| 研究課題/領域番号 |
21K04060
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21020:通信工学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
笹森 文仁 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (70298090)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | OFDM / 繰り返し送信 / 広域化 / 低消費電力化 / 理論的解明 / 実験的検証 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
第5世代の移動通信システム（5G）では，従来の移動通信だけでなく，モノのインターネット（IoT）向けのサービスも提供されている．IoTでは，人が住んでいない中山間地域でもモノの通信が発生することから，低コストかつ低消費電力で広域をカバーする技術が必要であり，同じ信号を繰り返し送信して伝送品質を向上する技術が採用されている．しかし，繰り返し送信数に比例して伝送速度が低下する欠点がある．そこで本研究では，伝送速度と伝送品質の双方の向上を目的とした繰り返し送信方式を新たに提案し，提案方式の優位性及びその波及効果について，理論と実験の両側面から明らかにする．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，伝送速度と伝送品質の双方の向上を目的とした繰り返し送信方法を新たに提案している．伝送特性は無線回線状態によって大きく変動することから，提案方式の優位性及びその波及効果を理論的に解明するために，繰り返し送信回数及び無線回線状態をパラメータとした伝送特性の理論式を導出する．また，提案方式は無線エリアの広域化及びIoT機器の低消費電力化の観点で優位性があることを実験的に検証する．
前者の理論検討に関しては，今年度は，昨年度導出したビット誤り率の理論式を拡張し，より汎用的に利用できる理論式を確立した．具体的には，繰り返し送信回数を一般化するとともに，1次変調方式をPSKだけでなくQAMにも拡張した．理論式の妥当性を検証するために，繰り返し送信回数を2,4,8,16の4パターンに設定したときのビット誤り率について，理論値とシミュレーション値を比較した．その結果，ビット誤り率が高い領域（伝送品質が悪く実際には通信が厳しい領域）では両者の間に誤差が生じるものの，ビット誤り率が低い領域（伝送品質が良く実用的な領域）では両者が概ね一致していることが確認できた．
後者の実験検討に関しては，昨年度に構築した実験プラットフォーム（FM電波，超音波，音波，428MHz帯電波）に加えて，143MHz帯電波及び可視光を用いた実験プラットフォームも構築し，様々な伝搬環境において伝送実験を実施した．また，処理能力が低いIoT機器での実験を視野に入れ，提案方式の変調処理を実装したAndroid端末やESP32マイコンボードを送信機とした伝搬実験も実施した．その結果，従来の繰り返し送信方法よりも低送信電力で高品質の伝送が実現できることと，同等の送信電力で高スループット伝送が実現できることを実験的に立証した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実施計画では，2年目以降の計画として，「提案方式の波及効果の検討（高効率な繰り返し送信方法の追求）」と「実験的検証の実施」を掲げている．
前者の理論検討としては，繰り返し送信回数を一般化した熱雑音環境におけるビット誤り率の理論式に関して，一部誤差は含むものの，定式化は完成した．繰り返し送信回数を増加させることで高効率な繰り返し送信を達成できるとともに，スループットの向上効果が見込める変調方式の多値化（QAMへの拡張）も包含した理論式を導出することができた．
後者の実験検討としては，FM電波，超音波，音波，428MHz帯電波，143MHz帯電波及び可視光といった様々な伝搬環境において伝送実験を実施でき，提案方式の優位性を実験的に検証できた．
以上より，「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究実施計画で2年目以降の計画として掲げたテーマのうち，未検討の内容について研究を進める．
具体的には，導出した熱雑音環境下におけるビット誤り率の理論式には一部誤差が含まれるため，その誤差要因を追求するとともに，フェージング環境下におけるビット誤り率の理論式も導出する予定である．
また，研究期間を通して得られた提案方式に関する理論的な知見を実験検証する．自由空間での伝搬損失（受信電力は距離の2乗に反比例して減衰）を考えると，繰り返し送信数をL倍に増やせばL倍の電力で復調できることから，同一の送信電力で伝送品質を担保できる距離を√L倍に拡張できる．ただし，電波の減衰の仕方(無線エリアの拡張範囲)は環境によって大きく異なることから，様々な無線環境で実証実験を実施し，導出した理論式を用いて検証する．
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