2022 Fiscal Year Annual Research Report
Simultaneous Wireless Information and Power Transfer with Intelligent Reflecting Surface
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22H03578
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
須藤 克弥 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (70821867)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 光哉 電気通信大学, 人工知能先端研究センター, 助教 (60822533)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | SWIPT / IRS / 無線環境認識 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，室内で遮蔽物が存在する環境において，送信局を中心とした 10 メートルの範囲で最大 50 Mbps のスループットを達成しつつ，10 dBm （10 ミリワット）のハーベスト電力を供給する情報・電力同時伝送システム（SWIPT: Simultaneous Wireless Information and Power Transfer）の実現を目指す．これに向けて位相シフト機能を備えた複数の素子で構成される知的反射板（IRS: Intelligent Reflecting Surface）を利用し，遮蔽物を迂回した高品質な電波伝搬パスを構築するSWIPT-IRSシステムを想定し，以下の要素技術について理論検討を行った．
1)統計的機械学習によるSWIPT-IRSシステムの性能解析環境構築：電波伝搬過程をグラフで表現し，少量の学習データで高精度に電波伝搬を予測可能なFFNNを設計した．
2)統計的機械学習によるSWIPT-IRSの最適配置設計：送信機とIRSの配置問題について，実観測受信電力情報を入力とした畳み込みニューラルネットワークにより無線品質を最大化するIRS配置を決定する手法を設計した．
3)位置情報を用いた伝搬パス最適制御：ビームフォーミング制御の周波数利用効率を最大化するためにパイロット信号不要で送信機・受信機の位置情報からビームフォーミングを制御する方式を設計し，数値モデルにより平均スループットと給電能力を評価した．
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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
研究課題1（SWIPT-IRSシステムの性能解析環境構築），研究課題2（SWIPT-IRSの最適配置設計），研究課題3（伝搬パス最適制御）について，いずれも研究課題を明確に整理した上でそれぞれに有効な手法を提案している．
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| Strategy for Future Research Activity |
SWIPT-IRSのスループット・給電目標を達成するための条件や環境をシミュレーションにより明らかにしてきているが，実環境で利用可能な条件を達成するためにはパイロット信号を利用しないIRSの位相制御が必要であることがわかってきた．そこで，コンピュータビジョンにより送受信機の同定，無線環境の把握を行ったうえで最適な位相制御を行う方式の検討が追加で必要となることがわかった．そこで，来年度はコンピュータビジョンを用いた位相制御を中心として，それに必要な研究課題1，研究課題2の項目に取り組む．
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