The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Feedback Simplification Scheme for Wireless Power Transfer Systems Based on Beamforming with Phased Array Antenna

위상배열 안테나를 이용한 빔포밍 기반 무선전력전송 시스템의 피드백 간소화 기법

  • Roh, Tae-Rae (School of Electronic Engineering, Soongsil University) ;
  • Kang, Gil-Mo (School of Electronic Engineering, Soongsil University) ;
  • Shin, Oh-Soon (School of Electronic Engineering, Soongsil University)
  • 노태래 (숭실대학교 전자정보공학부) ;
  • 강길모 (숭실대학교 전자정보공학부) ;
  • 신오순 (숭실대학교 전자정보공학부)
  • Received : 2018.11.19
  • Accepted : 2019.02.25
  • Published : 2019.03.31
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Abstract

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 transmission path. To achieve this, the transmitter usually transmits pilot signals periodically and the receiver extracts the optimal beamforming weights using the pilot signals. The receiver then feeds the beamforming weights back to the transmitter. In general, the amount of feedback increases with the number of antennas, which causes feedback overhead when there is a large number of antennas. In this paper, we propose a feedback simplification scheme based on the far-field approximation method. The simulation results are provided to validate the impact of the simplified feedback on the beam pattern.

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.

Keywords

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그림 1. 송신부 위상배열 안테나 Fig. 1. Phased array antennas at the transmitter.

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그림 2. 수신 SNR에 따른 β 추정치의 에러 전력 Fig. 2. Estimation error for β vs. received SNR.

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그림 3. 선형 위상배열 안테나의 방사 패턴 Fig. 3. Beam pattern for a linear phased array.

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그림 4. 평면 위상배열 안테나의 방사 패턴 Fig. 4. Beam pattern for a planar phased array.

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그림 5. SNR에 따른 수신부에서의 AF의 분포 Fig. 5. AF distribution at the receiver vs. SNR.

References

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