Link Design for Indoor Sensor Networks Driven by Wireless Power Transmission

摘要

ユビキタスセンサーネットワークの実現に向けてセンサーノードの電池寿命問題が大きな課題となっている．筆者らは，屋内環境において無線センサーネットワークと無線電力伝送を融合させることにより，電池寿命問題を解決したワイヤレスグリッドの概念を提案してきた．本稿では，電力伝送とデータ伝送の双方を加味したワイヤレスグリッドのための回線設計を行い，スループット特性などを従来法と比較する．提案システムの無線電力伝送では室内環境に面的に分布する各センサーノードの駆動電力100μWを所要電力と設計とし、無線充電効率を向上させる送受信ダイバシチ技術や定在波による長時間的な信号電力劣化を回避するための搬送波シフトダイバシチ技術等の様々な工夫が行われている．またデータ伝送ではネットワークトポロジに適応したマルチユーザMIMO技術に基づくマルチプルアクセス方式を提案し，ネットワーク全体の周波数利用効率の向上を図る．数値解析により提案システムのネットワーク周波数利用効率が従来法に比べて10倍以上の改善効果があることを示す．提案する無線グリッドシステムにより自律的で高信頼高効率なユビキタスセンサーネットワークを実現できる．%Sensor node life-time limitation in wireless sensor networks has long become an issue, preventing the realization of a reliable ubiquitous network. By fusing wireless sensor network and wireless power transmission, the authors have proposed the concept of wireless grid to solve the battery life problem in indoor environment. In this paper, we perform the link design for wireless grid including both the power transmission and the data transmission transfer and compare the performance to conventional sensor networks. The wireless power transmission of the proposed system is designed to support spatially distributed indoor sensors with driving power of 100μW by introducing techniques e.g. transceiver diversity and carrier shifted multipoint transmission to improve power charging efficiency and avoid long-term signal power degradation due to standing wave problem. In addition, in data transmission link, multiple access scheme based on multi-user MIMO technologies is adapted to the network topology to improve the spectral efficiency of the entire network. Simulation results show an improvement of more than 10 times in terms of network spectral efficiency compared to conventional network. It can be said that the proposed technique can realize an autonomous and highly efficient ubiquitous sensor networks.