特許 5976521 フレーム基盤無線エネルギー送信方法及び送受信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5976521

(24)【登録日】2016年7月29日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】フレーム基盤無線エネルギー送信方法及び送受信装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20160809BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20160809BHJP

   H04W 72/04 20090101ALI20160809BHJP

   H04W 28/06 20090101ALI20160809BHJP

   H04B 5/02 20060101ALI20160809BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02J50/80

   H04W72/04 131

   H04W28/06 110

   H04B5/02

【請求項の数】25

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-278723(P2012-278723)

(22)【出願日】2012年12月20日

(65)【公開番号】特開2013-143908(P2013-143908A)

(43)【公開日】2013年7月22日

【審査請求日】2015年4月24日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0002767

(32)【優先日】2012年1月10日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】權 義 根

(72)【発明者】

【氏名】金 尚 駿

(72)【発明者】

【氏名】尹 勝 槿

【審査官】 田中 寛人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６８３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ５０／００−５０／９０

Ｈ０４Ｂ１／３８−１／５８、５／００−５／０６、７／２４−７／２６

Ｈ０４Ｗ４／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソース共振器と少なくとも１つのターゲット共振器との間の相互共振によって少なくとも１つの受信デバイスにフレーム単位でエネルギーを送信する送信部と、
前記少なくとも１つの受信デバイスへのエネルギー送信の有無、又は前記少なくとも１つの受信デバイスへのデータ送信の有無に基づいて前記フレームに含まれる情報を決定する制御部と、を備え、
前記フレームは、前記エネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み、
前記エネルギーフレームボディは、少なくとも１つのデータフレームを含み、
前記少なくとも１つのデータフレームは、データ情報を含むデータフレームボディを含むことを特徴とするフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項2】

前記送信部は、第１エネルギーフレームの送信を完了した後、予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、第２エネルギーフレームを送信することを特徴とする請求項１に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項3】

前記第１エネルギーフレームは、前記少なくとも１つの受信デバイスが前記エネルギーフレームを受信するために必要な事前情報を含むプリアンブル、制御情報を含むエネルギーフレームヘッダ、及び前記少なくとも１つの受信デバイスに送信するエネルギーを含むエネルギーフレームボディを含むことを特徴とする請求項２に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項4】

前記プリアンブルは、前記第１エネルギーフレームの検出及び前記エネルギーが送信されるチャネルの推定に必要な情報を含むことを特徴とする請求項３に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項5】

前記エネルギーフレームヘッダは、前記第１エネルギーフレームの長さ情報、前記第１エネルギーフレームを送信する送信デバイスのＩＤ情報、前記第１エネルギーフレームを受信する受信デバイスのＩＤ情報、及び前記少なくとも１つの受信デバイスのＩＤ情報を含むことを特徴とする請求項３に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔の時間以後、複数の送信デバイス間のエネルギー送信チャネルを占有するための競争を制御することを特徴とする請求項２に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項7】

前記競争はスロットタイムを基本時間の単位として行われ、前記スロットタイムは前記予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔であることを特徴とする請求項６に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項8】

前記制御部は、スーパーフレーム構造でエネルギーフレームボディにデータフレームを挿入し、前記送信部は、フレーム単位でエネルギー及びデータを送信することを特徴とする請求項３に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項9】

前記送信部は、前記エネルギーフレームボディの区間内で第１データフレームの送信を完了した後、予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、第２データフレームを送信することを特徴とする請求項８に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項10】

前記予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、前記第１データフレームを受信した受信デバイスから応答信号を受信する受信部を更に備えることを特徴とする請求項９に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項11】

前記第１データフレームは、前記第１データフレームの開始を示すスタートオブフレーム（ＳｏＦ）、制御情報を含むデータフレームヘッダ（ＤＦＨ）、及びデータ情報を含むデータフレームボディ（ＤＦＢ）を含むことを特徴とする請求項９に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項12】

前記データフレームヘッダは、前記第１データフレームの長さ情報、前記第１データフレームのタイプ情報、前記第１データフレームを送信する送信デバイスのＩＤ情報、前記第１データフレームを受信する受信デバイスのＩＤ情報、及びＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）情報を含むことを特徴とする請求項１１に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項13】

前記制御部は、前記予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間以後、前記第１データフレームを送信する送信デバイスと前記第１データフレームを受信する受信デバイスとの間のデータ送信チャネルを占有するための競争を制御することを特徴とする請求項９に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項14】

前記競争はスロットタイムを基本時間の単位として行われ、前記スロットタイムは前記予め設定されたデータフレーム間の間隔であることを特徴とする請求項１３に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項15】

前記プリアンブルに含まれる情報を用いて送信デバイスから受信デバイスへの下りリンクトレーニング及び前記受信デバイスから前記送信デバイスへの上りリンクトレーニングを行うトレーニング部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項16】

前記トレーニング部は、前記送信デバイスと前記受信デバイスとの間で全二重方式により通信する場合、前記下りリンクトレーニング及び前記上りリンクトレーニングを同時に行うことを特徴とする請求項１５に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項17】

ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によって送信デバイスからフレーム単位でエネルギーを受信する受信部と、
前記受信部で受信したフレームに含まれる情報に基づいて受信デバイスの動作を制御する制御部と、を備え、
前記フレームは、前記エネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み、
前記エネルギーフレームボディは、少なくとも１つのデータフレームを含み、
前記少なくとも１つのデータフレームは、データ情報を含むデータフレームボディを含むことを特徴とするフレーム基盤無線エネルギー受信装置。

【請求項18】

前記受信部は、最小に予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔でエネルギーフレームを受信することを特徴とする請求項１７に記載のフレーム基盤無線エネルギー受信装置。

【請求項19】

前記制御部は、
前記エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて前記エネルギーフレームを検出する検出部と、
前記エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて前記エネルギーフレームが送信されるチャネルを推定するチャネル推定部と、
前記エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて前記受信デバイスの動作スイッチの時間同期を推定する同期推定部と、を有することを特徴とする請求項１８に記載のフレーム基盤無線エネルギー受信装置。

【請求項20】

前記受信部は、エネルギーフレームボディの区間内で、最小に予め設定されたデータフレーム間の間隔でデータフレームを受信することを特徴とする請求項１７に記載のフレーム基盤無線エネルギー受信装置。

【請求項21】

前記予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、前記送信デバイスにデータフレームを送信する送信部を更に備えることを特徴とする請求項２０に記載のフレーム基盤無線エネルギー受信装置。

【請求項22】

ソース共振器と少なくとも１つのターゲット共振器との間の相互共振によって少なくとも１つの受信デバイスにフレーム単位でエネルギーを送信するステップと、
前記少なくとも１つの受信デバイスへのエネルギー送信の有無、又は前記少なくとも１つの受信デバイスへのデータ送信の有無に基づいて前記フレームに含まれる情報を決定するステップと、を有し、
前記フレームは、前記エネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み、
前記エネルギーフレームボディは、少なくとも１つのデータフレームを含み、
前記少なくとも１つのデータフレームは、データ情報を含むデータフレームボディを含むことを特徴とするフレーム基盤無線エネルギー送信方法。

【請求項23】

前記少なくとも１つの受信デバイスは、複数の受信デバイスであることを特徴とする請求項１に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項24】

前記少なくとも１つのターゲット共振器は、複数のターゲット共振器であることを特徴とする請求項１に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【請求項25】

前記制御部は、前記競争を制御するためにＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式を用いることを特徴とする請求項６に記載のフレーム基盤無線エネルギー送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フレームに基づいてエネルギーを無線で送信する方法及び送受信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、スマートフォン、タブレットＰＣ、ラップトップコンピュータのような携帯用機器が増加している。また、無線ＬＡＮ及びブルートゥース（登録商標）などの近距離通信技術の発展に伴って、同一ユーザ或いは他のユーザの携帯用機器間の情報交換のみならず、様々な携帯用機器で単一アプリケーションを構成して作動するシステムが増えつつある。このようなシステムの大部分は携帯用機器で構成されているため、現在の携帯用機器は、バッテリが充電容量の限界に直面し、既存よりも充電を頻繁に要求している。最近、このような問題を解決するための方法の１つとして注目を浴びているものが近距離無線電力伝送である。

【0003】

近距離無線電力伝送とは、動作周波数で波長の長さに比べて送受信コイル間の距離が小さい場合の無線電力伝送を意味する。共振特性を用いる無線電力送受信システムは、電力を供給するソースと電力が供給されるターゲットを含む。無線電力を伝送して受信する過程において、ソースとターゲットは制御情報を共有する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、有線又は無線で電力を送受信することのできるフレームワーク（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）に関する技術を用い、フレーム単位のエネルギーを送信することによって、少なくとも１つ以上の端末が存在する場合に端末間で電力を交換するフレーム基盤無線エネルギー送信方法及び送受信装置を提供することにある。

【0005】

また、本発明の目的は、フレーム単位でエネルギーを送信することによって、携帯用機器に無線で電力を供給することができ、必要に応じて複数の端末の間に電力を互いに共有することのできるフレーム基盤無線エネルギー送信方法及び送受信装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置は、ソース共振器と少なくとも１つのターゲット共振器との間の相互共振によって少なくとも１つの受信デバイスにフレーム単位でエネルギーを送信する送信部と、前記少なくとも１つの受信デバイスへのエネルギー送信の有無、又は前記少なくとも１つの受信デバイスへのデータ送信の有無に基づいて前記フレームに含まれる情報を決定する制御部と、を備え、前記フレームは、前記エネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み、前記エネルギーフレームボディは、少なくとも１つのデータフレームを含み、前記少なくとも１つのデータフレームは、データ情報を含むデータフレームボディを含むことを特徴とする。

【0007】

前記少なくとも１つの受信デバイスは、複数の受信デバイスであり得る。
前記少なくとも１つのターゲット共振器は、複数のターゲット共振器であり得る。
前記送信部は、第１エネルギーフレームの送信を完了した後、予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、第２エネルギーフレームを送信し得る。
前記第１エネルギーフレームは、前記少なくとも１つの受信デバイスが前記エネルギーフレームを受信するために必要な事前情報を含むプリアンブル、制御情報を含むエネルギーフレームヘッダ、及び前記少なくとも１つの受信デバイスに送信するエネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み得る。
前記プリアンブルは、前記第１エネルギーフレームの検出及び前記エネルギーが送信されるチャネルの推定に必要な情報を含み得る。
前記エネルギーフレームヘッダは、前記第１エネルギーフレームの長さ情報、前記第１エネルギーフレームを送信する送信デバイスのＩＤ情報、前記第１エネルギーフレームを受信する受信デバイスのＩＤ情報、及び前記少なくとも１つの受信デバイスのＩＤ情報を含み得る。
前記制御部は、前記予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔の時間以後、複数の送信デバイス間のエネルギー送信チャネルを占有するための競争を制御し得る。
前記制御部は、前記競争を制御するためにＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式を用い得る。
前記競争はスロットタイムを基本時間の単位として行われ、前記スロットタイムは前記予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔であり得る。
前記制御部は、スーパーフレーム構造でエネルギーフレームボディにデータフレームを挿入し、前記送信部は、フレーム単位でエネルギー及びデータを送信し得る。
前記送信部は、前記エネルギーフレームボディの区間内で第１データフレームの送信を完了した後、予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、第２データフレームを送信し得る。
前記フレーム基盤無線エネルギー送信装置は、前記予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、前記第１データフレームを受信した受信デバイスから応答信号を受信する受信部を更に備えることができる。
前記第１データフレームは、前記第１データフレームの開始を示すスタートオブフレーム（ＳｏＦ）、制御情報を含むデータフレームヘッダ（ＤＦＨ）、及びデータ情報を含むデータフレームボディ（ＤＦＢ）を含み得る。
前記データフレームヘッダは、前記第１データフレームの長さ情報、前記第１データフレームのタイプ情報、前記第１データフレームを送信する送信デバイスのＩＤ情報、前記第１データフレームを受信する受信デバイスのＩＤ情報、及びＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）情報を含み得る。
前記制御部は、前記予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間以後、前記第１データフレームを送信する送信デバイスと前記第１データフレームを受信する受信デバイスとの間のデータ送信チャネルを占有するための競争を制御し得る。
前記競争はスロットタイムを基本時間の単位として行われ、前記スロットタイムは前記予め設定されたデータフレーム間の間隔であり得る。
前記フレーム基盤無線エネルギー送信装置は、前記プリアンブルに含まれる情報を用いて送信デバイスから受信デバイスへの下りリンクトレーニング及び前記受信デバイスから前記送信デバイスへの上りリンクトレーニングを行うトレーニング部を更に備えることができる。
前記トレーニング部は、前記送信デバイスと前記受信デバイスとの間で全二重方式により通信する場合、前記下りリンクトレーニング及び前記上りリンクトレーニングを同時に行い得る。

【0008】

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるフレーム基盤無線エネルギー受信装置は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によって送信デバイスからフレーム単位でエネルギーを受信する受信部と、前記受信部で受信したフレームに含まれる情報に基づいて受信デバイスの動作を制御する制御部と、を備え、前記フレームは、前記エネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み、前記エネルギーフレームボディは、少なくとも１つのデータフレームを含み、前記少なくとも１つのデータフレームは、データ情報を含むデータフレームボディを含むことを特徴とする。

【0009】

前記受信部は、最小に予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔でエネルギーフレームを受信し得る。
前記制御部は、前記エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて前記エネルギーフレームを検出する検出部と、前記エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて前記エネルギーフレームが送信されるチャネルを推定するチャネル推定部と、前記エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて前記受信デバイスの動作スイッチの時間同期を推定する同期推定部と、を備え得る。
前記受信部は、エネルギーフレームボディの区間内で、最小に予め設定されたデータフレーム間の間隔でデータフレームを受信し得る。
前記フレーム基盤無線エネルギー受信装置は、前記予め設定されたデータフレーム間の間隔の時間中に遊休状態を保持した後、前記送信デバイスにデータフレームを送信する送信部を更に備えることができる。

【0010】

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるフレーム基盤無線エネルギー送信方法は、ソース共振器と少なくとも１つのターゲット共振器との間の相互共振によって少なくとも１つの受信デバイスにフレーム単位でエネルギーを送信するステップと、前記少なくとも１つの受信デバイスへのエネルギー送信の有無、又は前記少なくとも１つの受信デバイスへのデータ送信の有無に基づいて前記フレームに含まれる情報を決定するステップと、を有し、前記フレームは、前記エネルギーを含むエネルギーフレームボディを含み、前記エネルギーフレームボディは、少なくとも１つのデータフレームを含み、前記少なくとも１つのデータフレームは、データ情報を含むデータフレームボディを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、有線又は無線で電力を送受信することのできるフレームワークに関する技術を用い、フレーム単位のエネルギーを送信することによって、少なくとも１つの端末が存在する場合に端末間で電力を交換可能にする。また、端末間に電力を送受信すると同時にデータ伝送も可能にする。
また、フレーム単位でエネルギーを送信することによって、携帯用機器に無線で電力供給を行うことができ、必要に応じて多重端末間で電力を互いに共有することができる。
また、フレーム基盤無線エネルギー送信装置は、電源ソースがない装置に電力を供給し、同時にデータを送受信することによって低電力センサ、無電源機器との電力供給及び通信にも使用できる。
また、フレーム基盤でエネルギーを送信し、毎フレームの初めにプリアンブルを送信することによって、端末が移動する場合にもエネルギー送信ができる。
また、エネルギーフレームのボディにデータフレームを挿入するスーパーフレーム構造を用いることによって、エネルギー送信端末と複数のエネルギー受信端末との間にエネルギーの送受信中に データの送受信を効率よく行うことができる。即ち、ネットワークの状況でエネルギー及びデータを同時に送受信することができる。
また、プリアンブルを用いてエネルギー及びデータ送受信のための上りリンク及び下りリンクチャネルのトレーニングを一度に行い、このとき抽出されたパラメータをエネルギーフレームのヘッダを介してエネルギー送信端末及びエネルギー受信端末が共有することによって、低いトレーニングオーバーヘッドで迅速にエネルギー及びデータを送受信することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態による無線電力を用いる通信システムの等価回路を示す図である。

【図2】本発明の他の実施形態による無線電力を用いる通信システムの等価回路を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置を適用するシナリオを示す図である。

【図4】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置を適用するネットワーク状況における電力及びデータ送信のトポロジーを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置のブロック図である。

【図6】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー受信装置のブロック図である。

【図7】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置で送信するエネルギーフレームを示す図である。

【図8】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置で送信するエネルギーフレームのトランスアクションを示す図である。

【図9】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置でエネルギー及びデータを同時に送信するために用いるスーパーフレーム構造のデータフレームを示す図である。

【図10】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置で送信するデータフレームのトランスアクションを示す図である。

【図11】本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置とフレーム基盤無線エネルギー受信装置との間で行われるトレーニングを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0014】

先ず、無線電力を用いる通信システムについて説明すると、無線電力を用いる通信システムは、電源ソースのない情報格納装置の遠隔制御に応用される。無線電力を用いる通信システムは、情報格納装置に遠隔で装置を駆動することのできる電力を供給すると同時に、無線で格納装置に格納された情報を呼び出すシステムに応用される。

【0015】

無線電力を用いる通信システムは、信号を発生するために電源供給装置からエネルギーをソース共振器に格納し、電源供給装置とソース共振器を電気的に接続するスイッチをオフすることによって、ソース共振器の自己共振を誘導する。自己共振するソース共振器と相互共振をするほど近い距離にソース共振器の共振周波数と同一の共振周波数を有するターゲット共振器が存在する場合、ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振現象が発生する。

【0016】

ソース共振器は電源供給装置からエネルギーが供給される共振器を意味し、ターゲット共振器は相互共振現象によってエネルギーが伝達される共振器を意味する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態による無線電力を用いる通信システムの等価回路を示す図である。等価回路において、キャパシタＣ_１とスイッチ部１３０は電力入力部１１０と電力送信部１２０とを物理的に分離させる。キャパシタＣ_２とスイッチ部１６０は受信部１４０と電力出力部１５０とを物理的に分離させる。

【0018】

図１に示すように、無線電力を用いる通信システムは、ソースとターゲットで構成されるソース−ターゲット構造である。無線電力を用いる通信システムは、無線電力送信装置と無線電力受信装置を含む。無線電力送信装置はソースに該当し、無線電力受信装置はターゲットに該当する。

【0019】

無線電力送信装置は、電力入力部１１０、電力送信部１２０、及びスイッチ部１３０を備える。電力入力部１１０は、電源供給装置を用いてキャパシタにエネルギーを格納する。スイッチ部１３０は、キャパシタＣ_１にエネルギーが格納される間には電力入力部１１０にキャパシタＣ_１が接続されて、キャパシタＣ_１を電力送信部１２０に接続しない。スイッチ部１３０は、キャパシタＣ_１に格納されたエネルギーを放電する間にはキャパシタＣ_１と電力入力部１１０との接続を遮断して、キャパシタＣ_１を電力送信部１２０に接続する。スイッチ部１３０は、キャパシタＣ_１が同時に電力入力部１１０及び電力送信部１２０に接続されないようにする。

【0020】

電力送信部１２０は、電磁気（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）エネルギーを相互共振によって受信部１４０に伝達（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ）する。より具体的には、電力送信部１２０の送信コイルＬ_１は受信部１３０の受信コイルＬ_２との相互共振によって電力を伝達する。送信コイルＬ_１と受信コイルＬ_２との間に発生する相互共振の程度は相互インダクタンスＭの影響を受ける。

【0021】

電力送信部１２０は、キャパシタに格納されたエネルギーをシンボル単位ごとに量子化して送信する。即ち、電力送信部１２０は、シンボル単位ごとに送信されるエネルギー量を異なるように制御することによって情報を送信する。ここで、シンボル単位は、ソースとターゲットとの間に１つのビット情報が伝達される単位であり、スイッチ部１３０の動作に応じてキャパシタにエネルギーが一度充電されて放電される期間を意味する。

【0022】

電力入力部１１０は、入力電圧Ｖ_ＤＣ、内部抵抗Ｒ_ｉｎ、及びキャパシタＣ_１を含む。電力送信部１２０は、電力送信部１２０に対応する物理的な性質を反映した基礎回路素子Ｒ_１、Ｌ_１、Ｃ_１を含む。スイッチ部１３０は少なくとも１つのスイッチを含み、スイッチ部１３０は複数のスイッチを含んでもよい。スイッチには、オン／オフ機能を行うことのできる能動素子が用いられてもよい。Ｒは抵抗成分、Ｌはインダクター成分、Ｃはキャパシタ成分を意味する。入力電圧Ｖ_ＤＣのうち、キャパシタＣ_１に印加される電圧はＶ_ｉｎで表示している。

【0023】

無線電力受信装置は、受信部１４０、電力出力部１５０、及びスイッチ部１６０を備える。受信部１４０は、電力送信部１２０から電磁気エネルギーを受信する。受信部１４０は、受信した電磁気エネルギーを、接続されたキャパシタに格納する。スイッチ部１６０は、キャパシタＣ_２にエネルギーが格納される間には受信部１４０にキャパシタＣ_２を接続して、キャパシタＣ_２を電力出力部１５０に接続しない。スイッチ部１６０は、キャパシタＣ_２に格納されたエネルギーを負荷に伝達する間にはキャパシタＣ_２と受信部１４０との接続を遮断して、キャパシタＣ_２を電力出力部１５０に接続する。スイッチ部１６０は、キャパシタＣ_２が同時に受信部１４０及び電力出力部１５０に接続されないようにする。

【0024】

より具体的に、受信部１４０の受信コイルＬ_２は、電力送信部１２０の送信コイルＬ_１との相互共振によって電力を受信する。受信した電力によって受信コイルＬ_２に接続されたキャパシタが充電される。電力出力部１５０は、キャパシタに充電された電力をバッテリに伝達する。電力出力部１５０は、バッテリの代わりに、負荷又はターゲットデバイスに電力を伝達してもよい。

【0025】

受信部１４０は、電力送信部１２０からシンボル単位でエネルギーを受信し、受信したエネルギー量に応じてソースから送信された情報を復調する。

【0026】

受信部１４０は、受信部１４０に対応する物理的な性質を反映した基礎回路素子Ｒ_２、Ｌ_２、Ｃ_２を含む。電力出力部１５０は、キャパシタＣ_２及びバッテリを含む。スイッチ部１６０は、少なくとも１つのスイッチを含み、スイッチ部１６０は複数のスイッチを含んでもよい。Ｖ_ｏｕｔは、受信コイルＬ_２で受信されるエネルギーのうち、キャパシタＣ_２に印加される電圧を表示している。

【0027】

上述したように、電力入力部１１０と電力送信部１２０、受信部１４０と電力出力部１５０を物理的に分離して電力を伝送するいわゆるＲＩ（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）システムは、インピーダンス整合を用いる従来の方式に比べて様々な長所を有する。第１に、ＤＣ電源からソース共振器に直接電力供給が可能であるため電力増幅器を使用しなくてもよい。第２に、受信端のキャパシタに充電された電力でエネルギーをキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）するため、整流器を通した整流作業を必要としない。第３に、インピーダンス整合を行なう必要がないため、送信効率が送信端と受信端との間の距離変化に敏感ではない。また、複数の送信端及び複数の受信端を含む無線電力伝送システムへの拡張が容易である。

【0028】

図２は、本発明の一実施形態による無線電力を用いる通信システムの等価回路を示す図であり、電力充電部２１０と送信部２３０、充電部２４０と電力出力部２６０がスイッチによって物理的に分離された無線電力を用いる通信システムの等価回路を示す図である。

【0029】

図２に示すように、無線電力を用いる通信システムは、ソースとターゲットで構成されるソース−ターゲット構造である。即ち、無線電力を用いる通信システムは、ソースに該当する無線電力送信装置とターゲットに該当する無線電力受信装置を備える。

【0030】

無線電力送信装置は、電力充電部２１０、制御部２２０、及び送信部２３０を備える。電力充電部２１０は、電源供給装置Ｖ_ｉｎと抵抗Ｒ_ｉｎで構成される。ソース共振器は、キャパシタＣ_１とインダクターＬ_１で構成される。送信部２３０は、ソース共振器とターゲット共振器との相互共振によって、ソース共振器に格納されたエネルギーを送信する。制御部２２０は、電力充電部２１０からソース共振器に電力を供給するために電力充電部２１０と送信部２３０をスイッチすることによって接続する。電源供給装置Ｖ_ｉｎからキャパシタＣ_１に電圧が印加されて、インダクターＬ_１に電流が印加される。定常状態に到達すると、キャパシタＣ_１に印加される電圧は０になり、インダクターＬ_１に流れる電流はＶ_ｉｎ／Ｒ_ｉｎの値を有するようになる。定常状態で印加される電流によってインダクターＬ_１に電力が充電される。

【0031】

制御部２２０は、定常状態でソース共振器に充電された電力が所定値に達すると、スイッチをオフ（ｏｆｆ）する。所定値に関する情報は制御部２２０に設定され、電力充電部２１０と送信部２３０は分離される。ここで、ソース共振器は、キャパシタＣ_１とインダクターＬ_１との間で自己共振を開始する。相互インダクタンスＭ２７０を考慮し、ソース共振器とターゲット共振器との相互共振によって、ソース共振器に格納されたエネルギーはターゲット共振器に伝えられる。ここで、ソース共振器の共振周波数ｆ_１とターゲット共振器の共振周波数ｆ_２は同一である。

【0032】

【0033】

送信部２３０は、ソース共振器に格納されたエネルギーをシンボル単位ごとに量子化して送信する。即ち、送信部２３０は、シンボル単位ごとに送信されるエネルギー量を異なるように制御することによって情報を送信する。ここで、シンボル単位は、ソースとターゲットとの間に１つのビット情報が伝えられる単位であり、制御部２２０の動作に応じてキャパシタにエネルギーが一度充電されて放電される期間を意味する。

【0034】

無線電力受信装置は、充電部２４０、制御部２５０、及び電力出力部２６０を備える。ターゲット共振器は、キャパシタＣ_２とインダクターＬ_２で構成される。ソース共振器とターゲット共振器との間で相互共振するとき、ソース共振器は電源供給装置Ｖ_ｉｎと分離され、ターゲット共振器は負荷（ＬＯＡＤ）及びキャパシタＣ_Ｌと分離されている。ターゲット共振器のキャパシタＣ_２とインダクターＬ_２は相互共振によって電力を充電する。制御部２５０は、ターゲット共振器に電力を充電するため、スイッチをオフする。スイッチがオフの間にターゲット共振器の共振周波数とソース共振器の共振周波数とは一致して、相互共振が発生する。制御部２５０は、ターゲット共振器に充電された電力が所定値に達すると、スイッチをオン（ｏｎ）する。所定値に関する情報は制御部２５０に設定され、スイッチがオンされると、キャパシタＣ_Ｌが接続されて、ターゲット共振器の共振周波数が変更される。

【0035】

【0036】

従って、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振が終了する。より詳しくは、ターゲット共振器のＱを考慮すると、ｆ２’がｆ２よりも低くなることで、相互共振チャネルが消滅する。また、電力出力部２６０は、キャパシタＣ_２とインダクターＬ_２に充電された電力を負荷（ＬＯＡＤ）に伝達する。電力出力部２６０は、負荷（ＬＯＡＤ）の要求に適する方式で電力を伝達する。

【0037】

制御部２５０は、ターゲット共振器に充電された電力が所定の値未満になると、スイッチをオフする。充電部２４０は、ソース共振器とターゲット共振器との相互共振によって再びターゲット共振器に電力を充電する。

【0038】

充電部２４０は、送信部２３０からシンボル単位でエネルギーを受信し、受信したエネルギー量に応じてソースから送信された情報を復調する。

【0039】

ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が発生するときにはスイッチが接続されない。従って、スイッチの接続による送信効率の減少を防止することができる。

【0040】

図１に示した場合と比較して、キャパシタに充電されたエネルギーを伝達する方式に比べてターゲット共振器に格納されたエネルギーのキャプチャー時点を制御することが容易である。キャパシタに充電されたエネルギーを伝達する方式は、キャパシタに充電されたエネルギーのみをキャプチャーすることができるが、共振周波数を変更してエネルギーをキャプチャーする方式はターゲット共振器のインダクター及びキャパシタに格納されたエネルギーを取得するため、エネルギーのキャプチャー時点に対する自由度が向上する。

【0041】

ＲＩ（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）システムの送信端は、電力或いはデータ送信のためにスイッチ接続によって、ソース共振器においてエネルギーの充電と放電過程を繰り返す。このような一回のエネルギー充電と放電過程を１つのシンボルと定義する。

【0042】

図３は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置を適用するシナリオを示す図である。

【0043】

今後、無線電力伝送技術が普遍化されると、図３に示すように、多様な機器間で無線電力を交換することができるエネルギー共有サービスが可能になる。有線で電力が供給されるＴＶ３１０やデスクトップＰＣ３８０は、スマートフォン３２０、３６０、３７０、ロボット掃除機３４０、ラップトップＰＣ３３０などの機器に無線電力を供給することができる。また、ＴＶ３１０から電力が供給されたラップトップＰＣ３３０やロボット掃除機３４０は、エネルギーを周辺スマートフォン３２０、３６０、３７０やタブレットＰＣ３５０などと電力を共有することができ、場合に応じて、スマートフォン３２０、３６０、３７０間で電力を交換してもよい。

【0044】

このようなエネルギー共有シナリオでは、複数のエネルギー送信端末と複数のエネルギー受信端末が存在する。複数のエネルギー送信端末及び複数のエネルギー受信端末があるネットワーク状況でも、既存の無線通信のように特定の送信端末が特定の受信端末にエネルギーを送信することができなければならず、複数の送信端末間における無線電力伝送チャネルの共有も効果的に行われる必要がある。

【0045】

本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置は、エネルギー共有シナリオのような多重端末対多重端末（ＭＰ２ＭＰ：ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ ｔｏ ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ）が位置する状況で効率よく電力を交換することのできる多重端末間のエネルギー共有フレームワークを提供する。

【0046】

また、電力を交換する間にデータの同時送信も可能にし、このような電力及びデータ伝送のための効果的な双方向トレーニング方式も提供する。

【0047】

図４は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置を適用するネットワーク状況における電力及びデータ伝送のトポロジー（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を示す図である。

【0048】

図４に示すように、複数のネットワークで構成されたシステムにおいて、Ｎｅｔｗｏｒｋ１には、１つのエネルギー送信端末と複数のエネルギー受信端末が位置する。ここで、エネルギー送信端末（ＥＴＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）と複数のエネルギー受信端末（ＥＲＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）は、エネルギーを伝送し、データを交換する。

【0049】

それぞれのＥＴＸ及びＥＲＸは固有のＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を有する。本実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置は、複数のエネルギー送信端末と複数のエネルギー受信端末が存在する場合、効果的にエネルギー及びデータを送受信するためにエネルギーをフレーム単位で送信する。

【0050】

図５は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置のブロック図である。

【0051】

図５に示すように、フレーム基盤無線エネルギー送信装置は、トレーニング部５１０、制御部５２０、送信部５３０、及び受信部５４０を備える。

【0052】

送信部５３０は、ソース共振器とターゲット共振器との相互共振によって少なくとも１つの受信デバイスにフレーム単位でエネルギーを送信する。少なくとも１つの受信デバイスは複数の受信デバイスを含んでもよい。送信部５３０は、エネルギーフレーム単位でエネルギーを送信する。エネルギーフレームはエネルギー送信に用いられるフレームを意味する。

【0053】

送信部５３０は、第１エネルギーフレームの送信を完了した後、予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔（ＩＥＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の時間中に遊休（Ｉｄｌｅ）状態を保持した後、第２エネルギーフレームを送信する。予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔は、第１エネルギーフレームと第２エネルギーフレームを区別するために必要な最小時間を意味する。

【0054】

エネルギーフレームは、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、エネルギーフレームヘッダ（ＥＦＨ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｒａｍｅ Ｈｅａｄｅｒ）、及びエネルギーフレームボディ（ＥＦＤ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｒａｍｅ Ｂｏｄｙ）を含む。

【0055】

プリアンブルは、エネルギーフレームの初めに位置し、複数の受信デバイスがエネルギーフレームを受信するために必要な事前情報を含む。プリアンブルは、エネルギーフレームの検出及びエネルギーが送信されるチャネルの推定に必要な情報を含む。

【0056】

エネルギーフレームヘッダは制御情報を含む。制御情報は、送信デバイスと受信デバイスの動作を制御するために用いられる。エネルギーフレームヘッダは、エネルギーフレームの長さ情報、エネルギーフレームを送信する送信デバイスのＩＤ情報、エネルギーフレームを受信する受信デバイスのＩＤ情報、及び複数の受信デバイスのＩＤ情報を含む。

【0057】

エネルギーフレームボディは、複数の受信デバイスに送信するエネルギーを含む。エネルギーフレームボディに該当するエネルギーは、受信デバイスを充電するエネルギーを意味する。

【0058】

制御部５２０は、複数の受信デバイスへのエネルギー送信又はデータ送信の有無に基づいてフレームに含まれる情報を決定する。フレームに含まれる情報にはデータ情報が含まれる。

【0059】

制御部５２０は、予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔（ＩＥＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の時間後、複数の送信デバイス間のエネルギー送信チャネルを占有するための競争（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）を制御する。複数の送信デバイスは競争によってチャネルの使用の有無を決定する。例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式）のように、競争ウィンドウの中の複数の送信デバイスは、チャネルのキャリアセンス及びバックオフカウンタを用いてチャネルの使用の有無を決定する。

【0060】

競争はスロットタイム（ｓｌｏｔ ｔｉｍｅ）を基本時間の単位として行われ、スロットタイムは予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔（ＩＥＦＳ）に対応する時間に設定される。

【0061】

制御部５２０はスーパーフレーム（ｓｕｐｅｒ−ｆｒａｍｅ）構造でエネルギーフレームボディにデータフレームを挿入し、送信部５３０はフレーム単位でエネルギー及びデータを送信する。送信デバイスが受信デバイスにデータを送信することを決定した場合、制御部５２０は、エネルギーフレームに、データに関する情報をフレーム形式で含ませる。例えば、フレーム基盤無線エネルギー送信装置は、ソース共振器に格納されたエネルギー量に応じてデータをマッピングし、マッピングされたシンボルを送信する。従って、制御部５２０は、エネルギーフレームボディを介して送信されるエネルギーのうち、所定区間で送信されるエネルギー量に応じてデータをマッピングし、マッピングされたシンボルを送信する。ここで、エネルギー量に応じてマッピングされたシンボルはデータフレーム形式で送信される。

【0062】

送信部５３０は、エネルギーフレームボディの区間内で第１データフレームの送信を完了した後、予め設定されたデータフレーム間の間隔（ＩＤＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の時間中に遊休状態を保持した後、第２データフレームを送信する。予め設定されたデータフレーム間の間隔は、第１データフレームと第２データフレームを区別するために必要な最小時間を意味する。

【0063】

受信部５４０は、予め設定されたデータフレーム間の間隔（ＩＤＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の時間中に遊休状態を保持した後、第１データフレームを受信した受信デバイスから応答信号を受信する。予め設定されたデータフレーム間の間隔は、送信するデータフレームと受信するデータフレームを区別するために必要な最小時間を意味する。応答信号はＡＣＫ、ＮＡＣＫのような信号を意味する。

【0064】

データフレームは、スタートオブフレーム（ＳｏＦ：Ｓｔａｒｔ ｏｆ Ｆｒａｍｅ）、データフレームヘッダ（ＤＦＨ：Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｈｅａｄｅｒ）、及びデータフレームボディ（ＤＦＢ：Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｂｏｄｙ）を含む。

【0065】

スタートオブフレーム（ＳｏＦ）は、データフレームの初めに位置してデータフレームの開始を示す。

【0066】

データフレームヘッダ（ＤＦＨ）は、制御情報を含む。ここで、制御情報は、送信デバイスと受信デバイスがデータを送受信するために必要な情報を意味する。データフレームヘッダは、データフレームの長さ情報、データフレームのタイプ情報、データフレームを送信する送信デバイスのＩＤ情報、データフレームを受信する受信デバイスのＩＤ情報、及び変調及び符号化方式（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）情報を含む。データフレームのタイプ情報は、ｄａｔａ／ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ／ＡＣＫ／ＮＡＣＫなどのようなデータフレームの細部形式を示す。

【0067】

データフレームボディ（ＤＦＢ）は、データ情報を含む。ここでデータ情報は、送信デバイスが受信デバイスに伝達しようとする実質データを意味する。データフレームボディはＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を含んでもよい。

【0068】

データフレームは、場合に応じてＡＣＫ、ＮＡＣＫなどのようなＡＲＱ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）フレームである。ＡＲＱフレームの場合には、データフレームボディの部分をデータフレームから省略してもよい。

【0069】

制御部５２０は、予め設定されたデータフレーム間の間隔（ＩＤＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の時間の後、データフレームを送信する送信デバイスとデータフレームを受信する受信デバイスとの間のデータ送信チャネルを占有するための競争を制御する。データフレームは、送信デバイスで送信されてもよく、受信デバイスで送信されてもよい。従って、送信デバイスと受信デバイスはデータ送信チャネルを占有するために競争する。

【0070】

競争はスロットタイム（ｓｌｏｔ ｔｉｍｅ）を基本時間の単位として行われ、スロットタイムは予め設定されたデータフレーム間の間隔（ＩＤＦＳ）に対応する時間に設定される

【0071】

トレーニング部５１０は、プリアンブルに含まれる情報を用いて送信デバイスから受信デバイスへの下りリンク（ｄｏｗｎｌｉｎｋ）トレーニング、及び受信デバイスから送信デバイスへの上りリンク（ｕｐｌｉｎｋ）トレーニングを行う。

【0072】

下りリンクトレーニングは、送信デバイスから受信デバイスに送信されるエネルギーフレーム及びデータフレームの復号化に必要な情報を取得する過程を意味する。例えば、下りリンクトレーニングを介して、エネルギーが送信されるチャネルの状態が推定される。

【0073】

上りリンクトレーニングは、受信デバイスから送信デバイスに送信されるデータフレームの復号化に必要な情報を取得する過程を意味する。例えば、上りリンクトレーニングを介して上りリンクチャネルの状態推定、フレームの検出、受信デバイスの動作スイッチの時間同期などが推定される。

【0074】

トレーニング部５１０は、送信デバイスと受信デバイスとの間で全二重（ｆｕｌｌ ｄｕｐｌｅｘ）方式により通信する場合、下りリンクトレーニング及び上りリンクトレーニングを同時に行うことができる。全二重方式において、送信デバイスと受信デバイスは同時にデータを交換する。トレーニング部５１０は、プリアンブル区間で交換するエネルギー波形に基づいて下りリンクトレーニング及び上りリンクトレーニングを同時に行う。

【0075】

制御部５２０は、フレーム基盤無線エネルギー送信装置の全般的な制御を担当し、トレーニング部５１０、送信部５３０、及び受信部５４０の機能を行ってもよい。図５に示す実施形態において、これらを別に構成して示したのは各機能を区別して説明するためである。従って、実際に製品を実現する場合、これらの全てを制御部５２０で処理するように構成してもよく、これらの一部のみを制御部５２０で処理するように構成してもよい。

【0076】

図６は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー受信装置のブロック図である。

【0077】

図６に示すように、フレーム基盤無線エネルギー受信装置は、受信部６１０、制御部６２０、及び送信部６３０を備える。

【0078】

受信部６１０は、ソース共振器とターゲット共振器との相互共振によって送信デバイスからフレーム単位でエネルギーを受信する。

【0079】

制御部６２０は、受信したフレームに含まれる情報に基づいて受信デバイスの動作を制御する。フレームには、受信デバイスを充電するエネルギーのみが含まれてもよく、送信デバイスから伝達されるデータがデータフレームの形態で含まれてもよい。制御部６２０は、データフレームを受信する場合、該当データの内容に応じて受信デバイスの動作を制御する。

【0080】

受信部６１０は、最小に予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔（ＩＥＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）でエネルギーフレームを受信する。エネルギーフレーム間を、予め設定されたエネルギーフレーム間の間隔を有するようにすることによって、エネルギーフレームが区別される。

【0081】

制御部６２０は、検出部６２１、チャネル推定部６２３、及び同期推定部６２５を備える。検出部６２１は、エネルギーフレームのプリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）に含まれる情報に基づいてエネルギーフレームを検出する。検出部６２１は、プリアンブルでスタートオブフレーム（ＳｏＦ、Ｓｔａｒｔ ｏｆ Ｆｒａｍｅ）を検出することによって、エネルギーフレームを検出する。

【0082】

チャネル推定部６２３は、エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいてエネルギーフレームが送信されるチャネルを推定する。チャネル推定部６２３は、上りリンクトレーニングを介してエネルギーフレームを送信するチャネルを推定する。また、チャネル推定部６２３は、下りリンクトレーニングを介してエネルギーフレームを受信するチャネルを推定する。

【0083】

同期推定部６２５は、エネルギーフレームのプリアンブルに含まれる情報に基づいて受信デバイスの動作スイッチの時間同期を推定する。同期推定部６２５は、上りリンクトレーニングを介して動作スイッチの時間同期を推定する。

【0084】

受信部６１０は、エネルギーフレームボディの区間内で、最小に予め設定されたデータフレーム間の間隔（ＩＤＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）でデータフレームを受信する。最小に予め設定されたデータフレーム間の間隔を有することによって、データフレームが互いに区別される。

【0085】

送信部６３０は、予め設定されたデータフレーム間の間隔（ＩＤＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の時間中に遊休状態を保持した後、送信デバイスにデータフレームを送信する。ここで、データフレームには、ＡＣＫ、ＮＡＣＫのような応答信号が含まれるか、又は実際データ情報が含まれる。

【0086】

制御部６２０は、フレーム基盤無線エネルギー受信装置の全般的な制御を担当し、受信部６１０及び送信部６３０の機能を行ってもよい。図６に示す実施形態において、これらを別に構成して示したのは各機能を区別して説明するためである。従って、実際に製品を実現する場合、これらの全てを制御部６２０で処理するように構成してもよく、これらの一部のみを制御部６２０で処理するように構成してもよい。

【0087】

図７は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置で送信するエネルギーフレームを示す図である。

【0088】

図７に示すように、ＥＦはエネルギーフレーム（ｅｎｅｒｇｙ ｆｒａｍｅ）、ＩＥＦＳはエネルギーフレーム間の間隔（Ｉｎｔｅｒ ｅｎｅｒｇｙ ｆｒａｍｅ ｓｐａｃｅ）、ＥＦＨはエネルギーフレームヘッダ（ｅｎｅｒｇｙ ｆｒａｍｅ ｈｅａｄｅｒ）を示す。それぞれのＥＴＸはエネルギーをフレーム単位で送信する。

【0089】

エネルギーフレームの送信が終了して次のエネルギーフレームが送信されるためには、最小に予め定義されたＩＥＦＳの時間中に遊休状態が保持されなければならない。

【0090】

１つのエネルギーフレームは、プリアンブル、エネルギーフレームヘッダ（ＥＦＨ）、及びエネルギーフレームボディ（ＥＦＢ）で構成される。プリアンブルを用いてＥＴＸが送信したエネルギーフレームをＥＲＸが受信するためには、ＥＲＸが必要な事前情報を取得できるようにするトレーニングが行われる。

【0091】

プリアンブルは、フレーム検出及びエネルギー送信チャネルの推定に関する情報、フレームの開始（Ｓｔａｒｔ ｏｆ ｆｒａｍｅ：ＳｏＦ）を知らせるＳｏＦなどを含む。

【0092】

無線電力伝送方式の１つであるＲｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＲＩ）システムの場合、ＥＲＸは、プリアンブル区間中に、フレーム検出及びＥＲＸの動作スイッチの時間同期などを推定する。

【0093】

ＥＴＸは、ＥＦＨによって各種制御情報を送信する。例えば、ＥＦＨは、エネルギーフレーム（ＥＦ）の長さ情報、ＥＦを送信するＥＴＸのＩＤ情報、及びＥＦを受信するＥＲＸのＩＤ情報を含む。エネルギー及びデータの同時送信が可能な場合、ＥＦＨは、以後に送信するデータフレームのＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）情報を含む。ＥＦＨ以後のエネルギーフレームボディを介してＥＴＸはＥＲＸにエネルギーを送信する。

【0094】

図８は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置で送信するエネルギーフレームのトランスアクションを示す図である。

【0095】

１つのエネルギーフレーム（Ｅフレーム）の送信が終了すると、複数のＥＴＸがエネルギーフレームを送信するために競争を行う。競争を開始する前に、最小に予め定義されたＩＥＦＳの時間中にチャネルは遊休状態を保持する。競争は、ＩＥＦＳの以後にスロットタイム（ｓｌｏｔ ｔｉｍｅ）に基づいて行われる。ＥＴＸが１つのみある状況の場合、ＥＴＸは、１つのエネルギーフレーム送信を完了し、ＩＥＦＳ以後に直ちに次のエネルギーフレームを送信する。ＩＥＦＳの時間をスロットタイムにより設定してもよい。

【0096】

図９は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置でエネルギー及びデータを同時に送信するために用いるスーパーフレーム構造のデータフレームを示す図である。

【0097】

図９に示すように、ＤＦはデータフレーム（ｄａｔａ ｆｒａｍｅ）、ＩＤＦＳはデータフレーム間の間隔（Ｉｎｔｅｒ ｄａｔａ ｆｒａｍｅ ｓｐａｃｅ）、ＡＲＱは自動リピート要求（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｐｅａｔ ｒｅｑｕｅｓｔ）、ＦＣＳはフレーム確認シーケンス（ｆｒａｍｅ ｃｈｅｃｋ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を示す。

【0098】

エネルギーフレームボディ区間内でデータフレームは最小ＩＤＦＳの間隔で順次送信される。

【0099】

データフレーム（ＤＦ）は、ＳｏＦ、データフレームヘッダ（Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｈｅａｄｅｒ：ＤＦＨ）、及びデータフレームボディ（Ｄａｔａ Ｆｒａｍｅ Ｂｏｄｙ：ＤＦＢ）で構成される。ＳｏＦはデータフレームの開始を知らせる。ＤＦＨはＤＦの長さ情報、ＤＦのタイプ情報、データフレームを交換するＥＴＸ及びＥＲＸのＩＤ情報、及びＭＣＳ情報を含む。ＤＦＢは実際のデータ情報及びＦＣＳを含む。

【0100】

ＤＦは、場合に応じてＡＣＫ、ＮＡＣＫなどのようなＡＲＱフレームであり、ＡＲＱフレームはＤＦＢを含まない。

【0101】

ＤＦＨに含まれるＤＦのタイプ情報は、ｄａｔａ／ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ／ＡＣＫ／ＮＡＣＫなどのようなデータフレームの細部形式を示す。

【0102】

ＥＴＸは、ＥＲＸにＤＦ９１０を送信する。ＥＲＸは、ＩＤＦＳ９５０が経過した後、ＥＴＸにＡＲＱフレーム９２０を送信する。ＩＤＦＳ９６０が経過した後、ＥＴＸとＥＲＸとの間に競争が行なわれ、ＥＲＸはＥＴＸにＤＦ９３０を送信する。ＥＲＸは、ＩＤＦＳが経過した後、ＥＴＸにＡＲＱフレーム９４０を送信する。

【0103】

図１０は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置で送信するデータフレームのトランスアクションを示す図である。

【0104】

１つのデータフレーム送信が終了すると、最小ＩＤＦＳ１０１０、１０２０の時間中にデータ送信チャネルは遊休状態を保持する。競争は、ＩＤＦＳ１０１０の後にスロットタイムを基本として行われる。ＩＤＦＳ１０１０の時間はスロットタイムで使用され、ここで、スロットタイムは、エネルギーフレームの送信で使用されるスロットタイムと区別される。

【0105】

図１１は、本発明の一実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置とフレーム基盤無線エネルギー受信装置との間で行われるトレーニングを示す図である。

【0106】

図１１に示すように、ＥＴＸは、プリアンブル区間中に、プリアンブルを用いてＥＴＸからＥＲＸに送信するエネルギーフレーム及びデータフレームの復号化のための下りリンクトレーニング１１１０を行う。その後、ＥＲＸは上りリンクトレーニング１１２０を行う。

【0107】

エネルギーとデータの同時送信が可能な場合、ＥＴＸが送信するエネルギーフレームのプリアンブル区間にＥＲＸもＥＴＸに向かうトレーニング、即ち上りリンクトレーニングを行うことができる。

【0108】

全二重方式（Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ）通信が可能な場合、上りリンク及び下りリンクトレーニングが同時１１３０に行われる。

【0109】

プリアンブルの後、ＥＴＸは、プリアンブルを用いて推定したパラメータ値をＥＦＨに含めて送信する。例えば、上りリンク及び下りリンクチャネルの状態を推定し、上りリンク及び下りリンクに用いるＭＣＳ情報をＥＦＨに含めて送信する。

【0110】

本実施形態によるフレーム基盤無線エネルギー送信装置は、ＥＦのプリアンブルを用いて上りリンク及び下りリンクトレーニングを１つのトランスアクションで行い、トランスアクションによって取得したパラメータ値をＥＦＨに含めて送信する。

【0111】

上述した方法は、多様なコンピュータ手段によって実行されるプログラム命令形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであってもよく、コンピュータソフトウェア当業者に公示されて使用可能なものであってもよい。

【0112】

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

【符号の説明】

【0113】

１１０ 電力入力部
１２０ 電力送信部
１３０、１６０ スイッチ部
１４０、５４０、６１０ 受信部
１５０ 電力出力部
２１０ 電力充電部
２２０、２５０、５２０、６２０ 制御部
２３０、５３０、６３０ 送信部
２４０ 充電部
２６０ 電力出力部
２７０ 相互インダクタンスＭ
３１０ ＴＶ
３２０、３６０、３７０ スマートフォン
３３０ ラップトップＰＣ
３４０ ロボット掃除機
３５０ タブレットＰＣ
３８０ デスクトップＰＣ
５１０ トレーニング部
６２１ 検出部
６２３ チャネル推定部
６２５ 同期推定部
９１０ ＤＦ（ＥＴＸ→ＥＲＸ）
９２０、９４０ ＡＲＱ
９３０ ＤＦ（ＥＲＸ→ＥＴＸ）
９５０、９６０、１０１０、１０２０ ＩＤＦＳ
１１１０ 下りリンクトレーニング
１１２０ 上りリンクトレーニング
１１３０ 下り／上りリンクトレーニング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】