2017 Fiscal Year Research-status Report
High Power Efficiency Intensity Modulation for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in Underwater Visible Light Communications
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17K18143
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
小澤 佑介 茨城大学, 工学部, 助教 (20634215)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 可視光ワイヤレス給電通信 / 可視光通信 / 水中可視光通信 / ワイヤレス給電 / 水中無線通信 / 海中高速無線ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、海中高速無線ネットワーク網を柔軟に構築するために、海中で用いるあらゆる情報収集用センサのバッテリレス化およびワイヤレス化の同時実現のための基礎理論構築を目的としている。今年度は特に、海中環境をモデル化した際の可視光ワイヤレス給電性能の基礎理論構築について検討を行った。成果として、受光素子にフォトダイオード、ソーラーパネルを用いた場合の給電電力について検討を行った。この結果、送信光として単色光を用いた場合、ソーラーパネルの給電効率は同等電力の太陽光を受光した場合よりも向上する一方で、受光面積に不均一に送信光が照射されると給電効率が劣化することを確認した。さらに、光電変換後の電気信号から電力を効率よく回収するためのフィルタ設計と昇圧回路について検討を行った。具体的に、フィルタ設計では受信電圧の平滑化回路に加えて次年度に行う通信との両立のために、受信光信号を通信用の交流信号と給電用の直流成分とに分離するハイパスフィルタ(HPF)と２次ローパスフィルタ(LPF)の並列受信回路の基礎設計とそのシミュレーション評価を行い、交流信号と直流信号への分離を確認した。さらに、変調方式として基本的なオンオフキーイング方式、パルス位置変調方式(PPM)、反転パルス位置変調方式(IPPM)を検討し、情報パターンによらず送信電力が一定なPPMとIPPMがOOKに比べ給電電力の変動が少なく、かつ情報あたりの送信電力が大きいIPPMが高い給電性能を達成することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究計画においてあげた３つの課題、（A）海中可視光ワイヤレス給電システムの高電力効率化、（B）可視光ワイヤレス給電通信システムの高電力効率化、（C）可視光ワイヤレス給電通信システムのプロトタイプ製作、のうち（A）について平成29年度の研究実績概要に述べたように基礎的な回路設計について目途がついた。また（B）についても受信信号を通信用の交流成分と給電用の直流成分に分離する回路設計を行い、さらに基本的な変調方式をもちいた際のシミュレーション評価により、変調方式に応じた給電電力の安定性と給電性能について動作確認を行った。この通信を考慮した際の給電性能についての検討は平成30年度実施計画の一部である。また、（C）については当初計画において最終年度の課題となっており、これも計画通り進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の通り全体として研究はおおむね順調に進展している。次年度では、複数色LEDアレイを用いた可視光変調方式による給電通信性能について中心的に検討を進める。とくに、海中状況に応じて適応的に給電性能/通信性能が最適となる複数色信号点配置について検討を行い、その際の給電性能/通信性能について平成29年度に設計した受信回路を用いてシミュレーション評価を行う予定である。
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