2015 Fiscal Year Annual Research Report
1立方mm無線給電センサノードの開発と実世界ユーザインタフェースへの応用
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15H01679
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
橋本 昌宜 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (80335207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 哲也 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (70396315)
伊藤 雄一 大阪大学, 情報科学研究科, 招へい准教授 (40359857)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | センサノード / 実世界ユーザーインタフェース / 無線給電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小型センサノードに向けた無線給電技術の確立に向けた基礎検討として，送受信アンテナ，整流回路，そして低消費電力集積回路設計技術に関する設計，シミュレーション評価，実験評価を行った．共振器とオンチップコイルのQ値は，それぞれ275，9.9となり，オンチップコイルのQ値が低くなることを確認した．実験結果では，10 mmの距離対して最大450 uWの電力伝送が可能なことを確認した．本実験結果より，送受信アンテナと共振回路の最適形状設計が必要なこと，またインピーダンスマッチングを検討する必要があることを確認した．さらに，小型センサノードで受信できる電力は限られた電力であることが想定されるため低消費電力で動作する集積回路技術の設計を行った．リファレンス回路等のアナログ要素回路技術の設計を行い，サブマイクロワットの低消費電力化を実現可能である見通しを得た．
無線通信については、これまでに検討を行ってきたスパイラルコイルを2 枚用いたアンテナを試作し，ネットワークアナライザを用いてアンテナ間距離ごとのS21 特性を評価した.スパイラルコイルを2枚用いた構造は，シミュレーション時と同様に実機でも非常に良い通信特性を示すことがわかった．さらに、適した変調方式を検討するため、2FSK，GFSK，ASK/OOKの3 方式について，実機を用いて通信実験を行い，ビットエラーレート(BER) を評価した．iClay 向けの変調方式としては，帯域幅を必要としないASK/OOK 等が適当ではないかという知見を得た。
ノード位置推定については, これまでに検討してきたクロスエントロピー法を用いた手法の目的関数を改善した。フリップ多義性による推定問題を解決するために, 距離情報が得られないノード間の評価を行えるように目的関数を修正した。角や表面部分の推定誤差が改善されていることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
要素技術が順調に確立されつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
小型センサノードへの高効率な電力伝送を実現するために，送受信アンテナと共振回路の最適形状設計を電磁界シミュレーションにより評価する．また，オンチップ整流回路，アナログ要素回路の実装を行い，低消費電力で動作するパワーマネジメント技術の開拓研究を実施する．
無線通信、測距について、送受信機も含めた小型実機実装を行い、その性能と消費電力を評価する。ノード位置推定についてはクロスエントロピー法を用いた手法をGPU実装し、格段のスループット向上を図る。
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