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波長及び空間多重を用いた光ファイバ無線伝送の高次多重化の研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K20934
補助金の研究課題番号 21H01331 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分21020:通信工学関連
研究機関東京理科大学

研究代表者

前田 譲治  東京理科大学, 創域理工学部電気電子情報工学科, 教授 (10256670)

研究分担者 高野 勝美  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (60302303)
Kariyawasam Amila  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (90801192)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード光ファイバ / 無線システム / マイクロ波 / 波長多重 / 空間多重 / 光ファイバ無線 / 光単側波帯信号 / 光空間多重 / MIMO
研究開始時の研究の概要

5G/6G 無線ネットワークでは、多入力多出力伝送実現のために基地局に多数のアンテナが配置され、それぞれに高度な制御が要求されている。本研究では、基地局で使用する多数のアンテナをアナログ光ファイバ無線によるリモートアンテナによって構成し、極めて簡素な基地局を実現することを目的として、波長・空間の多重化方式を併用して高次の多重化を行う方式を検討する。光単側波帯変調による波長帯域の高効率利用とモード多重により、1 本のファイバで 1 つの基地局分のリモートアンテナを収容することを目指す。

研究実績の概要

高密度波長多重およびファイバのモード多重を併用したアナログ光ファイバ無線 (A-RoF) システムの原理確認を試みる。モードの異なるチャネルに多入力多出力 (MIMO) 伝送による同一の無線送受信グループを割り当て、無線受信機のMIMO処理でモード間クロストークを等化する。またファイバの波長分散によるフェージングを回避するため、搬送波付き光単側波帯 (OSSB+C) 信号を生成して伝送に用いる。
2023年度は、光直交変調器の直流バイアス点の相違による変調歪特性の変化を詳細に調査した。また直流バイアスを自動制御するコントローラを導入し、安定したOSSB+C信号の生成を実現した。また、2022年度に購入したモード多重・分離装置のクロストーク特性を詳細に調査した。
・光直交変調器を用いた搬送波付き光単側波帯信号生成における変調歪の調査:光直交変調器を用いたOSSB+C信号の生成にあたり、変調歪の影響を小さくできるバイアス点を実験を通じて調べた。この結果、搬送波を同相成分にのみ重畳する方法が低歪な信号を生成できること、また伝送時に生じるペナルティも小さくなることが明らかになった。
・光直交変調器の直流バイアスの自動制御による光単側波帯信号の安定生成:ニオブ酸リチウムを使用した光直交変調器では変調曲線が時間的に変動する。そこで2023年度には直流バイアスを自動制御するコントローラを導入し、側波帯抑圧特性の長時間安定化を試みたところ、長時間にわたって安定した動作を実現した。
・少数モードファイバのモード多重・分離装置によるモード間クロストークの詳細:モードの多重装置の入射側ピグテイルにおける偏波状態を変化させた際に生じる分離側におけるクロストークを詳細に調べた。この結果、モード群の間のクロストークは比較的小さいが、各モード群内では極めて強い結合が生じることを確認した。

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

本研究の最終目標である、A-RoFの波長・モード分割多重によるマイクロ波帯MIMOチャネルの収容システムの構築とその伝送特性の評価に必要な準備は以下の通りである。
1. マイクロ波帯2x2MIMO送受信システムの構築 2. 他チャネルを模擬するオフライン送受信システム 3. OSSB+C信号の低歪かつ安定した生成 4. 波長多重合分波器の導入と特性評価 5. 少数モードファイバとモード合分波器の導入と特性評価
このうち2022年度までに 2, 4 は完了している。2023年度には、1 のアップコンバート部の改良と 3 の詳細の詰め、ならびに 5 の基礎的検討を行った。この結果、マイクロ波の送受信部および光直交変調器の駆動部などの不安定要素を排除することができた。また、モード合分波器の基本特性が実験により明らかになり、最終年度の総合実験に向けた準備が整った。以上より、進捗はおおむね順調と考えている。

今後の研究の推進方策

最終年度の総合実験では、a. 2x2 MIMO無線チャネルのOSSB+C信号によるA-RoFへの収容 b. 少数モードファイバ内のモード間クロストークのA-RoF伝送への影響の調査 c. ファイバのモード多重による2x2 MIMO無線チャネルの収容可能性の検討 を順に行う。
a. の実現に向け、特性の揃った1対のOSSB+C信号生成システムを構築する。専用のケーブル配線を用いて2つのチャネルの対称性を向上するなど、実装面でのチューニングを高精度に行う。
b. では、モード群間のクロストークの影響を調べる。昨年度の研究により、同一モード群内では極めて大きい結合が生じることがわかった。そこで、異なるA-RoFチャネルを異なるモード群に収容した際に生じる、モード間クロストークによるペナルティを調べる。
c. では、異なるモード群に2つのMIMO空間ストリームを収容した場合と、同一のモード群に属する2つのモードに収容した場合を検討し、それぞれの伝送特性を詳細に調べる。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] アナログ光ファイバ無線の偏波多重に関する実験的検討2021

    • 著者名/発表者名
      中村 容・カーリヤワサム アミラ・前田譲治
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 121, no. 75 ページ: 15-19

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] アナログ光ファイバ無線における自己位相変調による分散誘起フェージング補償に関する実験的検討2021

    • 著者名/発表者名
      奥主健人・カーリヤワサム アミラ・前田譲治
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 121, no. 251 ページ: 21-26

    • NAID

      40022768886

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 数モードファイバの光ファイバ無線伝送への応用に関する検討~モード合波器への入射偏波に対する合分波特性の変化 ~2024

    • 著者名/発表者名
      梅雨軒, 竹島大貴, 前田譲治
    • 学会等名
      電子情報通信学会2024年総合大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 光残留側波帯変調の円状信号軌跡を利用した光QPSK信号の変調スペクトル2024

    • 著者名/発表者名
      片山涼雅,高野勝美
    • 学会等名
      応用物理学会令和6年東北地区若手研究者研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 光直交変調器を用いた搬送波付き光単側波帯信号生成手法の比較2023

    • 著者名/発表者名
      髙橋優輝, 前田譲治
    • 学会等名
      電子情報通信学会2023年ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 電界吸収型変調器と位相変調器の縦続接続によるOSSB信号の生成2023

    • 著者名/発表者名
      浅野智哉・前田譲治・Amila Kariyawasam
    • 学会等名
      電子情報通信学会2023年総合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] DP-IQ変調器と偏波干渉計を用いたOSSB+C信号送信機の検討2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木優介・藤嶋宏典・カーリヤワサム アミラ・前田譲治
    • 学会等名
      電子情報通信学会2023年総合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Nonlinear Phase Shift Mitigating Dispersion-Induced Fading in Radio-over-Fiber Link2022

    • 著者名/発表者名
      Kento Okunushi, Amila Kariyawasam, and Joji Maeda
    • 学会等名
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Experimental Study on the Effect of Modulation Distortion on DDMZM Based OSSB+C Signal Generation2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Suzuki, Ryo Okajima, Amila Kariyawasam, and Joji Maeda
    • 学会等名
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Chromatic Dispersion on Modulator Distortion in Analogue Radio-over-Fiber System Employing Electrical Pre-Distortion2022

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Fujishima, Amila Kariyawasam, Joji Maeda
    • 学会等名
      2022 International Conference on Emerging Technologies for Communications
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Nonlinear Phase Shift Mitigating Dispersion-Induced Fading in Radio-over-Fiber Link2022

    • 著者名/発表者名
      Kento Okunushi, Amila Kariyawasam, Joji Maeda
    • 学会等名
      The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Experimental Study on the Effect of Modulation Distortion on DDMZM Based OSSB+C Signal Generation2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Suzuki, Ryo Okajima, Amila Kariyawasam, Joji Maeda
    • 学会等名
      The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 搬送波抑圧光単側波帯変調技術とその展開2022

    • 著者名/発表者名
      高野勝美・カーリヤワサム アミラ
    • 学会等名
      レーザー学会講演会第42回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Overcoming Chromatic Dispersion Effects in Radio over Fiber System Using Optical Vestigial Sideband plus Carrier Signal2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Suzuki, Amila Kariyawasam, Joji Maeda
    • 学会等名
      2021 International Conference on Emerging Technologies for Communications
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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