Development of fundamental technologies for high-speed underwater wireless optical communications
| Project/Area Number |
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 |
Completed (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 | 水中無線光通信 (UWOC) / 狭帯域多値変復調方式 / PAM4 / 非線形プリディストーション / INL-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 |
本研究の目的は、可視光を用いた水中無線光通信技術の実現に向けた新しい狭帯域多値変復調方式の開発です。特に、OFDMに比べてPAPRが低く、直線変調の直線性を必要としないPAM変調方式について、その雑音耐性を向上させる変調方法として、高出力可視光レーザーダイオード（LD）の非線形性を補償するために、逆非線形（INL）特性を基にした非線形プリディストーションPAM4（INL-PAM4）変調方式を提案し、実験でその有効性を確認しました。
INL-PAM4変調方式を用いたUWOCシステムを構築し、455nmの青色高出力LDを用いて、1 Gb/sのデータレートで伝送実験を行いました。実験では、INL-PAM4により、受信信号が大幅に改善され、アイダイヤグラムがきれいに開く様子が確認できました。この結果、INL-PAM4信号を用いることで従来のPAM4信号に比べてBER（ビット誤り率）が大幅に改善されることも確認されました。まず従来のPAM4では（誤り訂正符号を用いた場合にエラーフリーとなる）BERしきい値より低いBERの実現が困難であることが実験的に確認されました。提案したINL-PAM4では、低変調振幅（100mVpp）時のBER改善量は限定的で、BERしきい値を下回る受信信号電力範囲（ダイナミックレンジ）も従来のPAM４と同等でした。一方で、高振幅変調時（＞200mVpp）には、従来のPAM４ではしきい値以下のBERを実現できる範囲は厳しく制限され実用的ではないのに対し、INL-PAM4では20dB以上のダイナミックレンジを実現できることが分かりました。
以上の結果から、INL-PAM4変調方式は、送信機の非線形性による影響を大幅に低減し、高速水中無線光通信システムにおいて優れた通信品質を提供することが示されました。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
