본 논문에서는 무선채널의 신호감쇄특성으로 인하여 멀티홉을 통한 센서네트워크의 에너지소비를 최소화하려는 기존의 연구를 재해석하고 무선채널의 특성과 하드웨어의 전력소비를 동시에 고려하여 센서네트워크의 에너지소비를 모델링하였다. 또한 센서네트워크 하드웨어 플랫폼에 주로 사용되고 있는 RF모듈인 Chipcon사의 CC2420을 대상으로 최대 전송전력과 최소의 홉을 통한 데이터 전송이 네트워크의 에너지효율에 미치는 영향을 다양한 상황의 시뮬레이션을 통해 검증한다. 최대 전송전력으로 최소의 홉을 통하여 전송했을 경우, 낮은 전송전력으로 여러 홉을 거쳐 데이터를 전송하는 것보다 네트워크의 에너지소비가 적게 발생하는 것으로 관찰된다. 높은 전송전력에 따라 증가하는 재전송을 고려한 결과 또한 최대 전송전력으로 전송했을 경우 최대 33.1%의 에너지효율을 얻을 수 있다.
본고에서는 송신단과 수신단 사이에 접점 없이 높은 효율을 유지하면서 기존의 방식(전자기유도방식, 전자기파방식) 보다 실용적인 거리의 무선전력전송이 가능한 자기공명방식 무선전력전송 기술을 소개하고 이를 모바일 단말기용에 적용하기 위하여 고효율 송/수신단 회로 설계, 자기공명안테나 설계, 실시간 임피던스 매칭 기술, 실시간 전력제어 기술 등등의 구현을 위한 요소기술에 대하여 소개함으로써 자기공명방식이 가지고 있는 특성을 구체적으로 알아본다.
다중 반송파를 사용하는 직접 대역확산 부호분할 다중접속 통신시스템에서 주파수 효율 향상을 위한 전송 전력 및 전송률 적응화 시스템을 제안하고 그 성능을 분석하였다. 본 논문에서는 수신단에서 이상적인 채널상태 정보를 알고 있다는 가정 하에, 주파수 영역에서는 각 사용자의 부채널 중에서 가장 채널상태가 좋은 한 대역을 선택하여 전력을 할당하고 시간 영역에서는 목표 수신 품질을 만족하도록 전송률을 결합 조정하는 것을 제안하였다. 수학적 분석을 통하여 평균 전송 전력이 고정되어 있을 때 제안한 방식의 평균 데이터 전송률을 구하고 전력 혹은 전송률 적응화가 적용된 단일 반송파 부호분할 다중접속 통신시스템과 그 성능을 비교하였다.
본 논문에서는 입력전력에 따라 드레인 바이어스를 조절하여 낮은 입력 전력에서도 고효율 동작이 가능한 무선전력전송용 고효율 class-E 전력증폭기를 설계하였다. 고효율 동작이 가능한 class-E 전력증폭기에 적응형 바이어스 조절회로를 추가하여 낮은 입력 전력에서 드레인 바이어스를 조절함으로써 전체적인 효율의 향상을 얻을 수 있다. 제안된 적응형 class-E 전력증폭기는 효율의 향상을 위해 직렬 공진회로와 입, 출력 정합회로를 이용하여 구현하였으며, 입력전력에 따라 드레인 바이어스를 조절하기 위해 방향성 결합기, 전력 검출기, 연산 증폭기를 이용하여 적응형 바이어스 조절회로를 구성하였다. 따라서 전력증폭기의 최대출력과 전력효율은 13.56 MHz에서 41.83 dBm, 85.67 %이고, 0 dBm ~ 6 dBm의 낮은 입력 전력에서 고정형 바이어스보다 평균 8 %의 효율의 증가를 확인하였다.
전자기 유도형 무선전력전송에서는 송신 코일과 수신 코일의 상대적 위치에 따른 자기장 분포와 동력 전달 효율이 매우 중요하다. 본 연구는 ECG 센서를 사용한 HFSS 시뮬레이션 결과를 실제 측정 결과와 비교하였다. 시뮬레이션 결과 송신 코일과 수신 코일 간의 정렬이 어느 정도 변경 되더라도 전송효율은 비교적 안정적으로 유지 될 수 있음이 나타났다. 수신 코일의 중심이 송신 코일의 중심과 완벽하게 일치하면 전송효율이 최대가 되며, 수신 코일의 중심이 송신 코일의 중심으로부터 ± 10mm 내의 이동은 전송효율의 감소가 크지 않음을 확인 하였으며, 무선 전력 전송 시스템의 성능이 크게 저하되지 않는 것으로 확인 되었다. 본 결과는 이식형 센서를 위한 무선 전력의 활용에서 무선 전송의 표준화 된 적용 방법을 제안한다. 이를 통해 이식형 임플란트의 개발에 있어 무선전력전송에 대한 기준을 제시하고, 관련 디바이스의 개발에 적용 할 수 있을 것으로 판단된다.
자기 공진 기반의 무선전력전송 시스템에서, 송수신 공진기가 가까워짐에 따라 전력비 효율이 급격히 감소하는 주파수 스플리팅 현상은 근거리에서 안정적인 전력 전송을 위하여 반드시 해결해야 하는 문제이다. 본 논문에서는 등가회로 모델을 이용하여 무선전력전송 시스템을 모델링하고, 전력비 효율 및 주파수 스플리팅이 발생하는 한계 커플링 계수($k_{split}$)를 도출하였다. 또한, Advanced Design System을 이용하여 회로 수준의 시뮬레이션을 수행하였으며, 이를 통해 k>$k_{split}$ 의 환경에서 송수신 공진기의 구조에 따라 달성 가능한 전력비 효율이 다름을 보였다. 동일한 구조의 공진기의 경우 k가 커지더라도 높은 수준의 전력비 효율을 유지하는 반면, 상이한 구조의 공진기의 경우 k가 커짐에 따라 전력비 효율도 감소함을 확인했다. 그러므로 k>$k_{split}$를 만족하는 근거리 환경에서 안정적인 전력비 효율을 달성하기 위해서는 상이한 구조의 공진기보다는 동일한 구조의 공진기를 사용하는 것이 더 효율적이다.
감쇄를 겪는 무선 채널 환경에서 전력과 대역폭을 효율적으로 조절하여 데이터를 전송하는 적응 부호 변조 방식에 적합한 제어 기법을 제안한다. 먼저 부호화 시스템에 맞도록 평균 대역폭 효율을 다시 정의하였고, 이것에 기초하여 전력 및 대역폭 효율을 최대화하도록 변조 레벨 구간을 얻었다. 이 제어 기법은 부호 이득을 최대로 이용할 수 있고, 변조 형태에 관계없이 대역폭 효율을 최대화 할 수 있다. 모의 실험 결과 제안한 방식은 요구된 비트 오율 성능을 만족하면서 기존의 방식보다 전력 할당을 효과적으로 하기 때문에 대역폭 효율이 향상되었다. 본 논문에서 제안한 제어 기법은 감쇄 특성을 가진 무선 채널에서 고속 데이터 전송에 사용될 수 있다.
본 논문에서는 절단 전력 제어를 사용하는 위성통신 시스템에서 부호율을 채널 상황에 따라 적응시켜 최대의 전송 효율을 얻는 하이브리드 ARQ 타입1 부호율 제어 기법을 제안한다. 제안된 기법의 성능을 분석하기 위하여 먼저 하이브리드 ARQ 타입 1 시스템에서 부호율을 채널 상황에 따라 적응적으로 제어했을 때의 전송 효율과 패킷 오율을 유도한다. 또한, 유도된 패킷 오율식으로부터 절단 전력 제어에서 필요한 목적 수신 SNR값을 사용되는 각 부호율에 대해 구하고, 전송 효율을 최대화하는 최적의 부호율 제어변수를 효율적으로 구할 수 있는 방식을 제안한다. 전송효율 측면에서 분석한 결과 제안된 방법이 기존의 방식에 비하여 우수한 성능을 보여줄 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 두 루프(공진체)를 이용한 자계 결합 무선 전력 전송 방식의 결합계수(k)와 공진기의 Q 값 그리고 수신부의 최적 부하($R_{L,opt}$)에 대하여 제한되는 전송 효율의 문제점을 극복하기 위해 메타 물질(SRR 또는 RR), 도체, Relay 방법 등을 무선 전력 전송 시스템에 삽입 또는 시스템 주변에 위치시켜 전송 효율 증가하는 방법을 연구하였다. 위 방법을 통해 각 Case 결과에 따라 11~60 % 이상의 효율 증가를 확인할 수 있었다. 각기 다른 물질을 이용하여 전송 효율이 증가되는 최적의 방법을 관찰하였으며, EM 시뮬레이션을 이용하여 검증 및 분석하였다.
학문과 산업의 발전에 따라 전기공학의 전문연구분야가 활성적으로 연구되고 학술활동도 활발하게 진행됨에 따라 전문분과별 연구활동이 필요하게 되었으며, 효율적인 전기 에너지의 발생과 전송, 운용에 관한 전력기술의 발전과 이용보급을 위한 전력계통 연구회는 1975년 11월 1일 대전공업전문학교에서 창립되어 꾸준히 발전되어 왔다. 전력수송과 운요에 관련된 전력계통의 운용과 해석, 신전기에너지의 발생, 전송, 합리적인 이용, 대체에너지 등에 대한 연구활동을 하는 회원들로 구성된 연구회이며, 전력의 효율적이고 안정된 공급에 관련된 학문과 기술의 발달, 회원의 적극적인 연구참여로 산업의 근대화와 국민생활의 고도화에 기간을 이루는 전력계통의 발전에 크게 기여하는 성과를 거두었으며, 적극적인 연구와 학술활동을 하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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