磁界共振型システムの出力応答
Output response of a resonance system
提案手法による入力電圧波形の例
Example of the input voltage using the proposed method
通信時の受信波形のアイパターン．どちらも8-ASK，700kbaudだが(a)一般的な多値ASKを用いた場合では一番下の目が閉じている一方，(b)提案手法では全ての目が開いており，通信性能が向上していると言える．
Eye-patterns of the output waveform. Both results are under the same condition (8-ASK, 700kbaud). Although we can see the bottom eye is closed when the general multilevel ASK is adopted, the every eye opens when the proposed method is applied. This result indicates that the proposed method improves the communication performance on the sysytem.
無線によって電力を伝送する際に，同一のハードウェアで電力伝送のみならずデータ通信を行うことで，給電システムの制御やバッテリーレスなデバイス同士での通信などが可能になると期待されています．
磁界結合による無線給電システムの伝達特性は，アンテナを使って空気中を伝搬させる場合と異なり，一種の狭帯域バンドパスフィルタの性質を持っているために，変調速度（ボーレート）によってその通信速度を向上させることが困難であるという問題があります．この問題に対し私たちは，bit per symbol（1シンボル当たりのビット数）を増加させること，すなわち変調の多値化によるアプローチを採用しました．本研究では多値ASKに着目し，一定の振幅を持つ電力伝送波に対し，通信用の多値ASKによるデータ波を加算する変調の仕様を提案しました．この手法を適用した場合，通信中であっても伝送電力レベルが0となる瞬間が無くなるため常に一定以上の電力伝送が可能になり，さらに本システム出力の過渡応答特性に由来する特定のシンボルエラーの発生を抑制することができます．実験の結果により，システムのホップ数に応じてその度合いに差はありますが，通常のOOK (On-Off Keying) による通信に比べてその通信速度が向上することがわかりました．
将来的には，当研究室で実現を目指している室内無線給電システムでの，機器認証や給電パスルーティングなどの制御通信，あるいは室内を動き回ってセンシングするサーベイランスロボットとのデータ通信などへの応用を検討しています．
By conducting data transmission with the same hardware as the power transmission in a wireless power transfer (WPT) system, it is expected that communication for the system control or communication among battery-less devices can be realized.
The transfer characteristic via resonance coupling is approximated as a kind of narrowband band-pass filters, which is different from the case of propagating radio waves through the air using antenna. Therefore, it is difficult to improve the bit rate by increasing the modulation speed (baud rate). To deal with this problem, we made an approach which increases bit per symbol by using multilevel modulation. In this research, we focused on “multilevel ASK” and proposed a signal generation method by which the transferred signal is made up of the sum of the fluctuating amplitude for data transmission and the constant amplitude for powering. According to the experimental results, bit rate on a multihop WPT system is improved by this method compared to general OOK (On-Off Keying).
【参考文献】
小林亮介他, “磁界共振型マルチホップ無線電力伝送システムにおける多値ASK通信のレート決定に関する一検討,” 信学ソ大, B-21-1, 2014.