2023 Fiscal Year Research-status Report
無線マルチホップネットワークにおける過負荷通信の研究
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21K04061
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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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| 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 |
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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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| Causes of Carryover |
当初、令和５年度に研究成果を取りまとめて、海外で実施される国際会議で発表したり、学術雑誌へ論文を投稿する計画を立てていた。ところが、研究代表者に長期に渡る入院加療が要求されたため、上記計画を変更せざるを得なくなった。入院中も研究分担者とともに研究を続けたため、研究自体はほぼ計画通り進捗したものの、計画していた幾つかの論文発表を断念せざるを得なくなった。入院加療を要求された時点で、採録が決定していた国際会議に関しては、主催者側にオンラインでの発表を許可してもらった。一方、それ以降の国際会議への論文投稿および会議参加も断念した。同様に、国内会議への参加も取りやめた。即ち、計画していた国際会議・国内会議に参加するための旅費が全く不要になった。加えて、いくつか雑誌論文の投稿も取りやめざるを得なくなった。結果として、入院により令和５年度計画に基づく費用支出ができず、次年度使用額が発生した。
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