無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システム
【課題】ソース共振器とターゲット共振期との間の同期化を行う無線電力を用いた通信装置及び方法並びにシステムを提供する。
【解決手段】本発明の無線電力を用いた通信装置は、ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出する算出部と、算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点をソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備える。
【解決手段】本発明の無線電力を用いた通信装置は、ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出する算出部と、算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点をソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力を用いて通信を行う装置及び方法並びにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送に対する研究は、携帯機器を含む多様な機器の爆発的な増加による有線電力供給の不便さの増加及び既存のバッテリ容量の限界などを克服するために始まった。その中でも近距離無線電力伝送に対する研究が盛んに行われている。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十分に小さい場合を意味する。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。無線電力を送信して受信するという過程でソースとターゲットは制御情報を共有する必要がある。また、制御情報を含むことにおいてソースとターゲットとの間に相互同期が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きが最大になる時点を相互共振のスタートポイントとして推定することによって、ソース共振器とターゲット共振期との間の同期化を行う無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、ターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有する時点を検索して、ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーする無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、ソース共振器でエネルギーを送信する中間時点だけではなく、エネルギーを送信し始める時点でも時間同期を推定する無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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無線電力を用いた通信装置は、ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出する算出部と、前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
前記無線電力を用いた通信装置は、前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出する包絡線検出部を更に備えることができる。
前記算出部は、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出し得る。
また、前記算出部は、前記検出された包絡線の複数地点で接線の傾きを算出し得る。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、設定されたスライドウィンドウ区間により前記ターゲット共振器に印加される信号の強度を測定して前記ソース共振器から送信されたフレームを検出するフレーム検出部を更に備えることができる。
前記フレームは、前記ソース共振器から送信されたフレームの検出、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイント推定、及び前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーのキャプチャーポイント検出に用いられるプリアンブル領域と、前記ソース共振器から前記ターゲット共振器へのエネルギー送信及びデータ送信に用いられるボディ領域と、を含み得る。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持する制御部を更に備えることができる。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記設定されたスライドウィンドウ区間を含む特定区間で前記ターゲット共振器に印加される信号を蓄積する信号蓄積部を更に備えることができる。
前記算出部は、前記蓄積された信号の包絡線を検出して該包絡線の傾きを算出し得る。
前記包絡線検出部は、前記電流又は前記電圧を入力として包絡線検出用アナログ回路の出力から前記包絡線を取得し得る。
前記包絡線検出部は、前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、前記ダウンコンバートされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、前記周波数領域信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備え得る。
前記包絡線検出部は、前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、前記周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動させる循環移動部と、前記循環移動した信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備えてもよい。
前記包絡線検出部は、前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、時間領域で畳み込みによって前記ダウンコンバートされた信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、を備えてもよい。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するピークポイント検出部と、前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするキャプチャー部と、を更に備えることができる。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記相互共振のスタートポイントを基準として前記ターゲット共振器の自体の共振を活性化させて前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、前記受信したエネルギーの量に基づいて、前記ソース共振器から送信された情報を復調する復調部と、前記ソース共振器との相互共振の有無に応じて、前記ソース共振器に送信する情報を変調する変調部と、を更に備えることができる。
【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無線電力を用いた通信方法は、ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出するステップと、前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定するステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
前記無線電力を用いた通信方法は、前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出するステップを更に含むことができる。
前記包絡線の傾きを算出するステップは、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出し得る。
また、前記無線電力を用いた通信方法は、前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持するステップを更に含むことができる。
また、前記無線電力を用いた通信方法は、前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するステップと、前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするステップと、を更に含むことができる。
【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無線電力を用いた通信システムは、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する送信部と、前記相互共振によって前記ターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、前記検出された包絡線の傾きを算出する算出部と、前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を検出してその傾きを算出し、算出された包絡線の傾きが最大になる時点を相互共振のスタートポイントとして推定することによって、ソース共振器とターゲット共振期との間の同期化を可能にする。
また、ソース共振器がエネルギーを送信する開始時点を相互共振によって受信端で検出し、ターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有する時点を検索して、ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーすることができる。
また、ソース共振器でエネルギーを送信する中間時点だけではなく、エネルギーを送信し始める時点でも時間同期を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による無線電力を用いた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た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無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態による無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信システムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における相互共振のスタートポイントを推定するために使用される包絡線の傾きを示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線及び包絡線の各地点における傾き値を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における包絡線を検出するために必要な信号処理過程で用いられる要素を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における時間同期及びピークポイントを検出するためのフレームのフォーマットを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における受信端に印加される信号に基づいて送信端との時間同期を推定する手順を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるスライドウィンドウを用いて時間同期を推定する手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明による無線電力を用いる通信システムは、無線電力伝送を必要とする多様なシステムに応用される。例えば、携帯電話又は無線テレビなどの無線電力伝送を用いるシステムで送受信端間の制御情報及び他の情報交換に利用される。また、バイオヘルスケア分野に応用可能であり、人体に挿入されたデバイスに遠隔で電力を伝送したり、心拍数を測定するための包帯タイプのデバイスに無線で電力を伝送したりするために応用され得る。
【００１３】
また、本発明による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も応用され得る。また、本発明によ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得る。
【００１４】
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で、ソース共振器の自体の共振を誘導する。自体が共振するソース共振器と相互共振を行う程十分に近い距離にソース共振器の共振周波数と同じ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。結果的に、電力はソース共振器からターゲット共振器に無線で伝送される。
【００１５】
本発明の実施形態において、ソース共振器は有線又は無線の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ソース共振器との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。
【００１６】
以下で説明する実施形態は送信機及び受信機に関する。送信機は無線電力伝送装置を含み、受信機は無線で電力を受信する多様な種類の装置を含む。多様な種類の装置として、端末、スマートフォン、コンピュータ、タブレット、テレビ、センサ、家庭用電子機器などが挙げられる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信システムの等価回路を示す図であり、電力入力部と電力送信部、受信部と電力出力部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離される図である。
【００１８】
図１を参照すると、無線電力を用いた通信システムは、ソースとターゲットから構成されるソース−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、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。
【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を備えている。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、キャパシタにエネルギーが格納される間に電力入力部１１０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを放電する間に、電力入力部１１０に接続されたキャパシタを電力送信部１２０に接続する。スイッチ部１３０は、キャパシタ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、電磁気エネルギーを受信部１４０に伝達する。より具体的に、電力送信部１２０の送信コイルＬ１は、受信部１３０の受信コイルＬ２との相互共振によって電力を伝達する。送信コイルＬ１と受信コイルＬ２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】
電力入力部１１０は入力電圧ＶＤＣ、内部抵抗Ｒｉｎ、及びキャパシタＣ１に、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て基礎回路素子Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１に、スイッチ部１３０は複数のスイッチに、それぞれモデリングされる。スイッチとして、オン及び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ＶＤＣのうち、キャパシタＣ１に負荷される電圧をＶｉｎで表示する。
【００２２】
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、キャパシタにエネルギーが格納される間に受信部１４０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを負荷に伝達する間に、受信部１４０に接続されたキャパシタを電力出力部１５０に接続する。スイッチ部１６０は、キャパシタが同時に受信部１４０及び電力出力部１５０に接続されないようにする。
【００２３】
具体的に、受信部１４０の受信コイルＬ２は、電力送信部１２０の送信コイルＬ１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Ｌ２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。
【００２４】
受信部１４０は受信部１４０に対応する物理的な性質を基礎回路素子Ｒ２、Ｌ２、Ｃ２に、電力出力部１５０は接続されるキャパシタＣ２及びバッテリに、スイッチ部１６０は複数のスイッチに、それぞれモデリングされる。受信コイルＬ２で受信するエネルギーのうち、キャパシタＣ２に負荷される電圧をＶｏｕｔで表示する。
【００２５】
上述のように、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、インピーダンスマッチングを用いた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を供給することが可能であるために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、インピーダンスマッチングを行う必要がないことから、伝送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備える無線電力伝送システムにおける拡張が容易である。
【００２６】
図２は、本発明の他の実施形態による無線電力を用いた通信システムの等価回路を示す図であり、電力充電部と送信部、充電部と電力出力部が制御部によって物理的に分離される図である。
【００２７】
図２を参照すると、無線電力を用いた通信システムは、ソースとターゲットから構成されるソース−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ている。
【００２８】
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を備えている。電力充電部２１０は、電源供給装置Ｖｉｎと抵抗Ｒｉｎから構成される。ソース共振器はキャパシタＣ１とインダクターＬ１から構成される。送信部２３０は、ソース共振器とターゲット共振器との間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スイッチをオンする。これにより電源供給装置ＶｉｎからキャパシタＣ１に電圧が印加され、インダクターＬ１に電流が印加される。定常状態になると、キャパシタＣ１に印加される電圧は０になり、インダクターＬ１に流れる電流はＶｉｎ／Ｒｉｎの値を有するようになる。定常状態においてインダクターＬ１には印加される電流に応じた電力が充電される。
【００２９】
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、スイッチをオフする。所定値に関する情報は制御部２２０に設定されてもよい。電力充電部２１０と送信部２３０は分離され、ソース共振器は、キャパシタＣ１とインダクターＬ１との間で自体が共振を始める。相互インダクタンスＭ２７０による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ｆ１とターゲット共振器の共振周波数ｆ２は以下の数式に示すように同一である。
【００３０】
【００３１】
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Ｃ２とインダクターＬ２から構成される。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Ｖｉｎと分離され、ターゲット共振器は負荷ＬＯＡＤ及びキャパシタＣＬと分離される。ターゲット共振器のキャパシタＣ２とインダクターＬ２には相互共振によって電力が充電される。制御部２５０は、ターゲット共振器に電力を充電するために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、スイッチをオンする。所定値に関する情報は制御部２５０に設定されてもよい。スイッチがオンされると、キャパシタＣＬが接続されてターゲット共振器の共振周波数は以下の数式に示すように変更される。
【００３２】
【００３３】
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を考慮してｆ２’がｆ２よりも十分に低い場合に、相互共振チャネルは消滅する。また、電力出力部２６０は、キャパシタＣ２とインダクターＬ２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の必要に適する方式に基づいて電力を伝達する。
【００３４】
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の場合に、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間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。
【００３５】
このように、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。
【００３６】
図１に示す場合と比較し、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るエネルギーのキャプチャー時点を制御する方がより容易である。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るエネルギーをキャプチャーするため、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。
【００３７】
ＲＩ（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）システムの送信端は、電力或いはデータの送信のためにスイッチの接続によってソース共振器にエネルギーの充電と放電手順を繰り返して行う。このような１回のエネルギーの充電と放電手順を１つのシンボルと定義する。受信端は、送信端から送信されたエネルギー又はデータを受信するため、送信端の充電及び放電を繰り返すスイッチの動作周期に合わせて、適切な時間同期によって受信端のスイッチの動作を行わなければならない。受信端は、送信端の動作に合わせて時間同期を一定に維持する時間同期作業を継続的に行わなければならない。
【００３８】
受信端は、送信端のスイッチがいつオフしていつオンするか、そして、いつ相互共振を開始していつターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有するかを把握しなければならない。スイッチのオン及びオフタイムに関する情報を把握して受信端のオン及びオフタイムに関する情報に合わせてスイッチを作動させる手順を時間同期化手順と定義する。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【００４０】
図３を参照すると、無線電力を用いた通信装置は、算出部３１０、推定部３２０、制御部３３０、受信部３４０、復調部３５０、変調部３６０、包絡線検出部３７０、ピークポイント検出部３８０、及びキャプチャー部３９０を備える。以下の説明において、無線電力を用いた通信装置は、無線電力を使用する通信システムにおける無線電力を受信する受信端を意味する。無線電力を用いた通信装置は、図３に示した構成のうちの少なくとも１つを含む。
【００４１】
受信部３４０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振によってエネルギーを受信する。包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を検出する。
【００４２】
算出部３１０は、検出された包絡線から包絡線の傾きを算出する。算出部３１０は、検出された包絡線で、所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出する。また、算出部３１０は、検出された包絡線の地点で接線の傾きを算出する。
【００４３】
推定部３２０は、包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点をソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する。例えば、予め設定された区間は０（ゼロ）になり得る。即ち、推定部３２０は、包絡線の傾きが最大になる地点を相互共振のスタートポイントとして推定することができる。予め設定された区間は、ユーザによって任意に決定されてもよく、ソース共振器とターゲット共振器との間の距離に基づいて決定されてもよい。無線電力を伝送する送信端と無線電力を受信する受信端との間で相互共振が開始する時点で包絡線の傾きは最大になる。推定部３２０は次の式を用いて相互共振のスタートポイントを推定する。
【００４４】
【００４５】
ここで、ｓｉｇｎａｌ＿ｓｔａｒｔ＿ｐｏｉｎｔは相互共振のスタートポイントを意味し、ｉは包絡線の地点を意味し、ｇａｐは包絡線の２つの地点間の所定の間隔を意味する。即ち、ｓｉｇｎａｌ＿ｓｔａｒｔ＿ｐｏｉｎｔは、包絡線で所定の間隔を有する２つの地点間の傾きが最大になる場合のｉに推定され得る。
【００４６】
ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を正確に検出することができれば、送信端と受信端との間で相互共振が開始される時点を正確に推定することができる。包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧の波形から包絡線を検出する。ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形は、ターゲット共振器に印加される電流の波形又は電圧の波形として表示される。
【００４７】
包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧を入力として包絡線検出用アナログ回路の出力から包絡線を取得する。
【００４８】
ターゲット共振器に格納されるエネルギー量の検出は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧から、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングによって行われる。ところが、正確なエネルギー量を検出するためにはアナログ−デジタル変換サンプリングレートがターゲット共振器の共振周波数よりも十分に速くなければならない。しかし、アナログ−デジタル変換サンプリングレートが速くなると、アナログ−デジタルコンバータ自体の電力消耗は増大し、エネルギー送信効率とデータ送信効率が全体的にアナログ−デジタル変換サンプリングレート及び量子化ビット数の影響を受けることになる。従って、包絡線検出部３７０は、適正な速さのアナログ−デジタル変換サンプリングレートを使用して、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの量を正確に検出する必要がある。
【００４９】
一般的な包絡線検出用アナログ回路は、ダイオード、キャパシタ、及び負荷ＬＯＡＤで具現される。ここで、包絡線検出用アナログ回路は、ターゲット共振器に印加された電流又はターゲット共振器に印加された電圧を入力として、ターゲット共振器に印加された電流又はターゲット共振器に印加された電圧の包絡線を出力する。
【００５０】
本実施形態の包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧に対して信号処理することによって包絡線を検出する。図３に示す例で、包絡線検出部３７０は、下方変換部３７１、変換部３７３、循環移動部３７５、フィルタリング部３７７、及び逆変換部３７９を備える。
【００５１】
下方変換部３７１は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形のうちの１つと乗算してダウンコンバート（ｄｏｗｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）された信号を生成する。ここで、特定の信号波形には共振周波数のサイン（ｓｉｎｅ）波形、コサイン（ｃｏｓｉｎｅ）波形、及び指数型（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）波形が含まれ得る。ダウンコンバート方式は、一般的な通信で使用される方式が用いられる。例えば、下方変換部３７１は、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を、ベースバンド帯域にダウンコンバートする。変換部３７３は、ダウンコンバートされた信号を離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ）又は高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）して周波数領域信号に変換する。フィルタリング部３７７は、周波数領域信号を低域通過フィルタリングしてハーモニック成分が除去された信号を生成する。ハーモニック成分は、周波数領域信号に含まれる高調波及びノイズ成分を意味する。逆変換部３７９は、ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＤＦＴ：ＩＤＦＴ）又は高速フーリエ逆変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ：ＩＦＦＴ）して時間領域信号に変換する。ここで、変換された時間領域信号は、ターゲット共振器に印加される電流波形又は電圧波形の包絡線を示す。
【００５２】
また、変換部３７３は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を直接離散フーリエ変換（ＤＦＴ）又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数領域信号に変換してもよい。循環移動部３７５は、周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｈｉｆｔ）する。例えば、循環移動部３７５は、周波数領域信号をベースバンド帯域に循環移動する。循環移動部３７５は、周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動することによってフィルタリング部３７７で簡単にフィルタリングを行うことができる。フィルタリング部３７７は、循環移動した信号を低域通過フィルタリングしてハーモニック成分が除去された信号を生成する。逆変換部３７９は、ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換（ＩＤＦＴ）又は高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）して時間領域信号に変換する。ここで、変換された時間領域信号は、ターゲット共振器に印加される電流波形又は電圧波形の包絡線を示す。
【００５３】
また、下方変換部３７１は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形のうちの１つと乗算してダウンコンバートされた信号を生成し、フィルタリング部３７７は、時間領域で畳み込み（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）によってダウンコンバートされた信号を低域通過フィルタリングしてもよく、これによりハーモニック成分が除去された信号を生成することができる。フィルタリング部３７７は、周波数領域だけではなく時間領域でも低域通過フィルタリングを行う。ここで、ハーモニック成分が除去された信号はターゲット共振器に印加される電流波形又は電圧波形の包絡線を示す。
【００５４】
その他にも、包絡線検出部３７０は、デジタル領域（ｄｉｇｉｔａｌ ｄｏｍａｉｎ）における多様な信号処理方式を用いてターゲット共振器に印加される電流又は電圧の波形から包絡線を検出することができる。
【００５５】
ターゲット共振器とソース共振器との間に相互共振する以前の状態を、アイドルリスン（Ｉｄｌｅ ｌｉｓｔｅｎ）状態と定義し、相互共振を準備する状態を意味する。制御部３３０は、アイドルリスン状態でソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によってターゲット共振器で直ちにエネルギーが受信されるように、ターゲット共振器を活性化された状態に維持する。ターゲット共振器を活性化された状態に維持することは、ターゲット共振器を自体の共振状態に維持することを意味する。図１に示すＲＩシステムではスイッチをオンする場合を意味し、図２に示すＲＩシステムではスイッチをオフする場合を意味する。
【００５６】
ピークポイント検出部３８０は、検出された包絡線の大きさがピーク値を有するピークポイントを検出する。キャプチャー部３９０は、検出されたピークポイントでターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーする。
【００５７】
制御部３３０は、推定された相互共振のスタートポイントでターゲット共振器が相互共振を開始できるようにし、検出されたピークポイントでターゲット共振器に格納されたエネルギーをキャプチャーして負荷にエネルギーを伝達する。
【００５８】
より具体的に、制御部３３０は、相互共振のスタートポイントをターゲット共振器とソース共振器との間の時間同期時点に設定して、ターゲット共振器に接続されたスイッチを制御する。図１に示すＲＩシステムではスイッチがオンされる場合であり、図２に示すＲＩシステムではスイッチがオフされる場合である。時間同期時点の後からターゲット共振器に格納されるエネルギーによって受信端は情報を受信する。
【００５９】
また、制御部３３０は、ピークポイントでターゲット共振器に接続されたスイッチを制御し、ターゲット共振器に格納されたエネルギーが負荷に伝えられるようにする。図１に示すＲＩシステムではスイッチがオフされる場合であり、図２に示すＲＩシステムではスイッチがオンされる場合である。
【００６０】
受信部３４０は、相互共振のスタートポイントを基準としてソース共振器から送信されたエネルギーを受信する。復調部３５０は、受信したエネルギーの量に基づいてソース共振器から送信された情報を復調する。変調部３６０は、相互共振のスタートポイントを基準にしてターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振の有無に応じてターゲット共振器で送信する情報を変調する。
【００６１】
制御部３３０は、無線電力を用いた通信装置の全般的な制御を担当して算出部３１０、推定部３２０、受信部３４０、復調部３５０、変調部３６０、包絡線検出部３７０、ピークポイント検出部３８０、及びキャプチャー部３９０のそれぞれの機能を遂行させる。図３に示す実施形態において、これらを個別に構成して示すこと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に、これらの全てを制御部３３０で処理するように構成してもよく、これらの一部だけを制御部３３０で処理するように構成してもよい。
【００６２】
図４は、本発明の他の実施形態による無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【００６３】
図４を参照すると、無線電力を用いた通信装置は、フレーム検出部４１０、信号蓄積部４２０、制御部４３０、受信部４４０、算出部４５０、推定部４６０、及び包絡線検出部４７０を備える。
【００６４】
受信部４４０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振によってフレームを受信する。フレームはエネルギーパケットで構成される。
【００６５】
フレーム検出部４１０は、スライドウィンドウを用いて、ソース共振器から送信されたフレームを検出する。フレーム検出部４１０は、設定されたスライドウィンドウ区間で、ターゲット共振器に印加される信号の強度を測定してソース共振器から送信されたフレームを検出する。ここで、印加される信号の強度は、エネルギーの量を意味し、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流の強度を意味する。
【００６６】
フレーム検出部４１０は、設定されたスライドウィンドウ区間で、所定の大きさ以上の信号が検出された場合、ソース共振器から送信されたフレームとして認識する。
【００６７】
フレームは、プリアンブル領域とボディ領域を含む。
【００６８】
プリアンブル領域は、ソース共振器から送信されたフレームの検出、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振し始める相互共振スタートポイント推定、及びターゲット共振器に格納されるエネルギーのキャプチャーポイント検出に用いられる。プリアンブル領域の時間区間でソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントが推定され、キャプチャーポイントが検出されることによって、送信端と受信端との間の時間同期化を行う。
【００６９】
ボディ領域は、ソース共振器からターゲット共振器へのエネルギー送信及びデータ送信に用いられる。プリアンブル領域の時間区間の間に時間同期化が行われた後、ボディ領域の時間区間の間に受信端は送信端からエネルギー及びデータを受信する。
【００７０】
信号蓄積部４２０は、設定されたスライドウィンドウ区間を含む特定区間で、ターゲット共振器に印加される信号を蓄積する。
【００７１】
包絡線検出部４７０は、蓄積された信号の包絡線を検出する。
【００７２】
算出部４５０は、検出された包絡線から包絡線の傾きを算出する。算出部４５０は、検出された包絡線で、所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出する。また、算出部４５０は、検出された包絡線の複数地点で接線の傾きを算出する。推定部４６０は、包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点をソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する。制御部４３０は、推定された相互共振のスタートポイントで、ターゲット共振器が相互共振を開始するようにする。
【００７３】
制御部４３０は、無線電力を用いた通信装置の全般的な制御を担当してフレーム検出部４１０、信号蓄積部４２０、受信部４４０、算出部４５０、推定部４６０、及び包絡線検出部４７０のそれぞれの機能を遂行させる。図４に示す実施形態において、これらを個別に構成して示すこと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にこれらの全てを制御部４３０で処理するように構成してもよく、これらの一部だけを制御部４３０で処理するように構成してもよい。
【００７４】
図５は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信システムのブロック図である。
【００７５】
図５を参照すると、本実施形態による無線電力を用いた通信システムは、Ｔｘ端５１０及びＲｘ端５２０を備える。Ｔｘ端５１０は無線電力及びデータを送信する送信端であり、Ｒｘ端５２０は無線電力及びデータを受信する受信端である。
【００７６】
Ｔｘ端５１０は送信部５１１を備える。送信部５１１は、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する。
【００７７】
Ｒｘ端５２０は、受信部５２１、包絡線検出部５２３、算出部５２５、及び推定部５２７を備える。受信部５２１は、相互共振によってソース共振器から送信されたエネルギーを受信する。包絡線検出部５２３は、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を検出する。算出部５２５は、検出された包絡線の傾きを算出する。推定部５２７は、算出された包絡線の傾きが最大になる時点を、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する。Ｒｘ端５２０は、推定された相互共振のスタートポイントによってＴｘ端５１０と時間同期化を行う。相互共振のスタートポイントを基準としてＲｘ端５２０はデータを受信する。
【００７８】
図６は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における相互共振のスタートポイントを推定するために使用される包絡線の傾きを示すグラフである。
【００７９】
ターゲット共振器に印加される電圧の波形から検出された包絡線６００において、所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出する。図６には４種類の傾きを図示している。４種類の傾き６１０、６２０、６３０、６４０を比較すると、相互共振が開始される時点（スタートポイント）で傾きが最大値を有することが分かる。即ち、包絡線の傾きが最大の場合に、所定の間隔を有する２つの地点のうちの先行する地点を相互共振のスタートポイントとして推定する。ターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有する地点でエネルギーをキャプチャーしてもよい。相互共振のスタートポイントとピークポイントとの間でターゲット共振器はソース共振器と相互共振する。
【００８０】
図７は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線及び包絡線の各地点における傾き値を示すグラフである。
【００８１】
Ｒｘ端でターゲット共振器に印加される電圧の波形及び包絡線で相互共振が開始される点７１０は、スタートポイントメトリック（Ｓｔａｒｔ Ｐｏｉｎｔ Ｍｅｔｒｉｃ）で包絡線の傾きが最大になる点７２０と一致していることが分かる。包絡線の傾きが最大になる点７２０を相互共振のスタートポイント７１０と推定する。
【００８２】
図８は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における包絡線を検出するために必要な信号処理過程で用いられる要素を示すグラフである。
【００８３】
無線電力を用いた通信装置は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流を信号処理して包絡線を検出する。ターゲット共振器に印加される電圧の波形を周波数ドメインで示すスペクトル８１０を循環移動（ｃｙｃｌｉｃ ｓｈｉｆｔ）させて、ベースバンド帯域にダウンコンバートされたスペクトル８２０が生成される。ベースバンド帯域にダウンコンバートされたスペクトル８２０は、低域通過フィルタ８３０を介してフィルタリングされる。フィルタリングされた信号を時間ドメインに変換して絶対値演算を行うと包絡線を算出することができる。
【００８４】
図９は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における時間同期及びピークポイントを検出するためのフレームのフォーマットを示す図である。
【００８５】
フレームはプリアンブル領域及びボディ領域から構成される。プリアンブル領域の時間区間、即ち初期化区間９１０で、受信端は送信端と時間同期化を行う。時間同期化は、相互共振のスタートポイントを推定してピークポイントを検出する。ボディ領域の時間区間、即ちプロセシング区間９２０で、受信端は送信端からエネルギー及びデータを受信する。データは、受信端に格納されるエネルギーの量に割り当てられている。フレームは１つのエネルギーパケットで構成されるものと定義する。
【００８６】
他のフレームが受信端で受信される場合、フレームを区別するためにフレーム間に間隔（Ｉｎｔｅｒ ｆｒａｍｅ ｓｐａｃｅ）が必要である。受信端は、他のフレームを受信して初期化区間９３０で時間同期化を行い、プロセシング区間９４０でエネルギー及びデータを受信する。
【００８７】
図１０は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における受信端に印加される信号に基づいて送信端との時間同期を推定する手順を示す図である。
【００８８】
送信端（ＴＸ）のスイッチがオン１００１された場合にソース共振器は充電され、オフ１００３された場合にソース共振器は放電される。
【００８９】
受信端（ＲＸ）は、時間同期化の前に活性化状態、即ちスイッチをオフ状態に維持する。
【００９０】
送信端でエネルギーが送信されると、相互共振によって受信端はターゲット共振器に印加された信号を検出１０１０する。受信端は、所定期間１０２０の間に印加された信号を蓄積してもよい。受信端は、蓄積された信号に対して時間同期化区間１０３０の間に包絡線を検出し、相互共振のスタートポイントを推定してピークポイントを検出する。
【００９１】
時間同期化が行われた後、受信端はスイッチをオン１０４０して相互共振を終了し、推定された相互共振のスタートポイントでスイッチをオフして送信端からエネルギー及びデータを受信する。プロセシング区間１０５０の間に受信端は送信端からエネルギーを受信（１０５１、１０５３）する。受信端は受信したエネルギーの量に基づいてデータを復調する。
【００９２】
図１１は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるスライドウィンドウを用いて時間同期を推定する手順を示す図である。
【００９３】
無線電力を用いた通信装置は、スライドウィンドウ１１１０を用いてターゲット共振器に印加される信号１１２０を検出し、スライドウィンドウ１１１０で測定された信号の強度に基づいてターゲット共振器に格納されるフレームを検出１１３０する。フレームは、エネルギーシーケンスの形態で定義される。無線電力を用いた通信装置は、スライドウィンドウ１１１０を含む特定区間１１４０で印加される信号を蓄積し、蓄積された信号から包絡線を検出し、検出された包絡線の傾きを算出して傾きが最大値を有する地点を相互共振のスタートポイントとして推定する。
【００９４】
上述した方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で具現され、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媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの単独又は組み合わせたものを含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。
【００９５】
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、本発明の技術思想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】
【００９６】
１１０ 電力入力部
１２０ 電力送信部
１３０、１６０ スイッチ部
１４０、３４０、４４０、５２１ 受信部
１５０、２６０ 電力出力部
２１０ 電力充電部
２２０、２５０、３３０、４３０ 制御部
２３０、５１１ 送信部
２４０ 充電部
２７０ 相互インダクタンスＭ
３１０、４５０、５２５ 算出部
３２０、４６０、５２７ 推定部
３５０ 復調部
３６０ 変調部
３７０、４７０、５２３ 包絡線検出部
３７１ 下方変換部
３７３ 変換部
３７５ 循環移動部
３７７ フィルタリング部
３７９ 逆変換部
３８０ ピークポイント検出部
３９０ キャプチャー部
４１０ フレーム検出部
４２０ 信号蓄積部
５１０ 送信（Ｔｘ）端
５２０ 受信（Ｒｘ）端
６００ 包絡線
６１０、６２０、６３０、６４０ 傾き
７１０ 相互共振が開始する点
７２０ 傾きが最大になる点
８１０、８２０ スペクトル
８３０ 低域通過フィルタ
９１０、９３０ 初期化区間
９２０、９４０、１０５０ プロセシング区間
１００１ 送信端（ＴＸ）のスイッチがオン
１００３ 送信端（ＴＸ）のスイッチがオフ
１０１０ ターゲット共振器に印加された信号を検出
１０２０ 所定期間
１０３０ 時間同期化区間
１０４０ スイッチをオン
１０５１、１０５３ 送信端からエネルギーを受信
１１１０ スライドウィンドウ
１１２０ ターゲット共振器に印加される信号
１１３０ フレームを検出
１１４０ 特定区間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力を用いて通信を行う装置及び方法並びにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送に対する研究は、携帯機器を含む多様な機器の爆発的な増加による有線電力供給の不便さの増加及び既存のバッテリ容量の限界などを克服するために始まった。その中でも近距離無線電力伝送に対する研究が盛んに行われている。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十分に小さい場合を意味する。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。無線電力を送信して受信するという過程でソースとターゲットは制御情報を共有する必要がある。また、制御情報を含むことにおいてソースとターゲットとの間に相互同期が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きが最大になる時点を相互共振のスタートポイントとして推定することによって、ソース共振器とターゲット共振期との間の同期化を行う無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、ターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有する時点を検索して、ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーする無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、ソース共振器でエネルギーを送信する中間時点だけではなく、エネルギーを送信し始める時点でも時間同期を推定する無線電力を用いた通信装置及び方法並びに通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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無線電力を用いた通信装置は、ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出する算出部と、前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
前記無線電力を用いた通信装置は、前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出する包絡線検出部を更に備えることができる。
前記算出部は、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出し得る。
また、前記算出部は、前記検出された包絡線の複数地点で接線の傾きを算出し得る。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、設定されたスライドウィンドウ区間により前記ターゲット共振器に印加される信号の強度を測定して前記ソース共振器から送信されたフレームを検出するフレーム検出部を更に備えることができる。
前記フレームは、前記ソース共振器から送信されたフレームの検出、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイント推定、及び前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーのキャプチャーポイント検出に用いられるプリアンブル領域と、前記ソース共振器から前記ターゲット共振器へのエネルギー送信及びデータ送信に用いられるボディ領域と、を含み得る。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持する制御部を更に備えることができる。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記設定されたスライドウィンドウ区間を含む特定区間で前記ターゲット共振器に印加される信号を蓄積する信号蓄積部を更に備えることができる。
前記算出部は、前記蓄積された信号の包絡線を検出して該包絡線の傾きを算出し得る。
前記包絡線検出部は、前記電流又は前記電圧を入力として包絡線検出用アナログ回路の出力から前記包絡線を取得し得る。
前記包絡線検出部は、前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、前記ダウンコンバートされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、前記周波数領域信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備え得る。
前記包絡線検出部は、前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、前記周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動させる循環移動部と、前記循環移動した信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備えてもよい。
前記包絡線検出部は、前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、時間領域で畳み込みによって前記ダウンコンバートされた信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、を備えてもよい。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するピークポイント検出部と、前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするキャプチャー部と、を更に備えることができる。
また、前記無線電力を用いた通信装置は、前記相互共振のスタートポイントを基準として前記ターゲット共振器の自体の共振を活性化させて前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、前記受信したエネルギーの量に基づいて、前記ソース共振器から送信された情報を復調する復調部と、前記ソース共振器との相互共振の有無に応じて、前記ソース共振器に送信する情報を変調する変調部と、を更に備えることができる。
【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無線電力を用いた通信方法は、ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出するステップと、前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定するステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
前記無線電力を用いた通信方法は、前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出するステップを更に含むことができる。
前記包絡線の傾きを算出するステップは、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出し得る。
また、前記無線電力を用いた通信方法は、前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持するステップを更に含むことができる。
また、前記無線電力を用いた通信方法は、前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するステップと、前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするステップと、を更に含むことができる。
【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無線電力を用いた通信システムは、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する送信部と、前記相互共振によって前記ターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、前記検出された包絡線の傾きを算出する算出部と、前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を検出してその傾きを算出し、算出された包絡線の傾きが最大になる時点を相互共振のスタートポイントとして推定することによって、ソース共振器とターゲット共振期との間の同期化を可能にする。
また、ソース共振器がエネルギーを送信する開始時点を相互共振によって受信端で検出し、ターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有する時点を検索して、ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーすることができる。
また、ソース共振器でエネルギーを送信する中間時点だけではなく、エネルギーを送信し始める時点でも時間同期を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による無線電力を用いた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た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無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態による無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信システムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における相互共振のスタートポイントを推定するために使用される包絡線の傾きを示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線及び包絡線の各地点における傾き値を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における包絡線を検出するために必要な信号処理過程で用いられる要素を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における時間同期及びピークポイントを検出するためのフレームのフォーマットを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における受信端に印加される信号に基づいて送信端との時間同期を推定する手順を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるスライドウィンドウを用いて時間同期を推定する手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明による無線電力を用いる通信システムは、無線電力伝送を必要とする多様なシステムに応用される。例えば、携帯電話又は無線テレビなどの無線電力伝送を用いるシステムで送受信端間の制御情報及び他の情報交換に利用される。また、バイオヘルスケア分野に応用可能であり、人体に挿入されたデバイスに遠隔で電力を伝送したり、心拍数を測定するための包帯タイプのデバイスに無線で電力を伝送したりするために応用され得る。
【００１３】
また、本発明による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も応用され得る。また、本発明によ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得る。
【００１４】
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で、ソース共振器の自体の共振を誘導する。自体が共振するソース共振器と相互共振を行う程十分に近い距離にソース共振器の共振周波数と同じ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。結果的に、電力はソース共振器からターゲット共振器に無線で伝送される。
【００１５】
本発明の実施形態において、ソース共振器は有線又は無線の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ソース共振器との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。
【００１６】
以下で説明する実施形態は送信機及び受信機に関する。送信機は無線電力伝送装置を含み、受信機は無線で電力を受信する多様な種類の装置を含む。多様な種類の装置として、端末、スマートフォン、コンピュータ、タブレット、テレビ、センサ、家庭用電子機器などが挙げられる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信システムの等価回路を示す図であり、電力入力部と電力送信部、受信部と電力出力部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離される図である。
【００１８】
図１を参照すると、無線電力を用いた通信システムは、ソースとターゲットから構成されるソース−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、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。
【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を備えている。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、キャパシタにエネルギーが格納される間に電力入力部１１０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを放電する間に、電力入力部１１０に接続されたキャパシタを電力送信部１２０に接続する。スイッチ部１３０は、キャパシタ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、電磁気エネルギーを受信部１４０に伝達する。より具体的に、電力送信部１２０の送信コイルＬ１は、受信部１３０の受信コイルＬ２との相互共振によって電力を伝達する。送信コイルＬ１と受信コイルＬ２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】
電力入力部１１０は入力電圧ＶＤＣ、内部抵抗Ｒｉｎ、及びキャパシタＣ１に、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て基礎回路素子Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１に、スイッチ部１３０は複数のスイッチに、それぞれモデリングされる。スイッチとして、オン及び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ＶＤＣのうち、キャパシタＣ１に負荷される電圧をＶｉｎで表示する。
【００２２】
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、キャパシタにエネルギーが格納される間に受信部１４０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを負荷に伝達する間に、受信部１４０に接続されたキャパシタを電力出力部１５０に接続する。スイッチ部１６０は、キャパシタが同時に受信部１４０及び電力出力部１５０に接続されないようにする。
【００２３】
具体的に、受信部１４０の受信コイルＬ２は、電力送信部１２０の送信コイルＬ１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Ｌ２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。
【００２４】
受信部１４０は受信部１４０に対応する物理的な性質を基礎回路素子Ｒ２、Ｌ２、Ｃ２に、電力出力部１５０は接続されるキャパシタＣ２及びバッテリに、スイッチ部１６０は複数のスイッチに、それぞれモデリングされる。受信コイルＬ２で受信するエネルギーのうち、キャパシタＣ２に負荷される電圧をＶｏｕｔで表示する。
【００２５】
上述のように、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、インピーダンスマッチングを用いた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を供給することが可能であるために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、インピーダンスマッチングを行う必要がないことから、伝送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備える無線電力伝送システムにおける拡張が容易である。
【００２６】
図２は、本発明の他の実施形態による無線電力を用いた通信システムの等価回路を示す図であり、電力充電部と送信部、充電部と電力出力部が制御部によって物理的に分離される図である。
【００２７】
図２を参照すると、無線電力を用いた通信システムは、ソースとターゲットから構成されるソース−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ている。
【００２８】
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を備えている。電力充電部２１０は、電源供給装置Ｖｉｎと抵抗Ｒｉｎから構成される。ソース共振器はキャパシタＣ１とインダクターＬ１から構成される。送信部２３０は、ソース共振器とターゲット共振器との間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スイッチをオンする。これにより電源供給装置ＶｉｎからキャパシタＣ１に電圧が印加され、インダクターＬ１に電流が印加される。定常状態になると、キャパシタＣ１に印加される電圧は０になり、インダクターＬ１に流れる電流はＶｉｎ／Ｒｉｎの値を有するようになる。定常状態においてインダクターＬ１には印加される電流に応じた電力が充電される。
【００２９】
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、スイッチをオフする。所定値に関する情報は制御部２２０に設定されてもよい。電力充電部２１０と送信部２３０は分離され、ソース共振器は、キャパシタＣ１とインダクターＬ１との間で自体が共振を始める。相互インダクタンスＭ２７０による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ｆ１とターゲット共振器の共振周波数ｆ２は以下の数式に示すように同一である。
【００３０】
【００３１】
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Ｃ２とインダクターＬ２から構成される。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Ｖｉｎと分離され、ターゲット共振器は負荷ＬＯＡＤ及びキャパシタＣＬと分離される。ターゲット共振器のキャパシタＣ２とインダクターＬ２には相互共振によって電力が充電される。制御部２５０は、ターゲット共振器に電力を充電するために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、スイッチをオンする。所定値に関する情報は制御部２５０に設定されてもよい。スイッチがオンされると、キャパシタＣＬが接続されてターゲット共振器の共振周波数は以下の数式に示すように変更される。
【００３２】
【００３３】
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を考慮してｆ２’がｆ２よりも十分に低い場合に、相互共振チャネルは消滅する。また、電力出力部２６０は、キャパシタＣ２とインダクターＬ２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の必要に適する方式に基づいて電力を伝達する。
【００３４】
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の場合に、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間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。
【００３５】
このように、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。
【００３６】
図１に示す場合と比較し、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るエネルギーのキャプチャー時点を制御する方がより容易である。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るエネルギーをキャプチャーするため、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。
【００３７】
ＲＩ（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）システムの送信端は、電力或いはデータの送信のためにスイッチの接続によってソース共振器にエネルギーの充電と放電手順を繰り返して行う。このような１回のエネルギーの充電と放電手順を１つのシンボルと定義する。受信端は、送信端から送信されたエネルギー又はデータを受信するため、送信端の充電及び放電を繰り返すスイッチの動作周期に合わせて、適切な時間同期によって受信端のスイッチの動作を行わなければならない。受信端は、送信端の動作に合わせて時間同期を一定に維持する時間同期作業を継続的に行わなければならない。
【００３８】
受信端は、送信端のスイッチがいつオフしていつオンするか、そして、いつ相互共振を開始していつターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有するかを把握しなければならない。スイッチのオン及びオフタイムに関する情報を把握して受信端のオン及びオフタイムに関する情報に合わせてスイッチを作動させる手順を時間同期化手順と定義する。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【００４０】
図３を参照すると、無線電力を用いた通信装置は、算出部３１０、推定部３２０、制御部３３０、受信部３４０、復調部３５０、変調部３６０、包絡線検出部３７０、ピークポイント検出部３８０、及びキャプチャー部３９０を備える。以下の説明において、無線電力を用いた通信装置は、無線電力を使用する通信システムにおける無線電力を受信する受信端を意味する。無線電力を用いた通信装置は、図３に示した構成のうちの少なくとも１つを含む。
【００４１】
受信部３４０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振によってエネルギーを受信する。包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を検出する。
【００４２】
算出部３１０は、検出された包絡線から包絡線の傾きを算出する。算出部３１０は、検出された包絡線で、所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出する。また、算出部３１０は、検出された包絡線の地点で接線の傾きを算出する。
【００４３】
推定部３２０は、包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点をソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する。例えば、予め設定された区間は０（ゼロ）になり得る。即ち、推定部３２０は、包絡線の傾きが最大になる地点を相互共振のスタートポイントとして推定することができる。予め設定された区間は、ユーザによって任意に決定されてもよく、ソース共振器とターゲット共振器との間の距離に基づいて決定されてもよい。無線電力を伝送する送信端と無線電力を受信する受信端との間で相互共振が開始する時点で包絡線の傾きは最大になる。推定部３２０は次の式を用いて相互共振のスタートポイントを推定する。
【００４４】
【００４５】
ここで、ｓｉｇｎａｌ＿ｓｔａｒｔ＿ｐｏｉｎｔは相互共振のスタートポイントを意味し、ｉは包絡線の地点を意味し、ｇａｐは包絡線の２つの地点間の所定の間隔を意味する。即ち、ｓｉｇｎａｌ＿ｓｔａｒｔ＿ｐｏｉｎｔは、包絡線で所定の間隔を有する２つの地点間の傾きが最大になる場合のｉに推定され得る。
【００４６】
ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を正確に検出することができれば、送信端と受信端との間で相互共振が開始される時点を正確に推定することができる。包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧の波形から包絡線を検出する。ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形は、ターゲット共振器に印加される電流の波形又は電圧の波形として表示される。
【００４７】
包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧を入力として包絡線検出用アナログ回路の出力から包絡線を取得する。
【００４８】
ターゲット共振器に格納されるエネルギー量の検出は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧から、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングによって行われる。ところが、正確なエネルギー量を検出するためにはアナログ−デジタル変換サンプリングレートがターゲット共振器の共振周波数よりも十分に速くなければならない。しかし、アナログ−デジタル変換サンプリングレートが速くなると、アナログ−デジタルコンバータ自体の電力消耗は増大し、エネルギー送信効率とデータ送信効率が全体的にアナログ−デジタル変換サンプリングレート及び量子化ビット数の影響を受けることになる。従って、包絡線検出部３７０は、適正な速さのアナログ−デジタル変換サンプリングレートを使用して、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの量を正確に検出する必要がある。
【００４９】
一般的な包絡線検出用アナログ回路は、ダイオード、キャパシタ、及び負荷ＬＯＡＤで具現される。ここで、包絡線検出用アナログ回路は、ターゲット共振器に印加された電流又はターゲット共振器に印加された電圧を入力として、ターゲット共振器に印加された電流又はターゲット共振器に印加された電圧の包絡線を出力する。
【００５０】
本実施形態の包絡線検出部３７０は、ターゲット共振器に印加される電流又は電圧に対して信号処理することによって包絡線を検出する。図３に示す例で、包絡線検出部３７０は、下方変換部３７１、変換部３７３、循環移動部３７５、フィルタリング部３７７、及び逆変換部３７９を備える。
【００５１】
下方変換部３７１は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形のうちの１つと乗算してダウンコンバート（ｄｏｗｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）された信号を生成する。ここで、特定の信号波形には共振周波数のサイン（ｓｉｎｅ）波形、コサイン（ｃｏｓｉｎｅ）波形、及び指数型（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）波形が含まれ得る。ダウンコンバート方式は、一般的な通信で使用される方式が用いられる。例えば、下方変換部３７１は、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を、ベースバンド帯域にダウンコンバートする。変換部３７３は、ダウンコンバートされた信号を離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ）又は高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）して周波数領域信号に変換する。フィルタリング部３７７は、周波数領域信号を低域通過フィルタリングしてハーモニック成分が除去された信号を生成する。ハーモニック成分は、周波数領域信号に含まれる高調波及びノイズ成分を意味する。逆変換部３７９は、ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＤＦＴ：ＩＤＦＴ）又は高速フーリエ逆変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ：ＩＦＦＴ）して時間領域信号に変換する。ここで、変換された時間領域信号は、ターゲット共振器に印加される電流波形又は電圧波形の包絡線を示す。
【００５２】
また、変換部３７３は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を直接離散フーリエ変換（ＤＦＴ）又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数領域信号に変換してもよい。循環移動部３７５は、周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｈｉｆｔ）する。例えば、循環移動部３７５は、周波数領域信号をベースバンド帯域に循環移動する。循環移動部３７５は、周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動することによってフィルタリング部３７７で簡単にフィルタリングを行うことができる。フィルタリング部３７７は、循環移動した信号を低域通過フィルタリングしてハーモニック成分が除去された信号を生成する。逆変換部３７９は、ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換（ＩＤＦＴ）又は高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）して時間領域信号に変換する。ここで、変換された時間領域信号は、ターゲット共振器に印加される電流波形又は電圧波形の包絡線を示す。
【００５３】
また、下方変換部３７１は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形のうちの１つと乗算してダウンコンバートされた信号を生成し、フィルタリング部３７７は、時間領域で畳み込み（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）によってダウンコンバートされた信号を低域通過フィルタリングしてもよく、これによりハーモニック成分が除去された信号を生成することができる。フィルタリング部３７７は、周波数領域だけではなく時間領域でも低域通過フィルタリングを行う。ここで、ハーモニック成分が除去された信号はターゲット共振器に印加される電流波形又は電圧波形の包絡線を示す。
【００５４】
その他にも、包絡線検出部３７０は、デジタル領域（ｄｉｇｉｔａｌ ｄｏｍａｉｎ）における多様な信号処理方式を用いてターゲット共振器に印加される電流又は電圧の波形から包絡線を検出することができる。
【００５５】
ターゲット共振器とソース共振器との間に相互共振する以前の状態を、アイドルリスン（Ｉｄｌｅ ｌｉｓｔｅｎ）状態と定義し、相互共振を準備する状態を意味する。制御部３３０は、アイドルリスン状態でソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によってターゲット共振器で直ちにエネルギーが受信されるように、ターゲット共振器を活性化された状態に維持する。ターゲット共振器を活性化された状態に維持することは、ターゲット共振器を自体の共振状態に維持することを意味する。図１に示すＲＩシステムではスイッチをオンする場合を意味し、図２に示すＲＩシステムではスイッチをオフする場合を意味する。
【００５６】
ピークポイント検出部３８０は、検出された包絡線の大きさがピーク値を有するピークポイントを検出する。キャプチャー部３９０は、検出されたピークポイントでターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーする。
【００５７】
制御部３３０は、推定された相互共振のスタートポイントでターゲット共振器が相互共振を開始できるようにし、検出されたピークポイントでターゲット共振器に格納されたエネルギーをキャプチャーして負荷にエネルギーを伝達する。
【００５８】
より具体的に、制御部３３０は、相互共振のスタートポイントをターゲット共振器とソース共振器との間の時間同期時点に設定して、ターゲット共振器に接続されたスイッチを制御する。図１に示すＲＩシステムではスイッチがオンされる場合であり、図２に示すＲＩシステムではスイッチがオフされる場合である。時間同期時点の後からターゲット共振器に格納されるエネルギーによって受信端は情報を受信する。
【００５９】
また、制御部３３０は、ピークポイントでターゲット共振器に接続されたスイッチを制御し、ターゲット共振器に格納されたエネルギーが負荷に伝えられるようにする。図１に示すＲＩシステムではスイッチがオフされる場合であり、図２に示すＲＩシステムではスイッチがオンされる場合である。
【００６０】
受信部３４０は、相互共振のスタートポイントを基準としてソース共振器から送信されたエネルギーを受信する。復調部３５０は、受信したエネルギーの量に基づいてソース共振器から送信された情報を復調する。変調部３６０は、相互共振のスタートポイントを基準にしてターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振の有無に応じてターゲット共振器で送信する情報を変調する。
【００６１】
制御部３３０は、無線電力を用いた通信装置の全般的な制御を担当して算出部３１０、推定部３２０、受信部３４０、復調部３５０、変調部３６０、包絡線検出部３７０、ピークポイント検出部３８０、及びキャプチャー部３９０のそれぞれの機能を遂行させる。図３に示す実施形態において、これらを個別に構成して示すこと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に、これらの全てを制御部３３０で処理するように構成してもよく、これらの一部だけを制御部３３０で処理するように構成してもよい。
【００６２】
図４は、本発明の他の実施形態による無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
【００６３】
図４を参照すると、無線電力を用いた通信装置は、フレーム検出部４１０、信号蓄積部４２０、制御部４３０、受信部４４０、算出部４５０、推定部４６０、及び包絡線検出部４７０を備える。
【００６４】
受信部４４０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振によってフレームを受信する。フレームはエネルギーパケットで構成される。
【００６５】
フレーム検出部４１０は、スライドウィンドウを用いて、ソース共振器から送信されたフレームを検出する。フレーム検出部４１０は、設定されたスライドウィンドウ区間で、ターゲット共振器に印加される信号の強度を測定してソース共振器から送信されたフレームを検出する。ここで、印加される信号の強度は、エネルギーの量を意味し、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流の強度を意味する。
【００６６】
フレーム検出部４１０は、設定されたスライドウィンドウ区間で、所定の大きさ以上の信号が検出された場合、ソース共振器から送信されたフレームとして認識する。
【００６７】
フレームは、プリアンブル領域とボディ領域を含む。
【００６８】
プリアンブル領域は、ソース共振器から送信されたフレームの検出、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振し始める相互共振スタートポイント推定、及びターゲット共振器に格納されるエネルギーのキャプチャーポイント検出に用いられる。プリアンブル領域の時間区間でソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントが推定され、キャプチャーポイントが検出されることによって、送信端と受信端との間の時間同期化を行う。
【００６９】
ボディ領域は、ソース共振器からターゲット共振器へのエネルギー送信及びデータ送信に用いられる。プリアンブル領域の時間区間の間に時間同期化が行われた後、ボディ領域の時間区間の間に受信端は送信端からエネルギー及びデータを受信する。
【００７０】
信号蓄積部４２０は、設定されたスライドウィンドウ区間を含む特定区間で、ターゲット共振器に印加される信号を蓄積する。
【００７１】
包絡線検出部４７０は、蓄積された信号の包絡線を検出する。
【００７２】
算出部４５０は、検出された包絡線から包絡線の傾きを算出する。算出部４５０は、検出された包絡線で、所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出する。また、算出部４５０は、検出された包絡線の複数地点で接線の傾きを算出する。推定部４６０は、包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点をソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する。制御部４３０は、推定された相互共振のスタートポイントで、ターゲット共振器が相互共振を開始するようにする。
【００７３】
制御部４３０は、無線電力を用いた通信装置の全般的な制御を担当してフレーム検出部４１０、信号蓄積部４２０、受信部４４０、算出部４５０、推定部４６０、及び包絡線検出部４７０のそれぞれの機能を遂行させる。図４に示す実施形態において、これらを個別に構成して示すこと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にこれらの全てを制御部４３０で処理するように構成してもよく、これらの一部だけを制御部４３０で処理するように構成してもよい。
【００７４】
図５は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信システムのブロック図である。
【００７５】
図５を参照すると、本実施形態による無線電力を用いた通信システムは、Ｔｘ端５１０及びＲｘ端５２０を備える。Ｔｘ端５１０は無線電力及びデータを送信する送信端であり、Ｒｘ端５２０は無線電力及びデータを受信する受信端である。
【００７６】
Ｔｘ端５１０は送信部５１１を備える。送信部５１１は、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する。
【００７７】
Ｒｘ端５２０は、受信部５２１、包絡線検出部５２３、算出部５２５、及び推定部５２７を備える。受信部５２１は、相互共振によってソース共振器から送信されたエネルギーを受信する。包絡線検出部５２３は、ターゲット共振器に格納されるエネルギーの波形から包絡線を検出する。算出部５２５は、検出された包絡線の傾きを算出する。推定部５２７は、算出された包絡線の傾きが最大になる時点を、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する。Ｒｘ端５２０は、推定された相互共振のスタートポイントによってＴｘ端５１０と時間同期化を行う。相互共振のスタートポイントを基準としてＲｘ端５２０はデータを受信する。
【００７８】
図６は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における相互共振のスタートポイントを推定するために使用される包絡線の傾きを示すグラフである。
【００７９】
ターゲット共振器に印加される電圧の波形から検出された包絡線６００において、所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出する。図６には４種類の傾きを図示している。４種類の傾き６１０、６２０、６３０、６４０を比較すると、相互共振が開始される時点（スタートポイント）で傾きが最大値を有することが分かる。即ち、包絡線の傾きが最大の場合に、所定の間隔を有する２つの地点のうちの先行する地点を相互共振のスタートポイントとして推定する。ターゲット共振器に格納されるエネルギーがピーク値を有する地点でエネルギーをキャプチャーしてもよい。相互共振のスタートポイントとピークポイントとの間でターゲット共振器はソース共振器と相互共振する。
【００８０】
図７は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線及び包絡線の各地点における傾き値を示すグラフである。
【００８１】
Ｒｘ端でターゲット共振器に印加される電圧の波形及び包絡線で相互共振が開始される点７１０は、スタートポイントメトリック（Ｓｔａｒｔ Ｐｏｉｎｔ Ｍｅｔｒｉｃ）で包絡線の傾きが最大になる点７２０と一致していることが分かる。包絡線の傾きが最大になる点７２０を相互共振のスタートポイント７１０と推定する。
【００８２】
図８は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における包絡線を検出するために必要な信号処理過程で用いられる要素を示すグラフである。
【００８３】
無線電力を用いた通信装置は、ターゲット共振器に印加される電圧又は電流を信号処理して包絡線を検出する。ターゲット共振器に印加される電圧の波形を周波数ドメインで示すスペクトル８１０を循環移動（ｃｙｃｌｉｃ ｓｈｉｆｔ）させて、ベースバンド帯域にダウンコンバートされたスペクトル８２０が生成される。ベースバンド帯域にダウンコンバートされたスペクトル８２０は、低域通過フィルタ８３０を介してフィルタリングされる。フィルタリングされた信号を時間ドメインに変換して絶対値演算を行うと包絡線を算出することができる。
【００８４】
図９は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における時間同期及びピークポイントを検出するためのフレームのフォーマットを示す図である。
【００８５】
フレームはプリアンブル領域及びボディ領域から構成される。プリアンブル領域の時間区間、即ち初期化区間９１０で、受信端は送信端と時間同期化を行う。時間同期化は、相互共振のスタートポイントを推定してピークポイントを検出する。ボディ領域の時間区間、即ちプロセシング区間９２０で、受信端は送信端からエネルギー及びデータを受信する。データは、受信端に格納されるエネルギーの量に割り当てられている。フレームは１つのエネルギーパケットで構成されるものと定義する。
【００８６】
他のフレームが受信端で受信される場合、フレームを区別するためにフレーム間に間隔（Ｉｎｔｅｒ ｆｒａｍｅ ｓｐａｃｅ）が必要である。受信端は、他のフレームを受信して初期化区間９３０で時間同期化を行い、プロセシング区間９４０でエネルギー及びデータを受信する。
【００８７】
図１０は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置における受信端に印加される信号に基づいて送信端との時間同期を推定する手順を示す図である。
【００８８】
送信端（ＴＸ）のスイッチがオン１００１された場合にソース共振器は充電され、オフ１００３された場合にソース共振器は放電される。
【００８９】
受信端（ＲＸ）は、時間同期化の前に活性化状態、即ちスイッチをオフ状態に維持する。
【００９０】
送信端でエネルギーが送信されると、相互共振によって受信端はターゲット共振器に印加された信号を検出１０１０する。受信端は、所定期間１０２０の間に印加された信号を蓄積してもよい。受信端は、蓄積された信号に対して時間同期化区間１０３０の間に包絡線を検出し、相互共振のスタートポイントを推定してピークポイントを検出する。
【００９１】
時間同期化が行われた後、受信端はスイッチをオン１０４０して相互共振を終了し、推定された相互共振のスタートポイントでスイッチをオフして送信端からエネルギー及びデータを受信する。プロセシング区間１０５０の間に受信端は送信端からエネルギーを受信（１０５１、１０５３）する。受信端は受信したエネルギーの量に基づいてデータを復調する。
【００９２】
図１１は、本発明の一実施形態による無線電力を用いた通信装置におけるスライドウィンドウを用いて時間同期を推定する手順を示す図である。
【００９３】
無線電力を用いた通信装置は、スライドウィンドウ１１１０を用いてターゲット共振器に印加される信号１１２０を検出し、スライドウィンドウ１１１０で測定された信号の強度に基づいてターゲット共振器に格納されるフレームを検出１１３０する。フレームは、エネルギーシーケンスの形態で定義される。無線電力を用いた通信装置は、スライドウィンドウ１１１０を含む特定区間１１４０で印加される信号を蓄積し、蓄積された信号から包絡線を検出し、検出された包絡線の傾きを算出して傾きが最大値を有する地点を相互共振のスタートポイントとして推定する。
【００９４】
上述した方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で具現され、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媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの単独又は組み合わせたものを含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。
【００９５】
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、本発明の技術思想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】
【００９６】
１１０ 電力入力部
１２０ 電力送信部
１３０、１６０ スイッチ部
１４０、３４０、４４０、５２１ 受信部
１５０、２６０ 電力出力部
２１０ 電力充電部
２２０、２５０、３３０、４３０ 制御部
２３０、５１１ 送信部
２４０ 充電部
２７０ 相互インダクタンスＭ
３１０、４５０、５２５ 算出部
３２０、４６０、５２７ 推定部
３５０ 復調部
３６０ 変調部
３７０、４７０、５２３ 包絡線検出部
３７１ 下方変換部
３７３ 変換部
３７５ 循環移動部
３７７ フィルタリング部
３７９ 逆変換部
３８０ ピークポイント検出部
３９０ キャプチャー部
４１０ フレーム検出部
４２０ 信号蓄積部
５１０ 送信（Ｔｘ）端
５２０ 受信（Ｒｘ）端
６００ 包絡線
６１０、６２０、６３０、６４０ 傾き
７１０ 相互共振が開始する点
７２０ 傾きが最大になる点
８１０、８２０ スペクトル
８３０ 低域通過フィルタ
９１０、９３０ 初期化区間
９２０、９４０、１０５０ プロセシング区間
１００１ 送信端（ＴＸ）のスイッチがオン
１００３ 送信端（ＴＸ）のスイッチがオフ
１０１０ ターゲット共振器に印加された信号を検出
１０２０ 所定期間
１０３０ 時間同期化区間
１０４０ スイッチをオン
１０５１、１０５３ 送信端からエネルギーを受信
１１１０ スライドウィンドウ
１１２０ ターゲット共振器に印加される信号
１１３０ フレームを検出
１１４０ 特定区間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出する算出部と、
前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする無線電力を用いた通信装置。
【請求項２】
前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出する包絡線検出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記検出された包絡線の複数地点で接線の傾きを算出することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項５】
設定されたスライドウィンドウ区間により前記ターゲット共振器に印加される信号の強度を測定して前記ソース共振器から送信されたフレームを検出するフレーム検出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項６】
前記フレームは、
前記ソース共振器から送信されたフレームの検出、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイント推定、及び前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーのキャプチャーポイント検出に用いられるプリアンブル領域と、
前記ソース共振器から前記ターゲット共振器へのエネルギー送信及びデータ送信に用いられるボディ領域と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項７】
前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項８】
前記設定されたスライドウィンドウ区間を含む特定区間で前記ターゲット共振器に印加される信号を蓄積する信号蓄積部を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項９】
前記算出部は、前記蓄積された信号の包絡線を検出して該包絡線の傾きを算出することを特徴とする請求項８に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１０】
前記包絡線検出部は、前記電流又は前記電圧を入力として包絡線検出用アナログ回路の出力から前記包絡線を取得することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１１】
前記包絡線検出部は、
前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、
前記ダウンコンバートされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、
前記周波数領域信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、
前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１２】
前記包絡線検出部は、
前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、
前記周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動させる循環移動部と、
前記循環移動した信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、
前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１３】
前記包絡線検出部は、
前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、
時間領域で畳み込みによって前記ダウンコンバートされた信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１４】
前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するピークポイント検出部と、
前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするキャプチャー部と、を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１５】
前記相互共振のスタートポイントを基準として前記ターゲット共振器の自体の共振を活性化させて前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、
前記受信したエネルギーの量に基づいて、前記ソース共振器から送信された情報を復調する復調部と、
前記ソース共振器との相互共振の有無に応じて、前記ソース共振器に送信する情報を変調する変調部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１６】
ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出するステップと、
前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定するステップと、を有することを特徴とする無線電力を用いた通信方法。
【請求項１７】
前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項１８】
前記包絡線の傾きを算出するステップは、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出することを特徴とする請求項１７に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項１９】
前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項２０】
前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するステップと、
前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項２１】
ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する送信部と、
前記相互共振によって前記ターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、
前記検出された包絡線の傾きを算出する算出部と、
前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする無線電力を用いた通信システム。
【請求項１】
ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出する算出部と、
前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする無線電力を用いた通信装置。
【請求項２】
前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出する包絡線検出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記検出された包絡線の複数地点で接線の傾きを算出することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項５】
設定されたスライドウィンドウ区間により前記ターゲット共振器に印加される信号の強度を測定して前記ソース共振器から送信されたフレームを検出するフレーム検出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項６】
前記フレームは、
前記ソース共振器から送信されたフレームの検出、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイント推定、及び前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーのキャプチャーポイント検出に用いられるプリアンブル領域と、
前記ソース共振器から前記ターゲット共振器へのエネルギー送信及びデータ送信に用いられるボディ領域と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項７】
前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項８】
前記設定されたスライドウィンドウ区間を含む特定区間で前記ターゲット共振器に印加される信号を蓄積する信号蓄積部を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項９】
前記算出部は、前記蓄積された信号の包絡線を検出して該包絡線の傾きを算出することを特徴とする請求項８に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１０】
前記包絡線検出部は、前記電流又は前記電圧を入力として包絡線検出用アナログ回路の出力から前記包絡線を取得することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１１】
前記包絡線検出部は、
前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、
前記ダウンコンバートされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、
前記周波数領域信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、
前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１２】
前記包絡線検出部は、
前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換して周波数領域信号に変換する変換部と、
前記周波数領域信号を所定の周波数だけ循環移動させる循環移動部と、
前記循環移動した信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、
前記ハーモニック成分が除去された信号を離散フーリエ逆変換又は高速フーリエ逆変換して時間領域信号に変換する逆変換部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１３】
前記包絡線検出部は、
前記電圧又は前記電流からアナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）サンプリングされた信号を共振周波数の特定の信号波形と乗算してダウンコンバートされた信号を生成する下方変換部と、
時間領域で畳み込みによって前記ダウンコンバートされた信号に低域通過フィルタリングを行ってハーモニック成分が除去された信号を生成するフィルタリング部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１４】
前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するピークポイント検出部と、
前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするキャプチャー部と、を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１５】
前記相互共振のスタートポイントを基準として前記ターゲット共振器の自体の共振を活性化させて前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、
前記受信したエネルギーの量に基づいて、前記ソース共振器から送信された情報を復調する復調部と、
前記ソース共振器との相互共振の有無に応じて、前記ソース共振器に送信する情報を変調する変調部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。
【請求項１６】
ソース共振器との相互共振によってターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線の傾きを算出するステップと、
前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定するステップと、を有することを特徴とする無線電力を用いた通信方法。
【請求項１７】
前記ターゲット共振器に印加される電流又は電圧波形の包絡線を検出するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項１８】
前記包絡線の傾きを算出するステップは、前記検出された包絡線の所定の間隔を有する２つの地点間の傾きを算出することを特徴とする請求項１７に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項１９】
前記ソース共振器がエネルギーを送信した時に、相互共振によって直ちにエネルギーを受信するように前記ターゲット共振器を活性化された状態に維持するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項２０】
前記検出された包絡線の大きさがピークとなるピークポイントを検出するステップと、
前記検出されたピークポイントで前記ターゲット共振器に格納されるエネルギーをキャプチャーするステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の無線電力を用いた通信方法。
【請求項２１】
ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する送信部と、
前記相互共振によって前記ターゲット共振器に格納されるエネルギー波形の包絡線を検出する包絡線検出部と、
前記検出された包絡線の傾きを算出する算出部と、
前記算出された包絡線の傾きが最大になる地点に基づいて、予め設定された区間内にある地点を前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振のスタートポイントとして推定する推定部と、を備えることを特徴とする無線電力を用いた通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７４７９４（Ｐ２０１３−７４７９４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１３２１１（Ｐ２０１２−２１３２１１）
【出願日】平成２４年９月２６日（２０１２．９．２６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２６日（２０１２．９．２６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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