2022 Fiscal Year Research-status Report
知能電波反射面を用いた次世代ワイヤレスネットワークに向けた研究ツールの開発
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22K12010
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
木崎 一廣 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 特任研究員 (00838766)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | IRS / RIS / LIS / Backscatter |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、知能電波反射面(別名IRS) を研究者が簡単に検証可能な研究ツールを開発することである。
壁に知能電波反射面を展開することで、本来は壁によって吸収されていた電波を有効利用できるようになるため、電波を用いたデータ伝送や電力伝送の性能を飛躍的に増加させる。
「1. 複数協調動作が可能な知能電波反射面」と「2. 知能電波反射面と協調動作可能な無線アクセスポイント」の実験装置を実現し、その上で動作する「3. 知能電波反射面と既存の無線通信が共存可能なMAC プロトコル」で知能電波反射面を実環境に適用する場合の課題に取り組むと同時に、実験装置の有用性を実証する。
2022年度は、知能電波反射面の実現方法の調査・検討を行い、電波の反射を制御する素子をダイポールアンテナとバラクタダイオード、素子数を25個、周波数帯を2.4GHzに決定して、他の研究者がこの成果を手軽に活用出来るデータを残すため無償の電磁界ミュレータ Sonnet Lite を用いてシミュレーションを行い素子の諸元を決定した。
シミュレーション結果に基づいて、無償の回路図作成ツール CADLUS Circut を用いて知能電波反射面とその制御回路の回路設計を行い、無償のプリント基板設計ツール CADLUS X を用いてプリント基板のパターン設計を行い、P版.com で製造し、研究者自身で組み立てた。制御回路にマイクロコンピュータを搭載しているので、そのプログラムを無償のクラウド型ソフトウエア開発環境 Keil Studio を用いて開発し、知能電波反射面の回路の動作確認を終えた。
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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
半導体不足の影響を受け、必要な部品の入手難であったが、保有の部品を活用して対応した。製造後数年経過した古い部品、又は、包装から取り出して数カ月経過した部品は、自動化されたプリント基板組み立てラインで組み立てるとはんだ付け不良を起こすことが多いため、研究者自身が手付で組み立てた。
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| Strategy for Future Research Activity |
先ず、知能電波反射面の特性の測定環境を構築する。「１．知能電波反射面」、「２．GNU RadioとSDR(Software Defined Radio)を用いた電波発生源、位相及び電波強度の測定」、「３．直交ロボットを用いた測定用アンテナの座標位置への移動手段」、「４．それらを制御するソフトウエア」で構成する。
測定環境が完成したら、バラクタ電圧と座標位置毎の位相、反射電力の関係など基本的な特性を測定する。
例えば、25素子の知能電波反射面を2値で制御したとしても、その組み合わせは2の25乗で33,554,431通りであり膨大である。一つの組み合わせを1秒で測定したとしても全ての組み合わせの測定には1年以上かかり総当たり的な測定は不可能である。部分的な測定を繰り返し、最適な制御の組み合わせを得る方法を模索する。
線状アンテナであるダイポールアンテナに比較して高いアンテナゲインが期待できる面状アンテナであるパッチアンテナとバラクタダイオードを素子とした知能電波反射面を製作して特性の確認を行う。
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