Development of fundamental technologies for high-speed underwater wireless optical communications
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20H02148
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
塙 雅典 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90273036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 一彦 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (40402086)
鈴木 一克 山梨大学, 大学院総合研究部, 特任准教授 (60436714)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
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| Keywords | PAM4 / パーシャルレスポンス / ビタビ復号 / 深層学習 / 水中光無線 / 最尤推定 / 非線形フィルタ / パーシャルレスポンス符号化 / トレリス / 可視光 / 水中 / 光無線 / OFDM / 狭帯域多値変調 |
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| Outline of Research at the Start |
将来の海底資源開発への応用を企図して、可視光高速水中無線光(UWOC)通信技術の基
盤技術開発を行うべく，以下の3つの小課題に取り組む。
① 可視光LED-OFDM-UWOC伝送装置へのビットローディングの導入と評価
② 可視光水中無線光通信向けの新しい狭帯域多値変復調方式の検討
③ 海水中の可視光伝搬特性評価技術の検討
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中光無線伝送の高速化に向けて，パーシャルレスポンス符号化を行ったPAM4信号（Duo-PAM4信号）の最尤推定方式について，前年度に導入した広帯域光無線送受信装置(OTx-ORx)を用いた実証実験を行うことを目指した。既存の広帯域任意波形発生器と広帯域
リアルタイムサンプリングオシロスコープを用いることで1Gbit/sのDuo-PAM4信号を生成し，光無線伝送後の受光信号波形を観測し、オフライン信号処理によって最尤推定することで性能評価を行うことを目指したが、空間光学系を構築したテーブルが不安定で様々な環境要因による振動が信号劣化を引き起こし、性能評価を行うまでには至らなかった。この対策として、光学除振台を導入した。
前年度に実施したDuo-PAM4信号の最尤推定方式の計算機シミュレーションの追試と受信系列推定アルゴリズムの見直しを行い、従来1.7dB程度しか得られていなかった利得を2.0dBに改善した。並行して深層学習によって最尤推定方式を行う方式について符号化率1/2の畳み込み符号を対象として計算機シミュレーションを行い、符号化利得5dBの良好な結果を得た。
レーザー学会学術講演会第42回年次大会においてALANコンソーシアムジョイントシンポジウム「開発が進む光水中無線技術への期待(1/14)」を協賛は日本機械学会・日本ロボット学会と共同企画し、開催した。4セッション11件の発表が行われた。また電子情報通信学会通信ソサイエティマガジンB-plus2022年春号の小特集「ラストフロンティアに挑む水中無線技術」に「水中光無線通信技術の研究開発動向」を投稿し、掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初めて自ら空間光学系を設置した実験台の老朽化が激しく、不安定で様々な環境要因による振動が信号劣化を引き起こしたため。対策として既に光学除振台を導入済み。根本的な要因はレーザービーム径小さく、僅かなゆらぎで受光面を外れる傾向にあったため、光源を単体のレーザダイオード（LD）からアレイ化することを検討している。その手始めとして、既にLEDアレイと関連の光学系を導入し、低速ながらも基礎実験を進めている。最終年度には日亜化学が最近発表したLDアレイを導入し、高速化とビームゆらぎへの堅牢性を兼ね備えた水中光無線伝送系の構築を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きDuo-PAM4信号による空間光無線伝送実験及び水中光無線伝送実験の実施を目指す。またDuo-PAM8信号の最尤推定および深層学習によるDuo-PAM4/PAM8信号の最尤推定の計算機シミュレーションを実施する。
並行して昨年度の反省を活かして光源のアレイ化に取り組む。現在はLEDアレイを使って位置ずれ耐性向上の検討を行っている。LEDアレイで基本的な光学系を確立した上で、最新のLDアレイによる位置ずれ耐性評価を実施したい。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
