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제안 방법
- 구현하였다. 1:2 네트워크를 구성하여, 2대의 단말기를 동시에 충전하는 방법과 시간 슬롯으로 나누어 개별 충전하는 방법을 테스트 하였다. 자기 공진 기반의 무선 통신 네트워크는 약 1.
- 설계하였다. BPSK 모듈레이션을 사용하므로, 통신 송신부는 패킷 구성에서부터 BPSK 모듈레이션까지 디지털 블록으로 구현하고, 신호 증폭기만 아날로그 블록으로 구현하였다. 통신 수신부는 직접 변환(Direct Conversion) 방식을 적용하였다.
- 자기 공진을 기본으로 충전 및 통신이 이루어지므로, 자기 유도 방식에 비하여 거리를 확대하면서도, 크기에 있어 단말기에 적용할 수 있다는 가능성을 보였다. 그리고 아직까지 대다수의 자기 공진 충전시스템이 1:1 방식인데 비하여, 본 논문에서는 통신 네트워크를 기반으로 하여 다수의 단말기들을 동시/개별 충전할 수 있도록 하였다. 또한 배터리 상태 모니터링 및 통신 프로토콜을 통하여 사용자의 개입 없이 단말기가 충전 되는 것을 특징으로 한다.
- 응답 구간이 끝나면 베이스 스테이션은 다시 합류 요청 패킷을 보내게 되는데, 이전 응답 구간 중 충돌이 한번 이상 발생하였다면 응답 구간 슬롯 개수를 2 이상으로 설정한다. 그리고 충돌 없이 수신된 패킷에 대한 응답으로, 해당 단말기의 고유 아이디와 그 단말기에 할당 할 네트워크 아이디를 함께 전송함으로써, 네트워크 아이디를 할당 받지 못한 단말기들만 다시 응답 구간에 참여하도록 한다. 네트워크 합류 슈퍼프레임은 응답 구간에서 충돌이 발생하지 않을 때까지 요청-응답 과정을 반복한다.
- 다음 2장에서 모바일 감성 센싱 단말기의 무선충전을 위한 충전 및 통신 프로토콜을 제안하고, 3 장에서 이를 구현하기 위한 임베디드 플랫폼을 제안한다. 마지막으로 결론을 맺으며 본 논문을 마치겠다.
- 이 때, 단말기의 개수 및 위치 등에 따라 안테나의 공진 주파수가 변화하므로 매칭회로는 동적으로 주파수 조절이 가능하도록 구성한다. 또한 안테나단의 전류 및 전압을 모니터링하는 기능를 추가하여 최대 에너지 전송 상태를 찾아낼 뿐 아니라 에너지 전송 중 단말기및 주변 환경의 변화를 감지하도록 한다.
- 모바일 감성 센싱 단말기의 에뮬레이션을 위하여 그림 5와 같이 베이스 스테이션용 에뮬레이션 보드를 구현하였다. 1:2 네트워크를 구성하여, 2대의 단말기를 동시에 충전하는 방법과 시간 슬롯으로 나누어 개별 충전하는 방법을 테스트 하였다.
- 이후 반송파 대역 처리에서부터 디지털 블록으로 구현하였다. 이렇게 통신 송수신부의 대부분을 디지털 하드웨어 전용 블록으로 구현함으로써 소형, 저전력 단말기에 적합하도록 하였다.
- 이를 위하여 본 논문에서는 모바일 감성 센싱단말기를 위한 무선 충전 및 통신 프로토콜 그리고 단말기 플랫폼을 제안하였다. 제안된 충전 프로토콜과 임베디드 플랫폼에 따라 에뮬레이션 보드를 구현하였으며, 소형, 저전력 단말기에 적합하도록 시스템 및 통신 회로를 설계하였다.
- 여기에 순간적인 심리 또는 생체의 상태 뿐 아니라 장소와 날씨 등의 생체 외적인 환경 정보, 그리고 사용자의 행동 패턴 등이 결합된다. 이를 위하여, 상황에 따른 감성 추론의 결과와 그에 따른 사용자의 대응 형태를 일정 기간 동안 수집, 분석함으로써 사용자의 감성상태에 따른 행동 양식을 학습하여 점차적으로 사용자에게 특화된 사용자만의 감성 모바일 시스템을 구축하게 된다. [1-3].
- 따라서 안테나에서 수신된 신호는 LNA(Low Noise Amplifier) 아날로그 블록을 통과한 뒤 바로 ADC 를 통하여 디지털 신호로 샘플링 되었다. 이후 반송파 대역 처리에서부터 디지털 블록으로 구현하였다. 이렇게 통신 송수신부의 대부분을 디지털 하드웨어 전용 블록으로 구현함으로써 소형, 저전력 단말기에 적합하도록 하였다.
- 플랫폼을 제안하였다. 제안된 충전 프로토콜과 임베디드 플랫폼에 따라 에뮬레이션 보드를 구현하였으며, 소형, 저전력 단말기에 적합하도록 시스템 및 통신 회로를 설계하였다. 자기 공진을 기본으로 충전 및 통신이 이루어지므로, 자기 유도 방식에 비하여 거리를 확대하면서도, 크기에 있어 단말기에 적용할 수 있다는 가능성을 보였다.
- 제안하는 자기 공진 기반 무선 충전 네트워크는 그림 1과 같이 네트워크 합류 슈퍼프레임, 충전 요청 슈퍼프레임, 충전 슈퍼프레임 그리고 비활성 충전 슈퍼프레임으로 구성된다. 시간 분할 다중 접속방식을 기반으로 동작하며, 요청 구간에서 베이스 스테이션이 먼저 패킷을 전송하고, 이어 나오는 응답 구간에서는 단말기가 패킷을 전송한다.
- 충전 수신부 정류 회로(Rectifier)와 안정 회로 (Regulator)로 구현하였다.
- 통신부 및 충전부의 디지털 하드웨어 파트는 FPGA를 이용하여 모바일 감성 센싱 단말기 전용으로 설계하였다. BPSK 모듈레이션을 사용하므로, 통신 송신부는 패킷 구성에서부터 BPSK 모듈레이션까지 디지털 블록으로 구현하고, 신호 증폭기만 아날로그 블록으로 구현하였다.
대상 데이터
- 배터리부는 충전 배터리와 배터리 보호 블록, 그리고 충전 제어 블록으로 구성하였다. 다만 에뮬레이션의 효율성과 편리성을 위하여 단말기 에뮬레이션 보드는 충전 배터리가 아닌 외부 전원 공급 장치를 통하여 전원을 공급 받았다.
- 구현된 보드이다. 소형, 저전력 모바일 단말기를 위하여 시스템의 마이크로 컨트롤러로는 8051 을, 그리고 외부 메모리는 시리얼 롬을 사용하였다. 시스템 디버깅을 위한 디버거 및 시리얼 포트 등은 별도의 보드(디버깅 포트 모듈)로 제작하여 필요할때만 연결하도록 하였다.
이론/모형
- 충전 거리가 매우 짧다는 한계가 있다. 이를 극복하여 충전 거리를 확장함으로써 사용자들의 편의성을 증진시킬 수 있도록 본 논문에서는 자기 공진방식을 사용하였다 [10-11].
- 모두에서 구현된다. 통신 물리 계층은 KS X 4651-1 “정보기술 - 자기장 통신 네트워크 - 저주파 대역 - 제 1 부: 물리 계층 요구 사항” 을 따른다 [12]. 덧붙여, 베이스 스테이션과 단말기는 수신 신호 세기 측정 기능을 지원한다.
- BPSK 모듈레이션을 사용하므로, 통신 송신부는 패킷 구성에서부터 BPSK 모듈레이션까지 디지털 블록으로 구현하고, 신호 증폭기만 아날로그 블록으로 구현하였다. 통신 수신부는 직접 변환(Direct Conversion) 방식을 적용하였다. 따라서 안테나에서 수신된 신호는 LNA(Low Noise Amplifier) 아날로그 블록을 통과한 뒤 바로 ADC 를 통하여 디지털 신호로 샘플링 되었다.
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