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Development of research tools for integrating backscatter communication and wireless power transmission

Research Project

Project/Area Number 19K11923
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60060:Information network-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Kizaki Kazuhiro  大阪大学, 情報科学研究科, 特任研究員 (00838766)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsバックスキャッター / Backscatter / IEEE802.15.4 / CPLD / バックスキャッタ / IEEE802,15.4 / IEEE.802.15.4 / Bacscatter
Outline of Research at the Start

IoTデバイスの電源問題を抜本的に解決するために、無電源で動作するバッテリレスIoTデバイスと、バッテリレスIoTデバイスに対して電波を介して通信機能と電源機能を提供する周辺環境を実現する。
具体的には、数十μWでのバックスキャッタ通信と数mWの無線電力伝送を前提として、「1. バックスキャッタ送信と無線電力受信を具備したIoTデバイス」と「2.搬送波送信・バックスキャッタ受信・無線電力送信を具備した協調型アクセスポイント」を実現し、その上で動作する「3. 既存の無線通信・バックスキャッタ通信・無線電力伝送が共存可能なMACプロトコル」を実証する。

Outline of Final Research Achievements

It is possible to freely program a modulator that generates a spectrum spread type IEEE 802.15.4 standard packet by backscatter transmission that modulates radio waves emitted in space by turning on / off the RF switch connected to the antenna. We made a device using a microcomputer and a device that operates with ultra-low power consumption using a programmable logic device CPLD. In addition to the modulator, a radio wave supply device and a receiver are required, but for this, a commercially available and inexpensive IEEE 802.15.4 standard wireless communication module can be used.
We examined and demonstrated a method for efficiently supplying power to one or more modulation devices by multiple radio wave supply devices.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

無電源で動作するバッテリレスIoT デバイスと、バッテリレスIoT デバイスに対して電波を介した通信機能と電源機能を実現する装置を無償の回路設計ツール、プリント基板設計ツール、マイクロコンピュータ用ソフトウエア開発環境などを用いて設計・製作した。この設計データを公開して他の研究者が安価で容易に再検証やカスタマイズが出来るようにして研究の発展に貢献する。
さらに、安価な市販の通信用モジュールに無償の開発環境を用いて開発したソフトウエアを搭載して検証に必要な測定器などの機能を実現した。これを公開して安価に検証環境が構築出来る様にした。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (7 results)

  • [Journal Article] Curve Fitting-Based Phase Optimization for Microwave Power Transfer2022

    • Author(s)
      Kentaro Hayashi, Kazuki Aiura, Yuki Tanaka, Kazuhiro Kizaki, Takuya Fujihashi, Shunsuke Saruwatari, Takashi Watanabe
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 23902-23912

    • DOI

      10.1109/access.2022.3151139

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] QuadScatter: Computational Efficiency in Simultaneous Transmissions for Large-Scale IoT Backscatter Networks2022

    • Author(s)
      Osmane Zeba, Kentaro Hayashi, Kazuhiro Kizaki, Shunsuke Saruwatari, Takashi Watanabe
    • Journal Title

      IEEE Open Journal of the Computer Society

      Volume: 2 Pages: 334-345

    • DOI

      10.1109/ojcs.2021.3104986

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Harmonics-Controlled Frequency Division Multiple Access without Harmonics and Sidebands Interference in Backscatter Communications2022

    • Author(s)
      Yohei Konishi, Shinsuke Ibi, Kazuhiro Kizaki, Takuya Fujihashi, Shunsuke Saruwatari, Takashi Watanabe
    • Organizer
      IEEE International Conference on Communications
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Implementation of Distributed Microwave Power Transfer with Backscatter Feedback and LM-Based Phase Optimization2022

    • Author(s)
      Kazuki Aiura, Kentaro Hayashi, Yuki Tanaka, Kazuhiro Kizaki, Takuya Fujihashi, Shunsuke Saruwatari, Takashi Watanabe
    • Organizer
      The 40th IEEE International Conference on Consumer Electronics (IEEE ICCE'22)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Backscatter 通信における非同期MAC プロトコルにおける消費電力性能の検討2022

    • Author(s)
      三浦 伸之介, 小泉 亮介, 小西 陽平, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会総合大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Backscatter通信に向けた非同期方式MACプロトコルに関する一検討2022

    • Author(s)
      小泉 亮介, 小西 陽平, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      第84回情報処理学会全国大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Backscatter通信における帯域外輻射を抑圧する高調波制御FDMAに関する一検討2021

    • Author(s)
      小西 陽平, 衣斐 信介, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      情報処理学会モバイルコンピューティングとパーベイシブシステム(MBL)研究会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] IEEE 802.15.4 Compatible Backscatter のMACプロトコルに関する初期検討2021

    • Author(s)
      小泉 亮介, 小西 陽平, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental Evaluation on RSSI-based Phase Optimization in Microwave Power Transfe2021

    • Author(s)
      Kentaro Hayashi , Hikaru Hamase , Jiei Kawasaki , Kazuhiro Kizaki , Yuki Tanaka , Takuya Fujihashi , Shunsuke Saruwatari , Takashi Watanabe
    • Organizer
      IEEE Vehicular Technology Conference (IEEE VTC'21-Spring), pp.1-6, 2021
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Evaluation on IEEE 802.15.4 Compatible Backscatter2020

    • Author(s)
      Yohei Konishi, Takayuki Ueda, Kazuhiro Kizaki, Takuya Fujihashi, Shunsuke Saruwatari, Takashi Watanabe
    • Organizer
      IEEE International Conference on Communications (IEEE GLOBECOM '20), pp.1-6, 2020
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      2020 Research-status Report
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  • [Presentation] 無線給電と位置推定同時実現のための分散協調電波電力伝送システムに関する一検討2020

    • Author(s)
      林 健太朗, 濱政 光, 川崎 慈英, 木崎 一廣, 田中 勇気, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      第97回モバイルコンピューティングとパーベイシブシステム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 電波電力伝送における RSSI フィードバックを用いた位相最適化手法の実装と評価2020

    • Author(s)
      健太朗, 濱政 光, 川崎 慈英, 木崎 一廣, 田中 勇気, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
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      マルチメディア、分散、協調とモバイル(DICOMO2020)シンポジウム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] スペクトル拡散技術を用いた IEEE 802.15.4 互換 Backscatter に関する基礎的評価2020

    • Author(s)
      小西 陽平, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 電波を用いた位相制御協調電力伝送における位相最適化技術の初期的評価2020

    • Author(s)
      林 健太朗, 濱政 光, 川崎 慈英, 木崎 一廣, 田中 勇気, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      情報処理学会全国大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 周波数ホッピングを用いたIEEE 802.15.4互換Backscatterに関する基礎的検討2020

    • Author(s)
      上田 貴之, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      情報処理学会全国大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] IEEE 802.15.4互換Backscatterに関する基礎的検討2020

    • Author(s)
      上田 貴之, 木崎 一廣, 藤橋 卓也, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] IEEE 802.15.4 Backscatter の実装実験2019

    • Author(s)
      木崎 一廣, 川崎 慈英, 猿渡 俊介, 渡辺 尚
    • Organizer
      情報処理学会 Dicomo2019
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  • [Remarks] (1) 無線電力伝送

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      https://github.com/watalabo/backscatter-15.4

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      https://github.com/watalabo/backscatter-tools

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  • [Remarks] IoT/M2M Sensor Networks

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      https://www-int.ist.osaka-u.ac.jp/research/0007/

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      https://www-int.ist.osaka-u.ac.jp/research/0005/

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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