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

2023 年度 実績報告書

• 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 / ダイバシチ

研究実績の概要

本研究は，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．多数のインコヒーレント変調光をイメージセンサで受信し，空間コヒーレンス合成を実現する．5つの技術を開発した．
(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の低輝度化とデータレート向上，物理層セキュリティの強化を図った．周囲光の影響を受け難い技術として，空間４パルス位置変調を用い，閾値学習を行わないシンボル判定技術を開発した．
(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補償技術を開発した．重畳画像とバックライト変調による信号点変動を補償し，4相PSKと8PSKでビット誤りのない特性を実現した．
(3)液晶ディスプレイバックライトの空間合成技術：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)と可変パルス位置変調(VPPM)を評価した．明るさ75%ではI-4PPMのビット誤り率がVPPMより低く画像重畳に最適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：これまでに提案した複数の色度成分を用いたダイバシチ変復調技術，および，セグメンテーションを用いた変復調技術について，実機実験による性能評価を行い提案技術の有効性を明らかにした．
(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：LED送信機をカメラで識別し，PD受信機を追尾させる技術を開発した．近赤外LEDとPDで構成するバックホールの物体検出とモータ角度制御で，スループット600Mbps，±0.2度の光軸合わせを実現した．

研究成果

• [雑誌論文] Data Signal Detection and Demodulation Based on Object Detection DNN for Image Sensor-Based Visible Light Communication (2023)
  • 著者名/発表者名: Miki Yuya、Kobayashi Kentaro、Chujo Wataru
  • 雑誌名: IEICE Communications Express 巻: 12 ページ: 628～632
  • DOI: 10.23919/comex.2023xbl0105
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Training Images on CNN-Based Demodulation for Digital Signage and Image Sensor-Based VLC (2023)
  • 著者名/発表者名: Iyoda Yuki、Kobayashi Kentaro、Chujo Wataru
  • 雑誌名: Journal of Communications 巻: 18 ページ: 385～390
  • DOI: 10.12720/jcm.18.6.385-390
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Space Division Multiplexing Using High-Luminance Cell-Size Reduction Arrangement for Low-Luminance Smartphone Screen to Camera Uplink Communication (2023)
  • 著者名/発表者名: KAWADE Alisa、CHUJO Wataru、KOBAYASHI Kentaro
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E106.A ページ: 793～802
  • DOI: 10.1587/transfun.2022wbp0004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 標準画像重畳8PSK可視光通信の2眼カメラによるビットレート向上 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大谷颯，中條渉，小林健太郎
  • 学会等名: 2024年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] 物体検出DNNを用いたイメージセンサ可視光通信方式の検出用マーカーに対する性能評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 三木悠矢，小林健太郎，中條渉
  • 学会等名: 2024年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] 物体検出DNNを用いたイメージセンサ可視光通信方式における受信画像の歪みに対する性能評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三木悠矢，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] 物体検出によるLEDバックホールの光軸合わせ (2023)
  • 著者名/発表者名: 西村祐真，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] ローリングシャッターカメラを用いた物体検出による追尾型フォトダイオード受信機 (2023)
  • 著者名/発表者名: 荒木翔太，今川侑大，内田大登，中條渉，小林健太郎
  • 学会等名: 2023年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [学会発表] A study on data signal detection and demodulation based on object detection DNN for image sensor-based visible light communication (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Miki, K. Kobayashi, and W. Chujo
  • 学会等名: 2023 IEEE VTS Asia Pacific Wireless Communication Symposium
• [学会発表] Compensating Image Overlay QPSK Modulation by Dual Camera for Rolling Shutter-Based Screen Camera Communication (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Ohtani, W. Chujo, and K. Kobayashi
  • 学会等名: 2023 IEEE VTS Asia Pacific Wireless Communication Symposium
• [学会発表] Spatial 4PPM Correlation with Successive Interference Cancellation for Low-Luminance WDM/SDM Screen to Camera Uplink (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Kawade, W. Chujo, and K. Kobayashi
  • 学会等名: International Workshop on Optical Wireless Communications, co-located with 2023 IEEE Symposium on Computers and Communications
• [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のための物体検出DNNを応用した変復調方式に関する一検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三木悠矢，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] 標準画像重畳PSK可視光通信の2眼カメラによるビットレート向上 (2023)
  • 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