다수 개의 엑세스 포인트 환경에서 전송전력 제어

오창윤(Changyoon Oh) 한국산업정보학회 2020 한국산업정보학회논문지 Vol.25 No.2

다중 엑세스 포인트에서 적용을 위한 전송전력 알고리즘을 연구한다. 개별 단말은 여러 개의 엑세스 포인트 중에서 하나의 엑세스 포인트에 신호를 전송한다. 각각의 엑세스 포인트는 수신이 예정된 단말로 부터 신호를 수신하기도 하지만, 인접한 단말들로 부터 간섭도 수신한다. 본 논문에서는 각각의 단말에 요구되는 신호대 간섭비를 만족하면서 모든 단말들의 총 전송전력이 최소화되도록 전송전력 알고리즘을 제안한다. 특히, 엑세스 포인트 개수의 증가가 단말들이 소모하는 총 전송전력에 미치는 영향을 살펴본다. 이를 기반으로, 단말들의 총 전송전력을 최소화하는 반복적 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 목표 신호대 간섭비에 항상 수렴함을 이론적 기법을 통해 증명한다. 또한, 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 단말들이 소모하는 전송전력을 최적화함을 증명하도록 한다. 실험결과를 통해 다음과 같은 두 가지 사항, 1) 제안하는 전송전력 최적화 알고리즘은 엑세스 포인트 개수와 관계없이 목표로 하는 신호대 간섭비에 수렴하며, 이때 개별 단말들은 최적의 전송전력을 소모한다. 2) 통신시스템에 엑세스 포인트의 개수가 증가할수록 단말들이 소모하는 전송전력은 감소함을 확인하였다. We investigate the transmit power control algorithm for multi-access points environment. Each terminal may transmit a signal to one of these access points. Each access point may receive a signal from desired terminals as well as interference from neighbor terminals. In this paper, a transmit power control algorithm is developed such that the total transmit power is minimized, while each terminal meets the target signal to interference ratio (SIR) requirement. In particular, the effect of increasing the number of access-points on the total transmit power consumption is analyzed. Based on this analysis, we propose a convergence guaranteed power control algorithm. We prove that the proposed iterative algorithm always converges to the target SIR. In addition, we show that the proposed algorithm optimizes the transmit power level. Simulation results show that the proposed algorithm guarantees convergence regardless of the number of access points. We also observed that increasing the number of access points reduces the total transmit power consumption.

철도 적용 무선전력전송시스템을 위한 최적설계 방법론 개발

이승법(Seung Beop Lee),장인권(In Gwun Jang) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

무선전력전송 시스템의 철도적용은 대표적인 다학제적 복잡문제 중 하나로서, 실제 현장적용을 위해서는 다양한 제한조건(전송효율, 전송용량, 전송거리, EMF 기준 등)을 만족시키는 범위에서 정해진 목적함수(시스템무게, 전송효율, 전송용량, 전송거리 등)를 향상시킬 수 있어야 한다. 본 연구는 이에 대한 효과적인 해결책으로써 철도적용 무선전력전송 시스템을 위한 최적설계 방법론을 개발하고, 이를 무선전력전송 시스템의 무게 최소화에 적용하였다. 그 결과 무부하 시, 전송 용량과 EMF 조건을 만족하면서 시스템의 무게를 28.6% 감소시킬 수 있었다. 본 연구에서 제안한 방법론은 향후 복잡한 철도시스템의 개발에 소요되는 비용과 시간의 단축에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다. Wireless power transfer (WPT) systems in railway systems, as a multidisciplinary complex problem, are required to efficiently improve an objective function (e.g. transfer efficiency, mass of a system) while satisfying various constraint functions such as electromagnetic field (EMF), air-gap, and power capacity transferred. In this paper, the optimization framework for the railway-specific wireless power transfer systems was developed and applied to minimize the mass of a wireless power transfer system. After optimization, the mass of the system could be decreased by 28.6% while transmission capacity and EMF were satisfied. The proposed framework would help us to reduce time and cost for development.

융합형 어플리케이션을 위한 자기유도 방식의 무선전력전송 모듈설계에 대한 연구

정병호,박주훈,강보안 한국융합학회 2015 한국융합학회논문지 Vol.6 No.2

자기유도형 전력전송시스템은 의생명 임플란트, 해저 수송, 그리고 로봇의 무접촉 배터리충전 등에 대한 이동형 및 분리형 부하에 전력을 공급하는 물리적 접촉이 요구되는 기존의 방식을 대체하여 성공적으로 개발이 진 행된 시스템으로 알려져 있다. 자기유도결합은 자기유도방식을 이용하여 전력을 전송하는 방식으로 1차측 코일(송 전코일)에서 발생되는 자기장을 2차측코일에 전송하는 원리이다. 송전측 코일에서 발생된 자기장을 커패시터와 코 일로 이루어진 2차측 코일(수전코일)로 구성된 리시버회로에 전송하는 구조로 송전부와 수전부 코일을 갖는 회로로 구성된다. 본 논문에서는 자기유도결합을 적용한 무선전력전송시스템에 대한 수전측 토폴로지 설계 및 적용방법에 대해 연구하였다. 적용된 무선 전력전송방식은 적용의 편리성과 폭넓은 어플리케이션으로 인해 다양한 융합형 응용 장치의 적용이 가능하다. Inductive Power Transfer (IPT) systems have successfully been developed and used to replace traditional conductive power transfer systems where physical connection is either inconvenient or impossible, such as biomedical implants, undersea vehicles, and contactless battery chargers of robots, for providing power to movable or detachable loads. Inductive Coupling uses magnetic fields to transfer power. There is a primary coil, which generates a magnetic field. Then there is another secondary coil which is composed of a capacitor and a coil, the capacitor creates a circuit with the primary and secondary coils. This paper discusses design method and several implementation alternatives for wireless energy transmission systems. It presents realization examples for these alternatives. Wireless energy transmission is investigated in numerous convergence applications due to its simplicity and advantages.

고효율 무선 전력 전송을 위한 고효율 E급 전력 증폭기 및 공진 코일 설계에 관한 연구

윤충모(Choong Mo Youn) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.10

최근 무선 전력 전송 시스템은 조명 분야뿐만 아니라 전기 자동차, 스마트폰 무선 충전 시스템 등 다양한 분야에서 기술이 점차 확대 적용되고 있다. 무선 전력 전송 시스템의 전력 전송 효율을 판가름 하는 가장 큰 두 가지 요소로는 전력을 무선으로 전달하는 매개체인 송, 수신 코일부와 전력을 증폭하는 전력 증폭기부가 해당된다. 본 논문에서는 고효율 무선 전력 전송 시스템을 구축하기 위해 6.78MHz에서 동작하는 고효율 전력 증폭기설계 방안과 공진 코일 제작 방법에 대해 소개한다. Recently, wireless power transmission system is gradually extended to technology in various fields such as lighting field, electric vehicles and smartphones wireless charging system. The largest of the two elements for high transmission efficiency of the wireless power transmission system are resonant coils and power amplifiers. In this paper, in order to build a high efficient wireless power transmission system, we introduce the resonance coil manufacturing method and high efficiency power amplifier design method that operates at 6.78MHz.

자기공명을 이용한 중전력 무선전력전송시스템

문정익,김성민,윤재훈,변우진,최형도,조인귀 에스케이텔레콤 (주) 2015 Telecommunications Review Vol.25 No.4

본 논문에서는 자기공명을 이용한 중전력 무선전력전송시스템을 설계하고 구현한 결과를 소개한다. 무선전력전송시스템은 송신부, 공진부, 수신부로 구성되며 공진기간 전송효율(RF-RF전송효율)은 직경거리에서 70%이상을 가졌다. 구현한 시스템의 전송전력은 최대 100W이며 25W급 옥외 LED전광판, 30W급 노트북, 40W급 모니터, 50W급 서비스 로봇에 무선으로 에너지를 전송하였다. 끝으로, 서비스 로봇의 충전 시스템의 경우 시스템 효율(DC-DC전송효율)은 전송거리가 25cm일 때 약 50%였으며 인체영향을 고려한 전력제어 기술을 적용하여 무선충전 중에 사람의 접근하는 경우 전송전력을 조절하여 전자파로부터 인체를 보호할 수 있도록 하였다.

Study on the Transmit Power, MMSE Receiver Filter, and Access Point Selection Optimization Algorithm

Changyoon Oh(오창윤) 한국컴퓨터정보학회 2021 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.26 No.9

다중 엑세스포인트에 적용하는 전송전력, 최소평균제곱오차(MMSE) 수신필터와 최적의 엑세스포인트 선택 최적화문제를 살펴본다. 지난 연구에서는 전송전력과 MMSE 수신필터 최적화문제[1]와 전송전력과 최적의 엑세스포인트 선택문제[2]를 다루었다. 각각의 문제에 대한 알고리즘을 제안하고 알고리즘의 전송전력의 최소값에 수렴함을 증명하였다. 본 논문에서는 세 가지 변수를 함께 최적화하여 알고리즘의 성능을 개선한다. 구체적으로, 1) 전송전력, MMSE 수신필터, 엑세스포인트 선정을 동시에 고려하여 알고리즘을 제안한다. 2) 또한, 제안하는 알고리즘이 최적화 전송전력값에 수렴하는 것이 보장하는 것을 증명한다. 제안하는 알고리즘이 기존에 제안되었던 두 개의 알고리즘인 1)전송전력과 MMSE 수신필터 최적화 알고리즘, 2) 전송전력 최적화 알고리즘보다 전송전력 소모량에서 성능이 우수함을 실험을 통해서 확인하였다. We consider the joint optimization problem of transmit power level, MMSE receiver filter and access point(AP) selection for multi access points environment. In the previous work, transmit power and MMSE receiver filter were jointly optimized[1] and transmit power and best access point were optimized jointly[2]. For each case, the algorithm was proposed and its convergence which guarantees the minimum total transmit power was proved. In this paper, we further improve the algorithm by jointly optimizing three parameters. More specifically, 1) we propose the algorithm by considering transmit power, MMSE receiver filter and access point selection jointly. 2) we prove that the proposed algorithm guarantees convergence with minimum transmit power consumption. In the simulation results, it is shown that proposed algorithm outperforms two other algorithms, i.e., 1) algorithm with transmit power and MMSE receiver filter, and 2) algorithm with transmit power and best access point selection.

적응형 저전력 전송 기법을 사용한 효율적인 BMA 데이터 전송 기술

김상철(Sang-Chul Kim) 한국컴퓨터정보학회 2010 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.15 No.5

본 논문에서는 TDMA ad hoc MAC 프로토콜에서 적응형 저전력 전송 기법을 이용한 효율적인 타임 슬롯 할당 데이터 전송 기법을 제안한다. Ad hoc 네트워크의 자원은 간섭과 경쟁 기반의 제한된 무선 통신 채널의 재사용을 특징으로 가지고 있기 때문에 ad hoc 알고리즘 개발 시 노드 수의 증가에 따른 효율적인 타임 슬롯 할당 및 저전력 전송 기법 문제는 주요한 연구 과제이다. 제안된 알고리즘은 이웃 클러스터의 패킷 전송에서 발생하는 전력 간섭을 최소화함으로 얻어지는 패킷 충돌 회피의 장점을 이용하여, 클러스터에서 사용되는 총 전력 소비량을 최소화하고, 나아가, TDMA 슬롯의 패킷 처리량을 높이는 것을 목표로 한다. 제안된 적응형 저전력 전송 기법을 기존의 two-tier 전력 전송 기법과 비교 분석한 결과, BMA 프로토콜에 의한 메시지 전송에서 15.8%의 에너지 사용 저감 효과를 나타내었으며, 또한 4.66% 높은 타임 슬롯 사용 효율성을 나타내었다. This paper proposes an efficient data transmission strategy using adaptive-tier low transmission power schedule in a TDMA-based ad hoc MAC protocol. Since the network resource of ad hoc networks has the characteristic of reassignment due to the multiple interferences and the contention-based limited wireless channel, the efficient time slot assignment and low power transmission scheme are the main research topics in developing ad hoc algorithms. Based on the proposed scheme of interference avoidance when neighbor clusters transmit packets, this paper can minimize the total energy dissipation and maximize the utilization of time slot in each ad hoc node. Simulation demonstrates that the proposed algorithm yields 15.8 % lower energy dissipation and 4.66% higher time slot utilization compared to the ones of two-tier conventional energy dissipation model.

이종망 환경에서 오버헤드 감소와 수율 향상을 위한 자율적인 펨토셀 전송 전력 조절 기법

조영훈(Younghoon Jo),임재찬(Jaechan Lim),홍대형(Daehyoung Hong) 한국통신학회 2013 韓國通信學會論文誌 Vol.38 No.1B

저전력, 저가의 초소형 기지국인 펨토셀은 heterogeneous network 의 중요 구성 요소 중 하나이다. 그러나 펨토셀 설치에 따른 셀 구조의 변화는 셀 간 간섭과 signaling overhead 증가와 같은 기술적인 문제를 야기할 수 있다. 이와 같은 기술적인 문제의 해결 방법 중 하나는 펨토셀이 SON(Self-Organized Network)과 같은 기법을 이용하여 자율적으로 전송전력을 조절하는 것이다. 펨토셀은 전송전력 조절을 통해 시스템 throughput을 향상시키거나 overhead를 감소시킬 수 있다. 일반적으로 시스템 throughput을 최대화하기 위한 펨토셀 전송 전력과 시스템 overhead 감소를 위한 펨토셀 전송 전력은 일치하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 펨토셀이 시스템 overhead를 감소시키는 동시에 시스템 throughput을 향상시키도록 전송 전력을 조절하는 방법을 제안한다. 모의실험을 통해 제안 기법이 throughput만을 최대화하는 기법에 비하여 시스템 overhead를 41% 감소시키는 것을 확인하였다. 또한 커버리지만을 최적화 하는 기법에 비하여 throughput이 63% 향상되는 것을 확인하였다. Femto-cells are low power/cost, micro-base stations and are main components in heterogeneous networks. However, some of technical issues arise when femto-cells are initially installed. One approach to resolve the problems is to control the transmission (TX) power autonomously via SON(Self-Organized Network) scheme. By controlling the femto-cell TX power, the system throughput performance can be improved or the system overhead is highly reduced. Generally, the TX power for maximizing the system throughput and that for reduced system overhead may not be identical. Therefore, we propose a TX power control scheme by which we can improve the system throughput and reduce the system overhead, simultaneously. When we apply the proposed method, the simulation results show that the system overhead can be reduced by up to 41% compared to the performance of the method which maximizes throughput performance only, and the throughput performance can be improved by up to 63% compared to that of the method which only optimizes the coverage area.

재전송 기반의 무선 정보 전력 동시 전송 시스템

김성환(Seong Hwan Kim) 한국정보통신학회 2024 한국정보통신학회논문지 Vol.28 No.5

본 연구는 하나의 기지국이 여러 사물인터넷 단말에 무선으로 전력과 정보를 동시에 전송하는 시스템을 고려한다. 기지국은 다중 안테나로 빔포밍을 수행하며 단말은 단일 안테나를 갖는다고 가정한다. 특히, 채널의 일부 성분이 랜덤하게 변하여 채널 추정이 부정확한 상황을 고려한다. 이러한 환경에서 신뢰성 높은 시스템을 설계하기 위해 재전송을 도입하며 디코딩 시에 이전 수신 신호를 사용하지 않는 방식 (SWIPT-ARQ)과 이전 수신 신호를 마지막 수신신호와 결합하는 방식 (SWIPT-CC)을 제안한다. 두 기법은 2 비트의 피드백 신호를 사용하도록 설계한다. 또한 매(재)전송 마다 기지국의 전송 전력을 최소화하기 위한 빔포밍 행렬과 전력 분할 비율을 결정하는 문제를 정의하고 해답을 제시한다. 시뮬레이션 분석을 통해, 완벽한 채널 추정을 가정한 기법의 전력 효율 대비 SWIPT-CC가 최대 69%, SWIPT-ARQ가 최대 44%의 전력 효율을 달성함을 보인다. This study considers a simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) system where a single base station (BS) serves multiple Internet of Things (IoT) devices. The BS performs beamforming using multiple antennas, while a terminal uses a single antenna. We consider that a portion of the channel randomly changes, leading to inaccurate channel estimation. To design a reliable system, we introduce retransmission to the system and proposes two schemes: one that does not use previous received signals for decoding (SWIPT-ARQ) and the other one that combines previous received signals with the last received signal (SWIPT-CC). Both schemes use a 2-bit feedback signal. Furthermore, we formulate optimization problems for finding beamforming matrices and power splitting ratios in order to minimize transmission power at each (re)transmission and provide solutions. Simulation results show that the power efficiency of SWIPT-CC achieves up to 69% of the power efficiency assumed under perfect channel estimation, and SWIPT-ARQ achieves up to 44%.

무선전력전송의 송전 공진코일에서 발생하는 방전현상 연구

이기범(Gi-Bum Lee) 한국전자통신학회 2024 한국전자통신학회 논문지 Vol.19 No.2

Ⅰ. 서 론 Ⅱ. 자기공진 무선전력전송 구조 Ⅲ. 송전 공진코일에서 선간 방전현상 분석 Ⅴ. 결론 및 향후개선 방향 References 본 논문에서는 4-코일 방식의 자기공진 무선전력전송 시스템을 구현하는 데 있어서, 송전 공진코일의 끝단에서 발생하는 선간 방전현상을 연구하였다. 자기공진 무선전력전송은 급전코일, 송전 공진코일, 수전 공진코일, 부하코일로 구성되어 있다. 여기서 송전 공진코일은 급전코일에서 발생한 자기장을 증폭하여 전방의 수전 공진코일로 전달하는 역할을 한다. 큰 전력을 전송하기 위하여 급전코일에 높은 전류를 흘려주면 송전 공진코일 끝단에 높은 전압이 유기되어 선간 방전현상이 일어나게 된다. 선간 방전현상은 송전기 케이스를 손상시키게 되고, 송전기를 사용할 수 없는 상태로 만든다. 따라서 이러한 선간 방전현상을 제거하기 위하여, 선간 방전을 일으키는 송전 공진코일에 유기되는 전압을 분석하고, 해결 방안을 제시하였다.