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위상배열 안테나를 이용한 빔포밍 기반 무선전력전송 시스템의 피드백 간소화 기법
Feedback Simplification Scheme for Wireless Power Transfer Systems Based on Beamforming with Phased Array Antenna 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.30 no.3, 2019년, pp.195 - 201  

노태래 (숭실대학교 전자정보공학부) ,  강길모 (숭실대학교 전자정보공학부) ,  신오순 (숭실대학교 전자정보공학부)

초록
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위상배열 안테나는 개별 안테나의 위상을 제어함으로써 원하는 방향으로 빔 패턴을 형성할 수 있어 무선전력전송의 효율을 높이는데 효과적이다. 최적의 빔포밍을 통해 무선전력전송의 효율을 극대화하기 위해 송신기는 최적의 전송 경로를 인지해야 한다. 최적의 전파 경로 추정을 위해 일반적으로 송신기는 주기적으로 파일롯 신호를 전송하고 수신기는 이를 이용하여 최적의 경로에 해당되는 빔포밍 가중치를 계산하여 송신기로 피드백한다. 일반적으로 피드백 양이 안테나 수에 비례하여 증가하여 안테나 수가 많은 경우 피드백 오버헤드 문제가 대두된다. 본 논문에서 far-field approximation을 적용하여 피드백 양을 최소화하는 기법을 제안하고, 모의실험을 통해 간소화된 피드백 정보가 빔 패턴에 미치는 영향을 분석한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effectiveness of the phased array antenna in wireless power transfer systems is due to its ability to form a beam pattern towards the desired direction. To maximize the efficiency of wireless power transfer through beamforming, the transmitter must recognize the information on the optimal transm...

주제어

#Beamforming   #Far-Field Approximation   #Feedback Simplification   #Linear Phased Array Antenna   #Planar Phased Array Antenna  

표/그림 (5)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 RF 무선전력전송 시스템에서 far-field approximation을 기반으로 빔포밍 가중치에 대한 피드백 정보를 간소화하는 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 기존 기법과 달리 안테나 수에 무관하게 선형 안테나의 경우 하나의 복소수 값으로, 평면 위상배열 안테나의 경우 두 개의 복소수 값으로 간소화하여 피드백 함으로써 안테나 수가 증가해도 피드백 오버헤드가 증가하지 않는 장점을 갖는다.
  • 본 논문에서는 안테나 수에 비례하여 증가하는 피드백복잡도 문제를 해결하기 위하여 원거리장 근사화(far-field approximation) 기반의 피드백 간소화 기법을 제안한다. 제안한 기법을 이용하면 안테나 수에 무관하게 피드백 양을 최소한으로 유지할 수 있는 장점이 있다.

가설 설정

  • 그림 2는 수신 SNR에 따른 에러 전력의 변화를 보여준다. SNR이 증가하면 간소화된 빔포밍 가중치의 에러 전력이 감소하여 정확도가 개선된다.
  • 모의실험을 통해 N = 16인 선형 위상배열 안테나와 N1 = N2 = 4인 평면 위상배열 안테나의 빔포밍 에러와 방사 패턴을 모의실험을 통해 분석하였다. 배열을 구성하는 개별 안테나는 전방향성(isotropic) 안테나를 가정하였다. 먼저 제안한 빔포밍 가중치 간소화 기법의 성능 분석을 위해  β (또는 βx와 βy ) 추정의 에러 전력을 다음과 같이 정의한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위상배열 안테나는 어떤 곳에 활용할 수 있나? 위상배열 안테나는 개별 안테나의 위상을 제어함으로써 빔 패턴을 원하는 목표물 방향으로 조향할 수 있다[1]. 이러한 특성 때문에 위상배열 안테나는 무선통신과 레이다뿐만 아니라, 무선전력전송에도 효과적으로 활용할 수 있다[2]. 무선전력전송에서 최적의 전력전송을 위한 전파전달 경로를 결정하기 위해 송신기는 일반적으로 파일럿 신호를 전송한다.
위상배열 안테나는 무엇인가? 위상배열 안테나는 개별 안테나의 위상을 제어함으로써 빔 패턴을 원하는 목표물 방향으로 조향할 수 있다[1]. 이러한 특성 때문에 위상배열 안테나는 무선통신과 레이다뿐만 아니라, 무선전력전송에도 효과적으로 활용할 수 있다[2].
원거리장 근사화 기반의 피드백 간소화 기법에는 어떤 장점이 있는가? 본 논문에서는 안테나 수에 비례하여 증가하는 피드백복잡도 문제를 해결하기 위하여 원거리장 근사화(far-field approximation) 기반의 피드백 간소화 기법을 제안한다. 제안한 기법을 이용하면 안테나 수에 무관하게 피드백 양을 최소한으로 유지할 수 있는 장점이 있다. 선형 위상배열 안테나와 평면 위상배열 안테나에 제안 기법을 적용하는 경우 빔포밍 가중치 오류와 그에 따른 빔 패턴을 분석한다.
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참고문헌 (5)

  1. 10.1002/0471224219 R. C. Hansen, Phased Array Antennas, New York, NY: John Wiley & Sons, 1998. 10.1002/0471224219 

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  2. 10.1109/MCOM.2015.7120022 K. Huang, X. Zhou, "Cutting the last wires for mobile communications by microwave power transfer," IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 6, pp. 86-93, Jun. 2015. 10.1109/MCOM.2015.7120022 

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  3. 10.1109/CSPA.2012.6194737 S. F. Maharimi, M. F. Jamlos, M. F. A. Malek, and S. C. Neoh, "Impact of number elements on array factor in linear arrays antenna," in 2012 IEEE 8th International Colloquium on Signal Processing and its Applications, Melaka, Malaysia, Mar. 2012, pp. 296-299. 10.1109/CSPA.2012.6194737 

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  4. 10.1109/TIT.2009.2034786 R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Distributed transmit beamforming using feedback control," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 56, no. 1, pp. 411-426, Jan. 2010. 10.1109/TIT.2009.2034786 

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  5. 10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8072740 M. Al-Husseini, H. Ghaziri, E. Yaacoub, and K. Y. Kabalan, "Rectangular and circular arrays with independently controlled beamwidth and sidelobe level," in 2017 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, San Diego, CA, 2017, pp. 1395-1396. 10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8072740 

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