Development of In-vehicle high reliability medical sensor system using ultra wideband impulse radio

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14991
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 李 鯤 香川大学, 創造工学部, 助教 (10806483)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 広帯域インパルス / 高信頼性通信 / 電磁界解析 / 伝搬モデル / 信号ビット誤り率 / OTA評価

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、超広帯域インパルス無線技術（UWB-IR）を用い，運転者緊急サービスを提供できる車内高信頼性医療センサシステムを開発することである。これを実現するための課題としては、(1)広帯域バルス信号を車筐体内に伝搬する際に、人体組織の影響を含めた電波伝搬特性のモデリング化方法、(2)伝搬通信路のモデルに基づいた無線通信品位（信号ビット誤り率）の解析および実測による評価手法の開発。これらの課題のうち令和1年度では、当初の研究計画どおり、(1)について研究を遂行した。まず、広帯域における人体組織の複素誘電率を表す周波数分散特性を考慮した有限差分時間領域法（FDTD法）の電磁界解析アルゴリズムの開発と検証を行い、解析精度に影響する計算条件などの仕様を明確した。提案解析アルゴリズムを用いることによって、UWB無線通信における3.1-10.6GHzの周波数帯では、人体電磁特性を含めた、パルス電磁界の数値シミュレーションが容易に行うことができた。
次に、提案手法を用いて、球体ファントムと金属壁で構成した簡易モデルに対して数値シミュレーションを行った。その際、パルス信号を送信される際にファントム近傍における複数の受信点に対して、伝達関数や電力遅延プロファイルなど特性評価を行える統計的な分析手法を開発した。なお、金属壁の多重反射によるマルチパス伝搬環境の影響や人体遮蔽・電力吸収などの効果による遅延広がりの変化を定量的に評価できることが分かった。開発した伝搬モデルの妥当性を理論値との比較によって検証できた。
これらの研究内容については学会で口頭発表を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画に沿って研究を進めており、令和1年度は概ね研究成果を得ることができた。人体電磁特性を含めた時間領域におけるバルス電磁界解析のアルゴリズムを開発した。また、パルス信号の伝搬様子をシミュレーションし、電力遅延プロファイルの統計処理によって、パルス電磁界の基本的な特性を確認できた。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度以降では、当初の予定どおり、課題(2)伝搬通信路のモデルに基づいた無線通信品位（信号ビット誤り率）の解析手法の開発とOTA評価装置を用いた実測方法について検討を行う予定である。

Causes of Carryover

令和1年度予算において約14万円の残額については、物品購入を見合わせたことによるものである。令和2年度は大規模数値シミュレーションに向けた高性能計算機および妥当性検証用電磁界解析ソフトウェアの購入を計画しており、得られた研究成果を学会で口頭発表するための旅費の拠出も予定している。