2020 Fiscal Year Research-status Report
低緯度地域における流星バースト通信実験に基づく通信性能の解明と通信路のモデル化
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19K04391
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
和田 忠浩 静岡大学, 工学部, 教授 (00303529)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流星バースト通信 / 低緯度地域 / インドネシア / ソフトウェア無線 / ルートレイズドコサインフィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流星が地球の大気圏に突入する際、大気との摩擦により電離気体柱(流星バースト)が発生する。流星バースト通信（MBC）は、この流星バーストによる低VHF帯電波の反射現象を利用した見通し外通信であり、最大2000km離れた通信局間で、大規模なインフラを必要とせずデータ伝送を実現できる。そのためMBCは大量のデータ伝送を必要としない、環境観測や気象観測システムなどに応用されている。現在、赤道地域でのMBCの利用を目指しインドネシアでMBC実験を開始しており、本課題では数年に渡る継続実験により、低緯度地域でのMBC性能や通信路特性を明らかにするものである。課題の一つとして、近年ソフトウェア無線機（SDR）が急速に発展しており、SDRに基づいたMBCシステムの性能の高効率化に関して検討した。その開発ツールとしてGNU Radioを用いることとし、本ツールを用いたMBCモデムをGMM（GNU-Radio Modem for MBC）と名付ける。
GMM開発の課題の一つに、PSK信号の最適受信に用いられるルートレイズドコサイン（RRC）フィルタの実装が挙げられる。RRCフィルタには直線位相が求められ、その実装はFIR構成に基づくものとなるが、その結果、信号処理に多数の積和演算が必要となる。しかし流星バースト通信路は一般に数百ミリ秒程度しか持続できず、その間に一連のパケット伝送を完了させなければならないため、少ない演算量でフィルタを実現すると共に、浮動小数点信号入力に対しても安定に動作をするフィルタ構成を提案する必要がある。本課題では、そのようなフィルタとしてカスケード型再帰的FIRフィルタによるRRCフィルタ構成ならびに、リセッタ付きCR-FIRを提案した。この提案方式により、計算量を大幅に削減しても良好な通信性能が得られることが確認でき、GMMの高効率化につながると期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
流星バースト通信（MBC）の実証実験やその応用は、中緯度地域や高緯度地域で行われていたが、低緯度地域においては行われていなかった。研究代表者は低緯度地域としてインドネシアにおいてMBC実験局を開設し、世界で初めての低緯度地域におけるMBC実験を行った。本課題では、このMBC実験を数年に渡り継続することで、低緯度地域でのMBCの性能を測定するとともに、通信路の特性を明らかにしてそのモデル化について検討を行うものである。
令和元年度において、インドネシアの共同研究先の大学にて、基礎実験を実施するとともに研究計画に関する協力体制を確認し、令和2年度から本格的な実験を開始する予定であった。しかしながら、新型コロナウィルスの世界的な流行により、日本からの海外渡航ならびに、インドネシアにおける人受入が厳しく制限されたため、現地でMBC実験を始めることができなかった。この状況のため、日本国内で実施できる準備として、流星バースト通信用ソフトウェア無線機に関する課題を中心に取り組んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
インドネシアへの渡航が可能となり、現地での実験が可能となった際に迅速に取り組みができるよう、日本国内で実施できる課題について検討を進める。今年度は特に、ソフトウェア無線に基づく流星バースト通信用無線機の改良を目指す。無線機の設計においては、受信整合フィルタの設計の改善を進めるとともに、流星バースト通信に適した同期方式について検討を行う。さらに、令和4年度に向けて、流星バースト通信路に適した誤り訂正符号の導入を考え、その基礎検討を行う。本検討ではシャノン限界に近い優れた性能を持つポーラ符号に着目し、流星バースト通信路の時変性に対応できる符号設計について調査する。
インドネシアに赴くことができるようになった後には、インドネシアの共同研究先との協力の下、MBC実験の手法や体制について改めて検討する。そして、継続的な実験のため定期的に現地に赴き、低緯度地域でのMBCの通信性能の調査を、特に年変動の特性に着目して実施する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの世界的な拡大より共同研究先のあるインドネシアへの渡航が困難となり、現地での実験が開始できなかったため、海外出張費が未使用となった。
海外渡航に関する制限が緩和された際には、現地での研究体制を再構築し、実験を継続的に実施するため、共同研究先への訪問回数を増やすことを検討しているため、旅費として使用する予定である。
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