2014 Fiscal Year Research-status Report
強度変調による光無線OFDM方式のための偏光を用いる省電力伝送法
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25420364
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
大内 浩司 静岡大学, 工学研究科, 准教授 (50313937)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光無線通信 / 直交周波数分割多重 / 円偏光 / ビット誤り率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光無線通信では光の強弱を利用した変調方式が主流である．そのため，負極性信号を伝送する際は直流成分を付加することが多い．これは電力効率の悪化をもたらす．特に，振幅変動の大きい直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式を光無線通信に応用する際に問題となる．この問題を克服することを目的として本研究では，これまで主に円偏光を利用する光無線ＯＦＤＭ方式（以下，本方式）の研究を進めている．平成26年度の研究実績の概要を以下に示す．
○平成25年度の研究で明らかにしている本方式の基本的なビット誤り率を踏まえ，大気乱流に起因するシンチレーションを考慮したビット誤り率を解析した．その結果，理論解析とシミュレーション解析の結果がほぼ一致することが明らかとなり，解析の妥当性を示すことができた．
○本方式では円偏光を利用して情報を伝送するため，偏光状態が伝送路でどのような影響を受けるかを考慮する必要がある．そこで，伝搬距離が変化することによって生じる偏光状態への影響を理論的に解析した．また，シミュレーションを行い，伝搬距離による偏光状態の変化を考慮した本方式のビット誤り率を明らかにした．
○偏光を利用して正・負極性信号を分割伝送する本方式の原理は，符号分割多重（ＣＤＭ）方式へも応用できる．ＣＤＭ方式においてもＯＦＤＭ方式と同様に，信号振幅（強度）のピークを抑える技術の開発は重要となっている．そこで，並列組合せ型のＣＤＭ方式を拡張し，これに適用できる信号振幅制御技術を開発した．この技術により，従来の信号振幅制御技術を用いるＣＤＭ方式よりも高い情報伝送速度と低いビット誤り率を維持しながら，信号振幅のピークの発生を低減できることを示した．
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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
平成25年度に行った基礎的な検討を踏まえ，平成26年度は主に円偏光を利用する光無線直交周波数分割多重方式(以下，本方式)の応用的な検討を進めた．平成26年度は主に以下の事項を行った．
○伝搬距離が偏光状態に及ぼす影響の解析：偏光状態を表すパラメータの一つである偏光度が主に本方式の性能に影響を及ぼすことが判明した．そこで伝搬距離による偏光度の変化を考慮した通信路モデルを考案し，伝搬距離に対する本方式の誤り率をシミュレーションにより解析した．その結果，偏光度の初期値が低いレーザを用いた場合でも，伝送距離が1000ｍ程度の場合には偏光度の初期値が高いレーザと同等の性能が得られることを示した．以上の通り，計画を達成できた．
○ビット誤り率の理論解析：平成25年度は主にシミュレーションによって本方式のビット誤り率の解析を進めてきた．そこで平成26年度では，本方式のビット誤り率の詳細な理論解析を進めた．特に，送信信号に加わる雑音を３種類に分類し，それぞれの分散値（電力）を理論的に解析するなど，概ね順調に進んでいる．
○ピーク電力対平均電力比の削減：本方式の原理を符号分割多重（ＣＤＭ）方式へ応用することも視野に入れて研究を進めた．ＣＤＭにおいても送信信号に高いピークが発生するため，ピーク電力の低減が一つの課題となる．研究の過程で，特にＣＤＭ方式において効果的にピークを低減できる方法の着想を得た．結果として，ピーク電力の低減を達成すると同時に，従来の定振幅化ＣＤＭ方式よりも高い情報伝送速度と低いビット誤り率特性が達成できる方式を考案できた．以上の通り，順調に計画を達成できている．
○本方式の試作：平成25年度に引き続き本方式の試作を進めた．ＦＰＧＡを利用してＬＥＤの点灯制御を行う光無線直交周波数分割多重方式の送信機を作成できた．今後，受信側の装置の作成に取り組む．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は，これまでの検討を踏まえ，円偏光を利用する光無線直交周波数分割多重方式（以下、本方式）および関連する応用的な技術に関する検討を継続する．主に以下の事項に取り組む．
○ビット誤り率の理論解析：平成26年度に引き続き，本方式のビット誤り率の詳細な理論解析を進める。特に，理論解析とシミュレーション解析の結果が一致するかどうかの確認をしていく．また，理論式は多重積分を含むことが予想されるため，何らかの近似を利用して理論式を簡略化することが一つの課題としてあげられる．
○ピーク電力対平均電力比の低減：光無線ＯＦＤＭ方式でも送信信号に高いピークが発生するため，ピーク電力の低減が一つの研究課題となる．電波無線通信におけるピーク電力低減方法を本方式に応用するなど，引き続き有効なピーク電力低減方法を模索する．
○信号多重化方法の工夫：円偏光を利用する本方式は偏光多重方式の一つである．サブキャリアの多重方法などを含めて多重化方法について再検討し，さらなる通信性能の向上を図る．複数の光源の活用や空間変調技術を組み合わせることなども視野に入れて，適用技術の優先順位を考慮しながら多重化方法の検討を進める．
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