Study of Wireless Communications
無線通信に関する研究

  1. Location-based optical wireless communication method/位置に基づく光無線通信方法

    1. 位置に基づく光無線通信の概要/Summary of Location-based optical wireless communications

       空間に伝播する光は,直進性と壁面に対する非透過性という特質を持っているので,光を利用する通信方式は,電波による無線通信に比べ,セキュリティの確保という点で優れている。一方,ある物理空間での位置という個人が特定できない対象に対して情報サービスを提供するために,位置に基づく通信手段が必要である。
       図は位置に基づく室内空間光通信システムの基本構成例である。数台の携帯通信端末による情報環境から得られたデータを天井に配置されたレーザレーダにアップロードし,レーザレーダは複数の端末の位置を検出し,その中の1つの端末に注目して,追跡するとともに空間光通信によりデータ伝送を行う。通信距離はレーザレーダの真下の点から半径数メートル程度までの範囲である。




    2. 位置に基づく光無線通信の装置/Location-based optical wireless communications system
       図1は再帰光反射シートと位置検出カメラを用いた位置に基づく情報通信方法である。端末装置には,再帰光反射シートが装着され,環境装置から照射した赤外ビームを環境装置自身の方向へ反射するようになっている。また,カメラの開口に赤外フィルタを取付けたので,ユーザ情報を載せている信号のみが環境装置に受信される。情報処理側には,画像取込ボードをカメラとコンピューターに接続し,端末位置取得の同時に,端末から発信した反射率変調信号を認識する。
       図2は空間光位相変調器(PAL-SLM)による多元個別情報提供方法である。複数利用者のそれぞれの要求する情報を,その位置による同時に提供するために,端末群に対して,特定の複数対象端末に偏向した空間光を照射する必要がある。そこで,カメラで端末の位置を測定し,得られた位置情報に対応する可変CGHをPAL-SLMに書込み,光の回折現象による空間で光多重配線を行う。このことにより,1対多の多元個別情報通信を実現することが可能になる。




    3. 端末の位置検出/Terminal location detection
       左図は端末位置検出のプログラムの実行例である。端末装置には,再帰光反射シートを装着しているので,光が照射されると,端末に載せた信号光がカメラの方向へ高い輝度で反射する。したがって,容易に雑音から端末を分けて取り出し位置を検知する。また,カメラには光源の波長帯に適合したフィルタを装着してあるので,環境照度の影響を除くことができる。


       カメラと端末との距離が短い場合,パターンマッチングアルゴリズムとバンドパスフィルタにより端末の形状と輝度の二次元情報を利用して取得する。カメラと端末との距離が長い,すなわち,形状の識別が困難な場合,プログラムにより,カメラ視野内での目標ごとに輝度値を測定する。右図は近(上)/遠(下)距離に端末位置の取得結果である。


    4. 端末の情報認識/Terminal information recognition

       端末画面の空間光反射率がユーザ想定の情報コードに変調される。カメラはユーザ情報を載せた明滅変化の画面を連続的に撮影するとともに,時系列的な光強度変化の画像信号を画像取込ボードに書き込み,コンピューター処理可能のデータ変換を行う。最後に,プログラムでコードを解釈することによって,ユーザ興味に合せた情報コンテンツがディスプレイに表示される。





  2. Multimedia optical wireless communication terminal/マルチメディア光無線通信端末

     自発光の有機ELディスプレイを用いた情報通信は,空間光変調技術を利用することにより,情報環境側に投光光源が不要で有機ELの発光画面の点滅だけによる信号を伝える通信方式である。また,有機ELは高視認的表示機能を有するため,ディスプレイの画面を2チャンネルで分割することにより,伝送されるデータや画像などのマルチメディアコンテンツを同時に表示・確認することが可能である。

    1. 端末構造と通信方式/Terminal structure and communication method

       端末は,有機EL表示通信部,機能制御部,有機薄膜太陽電池電源部(音声受信可能),薄膜指紋センサー認証部により構成される。端末から情報を送信する場合,端末の有機EL表示画面をユーザ要求に対応する情報コードで変調させ,変調信号を受信カメラにアップロードする。一方,端末による情報受信を実現ために,光受信ICタグを制御回路に搭載する。
       さらに,端末システムは,太陽電池を給電電源として使っているので,端末は無電源で動作することができるだけではなく,音声信号で変調された光を照射すると,太陽電池と直結したスピーカーから音声が流れる。また,端末の盗用を防止するために,端末への指紋センサーの搭載が考えられる。

    2. 双方向通信モジュールの原理と実装/Principle and implementation of bidirectional communication module
       光無線双方向通信モジュールは,有機ELデバイスを持つ送信サブモジュールと,光ICタグを搭載した受信サブモジュールによる構成される。
       送信サブモジュールは,有機ELディスプレイとPICマイコンを搭載したコントローラからなる。PICマイコンは,想定のコンテンツをコーディングして2諧調のデータ信号に変換する。ディスプレイの輝度値は,これらの信号により変調され,「0」と「1」のパルス列として送信される。送信された信号は外部の受光器を経由し,基地局のホストコンピュータによる受信することもでき(図1のreceiving way 1),受信部の光ICタグによる受け取り,有機ELディスプレイの表示チャンネルに表示することもできる(図1のreceiving way 2)。



       受信サブモジュールには,発光/受光LED素子と光電池による構成された光ICタグと専用の通信アダプタを利用する.直接に有機ELディスプレイの送信チャンネルからの輝度変調信号を受信する場合(図1のreceiving way 2),通信アダプタは光ICタグにより受け取ったデータを指定の信号フォーマットに変換して調歩同期式(UART)ケーブルを経由し,有機ELディスプレイの表示チャンネルに受信したコンテンツを表示する。一方,基地局のホストコンピュータからの信号を受信する場合(図1のreceiving way 3),信号は専用のリーダ/ライタを経由して投光光源を駆動する。光ICタグは光源からの信号光を受け取ることによりデータを受信する。


  3. RFID detection system/RFID検出システム

     建築物の強度維持と安全管理のために,点検履歴などを静的管理すると,構造部材の歪みなどを実時間的な動的検知する必要がある。
     ADコンバータを内蔵したRFIDのICタグとひずみゲージを接続することにより知能型建築材料を実けんすることができる。RFIDのリーダ・ライタによって,建築物の力学的なモニタリングを行うことが可能となる。

    1. ホログラフィータイプ知能型建築材料/Holographic-type intelligence material



    2. 建築物診断用RFID力学モニタリングシステム/RFID monitoring system for structures diagnosis



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