Development of MIMO signal processor for analog RoF using optical phase control techniques
| Project/Area Number |
22K14295
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐藤 孝憲 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (60835809)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 光ファイバ無線 / 次世代移動通信システム / ビームフォーミング / MIMO処理 / シリコンフォトニクス / 光導波路デバイス / 光ファイバ通信 / 光無線 / 光集積回路 |
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| Outline of Research at the Start |
第６世代移動通信システム（6G）で実装予定であるアナログ光無線（RoF）技術のための、RoF信号処理デバイスを開発する。本提案デバイスは、単一のRoF信号（無線信号により変調された光信号）に対して、キャリア成分と上下側波帯成分に適切な光位相制御を施すことで、無線信号の位相を制御できるという動作原理に基づくものである。光行列積演算回路を用いて、複数のRoF信号を同時に制御することで、複数波長の光源を用意することなく、ビームステアリングやビームフォーミングといったMIMO信号処理を行うデバイスを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Beyond 5G/6Gにおける無線基地局のビームステアリング技術やビームフォーミング技術で必要とされるような、A/D変換不要なアナログRoF信号のMIMO処理デバイスの開発を目的として、光導波路型デバイスの設計・開発に取り組んできた。
令和4年度は、まず、アナログRoF信号の光領域における信号処理の原理検証を行った。アナログRoF信号のキャリア・側波帯成分に適切な光位相変化を与えることで、アナログRoF信号における所望の位相変化を与えられることを確認した。特に、キャリア成分に対しては位相変化を与えず、上側波帯に対してはDFT行列・Butler行列に相当する光行列積演算を適用し、下側波帯に対しては上側波帯の複素共役に対応する光行列積演算を適用することで、行列設定に応じたビームフォーミングが可能であることを数値的に明らかにした。これは、複数波長の光源を用意することなく、アナログRoF信号のMIMO処理が可能であることの一次検証に成功したことを意味する。
また、数値的検証にとどまらず、アナログRoF信号のキャリア成分と側波帯成分を切り分ける波長フィルタの設計、ならびに、各成分に対して行列演算を施す光干渉計の設計を行い、産総研スーパークリーンルームによるSiフォトニクスマルチプロジェクトウェハ（SiPh-MPW）試作を行った。波長フィルタについては、電磁界シミュレータによる設計通りの波長分波特性が得られており、5 GHzのRF信号を載せたアナログRoF信号の変調を行うために必要な動作が可能であることを確認した。行列演算を施す光干渉計については、2×2および4×4のユニタリ変換が可能な行列積演算回路素子を試作し、その試作結果の検証を進めている。
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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
提案デバイスの数値的検証を行い、これを実験実証するための単体試作まで完了し、実験測定を進めている。したがって、当初の予定通り研究を遂行できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
試作を終えている素子を用いて提案デバイスの実験実証を行う。試作した素子を組み合わせることで、実際にアナログRoF信号の制御が可能であることを検証する。まずは、2×2のビームフォーミングが行えることを実験的に確認することを目標とし、その後、演算次数の拡大に向けて設計・試作・実証を進めていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
