2021 Fiscal Year Annual Research Report
小型移動体群による海中IoT基盤構築に向けた長期間稼働可能な長距離高速同時通信
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19H02351
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
海老原 格 筑波大学, システム情報系, 准教授 (80581602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若槻 尚斗 筑波大学, システム情報系, 准教授 (40294433)
水谷 孝一 筑波大学, システム情報系, 研究員 (50241790)
円崎 祐貴 武蔵野大学, データサイエンス学部, 助教 (70716472)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水中音響通信 / マルチパス / ドップラー / 音響レンズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
○音響反射鏡を用いた水中音響通信の性能評価：前年度設計した音響反射鏡を作製し，通信機として実装した．無響室内で音響通信の性能を実験で評価した結果，移動する通信相手を理想的に捕捉・追尾することができれば，既存通信機と比較して，通信に必要な信号電力を半減できることを確認した．
○マルチユーザ通信に適した音響レンズの設計・評価：音響反射鏡を用いる通信機は，機械的に反射鏡を通信相手に指向する必要がある．そこで，前年度は機械走査無しに複数の小型移動体と同時に通信可能な広角複眼レンズを設計したが，レンズの形状が複雑で，水中での抵抗が大きく，移動体の搭載に適した形状ではなかった．そこで，よりシンプルな形状のレンズとして，凹型メニスカスレンズからなる半球型複眼レンズを設計し，形状の簡素化と水中抵抗の低減を図った．レンズを用いたマルチユーザ通信のシミュレーションを行った結果，新しい半球レンズは、既存の平面型複眼レンズとほぼ同等の通信品質を達成できることを明らかにした．
○多重反射とドップラーの影響に頑健な通信方式の設計および実験での性能評価：水中音響通信は大きな遅延広がりととドップラー広がりを有している．それらに頑健な通信方式が提案されているが，水中通信路のモデルと実態の誤差が通信品質のさらなる向上の妨げとなっていた．そこで，水中通信方式の一つであるD-OSDMのモデル化誤差が通信品質に与える影響を明らかにするとともに，解決策の一つとして窓関数の利用を検討した．シミュレーションと実験により，窓関数を適用することで，通信品質を向上させることができることを明らかにした．
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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
当初の計画通り，音響反射鏡を用いた水中音響通信については実験を実施した．また，マルチユーザ通信に適した音響レンズについては，前年度明らかになった問題を解決した．さらに，大きな遅延広がりととドップラー広がりを有する水中通信路のモデル化誤差に着目し，それを解決できる仕組みを確立することが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナウイルスの感染拡大の影響を受けつつ，理論的な検討と，シミュレーションによる検討に加え，一部は実験を実施することが出来た．今後も，当初の計画通り，実験を通じて，小型ミラーレンズ通信機の有効性を評価していく．
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