導波路協調型二次元通信の基礎研究とIoTセンサシステムへの応用

• Project/Area Number: 20H04182
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60060:Information network-related
• Research Institution: Kochi University of Technology (2021-2023); Nanzan University (2020)
• Principal Investigator: 野田 聡人 高知工科大学, システム工学群, 准教授 (60713386)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2022: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 二次元通信 / backscatter通信

Outline of Research at the Start

本研究で扱う二次元通信とは，電磁波を空中に放射するのではなく，二次元のシート状媒体に沿って伝送する形態の通信方式を指す．先行研究では，既存の通信機器のアンテナから先を二次元導波路およびそれ用の近接カプラに単純に置き換えただけにとどまる．本研究では，導波シートが通常の空間とは異なり人為的に特性を調整可能な特異な電波伝搬環境である事実に着目する．特にIoT 環境への応用を想定し，センサ端末などに対し，それ本来の小型・低電力性を犠牲にすることなく通信機能を付与できるように，二次元通信の特異な伝送特性のもとで，従来の標準的アーキテクチャからどのように転換するべきか，という問いに挑む．

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，シート状の薄い導波路を用いて電磁波を伝送する二次元通信において，特にIoT環境などへの応用を想定し，センサ端末などに対し，小型・低電力性を犠牲にすることなく通信機能を付与できるように，二次元通信の特異な伝送特性のもとで，従来の標準的アーキテクチャからどのように転換するべきかという問いを主題としている．令和5年度の計画は，前年度までの研究成果を踏まえた小型通信回路モジュールの試作・検証と応用システム等の開発を行うことであった．
実績として，令和4年度計画について予定の部品調達の遅延による繰越・計画変更があり回路モジュール試作は当初想定より遅れたものの，その間に，本研究開発の主題の一部である導波路側への機能埋め込みによる通信モジュール側の機能軽減に関する研究開発を中心的に進めた．この結果，上記小型通信モジュールにおいて課題となる，通信用導波路の大面積化によってそのキャパシタンスの増大によるローパス特性のカットオフ周波数低下という問題に対し，導波路側に負性容量回路を接続することによってこれを低減するという手法を見出した．また，二次元導波路のキャパシタンスを変数としても，伝送されるパルス波形が不変となる条件を理論的に導出した．これは高速通信を維持するための重要な理論的基礎となる．

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multi-channel FM transmission of vibrotactile signals on 2-D communication textile (2022)
  • Author(s): Noda Akihito
  • Journal Title: IEICE Communications Express Volume: 11 Issue: 5 Pages: 195-201
  • DOI: 10.1587/comex.2021XBL0224
  • NAID: 130008159597
  • ISSN: 2187-0136
  • Year and Date: 2022-05-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Backscatter communication on 2-D waveguides (2022)
  • Author(s): Noda Akihito
  • Journal Title: IEICE Communications Express Volume: 11 Issue: 2 Pages: 75-79
  • DOI: 10.1587/comex.2021XBL0190
  • NAID: 130008150675
  • ISSN: 2187-0136
  • Year and Date: 2022-02-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 導電テキスタイル上の交流結合パルス伝送の波形不変条件 (2024)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会
• [Presentation] 身体表面に展開するMIMOシステムのチャネル相関評価 (2024)
  • Author(s): 前田耀斗,野田聡人
  • Organizer: 2024年電子情報通信学会総合大会
• [Presentation] SDRで生成する多チャンネル触覚刺激波形のFM伝送 (2024)
  • Author(s): 義本卓叶,野田聡人
  • Organizer: 2024年電子情報通信学会総合大会
• [Presentation] 負性容量を用いた導電テキスタイル二次元通信の大面積化 (2024)
  • Author(s): 野田聡人,杉浦準哉
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会
• [Presentation] 導電布伝送路上での容量結合型シリアル通信 (2023)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会
• [Presentation] 両面導電媒体による二次元通信：直流・パルス・マイクロ波の伝送と応用 (2023)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会マイクロ波研究会
  • Invited
• [Presentation] フレキシブルコイル間のParity-Time対称ワイヤレス電力伝送 (2023)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会
• [Presentation] 身体表面センサネットワークのためのマルチアンテナシステム (2023)
  • Author(s): 前田耀斗,野田聡人
  • Organizer: 第40回計測自動制御学会センシングフォーラム
• [Presentation] UHF帯RFID微小タグの応答性評価 (2023)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会 短距離無線通信研究会
• [Presentation] 身体表面分散型システムのための柔軟二次元伝送路上の給電と通信 (2023)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 2023年電子情報通信学会総合大会
  • Invited
• [Presentation] 導電布を用いた柔軟タッチインタフェース (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会 短距離無線通信研究会
• [Presentation] 送信キャリア周波数の変動に追従するFMレシーバ (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会 短距離無線通信研究会
• [Presentation] 導電布伝送路上でのアナログ波形の多チャンネル同時送信 (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会 短距離無線通信研究会
• [Presentation] 導電布二次元伝送路上での多チャンネルアナログ波形の送信 (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] 導電布を用いた柔軟タッチインタフェース (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会2022年度6月研究会
• [Presentation] 送信キャリア周波数の変動に追従するFMレシーバ (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会2022年度8月研究会
• [Presentation] 導電布伝送路上でのアナログ波形の多チャンネル同時送信 (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会2022年度11月研究会
• [Presentation] UHF帯RFID 微小タグの応答性評価 (2022)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会2022年度1月研究会
• [Presentation] 二次元導波路上で動作するバッテリレスBackscatter 送信器 (2021)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会2021年度11月研究会
• [Presentation] 留め具不要の二次元通信テキスタイル用コネクタ (2021)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] ポケット内のモバイル機器の充電のための ベルト型ウェアラブル無線給電システム (2021)
  • Author(s): 清水宥貴，野田聡人
  • Organizer: 第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] 二次元通信タイルを用いたUHF帯RFIDタグ位置検出システム (2021)
  • Author(s): 永井一生，野田聡人
  • Organizer: 第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] ウェアラブル触覚呈示スーツのための柔軟二次元伝送路上での振動波形 の多チャンネルアナログ伝送 (2021)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会短距離無線通信研究会2021年度1月研究会
• [Presentation] 微小電力でのデータ送信を可能とするBackscatter二次元通信 (2020)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] IoTスペースのためのbackscatter方式二次元通信 (2020)
  • Author(s): 野田聡人
  • Organizer: 電子情報通信学会 短距離無線通信研究会