| 研究課題/領域番号 |
26420340
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
佐々木 健 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (40178645)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ウェアラブル機器 / 人体通信 / フロントエンド / WBAN |
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| 研究実績の概要 |
人体通信とは人体および周囲の空間を伝送路として利用する無線通信方式であり，近年急速に普及しつつあるウェアラブル機器の通信手段の一つとして位置づけられている．IEEEの通信規格802.15.6においては21MHzが標準的な周波数として規定されている．人体通信においては人体に接触または近接させる電極が通常の無線のアンテナに相当する．本研究の目的は，電極の形状や配置および人体通信機器の装着場所や送受信機の位置関係と伝送特性の関係を明らかにし，短波帯（3～30MHz）における人体通信用送受信機のフロントエンド設計法を確立することである．
平成27年度の研究は，平成26年度の実験を発展させ，手首に装着した送信機から指先で触れる据置型の機器への伝送における受信機側から見た信号源インピーダンスをさらに詳細に調べた．人体通信は人体や機器の近傍の空間における静電結合が寄与していることが分かっているので，信号源インピーダンスには容量性リアクタンスが含まれるとの仮定に基づき，受信機の入力部にインダクタを挿入して受信電力が最大となるインダクタンスを調べた．その結果，予想通り受信電力を最大にするインダクタンスが存在し，搬送周波数10MHzにおいては40μHのインダクタで受信電力が最大となった．インピーダンスは約2500Ωであり，対応するキャパシタンスは約6.3pFである．このキャパシタンスが人体通信における静電結合の大きさである．また，人体通信の多くの伝送モデルにおいてモデル化されている地面や床のグラウンドループの寄与の大きさを評価し，実際には寄与が小さいことを確認した．
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| 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
研究当初の平成27年度以降の研究計画の項目は，ファントムの製作，最適インピーダンスおよびインピーダンス整合の評価，ノイズおよびケースのシールドの影響評価，人体通信機器のフロントエンド設計の手順と基礎データの整備，であった．
ファントムの製作は平成26年度中に繰り上げて完了している．インピーダンス整合の評価については手首に送信機を装着し，指先で据置型の受信機を触れる人体通信において伝送路中の容量性リアクタンスに整合させるために受信機入力にインダクタンスを直列に挿入することによるインピーダンス整合の効果を示した．ノイズおよりケースのシールドの影響評価については関連事項としてグラウンドループの影響評価を行った．以上のようにほぼ計画に沿った研究を実施しており，最終年度である平成28年度における人体通信機器のフロントエンド設計に関する基礎データの整備に向けて着実にデータを蓄積している．
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の研究計画に従い，人体通信用送受信機のフロントエンド設計に必要な人体と電極のインピーダンス特性，伝送特性の計測を進めていく．特にインピーダンス整合，実質的な消費電力，実用的なアプリケーションを想定した送受信機の配置における伝送特性などを搬送周波数ごとに整理し，実用設計に必要な知見を集積する．具体的には，平成27年度に引き続き，電磁界解析によって求めた伝送効率が最大となる電極形状を含む複数の形状の電極を製作し，送受信回路とファントムおよび人体を用いて伝送効率の比較によって行う．またインダクタやトランスを用いて送受信回路と電極のインピーダンスを整合させた回路と不整合の回路の伝送効率を比較し，インピーダンス整合の効果を評価する．さらに，人体通信の信号伝送の原理をより深く考察し，これまで主としてインピーダンス整合に着目してきた解析を電界の形成という視点で解析し，電極の形状と配置と伝送特性の関係に理論的な説明を加えることを考えていく．これらの実験データと電磁界解析の結果を総合し，人体通信機器のフロントエンドの設計法としてまとめていく．
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