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2022 年度 実施状況報告書

複数のLED光変調サブキャリアの空間コヒーレンス合成による高速可視光通信

研究課題

研究課題/領域番号 21K04047
研究機関名城大学

研究代表者

中條 渉  名城大学, 理工学部, 教授 (40292289)

研究分担者 小林 健太郎  名城大学, 理工学部, 准教授 (40583878)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード可視光通信 / イメージセンサ / ローリングシャッター / 空間分割多重 / 波長分割多重 / デジタルサイネージ / 均等色空間 / セグメンテーション
研究実績の概要

本研究は,多数の発光素子で構成するLED照明やディスプレイを送信機,イメージセンサを受信機に用いる.オンオフキーイングやサブキャリア変調した多数のインコヒーレント光をイメージセンサで個別に受信し,変調光の空間コヒーレンス合成を実現する.2022年度は以下の4つの技術開発を進めた.
(1)LED照明光とイメージセンサによる空間合成技術:スマートフォンのディスプレイと室内カメラを用いた空間分割多重技術を進展させて,低輝度化とデータレート向上を図った.低輝度化では高輝度セルサイズを縮小する方法を新たに開発した.従来の低輝度セルよりも広角にわたって安定したシンボル誤り率が得られた.データレート向上では,低輝度の波長分割多重/空間分割多重を開発し,データレートを従来の2倍に向上させた.
(2)複眼カメラによる空間合成技術:液晶ディスプレイバックライトによる位相シフトキーイング(PSK)変調の複眼カメラによる信号点の補償技術を開発した.複眼カメラを用いて信号点を補償することで、重畳画像に関係なくPSK変調の信号点のばらつきを抑えられることが明らかとなった.
(3)液晶ディスプレイバックライトの空間合成技術:標準画像を重畳した液晶ディスプレイバックライト変調に最適な逆パルス位置変調(I-PPM)の評価を行った.I-2PPM, I-4PPM, I-8PPMのシンボル誤り率を比較し,I-2PPMが画像重畳に適した変調方式であることを明らかにした.
(4)ディスプレイ映像に重畳されたデータ信号の空間合成技術:複数の色度成分へデータ信号を重畳するダイバシチ変復調技術を新たに開発し,データ信号を重畳する画像によらず安定した誤り率特性が得られることを明らかにした.また,セグメンテーションを用いてデータ信号を重畳する変復調技術を新たに開発し,同じ通信品質において視覚品質を高く担保できることを明らかにした.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1)LED照明光とイメージセンサによる空間合成技術: スマートフォンのディスプレイと室内カメラを用いた空間分割多重技術を進展させて,低輝度化とデータレートを大幅に向上できた.低輝度化では,高輝度セルサイズを縮小する方法と従来法について広角でのシンボルエラーレートを比較し,物理層セキュリティにおける優位性を明らかにした.データレート向上では,低輝度の波長分割多重/空間分割多重で600キロシンボル/秒を達成した.得られた成果を学術誌IEICE Communications Expressに論文を投稿し掲載された.おおむね順調に進んでいる.
(2)複眼カメラによる空間合成技術:液晶ディスプレイバックライトによる位相シフトキーイング(PSK)変調に,複眼カメラによる信号点の補償技術を用いることで,重畳画像に関係なく4相PSK(QPSK)でエラーフリーを実現した.おおむね順調に進んでいる.
(3)液晶ディスプレイバックライトの空間合成技術:標準画像を重畳した液晶ディスプレイバックライト変調に最適な逆パルス位置変調(I-PPM)を比較し,I-2PPMによりすべての重畳画像に対して0.7キロビット/秒でエラーフリーを実現した.得られた成果を電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会で発表した.おおむね順調に進んでいる.
(4)ディスプレイ映像に重畳されたデータ信号の空間合成技術:得られた成果を国際会議IEEE ICC (OWC Workshop),電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会等で発表した.また,複数の色度成分へデータ信号を重畳するダイバシチ変復調技術について学術誌IEICE英文論文誌Aに論文投稿し,査読中である.おおむね順調に進んでいる.

今後の研究の推進方策

(1)LED照明光とイメージセンサによる空間合成技術:スマートフォンのディスプレイと室内カメラを用いた空間分割多重技術について,さらに低輝度化とデータレート向上,物理層セキュリティ強化を図る.周囲光の影響を受けてもシンボル判定が可能な技術を開発する.空間4パルス位置変調(4PPM)を用いることで,閾値学習を行わなくてもシンボル判定を実現する技術を開発する.
(2)複眼カメラによる空間合成技術:液晶ディスプレイバックライトによる位相シフトキーイング(PSK)変調の複眼カメラによる信号点の補償技術を発展させ,8PSKや直交振幅変調(16QAM)について複眼カメラの有効性を確認し,ビットレートの向上を図る.
(3)液晶ディスプレイバックライトの空間合成技術:標準画像を重畳した液晶ディスプレイバックライト変調に最適な逆パルス位置変調(I-PPM)を発展させる.調光制御が可能な可変PPM (VPPM)とV4PPMのシンボルエラーレートの評価を行い,画像重畳に適した変調方式を発展させる.
(4)ディスプレイ映像に重畳されたデータ信号の空間合成技術: セグメンテーションを用いてデータ信号を重畳する変復調技術について,標準画像を用いた追加評価,セグメンテーションを構成するパラメータについての追加評価を行い,提案手法の有効性をより明確にする.
(5)フォトダイオード(PD)アレイ受信機による空間合成技術:カメラを用いた空間合成技術を発展させて,LED送信機の位置をカメラにより識別する技術を開発する. LED送信機の位置に合わせてフォトダイオード受信機を追尾する技術に発展させる.

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Two-wavelength adaptive thresholding for uplink from smartphone’s low-luminance WDM/SDM screen to camera2022

    • 著者名/発表者名
      Kawade Alisa、Chujo Wataru、Kobayashi Kentaro
    • 雑誌名

      IEICE Communications Express

      巻: 11 ページ: 441~447

    • DOI

      10.1587/comex.2022XBL0074

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 4PPM空間分割多重スクリーンによるアップリンク可視光通信の物理層セキュリティ強化2023

    • 著者名/発表者名
      川出有紗,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会
  • [学会発表] 逐次干渉除去型空間4PPM相関による低輝度WDM/SDM可視光通信2023

    • 著者名/発表者名
      川出有紗,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] Low-Luminance Space Division Multiplexing with Spatial 4-PPM Correlation for Smartphone Screen to Camera Uplink Communication2023

    • 著者名/発表者名
      A. Kawade, W. Chujo, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      IEEE Consumer Communications & Networking Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] LCDバックライトとローリングシャッターカメラを用いた標準画像重畳4PPMアップリンク可視光通信2022

    • 著者名/発表者名
      大谷颯,川口翔大,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会
  • [学会発表] デジタルサイネージ・イメージセンサ可視光通信におけるセグメンテーションを用いた信号重畳方式の一検討 ~ セグメンテーション方式が視覚品質と通信品質に与える影響 ~2022

    • 著者名/発表者名
      大藪凪紗,小林健太郎,中條渉
    • 学会等名
      電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会
  • [学会発表] デジタルサイネージ・イメージセンサ可視光通信における色度成分変調とダイバーシチ合成に関する一検討2022

    • 著者名/発表者名
      仕明和也,小林健太郎,中條渉
    • 学会等名
      電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会
  • [学会発表] イメージセンサ可視光通信におけるCNNに基づく復調方式の学習パターン数削減に関する一検討2022

    • 著者名/発表者名
      伊与田友貴,小林健太郎,中條渉
    • 学会等名
      電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会
  • [学会発表] Enhancing Wide-Angle Physical Layer Security for Smartphone's Low-Luminance WDM/SDM Screen to Camera Uplink Communication2022

    • 著者名/発表者名
      A. Kawade, W. Chujo, K. Kobayashi
    • 学会等名
      2022 IEEE 11th Global Conference on Consumer Electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of training images on CNN-based demodulation for digital signage and image sensor-based VLC2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Iyoda, K. Kobayashi, W. Chujo
    • 学会等名
      The 5th World Symposium on Communication Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-wavelength adaptive thresholding with red/green and green/blue for low-luminance WDM/SDM smartphone screen to camera communication2022

    • 著者名/発表者名
      A. Kawade, W. Chujo, K. Kobayashi
    • 学会等名
      The 5th World Symposium on Communication Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] スマートフォンスクリーンを利用した可視光アップリンク通信2022

    • 著者名/発表者名
      中條渉
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [学会発表] 空間分割多重4PPMを用いたスクリーンカメラアップリンク通信2022

    • 著者名/発表者名
      川出有紗,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [学会発表] LCDバックライト制御4PPMを用いたアップリンク可視光通信の標準画像重畳特性2022

    • 著者名/発表者名
      大谷颯,川口翔大,舟橋英輝,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [学会発表] Smartphone screen to camera uplink communication with enhanced physical layer security by low-luminance space division multiplexing2022

    • 著者名/発表者名
      A. Kawade, W. Chujo, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      2022 IEEE VTS Asia Pacific Wireless Communication Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 標準画像を重畳したLCDバックライト制御4PPMアップリンク可視光通信2022

    • 著者名/発表者名
      大谷颯,川口翔大,舟橋英輝,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      令和4年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会
  • [学会発表] デジタルサイネージ・イメージセンサ可視光通信におけるセグメンテーションを用いた信号重畳方式の一検討2022

    • 著者名/発表者名
      大藪凪紗,小林健太郎,中條渉
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [学会発表] A study on modulation and diversity methods based on uniform color space for digital signage and image sensor-based VLC2022

    • 著者名/発表者名
      K. Shimei, K. Kobayashi, and W. Chujo
    • 学会等名
      IEEE ICC Workshop on Optical Wireless Communications
    • 国際学会
  • [学会発表] スマートフォンを用いたアップリンク可視光通信のスクリーン低輝度化手法の比較」, 電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会2022

    • 著者名/発表者名
      川出有紗,中條渉,小林健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会ワイドバンドシステム研究会

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公開日: 2023-12-25  

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