초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 무선통신에서 널리 쓰이는 빔형성 기법과 그것을 기반으로 한 정보보안 기술에 착안하여 다중 코일을 가진 자기장 무선 통신 및 전력전송 시스템에서 활용할 수 있는 빔형성 기술을 통한 자기 에너지 분포 최적화를 주제로 한다. 제안하는 연구의 최종 목표는 자기장 영역을 이용한 무선 통신 및 전력 전송 시스템에서 다수의 디바이스가 임의의 공간에 존재할 때 자기 공명 빔형성을 통해 특정 디바이스에 한정하여 전력을 전송하고 동시에 다른 디바이스로 향하는 에너지 유출을 최소화하여 전체 시스템 효율을 극대화하는 선택적

□ 연구개요
본 연구는 무선통신에서 널리 쓰이는 빔형성 기법과 그것을 기반으로 한 정보보안 기술에 착안하여 다중 코일을 가진 자기장 무선 통신 및 전력전송 시스템에서 활용할 수 있는 빔형성 기술을 통한 자기 에너지 분포 최적화를 주제로 한다. 제안하는 연구의 최종 목표는 자기장 영역을 이용한 무선 통신 및 전력 전송 시스템에서 다수의 디바이스가 임의의 공간에 존재할 때 자기 공명 빔형성을 통해 특정 디바이스에 한정하여 전력을 전송하고 동시에 다른 디바이스로 향하는 에너지 유출을 최소화하여 전체 시스템 효율을 극대화하는 선택적 무선 전력 전송 및 정보 전송 시스템을 설계하고 이를 구현하여 검증하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
총 3년에 걸친 본 연구의 추진 목표는 6개로 분류할 수 있으며 달성한 내용은 아래와 같음.
1. Convex Optimization을 이용한 무선 전력 전송 보안 기법 연구: 선택적 전력 전송 알고리즘을 위한 이론적인 프레임워크를 완성하였음.
2. 전자기 시뮬레이션을 활용한 기존 전력 전송 보안 기법과의 비교 분석 연구: 회로 및 전자기 (EM) 시뮬레이션 방식 모두를 활용하여 전력 전송 보안 기법의 성능 비교평가를 수행하고 제안한 선택적 무선전력 전송 알고리즘을 성공적으로 검증하였음.
3. 3차원 공간에서의 전력 전송 보안 알고리즘 검증: 실제 실험을 수행할 수 있는 테스트베드를 구축하고 2개의 수신기를 3차원 공간에 배치하여 선택적 전력전송을 수행하였으며 300배 이상의 전력비를 달성하였음.
4. 송신 코일의 구조와 전력보안 성능의 상관관계 연구: 동일 평면상의 다중코일 구조, 3차원 오리엔테이션 구조, repeater를 사용한 coverage 확장 연구를 수행하였으며 최종적으로 3차원에서 xy, yz, zx 평면으로 3개의 송신코일을 배치한 배열 구조를 채택함.
5. 다수의 수신기가 존재하는 환경에서의 시스템 성능 최적화: 3개 이상의 수신기가 존재하는 환경에 적용 가능한 선택적 무선전력 전송 알고리즘을 개발하고 이를 실험으로 입증함. Intended 수신기 그룹에서 개별 수신기의 최소 수신 전력을 확보하였음.
6. Automatic Multi-Beam and Multi-Null Steering 기법 개발: 제안한 빔형성 알고리즘을 위한 자기장 채널 추정 알고리즘을 고안하였으며 이는 기존 개별 시스템 정보를 추정하는 방법에 비하여 구현 오베헤드와 채널 추정 지연시간을 획기적으로 줄일 수 있었음. 송신기 코일 전압 벡터를 변경하면서 전력 변화를 측정하여 최종 개발 시스템을 검증함.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구의 결과물인 magnetic 빔포밍 기반의 무선전력 전송 기술은 스마트 폰과 같은 휴대기기, 전기자동차 충전, 센서네트워크 망의 유선인프라 구축이 필요 없는 충전 이외에도 로봇, 드론 같은 이동성이 큰 사물인터넷 서비스와 연계된 기술시장에 적극 활용될 수 있음 제안된 전력 보안 알고리즘을 이용하여 기존 무선 전력 전송 플랫폼 전반의 효율성 증가와 안정성을 확보할 수 있으며 삽입형 의료기기의 전력예산을 증가시켜 고성능, 다기능의 의료기기가 제작이 가능하여 기기 소형화 및 디자인 혁신 가능
모바일 기기 및 IoT 기기의 크기 감소 및 경량화에 따라 이동성 사물인터넷 네크워크 시장에서 다양한 서비스들의 상용화시기를 앞당길 수 있으며, 국가적 차원에서도 해당 기술을 우선 선점하여 산업계에서 이를 선도
시스템 구현 및 검증을 포함한 본 연구 결과는 차세대 무선전력 전송 네트워크 및 무선통신 시스템 관한 후속 연구에 시스템 설계에 가이드라인을 제시

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• (1) 1차년도: 다중 코일 빔형성을 이용한 전력 보안 알고리즘 개발 및 EM시뮬레이션 기반 비교 연구 ... 5
• (2) 2차년도: 테스트베드 구현을 통한 알고리즘 검증과 송신 코일 최적화 ... 6
• (3) 3차년도: 다수 수신기 환경에서의 Automatic Beam and Null Steering 기법 연구 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 1) 연구 개발 성과의 활용 분야 및 활용 방안 ... 15
• 2) 추가연구 방향 및 필요성 ... 15
• 6. 참고문헌 ... 16
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 32