| Project/Area Number |
21K04061
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Okayama University |
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Principal Investigator |
田野 哲 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (80378835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上原 一浩 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (10221798)
冨里 繁 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (60362951)
侯 亜飛 岡山大学, 自然科学学域, 助教 (60598457)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 無線マルチホップネットワーク / 過負荷MIMO / 物理層ネットワークコーディング / 非線形プリコーディング / 無線マルチホップ / 晒され端末 / MIMO / プリコーディング / 無線中継 / 無線通信 / マルチホップ / ネットワーク符号化 / 過負荷 / 空間多重 |
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| Outline of Research at the Start |
目的を達成するため「過負荷MIMO空間多重」と「物理層ネットワークコーディング」のアイデアを導入する。過負荷MIMO空間多重とは受信アンテナ数以上の空間多重であり、我々は既に受信アンテナ数の３倍以上の空間多重を低演算量で実現する。一方、さらされ中継機がある無線２ホップネットワークを低演算量で高速化する手法として、送信側信号処理であるプリコーディングを適用した物理層ネットワークコーディングという独自の方法を考案した。本研究では我々独自の線形過負荷MIMO受信に関するアイデアを、我々の物理層ネットワークコーディングにおける中心的な存在であるプリコーディングに応用することで研究目的の達成を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
中継伝送を行う無線マルチホップネットワークの高速化・通信容量増大のため、昨年度まで主に「物理層ネットワークコーディング」のマルチホップネットワークへの適用方法を検討してきた。本年度は、物理層ネットワークコーディングを用いた無線マルチホップネットワークへの、「過負荷MIMO空間多重」の適用方法を検討した。さらなる高速化・高品質化のために、過負荷MIMO空間多重の性能向上にも取り組んだ。その研究業績の概要を以下に示す。
(1) マルチリンク２ホップ無線ネットワークの通信速度向上法：物理層ネットワークコーディングを適用した双方向無線マルチホップ通信の速度向上のため、中継端末数を増大させることを検討した。複数の中継端末と同時通信を確立する、即ちマルチリンクを形成するため、送受信端末には複数のアンテナを設置した。アンテナ数が一定の場合、リンク数、即ち中継端末数を増やしすぎると通信速度が却って低下することが明かとなった。そこで、少なくともアンテナ数以上に通信リンクを増やせるよう過負荷MIMO空間多重を適用した。さらに、伝送路状況に応じて、多数の中継端末から必要な中継端末を決決定するアルゴリズムを見出した。
(2) 過負荷MIMOの通信特性改善方法：(1)のマルチリンク２ホップ無線ネットワークでは、高速化するためにアンテナ数以上の中継機とリンクを確立するには、過負荷MIMO空間多重が必須である。したがって、過負荷MIMO通信の特性を改善することで、マルチリンク２ホップ無線ネットワークの特性改善、ひいては通信容量の増大が可能になる。そこで、非線形信号処理を用いた過負荷MIMO空間多重を検討した。その結果、上記無線ネットワークに適した過負荷MIMO空間多重通信方式を考案し、その優れた特性を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
中継伝送を行う無線マルチホップネットワークの高速化・通信容量増大のため、多入力物理層ネットワークコーディングの検討を行う計画となっている。昨年度までで、このアプローチによる通信速度向上はほぼ達成された。そこで本年度は、「過負荷MIMO空間多重」を物理層ネットワークコーディングを適用することでマルチホップ無線ネットワークの高速化を検討することとした。その際に、当初から検討項目として挙げていた、アンテナ数不足によるボトルネック解消問題に取り組んだ。それら研究の自己評価を以下に記す。
(1) マルチリンク２ホップ無線ネットワークの通信速度向上法:シングルホップ無線ネットワークであれば、従来から提案されているAMCを用いることで通信速度の向上が図れる。一方、マルチリンク無線マルチホップの場合にはホップ毎、リンク毎に通信品質が異なるのでAMCが利用できない。従って、変調方式や誤り訂正の符号化率を一定にするしかない。そのような状況においても、過負荷MIMO空間多重を適用し、提案のアルゴリズムを用いることで高速化が図れることを示したことは、優れた研究業績とみなせる。
(2) アンテナ数不足によるボトルネック解消問題:上記のネットワークにおいて、送受信端末のアンテナ数が少ない場合、従来のMIMOを適用した場合には、確立できるリンク数はアンテナ数以下となり、そこが通信速度向上のボトルネックとなる。過負荷MIMO空間多重によりこのボトルネックを解消できることを示した。また、その特性を改善する、新しい過負荷MIMO空間多重通信方式も提案し、従来以上の通信速度が達成できる可能性を示した。その詳細な特性検証は今後の課題ではあるが、当初の計画以上の成果とみなせる。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに実施した研究成果を積極的に外部に発表していくと同時に、以下の研究を進める。
今までは、各中継機と送受信端末間で中継機のアンテナ数分のストリームを送信していた。そこで、中継機数を増やすことで高速化を達成させてきた。中継機のアンテナ数が十分でない場合には、また中継機のアンテナ数がボトルネックになる可能性がある。そこで、中継機のアンテナ数以上のストリーム数の送信を可能にする過負荷MIMO空間多重を検討する。また、それを用いたマルチリンク無線まるチホップネットワークの特性を明らかにしていく。
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