(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ通信のための受信装置であって、
陰極及び陽極を含む電源と、
前記電源の陰極に接続されて、２つの共振周波数を有し、前記２つの共振周波数に基づいて予め決定された変調方式によって変調された無線信号を受信して、前記受信した無線信号の周波数に含まれる前記２つの共振周波数の組合せに対応した共振方向に共振振動するナノ素子を含む陰極部と、
前記電源の陽極に接続されて、前記ナノ素子の共振振動に対応する共振方向に放出される複数の電子を検出し、前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調する陽極部と、
を備え、
前記陽極部は、前記ナノ素子が共振振動する共振方向に対応する複数の領域のそれぞれで流れる電流量と予め決定された閾値電流量とを比較し、前記比較結果に基づいて前記複数の電子の検出パターンを決定することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記ナノ素子の２つの共振周波数は、第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、
前記第１共振周波数における前記ナノ素子の共振方向と、前記第２共振周波数における前記ナノ素子の共振方向とは、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記ナノ素子の２つの共振周波数は、前記ナノ素子の特性に依存し、
前記ナノ素子の特性は、前記ナノ素子の長さ、幅、及び厚さのうちの少なくとも１つを含み、
前記長さは、前記ナノ素子の最も長いディメンションであり、
前記幅は、前記ナノ素子の前記長さ方向に直交する断面の第１方向に対応するディメンションであり、
前記厚さは、前記断面の前記第１方向に直交する第２方向に対応するディメンションであり、
前記幅と前記厚さとは、互いに異なる値を有し、
前記ナノ素子は、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに対応する固有の共振周波数を有することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項４】
前記予め決定された変調方式によって変調された無線信号は、前記２つの共振周波数に依存することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項５】
前記陽極部は、前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調するために、前記ナノ素子が共振振動する共振方向に対応する複数の領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項６】
２つの共振周波数を有して受信した無線信号の周波数に含まれる前記２つの共振周波数の組合せに対応した共振方向に共振振動するナノ素子を用いたナノ通信のための復調方法であって、
電源の陰極に接続されたナノ素子を用いて、予め決定された変調方式によって変調された無線信号を受信するステップと、
前記電源の陽極に接続された複数の電子センサを用いて前記ナノ素子の共振振動に対応する共振方向に放出される複数の電子を検出するステップと、
前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調するステップと、を含み、
前記ナノ素子は、前記受信した無線信号の周波数に含まれる前記２つの共振周波数の組合せに対応した共振方向に共振振動し、
前記無線信号を復調するステップは、
前記複数の電子センサのそれぞれに流れる電流量と予め決定された閾値電流量とを比較するステップと、
前記比較結果に基づいて前記複数の電子の検出パターンを決定するステップと、を含むことを特徴とする復調方法。
【請求項７】
前記ナノ素子の２つの共振周波数は、第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、
前記第１共振周波数における前記ナノ素子の共振方向と、前記第２共振周波数における前記ナノ素子の共振方向とは、互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の復調方法。
【請求項８】
前記予め決定された変調方式によって変調された無線信号は、２つのデータビットにそれぞれ前記２つの共振周波数のうちのいずれか１つを対応させて、前記２つのデータビットを前記それぞれに対応させた共振周波数にマッピングすることによって変調されたものであることを特徴とする請求項６に記載の復調方法。
【請求項９】
前記無線信号を復調するステップは、
前記複数の電子センサのそれぞれに流れる電流量と予め決定された閾値電流量とを比較するステップと、
前記比較結果に基づいて前記複数の電子の検出パターンを決定するステップと、
を含み、
前記複数の電子センサは、前記ナノ素子の前記２つの共振周波数の組合せに対応した共振方向に配置されることを特徴とする請求項６に記載の復調方法。
【請求項１０】
前記ナノ素子は、四角柱の構造を有するナノベルトを含むことを特徴とする請求項６に記載の復調方法。
【請求項１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法を実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１２】
ナノ通信のための受信装置であって、
２つの共振周波数を有して受信した無線信号の周波数に含まれる前記２つの共振周波数の組合せに対応した共振方向に共振振動し、前記２つの共振周波数に基づいて予め決定された変調方式によって変調された前記無線信号を受信するナノ素子を含む陰極部と、
前記ナノ素子が前記無線信号を受信する間に前記ナノ素子から放出される複数の電子を検出し、前記検出された複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調する陽極部と、
を備え、
前記陽極部は、前記ナノ素子が共振振動する共振方向に対応する複数の領域のそれぞれで流れる電流量と予め決定された閾値電流量とを比較し、前記比較結果に基づいて前記複数の電子の検出パターンを決定することを特徴とする受信装置。
【請求項１３】
前記ナノ素子は、その断面が正方形の柱ではない四角柱の構造を有するナノベルトを含むことを特徴とする請求項１又は１２に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記予め決定された変調方式は、２つのデータビットにそれぞれ前記２つの共振周波数のうちのいずれか１つを対応させて、前記２つのデータビットを前記それぞれに対応させた共振周波数にマッピングすることによって変調することを特徴とする請求項４又は１２に記載の受信装置。
【請求項１５】
前記陽極部は、前記ナノ素子から放出される前記複数の電子を検出する複数のセンサを含み、
前記陽極部は、予め決定された時間区間の間に前記検出された複数の電子によって前記複数のセンサのそれぞれを介して流れる電流量を測定し、前記測定された電流量をそれぞれ予め決定された複数の閾値と比較し、前記比較結果に基づいて前記ナノ素子から放出された前記複数の電子の検出パターンを検知し、前記ナノ素子から放出された前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調することを特徴とする請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１６】
前記複数のセンサは、
前記２つの共振周波数にそれぞれ対応する２つの共振方向にそれぞれ対応する複数のセンサと、
前記２つの共振周波数にそれぞれ対応する２つの共振方向の組合せに対応するセンサと、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の受信装置。
【請求項１７】
前記陽極部は、前記ナノ素子から放出される前記複数の電子を検出する複数のセンサを含み、
前記陽極部は、予め決定された時間区間の間に前記検出された複数の電子によって前記複数のセンサのそれぞれを介して流れる電流量を測定し、前記測定された電流量を加えることによって合算値を取得し、前記合算値を複数の予め決定された閾値と比較し、前記合算値が前記複数の予め決定された閾値の間の値である場合、前記複数のセンサのそれぞれで測定された電流量のうちの２つを互いに比較し、前記２つの比較結果に基づいて前記ナノ素子から放出された前記複数の電子の検出パターンを検知し、前記検知されたパターンに基づいて前記無線信号を復調することを特徴とする請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１８】
前記複数のセンサは、
前記２つの共振周波数にそれぞれ対応する２つの共振方向にそれぞれ対応する複数のセンサと、
前記２つの共振周波数にそれぞれ対応する２つの共振方向の組合せに対応するセンサと、
前記２つの共振周波数にそれぞれ対応する２つの共振方向が交差する領域に対応するセンサと、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ通信のための変調方法及び復調方法、及びこれを用いた受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ通信は、ナノ素子（ナノチューブ、ナノベルトなどのナノスケールの素子）が特定周波数に対して共振する現象と、その共振の際に電子を放出する現象に基づく無線通信を指すものである。ここで例えば、ナノチューブは長い円筒形のナノ構造体として、チューブの半径とチューブの長さに応じて１個の固有振動周波数（以下、共振周波数という）を有する。ナノチューブ通信において一本のナノチューブは、アンテナ、チューナー、アンプ、及び復調器の役割を行う。
【０００３】
ナノチューブの一端は陰極に接続され、他端は陽極に対向する。その結果、ナノチューブの陽極に対向する先端に収集された電子は、電界放出（ｆｉｅｌｄ＿ｅｍｉｓｓｉｏｎ）現象により陽極に向かって放出され、電界放出電流を形成する。
【０００４】
ここで無線信号（即ち、電磁波）が到来すると、ナノチューブ端内の電子と相互作用して、ナノチューブ端にはローレンツ（Ｌｏｒｅｎｔｚ）力が作用する。ローレンツ力はナノチューブを変形（ｄｅｆｌｅｃｔ）するが、ナノチューブの弾性力がローレンツ力による変形に抵抗するのでナノチューブは振動する。
無線信号の周波数がナノチューブの共振周波数と一致すると、ナノチューブは共振振動を起こす。
【０００５】
同時に、ナノチューブの先端に収集された電子は上述したように電界放出現象により電界放出電流として陽極に向かって放出される。陽極で受け取られる電子の数は、ナノチューブが共振周波数で共振している場合の方が、ナノチューブが共振周波数で共振していない場合よりも大きい。
この現象を用いて、放出される電子の数が何時所定の閾値を越えるかを判別することにより、無線信号を復調できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ナノ通信システムのための高次元変調／復調の方法と受信装置を提供することによって、高速、コンパクト、且つ安価なデジタル通信を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、陰極及び陽極を含む電源と、前記電源の陰極と接続され、ナノ素子（前記ナノ素子は予め決定された変調方式によって変調された無線信号を受信し、少なくとも２つの互いに異なる共振周波数を有し、前記無線信号の周波数及び前記共振周波数に基づいて共振する）を含む陰極部と、前記電源の陽極と接続され、前記ナノ素子の共振によって放出される複数の電子を検出し、前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調する陽極部とを備える。
【０００８】
前記少なくとも２つの互いに異なる共振周波数は第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、前記第１共振周波数における前記ナノ素子の共振方向と前記第２共振周波数における前記ナノ素子の共振方向とは互いに異なってもよい。
前記共振周波数は前記ナノ素子の特性に依存し、前記ナノ素子の特性は、前記ナノ素子の長さ、前記ナノ素子の幅、及び前記ナノ素子の厚さのうち少なくとも１つを含み、前記長さは、前記ナノ素子の最も長いディメンションであり、前記幅は、前記ナノ素子の断面（前記断面は、前記長さ方向に直交する）の第１方向に対するディメンションであり、前記厚さは、前記断面の第２方向（前記第２方向は、前記第１方向に直交する）に対するディメンションであり、前記幅と前記厚さは、互いに異なる値を有してもよい。
前記予め決定された変調方式によって変調された無線信号は、前記共振周波数に依存してもよい。
前記予め決定された変調方式によって変調された無線信号は、データビットを前記少なくとも２つの互いに異なる共振周波数にマッピングすることによって変調されたものであってもよい。
前記陽極部は、前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調するために、前記ナノ素子の共振方向に対応する複数の領域を含んでもよい。
前記陽極部は、前記ナノ素子の少なくとも２つの共振方向に対応する複数の領域それぞれで流れる電流量と予め決定された閾値電流量とを比較し、前記比較結果に基づいて前記複数の電子の検出パターンを決定してもよい。
前記ナノ素子は、四角柱の構造を有するナノベルトを含んでもよい。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る少なくとも２つの互いに異なる共振周波数で共振するナノ素子を用いたナノ通信のための変調方法は、データビットを提供するステップと、前記少なくとも２つの互いに異なる共振周波数を識別するステップと、前記共振周波数のうち少なくともいずれか１つに基づいてデータビットを変調することによって無線信号を生成するステップとを含む。
【００１０】
前記無線信号を生成するステップは、前記データビットを前記少なくとも２つの互いに異なる共振周波数にマッピングすることによって前記データビットを変調するステップを含んでもよい。
前記共振周波数は第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、前記第１共振周波数における前記ナノ素子の共振方向と、前記第２共振周波数における前記ナノ素子の共振方向とは、互いに異なってもよい。
前記ナノ素子は、四角柱の構造を有するナノベルトを含んでもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態に係るナノ通信のための復調方法は、電源の陰極と接続されたナノ素子を用いて予め決定された変調方式によって変調された無線信号を受信するステップと、前記電源の陽極と接続された複数の電子センサを用いて前記ナノ素子の共振によって放出される複数の電子を検出するステップと、前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調するステップとを含み、前記ナノ素子は少なくとも２つの互いに異なる共振周波数を有し、前記無線信号の周波数及び前記共振周波数に基づいて共振してもよい。
【００１２】
前記共振周波数は第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、前記第１共振周波数における前記ナノ素子の共振方向と、前記第２共振周波数における前記ナノ素子の共振方向とは、互いに異なってもよい。
前記予め決定された変調方式によって変調された無線信号は、データビットを前記共振周波数にマッピングすることによって変調されたものであってもよい。
前記無線信号を復調するステップは、前記複数の電子センサそれぞれで流れる電流量と予め決定された閾値電流量とを比較するステップと、前記比較結果に基づいて前記複数の電子のパターンを決定するステップとを含み、前記複数の電子センサは、前記ナノ素子の少なくとも２つの共振方向に対応してもよい。
前記ナノ素子は、四角柱の構造を有するナノベルトを含んでもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、ナノ素子（前記ナノ素子は複数の異なる共振周波数を有して無線信号を受信する）を含む陰極部と、前記ナノ素子が前記無線信号を受信する間に前記ナノ素子から放出される電子のパターンを検出し、前記検出された電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調する陽極部とを備える。
【００１４】
ここで、前記ナノ素子は、その断面が正方形の柱ではない四角柱の構造を有するナノベルトを含んでもよい。
また、前記ナノ素子は、前記複数の異なる共振周波数にそれぞれ対応する複数の異なる共振方向に共振してもよい。
また、前記無線信号は、前記複数の共振周波数に基づいて予め決定された変調方式によって変調してもよい。
また、前記予め決定された変調方式は、複数のデータビットを前記複数の共振周波数にマッピングしてもよい。
また、前記陽極部は、前記ナノ素子から放出される前記複数の電子を検出する複数のセンサを含み、前記陽極部は、予め決定された時間区間の間に前記検出された電子によって前記センサそれぞれを介して流れる電流の量を測定し、前記測定された電流の量をそれぞれ予め決定された複数の閾値と比較し、前記比較結果に基づいて前記ナノ素子から放出された前記複数の電子の検出パターンを検知し、前記ナノ素子から放出された前記複数の電子の検出パターンに基づいて前記無線信号を復調してもよい。
【００１５】
また、前記ナノ素子は、前記複数の異なる共振周波数にそれぞれ対応する複数の異なる共振方向に共振し、前記複数のセンサは、前記複数の異なる共振方向にそれぞれ対応する複数のセンサと、前記複数の異なる共振方向の組合せに対応するセンサとを含んでもよい。
また、前記陽極部は、前記ナノ素子から放出される前記複数の電子を検出する複数のセンサを含み、前記陽極部は、予め決定された時間区間の間に前記検出された電子によって前記センサそれぞれを介して流れる電流の量を測定し、前記測定された電流の量を加えることによって合算値を取得し、前記合算値を複数の予め決定された閾値と比較し、前記合算値が前記予め決定された閾値の間である場合、前記測定された電流の量のうち両方を互いに比較し、前記２つの比較結果に基づいて前記ナノ素子から放出された前記複数の電子の検出パターンを検知し、前記検知されたパターンに基づいて前記無線信号を復調してもよい。
また、前記ナノ素子は、前記複数の共振周波数にそれぞれ対応する複数の異なる共振方向に共振し、前記複数のセンサは、前記複数の異なる共振方向にそれぞれ対応する複数のセンサと、前記複数の異なる共振方向の組合せに対応するセンサと、前記複数の異なる共振方向が交差する領域に対応するセンサとを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による受信装置は、２つの互いに異なる共振周波数を有するナノ素子を含み、該ナノ素子は高次元（少なくとも２次元）復調に必要なアンテナ、チューナー、アンプ、及び復調器を一体に具現するので、ナノ通信システムのための高次元変調／復調の方法を提供することによって、高速、コンパクト、且つ安価なデジタル通信を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る陽極部で検知された検出電子パターン、及びこれを用いた無線信号の復調方法を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態による検出電子パターンを用いて無線信号を復調するための陽極部の構造を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態による検出電子パターンを用いて無線信号を復調するための陽極部の他の構造を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るナノ通信のための変調方法を示した動作フローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係るナノ通信のための復調方法を示した動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置を示す図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、ナノ素子１１５を含む陰極部１１０及びナノ素子１１５から放出された電子を検出する陽極部１２０を含む。ここで、陰極部１１０は電源の陰極と接続され、陽極部１２０は電源の陽極と接続される。
【００１９】
ここで、ナノ素子１１５は、少なくとも２つの互いに異なる固有振動周波数（以下、共振周波数という）を有する。この共振周波数はナノ素子１１５の特性に依存する。
例えば、本発明の一実施形態に係るナノ素子１１５は、四角柱（断面が正方形ではない）の構造を有するナノベルトを含む。この場合、ナノベルトは２つの互いに異なる共振周波数を有する。
より具体的に、本発明の一実施形態に係るナノベルトが有する共振周波数は、ナノベルトの長さ（ｌｅｎｇｔｈ）、幅（ｗｉｄｔｈ）、及び厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）のうち少なくとも１つに依存し、長さ・幅・厚さのうち最大の寸法のものを長さとする。
【００２０】
ここで、本発明の一実施形態に係るナノベルトの幅は、ナノベルトの長さに直交する断面の第１方向に対する長さであり、ナノベルトの厚さは第１方向と直交する断面の第２方向に対する長さであり、ナノベルトの幅とナノベルトの厚さは互いに異なる値を有する。これによって、ナノベルトは、幅方向及び厚さ方向それぞれに対応する固有の共振周波数を有する。即ち、本発明の一実施形態に係るナノベルトは多重周波数成分を受信できる。
【００２１】
また、本発明の一実施形態に係るナノ素子１１５は、予め決定された変調方式によって変調された無線信号を受信する。
ここで、無線信号は、ナノ素子１１５の少なくとも２つの互いに異なる共振周波数に依存する。より具体的に、無線信号は、データビットを少なくとも２つの互いに異なる共振周波数にマッピングすることによって変調される。本発明の一実施形態によれば、無線信号は、共振周波数の個数だけのデータビットを変調することによって生成される。
例えば、データビット及び共振周波数を一対一に対応させた後、データビットそれぞれの値が０又は１であるか否かに応じて、対応する共振周波数を無線信号に含ませるか否かを決定することでデータビットを変調する。
【００２２】
さらに、本発明の一実施形態によって幅と厚さが互いに異なるナノベルトを用いる場合、ナノベルトは２つの互いに異なる共振周波数を有する。ここで、ナノベルトが受信する無線信号は２つのデータビットが変調された信号であり得る。即ち、互いに異なる共振周波数に含まれる第１共振周波数と２つのデータビットのうち１番目のビットとが対応し、互いに異なる共振周波数に含まれる第２共振周波数と２つのデータビットのうち２番目のビットとが対応する。
【００２３】
ここで、１番目のビットが０である場合に第１共振周波数は無線信号に含まれず、１番目のビットが１である場合に第１共振周波数は無線信号に含まれる方式で無線信号が変調される。
同様に、２番目のビットが０である場合に第２共振周波数は無線信号に含まれず、２番目のビットが１である場合に第２共振周波数は無線信号に含まれる方式で無線信号が変調される。
【００２４】
本発明の一実施形態に係る変調方式は様々に変形され得る。即ち、１番目のビットあるいは２番目のビットが１である場合に第１共振周波数又は第２共振周波数は無線信号に含まれず、１番目のビット又は２番目のビットが０である場合に第１共振周波数又は第２共振周波数が無線信号に含まれる方式などに変形可能である。
【００２５】
その他にも、２つのデータビットで表現可能な情報は合わせて４種類であるので、第１共振周波数及び第２共振周波数それぞれを無線信号に含むか否かの関する組合せを相異にして、合わせて４種類の情報を含むデータビットを変調してもよい。
【００２６】
また、本発明の一実施形態に係るナノ素子１１５は、受信された無線信号の周波数及び少なくとも２つの互いに異なる共振周波数に基づいて共振する。
上述したように共振周波数はナノ素子１１５の特性に依存する。この場合、本発明の一実施形態に係るナノ素子１１５は、共振周波数のうち少なくともいずれか１つを周波数成分にして含む無線信号を受信する場合にこれに反応して共振する。
【００２７】
ここで、ナノ素子１１５は、共振周波数それぞれ相異なる方向に共振してもよい。即ち、共振周波数は第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、第１共振周波数でナノ素子の共振方向と第２共振周波数でナノ素子の共振方向とは互いに異なる。
【００２８】
例えば、本発明の一実施形態に係る幅と厚さが互いに異なるナノベルトは受信された信号の周波数により幅方向に共振するか、又は、厚さ方向に共振する。さらに、ナノベルトによって受信された信号がナノベルトの互いに異なる２つの共振周波数を全て含む場合、ナノベルトは幅方向及び厚さ方向の全てに共振する。
一方、本発明の一実施形態に係る陽極部１２０は、ナノ素子１１５の共振によって放出される複数の電子を検出し、検出された複数の電子の検出パターンに基づいてナノ素子１１５によって受信された無線信号を復調する。
【００２９】
ここで、陽極部１２０はパターンに基づいて無線信号を復調するために、ナノ素子１１５が共振する少なくとも２つの相異なる方向に対応する複数の領域を含む。
これらの領域はナノ素子１１５から放出される電子を検出する。即ち、陽極は各領域で検出された電子の数に基づく電子検出パターンを検知し、この電子検出パターンに基づき無線信号を復調する。
【００３０】
より具体的に、陽極部１２０は、予め設定された時間の間に放出される複数の電子を前記領域別に検出する。即ち、陽極部１２０は、ナノ素子の少なくとも２つの共振方向に対応する複数の領域それぞれで受容された複数の電子によって流れる電流量を測定し、前記電流量が予め決定された閾値電流量よりも大きいか否かを判断する。最後に、陽極部１２０は、この判断結果に基づいて複数の電子の検出パターンを決定し、即ち、無線信号を復調する。これに関する具体的な説明は図３及び図４を参照して後述する。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態に係る陽極部で検知された複数の電子の検出パターン及びこれを用いた無線信号の復調方法を説明する図である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る陽極部は、検知した複数の電子の検出パターンを用いて陰極部で受信された無線信号を復調する。
【００３２】
上述したように、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、四角柱の構造を有するナノベルトを用いる。ナノベルトは、厚さ及び幅により互いに異なる２つの共振周波数を有する。
ここで、ナノベルトは、受信された無線信号の周波数成分により厚さ方向だけではなく幅方向にも共振できる。さらに、２つの共振周波数成分を全て含む無線信号を受信する場合、２つの成分の強度により楕円又は円などの形で共振する。
【００３３】
本発明の一実施形態に係る陽極部は、次のような方法で受信された無線信号を復調する。図２において、まず、陽極部は、複数の電子の検出パターン２１０に示すように、検出された電子がなければ、ビットデータ「００」が送信されたと判断する。また、陽極部は、複数の電子の検出パターン２２０に示すように、「上下パターン」であれば、ビットデータ「０１」が送信されたと判断し、複数の電子の検出パターン２３０に示すように、「左右パターン」であれば、ビットデータ「１０」が送信されたと判断する。最後に、陽極部は、複数の電子の検出パターン２４０に示すように、円又は楕円パターンであれば、ビットデータ「１１」が送信されたと判断する。
以上において、検出された電子がある領域に「無い」「有る」とは正確には、上述のように、測定された電流量がある一定の閾値以下か、又は、以上であることを意味する。
【００３４】
この場合、ナノベルトの厚さ方向及び幅方向がそれぞれ上下方向及び左右方向に現れるようにナノベルトを陰極部に載置する。勿論、その逆に、厚さ方向及び幅方向がそれぞれ左右方向及び上下方向に現れるようにナノベルトを載置してもよい。
【００３５】
また、前述した復調方式は、図１を参照して説明した変調方式を変形することによって様々に変形が可能である。このような復調方式の変形には、前述した無線信号の変調方式の変形と関連して説明した事項がそのまま適用できるので、より詳細な説明は省略する。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態による複数の電子の検出パターンを用いて無線信号を復調するための陽極部の構造を説明する図である。
図３を参照すると、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、ナノ素子３１５を含む陰極部３１０及びナノ素子３１５から放出された電子を検出する陽極部を備える。
【００３７】
ここで、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、ナノベルト３１５を用いる。上述したようにナノベルト３１５は、幅と厚さを相異にすることによって互いに異なる２つの共振周波数を有し、共振周波数それぞれで相異なる方向に共振できる。さらに、本発明の一実施形態に係るナノベルト３１５は、受信された無線信号の周波数によって上下方向及び左右方向に共振できるように配置されてもよい。
【００３８】
一方、陽極部は２次元平面構造を有する。陽極部は、ナノベルト３１５から放出された複数の電子を検出するために複数の電子センサを含む。
本発明の一実施形態に係る陽極部は、２次元平面構造上でナノベルト３１５の上下振動に対応する縦領域に第１電子センサ３２１を含む。また、陽極部は、２次元平面構造上でナノベルト３１５の左右振動対応する横領域に第２電子センサ３２２を含む。それだけではなく、陽極部は、２次元平面構造上で第１電子３２１センサ及び第２電子センサ３２２が占めていない領域に第３電子センサ３２３を含む。
【００３９】
この場合、第１電子センサ３２１、第２電子センサ３２２、及び第３電子センサ３２３それぞれは独立して電流量を測定する。ここで、第１電子センサ３２１、第２電子センサ３２２、及び第３電子センサ３２３は単に分離した形態の電極であり得る。
【００４０】
また、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、前述した復調方式により陽極部に含まれた第１電子センサ３２１、第２電子センサ３２２、及び第３電子センサ３２３を用いて受信された無線信号を復調する。
【数１】
0006298238.tif 000002
【００４１】
より具体的に、第１電子センサ３２１は予め設定された時間の間に放出される電子を受容し、予め決定された時間Ｔの間に受信された電子によって流れる電流量を測定する。ここで、数式（１）に含まれた括弧の中の点「・」は、単位時間に受信された電子の電荷量を示し、上記数式（１）において、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＿Ｓｅｎｓｏｒ＿１」に対応して記載した該電流量の積分値は、時間Ｔの間に受容された複数の電子の総数に見合う電荷量、即ち、時間Ｔの間に流れる電流量の平均値と時間Ｔの積であるが、以下、これを上記（時間Ｔの間に受信された電子によって流れる）「電流量」と定義する。本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、測定された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ１よりも大きいか同一であるかを判断する。本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、測定された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ１よりも大きいか同一である場合、受信された無線信号を「０１」に復調する。
【００４２】
例えば、受信装置は、予め決定された時間Ｔの間だけ閉じられた後に開かれるスイッチを介して第１電子センサ３２１に接続された蓄電器を用いて電流量を測定する。この場合、該蓄電器の電圧は、予め決定された時間Ｔの間に第１電子センサに流れる電流量に対応する。受信装置は、１つの入力が該蓄電器に接続され、残りの１つの入力が予め決定された閾値を代表する電圧に接続された比較器を用いることによって、測定された電流量を予め決定された閾値と比較する。蓄電器は、グラウンドに接続された異なるスイッチを介して放電される。この場合、グラウンドに接続された異なるスイッチは上記の比較演算が終了すれば、閉じられて、次回の測定動作が開始する前に開かれるよう制御される。ただし、これは１つの例示であって、該当分野で通常の知識を有する者であれば前述した測定及び比較動作を様々に変形することができる。
【００４３】
同様に、第２電子センサ３２２は、予め設定された時間Ｔの間放出される電子を受容し、受容された複数の電子によって流れる電流量を測定する。本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、測定された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ２よりも大きいか同一であるかを判断し、測定された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ２よりも大きいか同一である場合に受信された無線信号を「１０」に復調する。
【００４４】
同様に、第３電子センサ３２３は、予め設定された時間Ｔの間放出される電子を受容し、受容された複数の電子によって流れる電流量を測定する。本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、測定された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ３よりも大きいか同一であるかを判断し、測定された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ３よりも大きいか同一である場合に受信された無線信号を「１１」に復調する。
【００４５】
もし、第１電子センサ３２１、第２電子センサ３２２、及び第３電子センサ３２３の全てが予め設定された時間Ｔ中にそれぞれの閾値電流量よりも小さい電流量を検出する場合、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は受信された無線信号を「００」に復調する。
【００４６】
図４は、本発明の一実施形態による複数の電子の検出パターンを用いて無線信号を復調するための陽極部の、更なる構造を説明する図である。
図４を参照すると、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、ナノ素子４１５を含む陰極部４１０及びナノ素子４１５から放出された電子を検出する陽極部を備える。
【００４７】
ここで、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、ナノベルト４１５を用いる。上述したようにナノベルト４１５は、幅と厚さを相異にすることで互いに異なる２つの共振周波数を有し、共振周波数それぞれで相異なる方向に共振する。さらに、本発明の一実施形態に係るナノベルト４１５は、受信された無線信号の周波数により上下方向及び左右方向に共振できるように配置される。
【００４８】
一方、陽極部は２次元平面構造を有する。陽極部は、ナノベルト４１５から放出された複数の電子を検出するために複数の電子センサを含む。
本発明の一実施形態に係る陽極部は、２次元平面構造上でナノベルト４１５の上下振動に対応する縦領域に第１電子センサ４２１を含む。また、陽極部は、２次元平面構造上でナノベルト４１５の左右振動に対応する横領域に第２電子センサ４２２を含む。陽極部は２次元縦領域及び横領域が重なる中心領域に第４電子センサ４２４を含む。それだけではなく、陽極部は、２次元平面構造上で第１電子センサ４２１、第２電子センサ４２２、及び第４電子センサ４２４が占めていない領域に第３電子センサ４２３を含む。
【００４９】
この場合、第１電子センサ４２１、第２電子センサ４２２、第３電子センサ４２３、及び第４電子センサ４２４は各々独立して電流量を測定する。ここで、第１電子センサ４２１、第２電子センサ４２２、第３電子センサ４２３、及び第４電子センサ４２４は単に分離した形態の電極であり得る。
【００５０】
また、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、前述した復調方式により陽極部に含まれた第１電子センサ４２１、第２電子センサ４２２、第３電子センサ４２３、及び第４電子センサ４２４を用いて受信された無線信号を復調する。
【数２】
0006298238.tif 000003
【００５１】
より具体的に、第１電子センサ４２１、第２電子センサ４２２、第３電子センサ４２３、及び第４電子センサ４２４のそれぞれは、予め設定された時間Ｔの間に放出される電子を受容し、受容された複数の電子によって流れる電流量を測定する。本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、第１電子センサ４２１、第２電子センサ４２２、第３電子センサ４２３、及び第４電子センサ４２４それぞれで測定された電流量を和した値を用いて受信された無線信号を復調する。
【００５２】
合算された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ１よりも小さい場合、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、受信された無線信号を「００」に復調する。
また、合算された電流量が予め決定された閾値電流量ＴＨ２よりも大きいか同一である場合、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、受信された無線信号を「１１」に復調する。
【００５３】
もし、合算された電流量がＴＨ１よりも大きいか同一であり、且つ、ＴＨ２よりも小さい値を有する場合、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、第１電子センサ４２１で測定された電流量と第２電子センサ４２２で測定された電流量とを比較する。ここで、第１電子センサ４２１で測定された電流量が第２電子センサ４２２で測定された電流量よりも大きい場合、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、受信された無線信号を「０１」に復調し、第２電子センサ４２２で測定された電流量が第１電子センサ４２１で測定された電流量よりも大きいか同一である場合、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、受信された無線信号を「１０」に復調する。
【００５４】
それだけではなく、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、前述した方法の他にも様々な方法で「０１」と「１０」を区分できる。例えば、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための受信装置は、第１電子センサ４２１で測定された電流量及び第４電子センサ４２４で測定された電流量の和が予め決定された閾値電流量ＴＨ３以上である場合に「１０」、第２電子センサ４２２で測定された電流量及び第４電子センサ４２４で測定された電流量の和が予め決定された閾値電流量ＴＨ４以上である場合に「０１」に前記受信された無線信号を復調する。
【００５５】
図５は、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための変調方法を示した動作フローチャートである。
図５を参照すると、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための変調方法はデータビットを提供するステップＳ５１０と、ナノ素子の少なくとも２つの互いに異なる共振周波数を識別するステップＳ５２０と、データビットを変調することによって無線信号を生成するステップＳ５３０とを含む。
【００５６】
ここで、データビットを変調することによって無線信号を生成するステップＳ５３０は、少なくとも２つの異なるデータビットを少なくとも２つの異なる共振周波数にマッピングすることによってデータビットを変調する。
本発明の一実施形態によれば、データビットを変調することによって無線信号を生成するステップＳ５３０は、提供されたデータビット及び共振周波数を一対一に対応させ、データビットそれぞれの値が０又は１であるか否かに応じて、対応する共振周波数を無線信号の周波数成分に含ませるか否かを決定することによって無線信号を生成する。
【００５７】
また、本発明の一実施形態に係るナノ素子は、四角柱（ただし、断面が正方形の場合を除く）の構造を有するナノベルトを含み、従って、該ナノ素子の共振周波数は第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、第１共振周波数におけるナノ素子の共振方向と第２共振周波数におけるナノ素子の共振方向とは互いに異なる。
図５に示した各ステップには図１から図４を参照して説明した事項がそのまま適用されるので、より詳細な説明は省略する。
【００５８】
図６は、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための復調方法を示した動作フローチャートである。
図６を参照すると、本発明の一実施形態に係るナノ通信のための復調方法は、ナノ素子を用いて無線信号を受信するステップＳ６１０、複数の電子センサを用いて複数の電子を検出するステップＳ６２０、及び無線信号を復調するステップＳ６３０を含む。
【００５９】
ここでナノ素子は、その一端が電源の陰極と接続され、少なくとも２つの互いに異なる共振周波数を有し、無線信号の周波数及び共振周波数に基づいて共振する。共振周波数は第１共振周波数及び第２共振周波数を含み、第１共振周波数におけるナノ素子の共振方向と第２共振周波数におけるナノ素子の共振方向とは互いに異なる。また、複数個の電子センサは、ナノ素子の共振振動方向に対応する電子センサを含む。
【００６０】
また、無線信号は予め決定された変調方式によって変調される。より具体的には、無線信号は、データビットを共振周波数にマッピングすることによって変調されたものである。
無線信号を復調するステップＳ６３０は、予め決定された時間Ｔの間に検出された電子によってそれぞれの電子センサを介して流れる電流量を測定し、測定された電流量を予め決定された閾値と比較し、比較結果に基づいて電子検出パターンを検知し、検知された電子のパターンに基づいて無線信号を復調する。
【００６１】
ここで、複数の電子センサは、ナノ素子の少なくとも２つの共振振動方向に対応する。
また、本発明の一実施形態に係るナノ素子は、四角柱の構造を有するナノベルトを含む。
図６に示されたステップそれぞれには、図１〜図４を参照して説明した事項がそのまま適用されるので、より詳細な説明は省略する。
【００６２】
上述した方法は、多様なコンピュータ手段によって実行されるプログラム命令の形態で実現でき、かかるプログラム命令は、コンピュータ読み出し可能媒体に記録される。前記コンピュータ読み出し可能媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせたものを含む。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計して構成されるか、又は、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知且つ使用可能なものである。コンピュータ読み出し可能記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅｄｉａ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｄｉａ）、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｋ）のような磁気−光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｄｉａ）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を格納し遂行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行できる高級言語コードが含まれる。前記したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよく、その逆も同様である。
【００６３】
以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能であろう。
従って、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されず、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものによって定められる。
【符号の説明】
【００６４】
１１０、３１０、４１０    陰極部
１１５、３１５、４１５    ナノ素子、ナノベルト
１２０    陽極部
２１０、２２０、２３０、２４０    複数の電子の検出パターン
３２１、３２２、３２３    第１、第２、第３電子センサ
４２１、４２２、４２３、４２４    第１、第２、第３、第４電子センサ
【図１】
0006298238.tif 000004
【図２】
0006298238.tif 000005
【図３】
0006298238.tif 000006
【図４】
0006298238.tif 000007
【図５】
0006298238.tif 000008
【図６】
0006298238.tif 000009