / data Transmitting Unit) 120 for transmitting the power / data, a transmitting antenna 130 and a data receiving unit (Data Receiving Unit) 140.

상기 PHY/MAC을 포함하는 송신부 컨트롤러(110)는 무선채널에서의 송수신, 충전 효율 및 데이터 전송오류의 최적 방안 도출에 활용한다. 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 다운링크 기능들을 수행하고, PHY에 매핑한다. 송신부 컨트롤러(110)는 MCU로 이루어진다.The transmitting unit controller 110 including the PHY/MAC is used to derive an optimal method of transmitting and receiving, charging efficiency, and data transmission error in a wireless channel. Optimizes charging efficiency, data rate and transmission error rate, performs downlink functions including random access channel, scheduling, and header construction, and maps to PHY. The transmitter controller 110 is made of an MCU.

상기 전원/데이터 송신부(Power/data Transmitting Unit)(120)는 폭넓은 연속 RF 출력범위를 제공하면서 주파수를 합성, 발진 주파수 발진 및 위상 비교, 발생 된 전압에 의해 발진 주파수를 가변하여 출력하고, 입력되는 파형을 임의로 조정하여 입력 파형에 대하여 상이한 출력 파형을 송출하며, 효율적으로 부하에 전력을 공급할 수 있도록 이상기(122)를 통해 공급되는 출력신호를 증폭하여 전력 및 데이터를 안테나(130)를 통해 송출한다. The power/data transmitting unit 120 provides a wide continuous RF output range while synthesizing frequencies, oscillation frequency oscillation and phase comparison, and varying the oscillation frequency by the generated voltage and outputting the input. The output waveform supplied through the phase shifter 122 is amplified to transmit power and data through the antenna 130 so that the output waveform supplied through the phase shifter 122 can be efficiently adjusted to transmit different output waveforms to the input waveform. do.

그리고 상기 전원/데이터 송신부(120)는 VCO(voltage controlled oscillator)/PLL(phase-locked loop)부(121), 이상기(122) 및 전력증폭기(Power Amplifier)(123)를 포함한다.In addition, the power/data transmission unit 120 includes a voltage controlled oscillator (VCO)/phase-locked loop (PLL) unit 121, a phase shifter 122, and a power amplifier 123.

상기 VCO/PLL부(121)는 폭넓은 연속 RF 출력범위를 제공하며, 주파수를 합성하는 입력 신호의 주파수, 발진 주파수 발진 및 위상이 비교되어 그 오차에 비례한 직류 전압이 발생하는 전압에 의해 발진 주파수를 가변하여 이상기(122)로 출력하고, 상기 이상기(122)는 입력되는 파형을 임의로 조정하여 입력파형에 대하여 상이한 출력파형을 전력증폭기(231)으로 송출하며, 상기 전력증폭기(231)는 효율적으로 부하에 전력을 공급할 수 있도록 이상기(122)를 통해 공급되는 출력신호를 증폭하여 안테나를 통해 송출할 수 있도록 한다. The VCO/PLL unit 121 provides a wide continuous RF output range, and the frequency, oscillation frequency oscillation, and phase of the input signal to synthesize frequencies are compared and oscillated by a voltage that generates a DC voltage proportional to the error. The frequency is variable and output to the phase shifter 122, and the phase shifter 122 arbitrarily adjusts the input waveform to send different output waveforms to the power amplifier 231 for the input waveform, and the power amplifier 231 is efficient In order to supply power to the load, the output signal supplied through the phase shifter 122 is amplified and transmitted through an antenna.

상기 송신안테나(130)는 서로 반대되는 편광구조로 이루어져 전력전송과 양방향 통신을 동일대역에서 진행할 때 야기되는 간섭문제를 최소화할 수 있도록 전원/데이터 송신부(120)와 연결되어 전력 및 데이터를 송출하는 송신부CP어레이안테나로 이루어진다. The transmitting antenna 130 is made of opposite polarization structures and is connected to the power/data transmission unit 120 to transmit power and data to minimize interference problems caused when power transmission and bidirectional communication are performed in the same band. It is composed of a transmitter CP array antenna.

그리고 상기 송신안테나(130)는 적응형 빔포밍 제어를 통해 전력 전송 효율을 극대화 하기 위해 콜스 & 파인(Coarse & fine) 빔스캔 방식을 활용하여 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)의 위치를 인식하고, 역방향 링크 트레이닝을 통한 전력전송 채널을 획득한다. In addition, the transmitting antenna 130 recognizes the location of the data/power receiving module terminal 200 by utilizing a coarse & fine beam scanning method to maximize power transmission efficiency through adaptive beamforming control. , Acquire a power transmission channel through reverse link training.

상기 역방향 링크 트레이닝(Reverse Link Training)은 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)가 송신모듈단말기(100)로 파일럿 신호를 송신하여, 피드백 정보를 추출하며, 이때 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)가 많은 경우에 용이하다.In the reverse link training, the data/power reception module terminal 200 transmits a pilot signal to the transmission module terminal 100 to extract feedback information, wherein the data/power reception module terminal 200 It is easy in many cases.

상기 콜스 & 파인(Coarse & fine) 방식에 의해 수신위치를 인식하는 것으로, 스캔 영역을 크게 설정하여 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)의 위치 확인하고, 상기 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)가 있는 영역에서 한번 더 스캔하여 위치를 확인한다. Recognizing the receiving position by the coarse & fine method, largely setting the scan area to check the position of the data/power receiving module terminal 200, and the data/power receiving module terminal 200 Scan the area again to confirm the location.

상기 송신모듈단말기(100)는 수신된 신호의 위상을 결합한 신호를 안테나(130)를 통해 신호를 송신하면, 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)에서 수신하는 신호의 위상을 '0'으로 만들고, 이때 데이터의 송신은 한 점으로 지향되게 송신하는 것이 아니라 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)로 각각에 신호를 송신하며, 상기 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)에서 위상이 '0'이 되도록 하면서 최대 전력을 수신할 수 있도록 한다. When the transmission module terminal 100 transmits a signal combining the phases of the received signal through the antenna 130, the transmission/reception module terminal 200 makes the phase of the signal received by the data/power reception module terminal 200 '0', At this time, the transmission of the data is not directed to a single point, but a signal is transmitted to each of the data/power receiving module terminals 200, and the phase is set to '0' in the data/power receiving module terminal 200. Make sure to receive maximum power.

상기 데이터 수신장치(Data Receiving Unit)(140)는 매우 낮은 전력레벨과 전력레벨에 포함된 잡음을 제거하고, 주파수에서 필요한 주파수 대역은 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하며, 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)로부터 송신되는 데이터를 수신한다.The data receiving unit 140 removes noise included in a very low power level and power level, passes a required frequency band at a frequency, blocks unwanted frequency bands, and blocks a data/power receiving module. Data transmitted from the terminal 200 is received.

상기 데이터 수신장치(140)는 저잡음 증폭기(LNA:Low noise Amplifier)(141)와, 필요한 주파수 대역을 통과시키고 필요하지 않은 주파수대역은 차단하는 필터(142)와 송신부 수신 안테나(143)로 이루어진다.The data receiving device 140 includes a low noise amplifier (LNA) 141, a filter 142 passing through a required frequency band and blocking unnecessary frequency bands, and a receiving antenna 143 of the transmitter.

상기 저잡음 증폭기(141)는 수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨과 전력레벨에 포함된 잡음을 제거하며, 상기 필터(142)는 전원/데이터 송신부(120)를 통해 인가되는 전력과 함께 저잡음 증폭기(141)를 통해 인가되는 주파수에서 필요한 주파수 대역은 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하고, 상기 송신부 수신 안테나(143)는 송신 및 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)로부터 송신되는 데이터를 수신하여 저잡음 증폭기(141)로 데이터신호를 인가한다. The low-noise amplifier 141 removes very low power level and noise included in the power level due to the effect of attenuation and noise of the received power, and the filter 142 is applied through the power/data transmission unit 120 At a frequency applied through the low-noise amplifier 141 along with power, a required frequency band is passed and an unnecessary frequency band is blocked, and the transmitting unit receiving antenna 143 transmits and transmits data/power receiving module terminal 200 Data is received and a data signal is applied to the low noise amplifier 141.

그리고 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템의 데이터/전력 수신 모듈 단말기는 도 3 내지 7에 도시된 바와 같이 이루어진다.In addition, the data/power receiving module terminal of the wireless transmission/reception system for simultaneously transmitting data and power according to the present invention is made as shown in FIGS. 3 to 7.

도 3은 본 발명에 의한 데이터와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT의 데이터/전력 수신 모듈 단말기를 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 RF전력 수신부의 RF-DC컨트롤러 구성을 나타낸 블록도이며, 도 5는 도 3에 도시된 RF전력 수신부의 DC-DC컨트롤러 구성을 나타낸 블록도이고, 도 6은 도 3에 도시된 RF전력 수신부의 파워 메니지먼트 구성을 나타낸 블록도이며, 도 7은 도 3에 도시된 제어 및 통신장치의 수신부 컨트롤러의 구성을 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram showing a data/power receiving module terminal of a SWIPT that simultaneously transmits data and power according to the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an RF-DC controller of the RF power receiving unit shown in FIG. 3 , FIG. 5 is a block diagram showing the DC-DC controller configuration of the RF power receiver shown in FIG. 3, FIG. 6 is a block diagram showing the power management configuration of the RF power receiver shown in FIG. 3, and FIG. 7 is FIG. 3. It is a block diagram showing the configuration of the receiving unit controller of the control and communication device shown in.

도 3 내지 7을 참조하여 본 발명에 의한 데이터/전력 수신 모듈 단말기의 구성을 상세하게 설명한다.The configuration of the data/power receiving module terminal according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 7.

본 발명에 의한 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 수신안테나를 포함하는 데이터/전력수신부(210), RF전력 수신부(RF Energy Receiving Unit)(220), 제어 및 통신장치(Contril & Comm Unit)(230) 및 센서블럭(240)을 포함한다. The data/power receiving module terminal 200 according to the present invention includes a data/power receiving unit 210, an RF power receiving unit 220, and control and communication including a receiving antenna as shown in FIG. 3. It includes a device (Contril & Comm Unit) 230 and a sensor block 240.

상기 수신안테나를 포함하는 데이터/전력수신부(210)는 적응형 매칭 네트워크(Adaptive matching network)(211), 적응형 스플리터(Adaaptive splitter)(212), 인포메이션(Information)(213) 및 전압인가부(214)로 이루어진다. The data/power receiving unit 210 including the receiving antenna includes an adaptive matching network 211, an adaptive splitter 212, information 213, and a voltage applying unit ( 214).

상기 적응형 매칭 네트워크(211)는 송신모듈단말기(100)에서 인가되는 데이터 및 전력에 대하여 예측적 및 적응적 초치를 수행해 네트워크 가동시간을 증가시키고 네트워크에서 발생하는 실시간변동에 적응하며, 적응형 스플리터(212)로 인가하여 필요한 데이터와 전력만을 수신할 수 있도록 한다.The adaptive matching network 211 performs predictive and adaptive actions on data and power applied from the transmission module terminal 100 to increase network uptime and adapt to real-time fluctuations occurring in the network, and adaptive splitter It is applied to (212) so that only necessary data and power can be received.

상기 적응형 스플리터(212)는 전송된 신호를 둘 또는 그 이상을 수신하여 일부는 반사하고 다른 부분은 투과하여 인포메이션(213)으로 데이터 및 전력을 출력한다. The adaptive splitter 212 receives two or more of the transmitted signals, reflects a part, and transmits the other, and outputs data and power to the information 213.

상기 인포메이션(213)은 적응형 스플리터(212)에서 인가되는 데이터를 수신하여 제어 및 통신장치(230)로 데이터를 인가한다.The information 213 receives data applied from the adaptive splitter 212 and applies data to the control and communication device 230.

상기 전압인가부(214)는 송신모듈단말기(100)에서 인가되는 전력을 수신안테나를 통해 수신하고, 수신한 전력을 RF전력 수신부(220)로 인가한다. The voltage applying unit 214 receives power applied from the transmission module terminal 100 through a receiving antenna, and applies the received power to the RF power receiving unit 220.

상기 RF전력 수신부(RF Energy Receiving Unit)(220)는 RF-DC컨버터(RF-DC Converter)(221)와 DC-DC컨버터(DC-DC Converter)(222)와 파워 메니지먼트(Power Management)(223)로 이루어진다. 그 구성은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된다.The RF power receiving unit (RF Energy Receiving Unit) 220 is an RF-DC converter (RF-DC Converter) 221, a DC-DC converter (DC-DC Converter) 222 and a power management (Power Management) (223) ). The configuration is configured as shown in FIG. 4.

상기 RF-DC컨버터(221)는 2.4GHz 입력 전력을 수신 받아 효율을 최대화하기 위해 병렬 또는 직렬로 구성하여 전도손실(conduction loss)을 최소화하거나 전압(voltage)을 승압하여 DC-DC컨버터(222)로 인가한다.The RF-DC converter 221 receives 2.4 GHz input power and is configured in parallel or in series to maximize efficiency to minimize conduction loss or boost voltage to increase the DC-DC converter 222. Apply as.

상기 DC-DC컨버터(222)는 RF 정류기(RF rectifier)의 출력을 입력 및 전원으로 사용할 수 있도록 디지털 벅 컨트롤러(digital buck controller)의 구현을 통해 정적 전류를 최소화하고 동적 전압 주파수 스케일링(dynamic voltage frequency scaling: DVFS)를 구현하고, 파워 메니지먼트(223)로 전력을 인가한다. The DC-DC converter 222 minimizes static current and implements dynamic voltage frequency scaling through the implementation of a digital buck controller so that the output of the RF rectifier can be used as input and power. scaling: DVFS), and power is applied to the power management 223.

상기 파워 메니지먼트(223)는 넓은 입력 전압 범위에서 공정, 온도 및 입력 전압의 변동과 무관하게 일정한 전압을 공급할 수 있도록 하며, 또한 낮은 입력 전압에서 동작할 수 있도록 낮은 전압 강하(Low drop voltage)의 특성을 가지며, 센서블럭(240)으로 인가한다. The power management 223 allows a constant voltage to be supplied regardless of process, temperature and input voltage fluctuations over a wide input voltage range, and also features of a low drop voltage to operate at a low input voltage. It is applied to the sensor block 240.

상기 제어 및 통신장치(Contril & Comm Unit)(230)는 정보수신장치(Information Receiving Unit)(231)와 PHY/MAC를 포함하는 수신부 컨트롤러(MCU)(232)와 정보전송장치(Information transmitting Unit)(233)로 이루어진다. The control and communication device (Contril & Comm Unit) 230 includes an information receiving unit (231) and a receiver controller (MCU) 232 including a PHY/MAC and an information transmitting unit. (233).

상기 정보수신장치(231)는 도 7에 도시된 바와 같이 인포메이션(213)으로부터 인가되는 전류를 고속으로 직접 변조하여 출력을 얻도록 교류를 직류로 변환하여 특정 발진주파수를 생성하여 정류 및 기본 대역 신호를 수신부 컨트롤러(232)로 인가할 수 있도록 엘씨 오실레이터(LC oscillator)(231-1)와, 엘빌로프 디렉터(Envelope detector)(231-2) 및 기본대역 증폭기(baseband amplifier)(231-3)를 포함한다. The information receiving device 231 generates a specific oscillation frequency by converting alternating current into direct current to obtain an output by directly modulating the current applied from the information 213 at a high speed as shown in FIG. 7 to generate a rectified and basic band signal. The LC oscillator (231-1), an envelope detector (231-2), and a baseband amplifier (231-3) are used to apply the signal to the receiver controller 232. Includes.

상기 엘씨 오실레이터(LC oscillator)(231-1)는 코일과 콘덴서를 사용하고, 트랜지서터로 정현파 교류를 방생시키고, 발진주파수를 지정하여 엘빌로프 디렉터로 신호를 인가하며, 상기 엘빌로프 디렉터(Envelope detector)(231-2)는 복조방식으로 수신 신호의 포락선을 검출하고, 정류하여 정역필터를 통해 포락을 재생하여 기본대역 증폭기로 인가하고, 상기 기본대역 증폭기(baseband amplifier)(231-3)는 엘빌로프 디렉터에서 인가되는 신호에 특정 주파수 대역만을 증폭하여 기본 대역 신호(Baseband signal)를 수신부 컨트롤러(232)로 송출한다. The LC oscillator (231-1) uses a coil and a condenser, generates sinusoidal alternating current with a transistor, applies a signal to an elevating director by designating an oscillation frequency, and the elevating director (Envelope) detector) (231-2) detects the envelope of the received signal by demodulation method, rectifies and reproduces the envelope through the forward and reverse filters to apply to the baseband amplifier, and the baseband amplifier (231-3) is By amplifying only a specific frequency band to the signal applied from the elevator director, the baseband signal is transmitted to the receiver controller 232.

상기 PHY/MAC을 포함하는 수신부 컨트롤러(MCU)(232)는 PHY/MAC를 제어하고, 상기 PHY는 무선채널에서의 송수신, 충전 효율 및 데이터 전송오류의 최적 방안 도출에 활용한다. 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 상기 MAC은 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 업링크 기능들을 수행하고, PHY에 매핑된다.The receiving unit controller (MCU) 232 including the PHY/MAC controls the PHY/MAC, and the PHY is used to derive an optimal method of transmission/reception, charging efficiency, and data transmission error in a wireless channel. Optimizes charging efficiency, data rate and transmission error rate, and the MAC performs uplink functions including random access channel, scheduling, and header construction, and is mapped to the PHY.

그리고 PHY/MAC는 SWIPT 시스템에서 저전력 소모를 위한 최적의 변조/복조(Modulation/Demodulation)가 이루어지도록 한다.In addition, PHY/MAC enables optimal modulation/demodulation for low power consumption in the SWIPT system.

상기 정보전송장치(233)는 센서블록(240)에서 인가되는 데이터신호를 인포메이션(213)으로 전송하고, 인포메이션(213)은 다시 송신모듈단말기(100)로 데이터를 인가한다. The information transmission device 233 transmits the data signal applied from the sensor block 240 to the information 213, and the information 213 applies data to the transmission module terminal 100 again.

상기 정보수신장치(231)와 정보전송장치(233)는 스위칭에 의해 데이터를 수신하거나 또는 데이터를 송신한다. The information receiving device 231 and the information transmitting device 233 receive data by switching or transmit data.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 무선 RF 전력 전송 효율 극대화를 하기 위하여 적응형 빔포밍 제어를 통해 역방향 링크 트레이닝 (Reverse Link Training)에 의한 전력전송 채널 획득 및 콜스 & 파인(Coarse & fine) 빔스캔 방식을 활용하여 데이터와 전력을 수신하는 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200)의 위치를 인식하여 데이터와 전력을 동시에 송신하고, 이를 수신하므로 전원공급이 불가능한 배터리리스 소형 모니터링 센서의 효과적인 에너지 관리를 위해서 추가적인 전력손실을 야기하는 BLE나 IEE 802.15.4q(ULP)를 사용하지 않으면서 전력전송에 사용되는 주파수 대역에서 양방향으로 정보전송이 가능한 데이터와 전력을 동시에 전송한다.As described above, the present invention acquires a power transmission channel by reverse link training and adaptive beamforming and coarse & fine beam scanning through adaptive beamforming control to maximize wireless RF power transmission efficiency. Recognizes the location of the data/power receiving module terminal 200 that receives data and power by utilizing the data and transmits data and power at the same time. Data and power capable of transmitting information in both directions are simultaneously transmitted in the frequency band used for power transmission without using BLE or IEE 802.15.4q (ULP), which causes power loss.

또한, 본 발명은 넓은 입력 전압 범위에서 공정, 온도 및 입력 전압의 변동과 무관하게 낮은 입력 전압에서 동작 가능하기 위해 낮은 강하 전압 특성을 가지면서 일정한 전압을 공급할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of being able to supply a constant voltage while having a low drop voltage characteristic in order to be able to operate at a low input voltage regardless of variations in process, temperature and input voltage over a wide input voltage range.

상기한 실시예들에 의한 전력 및 정보 전송기법은 저전력/저비용의 사물인터넷(IoT) 센서, 웨어러블 장치, 바이오 센서 등에 효과적으로 적용 가능하다. 동시에, 채널 상태 정보에 맞게 정합 필터링를 수행하여 무선전력을 효율적으로 전송할 수 있으며, 데이터/전력 수신 모듈 단말기에서 채널 추정 없이 데이터 복원이 가능하여 저전력/저비용이 요청되는 환경에 적합하여 광범위하게 응용될 수 있다.The power and information transmission method according to the above-described embodiments can be effectively applied to low-power/low-cost Internet of Things (IoT) sensors, wearable devices, biosensors, and the like. At the same time, wireless power can be efficiently transmitted by matching filtering according to channel state information, and data can be restored without channel estimation at the data/power receiving module terminal, making it suitable for low-power/low-cost environments. have.

본 발명에 대하여 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범 위에 의해 정해져야 할 것이다.In order to help the understanding of the present invention, it has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is an embodiment for implementation, and is merely exemplary, and those having ordinary knowledge in the field, various modifications and equivalents therefrom It will be understood that other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

100: 송신모듈단말기 110: 송신부 컨트롤러
120 전원/데이터 송신부 121: VCO/PLL부
122: 이상기 123: 전력증폭기
130: 송신안테나 140: 데이터 수신장치
141: 저잡음 증폭기 142: 필터
143: 송신부 수신 안테나 200: 데이터/전력 수신 모듈 단말기
210: 데이터및전력수신부 211: 적응형 매칭 네트워크
212: 적응형 스플리터 213: 인포메이션
214: 전압인가부 220: RF전력 수신부
221: RF-DC컨버터 222: DC-DC컨버터
223: 파워 메니지먼트 230: 제어 및 통신장치
231: 정보수신장치 231-1: 엘씨 오실레이터
231-2: 엘빌로프 디렉터 231-3: 기본대역 증폭기
232: 수신부 컨트롤러 233: 정보전송장치
240: 센서블럭
100: transmitting module terminal 110: transmitting unit controller
120 Power supply/data transmission unit 121: VCO/PLL unit
122: ideal phase 123: power amplifier
130: transmitting antenna 140: data receiving device
141: low-noise amplifier 142: filter
143: transmitting antenna antenna 200: data / power receiving module terminal
210: data and power receiving unit 211: adaptive matching network
212: adaptive splitter 213: information
214: voltage applying unit 220: RF power receiving unit
221: RF-DC converter 222: DC-DC converter
223: power management 230: control and communication device
231: information receiving device 231-1: L oscillator
231-2: Elvlov Director 231-3: Basic Band Amplifier
232: receiver controller 233: information transmission device
240: sensor block

Claims (5)

무선채널에서의 송수신, 충전 효율 및 데이터 전송오류의 최적 방안 도출에 활용한다. 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화하고, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 다운링크 기능들을 수행하고, PHY에 매핑하는 PHY/MAC을 포함하는 송신부 컨트롤러(110)와, 폭넓은 연속 RF 출력범위를 제공하면서 주파수를 합성, 발진 주파수 발진 및 위상 비교, 발생 된 전압에 의해 발진 주파수를 가변하여 출력하고, 입력되는 파형을 임의로 조정하여 입력 파형에 대하여 상이한 출력 파형을 송출하며, 효율적으로 부하에 전력을 공급할 수 있도록 이상기를 통해 공급되는 출력신호를 증폭하여 송출하는 전원/데이터를 송신하는 전원/데이터 송신부(Power/data Transmitting Unit)(120)와, 서로 반대되는 편광구조로 이루어져 전력전송과 양방향 통신을 동일대역에서 진행할 때 야기되는 간섭문제를 최소화할 수 있도록 전력/데이터 송신부와 연결되어 데이터와 전력을 송출하는 송신안테나(130); 및 매우 낮은 전력레벨과 전력레벨에 포함된 잡음을 제거하고, 주파수에서 필요한 주파수 대역은 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하며, 데이터/전력 수신 모듈 단말기로부터 송신되는 데이터를 수신하는 데이터 수신장치(Data Receiving Unit)(140)를 포함하는 상기 송신모듈단말기(100)와;
데이터 및 전력에 대하여 예측적 및 적응적 초치를 수행해 네트워크 가동시간을 증가, 필요한 데이터와 전력만을 수신, 데이터의 인가 및 수신, 전력의 인가하는 데이터/전력수신부(210)와, 병렬 또는 직렬로 구성하여 전도손실(conduction loss)을 최소화하거나 전압(voltage)을 승압, 정적 전류를 최소화, 동적 전압 주파수 스케일링, 일정한 전압을 공급을 하는 RF전력 수신부(RF Energy Receiving Unit)(220)와, 충전 효율성, 데이터 전송속도 및 전송 오류율을 최적화, 랜덤 액세스 채널, 스케줄링, 헤더 구축을 포함하는 업링크, 데이터 신호의 전송, 수신하는 제어 및 통신장치(Contril & Comm Unit)(230) 및 데이터 및 전력을 수신하는 센서블럭(240)을 포함하는 상기 데이터/전력 수신 모듈 단말기(200);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템.
It is used to derive the optimal method of transmission/reception, charging efficiency, and data transmission error in wireless channels. A transmitter controller 110 including a PHY/MAC that optimizes charging efficiency, data rate and transmission error rate, performs downlink functions including random access channel, scheduling, and header construction, and maps to a PHY, and a wide range Synthesis of frequencies while providing continuous RF output range, oscillation frequency oscillation and phase comparison, oscillation frequency is varied and output by the generated voltage, and the input waveform is arbitrarily adjusted to transmit different output waveforms to the input waveform. Power/data transmitting unit (120) for transmitting power/data by amplifying and transmitting the output signal supplied through the phase shifter so as to supply power to the load. A transmission antenna 130 connected to a power/data transmission unit to transmit data and power so as to minimize interference problems caused when transmission and bidirectional communication are performed in the same band; And a data receiving device for removing very low power level and noise included in the power level, passing a required frequency band at a frequency, blocking unnecessary frequency bands, and receiving data transmitted from a data/power receiving module terminal ( The transmission module terminal 100 including a Data Receiving Unit (140);
Increases network uptime by performing predictive and adaptive start-up on data and power, receiving only the required data and power, applying and receiving data, and applying data/power receiving unit 210 to apply power in parallel or in series By reducing the conduction loss (conduction loss) or boosting the voltage (voltage), minimizing the static current, dynamic voltage frequency scaling, RF power receiving unit (RF Energy Receiving Unit) 220 for supplying a constant voltage, and charging efficiency, Optimize data transmission rate and transmission error rate, uplink including random access channel, scheduling, and header construction, transmission and reception of data signals, control and communication device (Contril & Comm Unit) 230, and reception of data and power The data/power receiving module terminal 200 including the sensor block 240;
Wireless transmission and reception system that transmits data and power at the same time, characterized in that consisting of.
제1항에 있어서,
상기 전원/데이터 송신부(120)는,
폭넓은 연속 RF 출력범위를 제공하며, 주파수를 합성하는 입력 신호의 주파수, 발진 주파수 발진 및 위상이 비교되어 그 오차에 비례한 직류 전압이 발생하는 발생된 전압에 의해 발진 주파수를 가변하여 출력하는 VCO(voltage controlled oscillator)/PLL(phase-locked loop)부(121)와;
VCO/PLL부(121)로부터 입력되는 파형을 임의로 조정하여 입력파형에 대하여 상이한 출력파형을 송출하는 이상기(122)와;
효율적으로 부하에 전력을 공급할 수 있도록 이상기(122)를 통해 공급되는 출력신호를 증폭하여 송출하는 전력증폭기(Power Amplifier)(123);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템.
According to claim 1,
The power / data transmission unit 120,
VCO that provides a wide range of continuous RF output ranges and outputs by varying the oscillation frequency by the generated voltage that generates a DC voltage proportional to the error by comparing the frequency, oscillation frequency, oscillation, and phase of the input signal to synthesize frequencies. a (voltage controlled oscillator)/PLL (phase-locked loop) unit 121;
A phase shifter 122 that arbitrarily adjusts a waveform input from the VCO/PLL unit 121 to transmit different output waveforms to the input waveform;
A power amplifier 123 for amplifying and transmitting an output signal supplied through the phase shifter 122 to efficiently supply power to the load;
Wireless transmission and reception system for transmitting data and power at the same time comprising a.
제1항에 있어서,
상기 데이터 수신장치(Data Receiving Unit)(140)는,
수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨과 전력레벨에 포함된 잡음을 제거하는 저잡음 증폭기(141)와;
저잡음 증폭기(141)를 통해 인가되는 주파수에서 필요한 주파수 대역은 통과시키고 필요하지 않은 주파수 대역은 차단하는 필터(142);
전원/데이터 송신부(120)를 통해 인가되는 데이터와 전력의 동시 송신 및 데이터/전력 수신 모듈 단말기로부터 송신되는 데이터를 수신하는 송신부 수신 안테나(143)와;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템.
According to claim 1,
The data receiving unit (Data Receiving Unit) 140,
The received power includes a very low power level due to the effects of attenuation and noise, and a low noise amplifier 141 that removes noise included in the power level;
A filter 142 for passing the required frequency band at the frequency applied through the low noise amplifier 141 and blocking the unnecessary frequency band;
A transmitting unit receiving antenna 143 for simultaneously receiving data and power transmitted through the power/data transmitting unit 120 and receiving data transmitted from the data/power receiving module terminal;
Wireless transmission and reception system for transmitting data and power at the same time comprising a.
제1항에 있어서,
상기 수신안테나를 포함하는 데이터/전력수신부(210)는,
송신모듈단말기(100)에서 인가되는 데이터 및 전력에 대하여 예측적 및 적응적 초치를 수행해 네트워크 가동시간을 증가시키고 네ㅌ트워크에서 발생하는 실시간변동에 적응하며, 적응형 스플리터(212)로 인가하여 필요한 데이터와 전력만을 수신하는 적응형 매칭 네트워크(211)와;
전송된 신호를 둘 또는 그 이상을 수신하여 일부는 반사하고 다른 부분은 투과하여 인포메이션(213)으로 데이터 및 전력을 출력하는 적응형 스플리터(212)와;
적응형 스플리터(212)에서 인가되는 데이터를 수신하여 제어 및 통신장치(230)로 데이터를 인가하는 인포메이션(213)와;
송신모듈단말기(100)에서 인가되는 전력을 수신안테나를 통해 수신한 전력을 RF전력 수신부(220)로 인가하는 전압인가부(214);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템.
According to claim 1,
The data/power receiving unit 210 including the receiving antenna,
Predictive and adaptive start-up is performed on data and power applied from the transmission module terminal 100 to increase network uptime, adapt to real-time fluctuations occurring in the network, and apply by adaptive splitter 212. An adaptive matching network 211 that receives only data and power;
An adaptive splitter 212 that receives two or more of the transmitted signals and partially reflects them and transmits other portions to output data and power to the information 213;
An information 213 for receiving data applied from the adaptive splitter 212 and applying data to the control and communication device 230;
A voltage application unit 214 for applying the power received from the transmission module terminal 100 to the RF power receiving unit 220 through the reception antenna;
Wireless transmission and reception system for transmitting data and power at the same time comprising a.
제1항에 있어서,
상기 RF전력 수신부(RF Energy Receiving Unit)(220)는,
2.4GHz 입력 전력을 수신받아 효율을 최대화하기 위해 병렬 또는 직렬로 구성하여 전도손실(conduction loss)을 최소화하거나 전압(voltage)을 승압하여 DC-DC컨버터(222)로 인가하는 RF-DC컨버터(221)와;
RF 정류기(RF rectifier)의 출력을 입력 및 전원으로 사용할 수 있도록 디지털 벅 컨트롤러(digital buck controller)의 구현을 통해 정적 전류를 최소화하고 동적 전압 주파수 스케일링(dynamic voltage frequency scaling: DVFS)를 구현하고, 파워 메니지먼트(223)로 전력을 인가하는 DC-DC컨버터(222)와;
넓은 입력 전압 범위에서 공정, 온도 및 입력 전압의 변동과 무관하게 일정한 전압을 공급할 수 있도록 하며, 또한 낮은 입력 전압에서 동작할 수 있도록 낮은 전압 강하(Low drop voltage)의 특성을 가지며, 센서블럭(240)으로 인가하는 파워 메니지먼트(223);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터와 전력을 동시에 전송하는 무선 송·수신 시스템.
According to claim 1,
The RF power receiving unit (RF Energy Receiving Unit) 220,
RF-DC converter 221 that receives 2.4 GHz input power and configures it in parallel or in series to maximize efficiency to minimize conduction loss or boost voltage to apply to DC-DC converter 222 )Wow;
Minimize static current and implement dynamic voltage frequency scaling (DVFS) through the implementation of a digital buck controller so that the output of the RF rectifier can be used as input and power. A DC-DC converter 222 for applying electric power to the management 223;
It can supply a constant voltage regardless of process, temperature and input voltage fluctuations over a wide input voltage range, and also has a characteristic of low drop voltage to operate at a low input voltage. ), the power management 223 applied;
Wireless transmission and reception system for transmitting data and power at the same time comprising a.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111756099A (en) * 2020-07-28 2020-10-09 云南大学 A green energy-based far-field wireless charging system and charging method
KR102348248B1 (en) * 2021-07-09 2022-01-07 주식회사 스카이칩스 Wireless charging system for multiple devices based on the ai algorithm able to respond quickly to enviroment change

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140007707A (en) * 2012-07-10 2014-01-20 이민우 Smart simple payment system and method using qr code scan
KR20160025261A (en) * 2014-08-27 2016-03-08 코마테크 주식회사 The Wireless Power Transmitting Communication System and thereof Method for Wireless Power Transmission
KR101829625B1 (en) 2016-07-20 2018-02-19 성균관대학교산학협력단 Simultaneous Wireless Information and Power Transmission Method, Transmission Apparatus and Receive Apparatus using the Same
KR20180107012A (en) * 2017-03-21 2018-10-01 성균관대학교산학협력단 Wireless power transfer apparatus using indivisual signal generation and method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140007707A (en) * 2012-07-10 2014-01-20 이민우 Smart simple payment system and method using qr code scan
KR20160025261A (en) * 2014-08-27 2016-03-08 코마테크 주식회사 The Wireless Power Transmitting Communication System and thereof Method for Wireless Power Transmission
KR101829625B1 (en) 2016-07-20 2018-02-19 성균관대학교산학협력단 Simultaneous Wireless Information and Power Transmission Method, Transmission Apparatus and Receive Apparatus using the Same
KR20180107012A (en) * 2017-03-21 2018-10-01 성균관대학교산학협력단 Wireless power transfer apparatus using indivisual signal generation and method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111756099A (en) * 2020-07-28 2020-10-09 云南大学 A green energy-based far-field wireless charging system and charging method
KR102348248B1 (en) * 2021-07-09 2022-01-07 주식회사 스카이칩스 Wireless charging system for multiple devices based on the ai algorithm able to respond quickly to enviroment change
US12176726B2 (en) 2021-07-09 2024-12-24 Skaichips Co., Ltd. Artificial intelligence algorithm-based wireless charging system capable of high-speed response to environmental changes

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