Wearable Body Area Networkにおける伝搬特性と通信方式に関する研究

摘要

近年、医療支援やヘルスケア向けの技術開発が盛んに行われている。情報通信分野においてもBody Area Network (BAN)の研究開発が行われ、リアルタイムに人体の生体情報の収集と伝達に利用できる技術として注目されている。本研究は人体の表面上で構成するWearable BAN (WBAN)を研究対象とする。これまで必ずしも明白ではなかった人体表面上の電波伝搬特性の究明とその伝搬特性に適した通信方式の提案の両方から研究を行っている。まずはWBANの電波伝搬特性について述べる。伝搬特性を明確にすることは伝搬チャネルに適した物理層およびMAC層を設計するためには大変重要である。一般的にその特性を確率統計的な関数などで表現し、チャネルモデルと呼んでいる。本研究では実際に人体を用いて伝搬実験を行い、その結果からチャネルモデル構築を行った。WBANで利用できる周波数として、現在の法規制などの制限により400MHz帯、600MHz帯、900MHz、2400MHz帯などが候補に挙げられている。本研究では、人体に送受信アンテナを取り付け、アンテナの位置を変えながら、上記の各周波数帯で電波伝搬の測定を行った。その結果からWBANにおける電波伝搬の距離特性と周波数特性をパスロスモデルで表現し、そしてパスロスの変動成分を正規分布の累積密度分布で表現し、その妥当性を確認した。次にWBANに適する通信方式の検討を行った。WBANの端末は直接人体へ取り付けることが想定されていることから、小型、軽量、省電力であることが求められる。また医療、ヘルスケアに関わる生体情報を伝達することから正確な情報の伝達も求められる。本研究では誤り率が低く、電力利用効率の良い通信方式の構築を目指した。さらに、実装しやすいことや、安易に使えるために低コストであることなども求められることから、シンプルなシステム構成を考案することにした。基本的に変調方式では多値数が小さいほど誤り率は低いことから、誤り耐性が2値の変調方式を上回る方式を目指した。情報の伝達で正確性を上げる為には、本来送りたい情報に冗長情報を付加し、受信時に冗長情報に基づいて誤りの検出と訂正を行う符号復号化技術がある。その技法の1つとして同じ情報を複数回送り、受信時にその複数回繰り返して送られてきた情報を利用して判定するという単純な方法がある。この方法より考えた反復符号構成と多数決復号、ビタビ復号を用いた符号化技術を提案する。この方式をWBANチャネルモデルに適用し評価することによって、提案方式の有効性を明らかにした。以上のことより本研究において、WBANの電波伝搬特性を解明し、WBANチャネルを構築したことで、誤り特性が良く、かつ省電力化に向いた通信方式を見出すことができた