2017 Fiscal Year Research-status Report
Application of Laguerre-Gaussian beams to optical wireless communications
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17K06445
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| Research Institution | Japan Women's University |
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Principal Investigator |
小川 賀代 日本女子大学, 理学部, 教授 (20318794)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前原 文明 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80329101)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光無線通信 / ラゲールガウスビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，光無線通信において問題となる，大気乱流に起因した伝送特性劣化を克服すべく，ラゲールガウス（LG）ビームに着目し，シンチレーションの影響を軽減するモードを見出し，モード間干渉の小さいモードの組み合わせにより多重伝送を行う方式を確立することを目的としている．
平成29年度は，LGビームを単一モードで伝送したときの特性評価に取り組んだ．まず，より現実的な乱流モデル及びシステムを想定し，LGビームを用いた光無線通信システムのシンチレーションと通信特性の評価を行った．LGビームのモードは，輪帯の数に依存するラジアル次数nと位相のスパイラル数に依存するアジマス次数mの2種類の次数を有する．本研究では，ラジアル次数n＝0,1,3,5,7，アジマス次数m＝0,1,3,5,7の25通りの組合せ，及び既存の光無線装置の送信ビーム径，受信機開口のサイズを用いて計算機シミュレーションを行った．その結果，LGビームはガウスビームよりもシンチレーションの影響が軽減し，特に強い乱流中において通信特性が改善されることがわかった．
また，本研究課題は，光無線通信を対象としたものであるが，典型的な伝搬路において，LGビームの有するモードの組み合わせとモード間干渉との関係を明確にできることから，LGビームをミリ波，テラヘルツ波へ応用する際にも貴重な知見をもたらすものと期待できる．そこで，今年度は，UCA(Uniform Circular Array)アンテナによるOAM信号の空間的な電力・位相分布と受信電力特性を計算機シミュレーションにより取得・評価した．特性評価の結果，アンテナ素子数を増加させることにより，受信アンテナ径を小さくできるだけでなく，受信電力の増大が図れることがわかった．また，伝搬距離を短くとり，50GHz のような高い搬送波周波数を適用するとモード間の受信電力差を軽減でき，多重効果が期待できることがわかった．
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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
平成29年度の研究計画は，「LGビームを単一モードで伝送したときの特性評価」であり，予定通り，各種モードを変化させたときの伝送特性の取得，シンチレーションインデクスを軽減するモードの傾向把握を行うことができた．通信特性としてビット誤り率の評価も行い，LGビームを搬送波に用いることによって通信特性の改善が図れることも確認ができたことから，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，研究計画通り，シンチレーションを軽減するLGビームのモードの傾向をベースに，ラゲールガウスビームが元来有するモード間の直交性を活かした，モード多重伝送方式の確立に向けた検討を進める．また，光無線通信の検討に留まらず，LGビームをミリ波，テラヘルツ波への応用を見越して，引き続き，UCA(Uniform Circular Array)アンテナによるOAM信号の空間的な電力・位相分布と受信電力特性の検討も進める．
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| Causes of Carryover |
（理由）物品費で購入した液晶空間光変調器が当初の見積もりよりも，安価で入手することができた．また，研究補助者が育児休暇を取得したため，謝金の支払いが発生しなかった．
（使用計画）計算機シミュレーションを促進するために，MATLABのライセンスを追加購入する．研究補助者も30年度は，育児休暇から復帰するため，計画通り，謝金の支払いが発生する予定である．
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Research Products
(5 results)
