2018 Fiscal Year Annual Research Report
Optical Wireless MIMO Systems with High Density Arrays for Indoors Industrial Machine Networks
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17H03265
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
片山 正昭 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60185816)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光無線 / 光空間通信 / MIMO / 高密度アレイ / イメージングMIMO / 光CDMA / 多元接続 / スマートファクトリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，工場等における産業機器のための通信ネットワークを光無線技術によって実現する上で不可欠な基幹技術を確立することを目的とし，光無線MIMOシステムの研究を行い，さらにその多対多ネットワーク化を見据えて光多元接続技術についても研究を行っている．
前年度より構築している４×４赤外線光無線MIMOシステムについて，実験により特性評価を行い，20Mbps以上の高速伝送が実現できること等を示した．またアレイ素子の個々にレンズを用いる従来方法とともに，複数のアレイ素子に対して共通レンズを用いるイメージングMIMO方式について，受信機のプロトタイプモデルの試作を行った．
MIMOシステムの送受アレイの各素子間の伝搬特性を表す伝搬行列は，電波系では確率現象となるのに対し，光無線系では，送受光アレイの構造や視野角調整などの光学設計により伝搬路の特性を示す伝搬路行列を制御することが可能である．そこで，どのような伝搬路行列を目指してアレイを設計したら良いのかという指針を得ることを目的として，通信距離やアレイ素子間隔と伝搬路行列の関係性を示し，さらに通信距離や素子間隔と通信性能(通信路容量・誤り率)との関係を評価した．その結果，信号対雑音比が小さい場合には，伝搬路行列は対角行列であるより一様行列である方が良い通信性能を得られること，伝搬路行列の評価指標として従来良く用いられている条件数は，多素子(3×3以上)MIMOでは通信性能を完全に表現することができないこと等を明らかにした．
光無線MIMOにおいては，電波系とは異なり，線形処理で特定の信号を除去することは困難である．MU-MIMOシステムを光無線で実現するためには，電波系とは異なるアプローチが必要となる．そこで，CDMAとMIMOの組み合わせや，干渉除去技術の利用による方式の検討を行い，その性能の検証を行った．
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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
初期の計画で期待していた成果が得られている．特にMIMOシステムにおいて，光無線系と電波系の本質的違いを明らかにしたことは，新規性・有効性の観点からも重要な成果である．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で，伝搬特性を表す伝搬路行列の設計が可能であるという点が，電波によるMIMOにはみられない光無線MIMOの特徴であることを明らかにした．今後は，この特徴に着目し，光無線MIMOに望ましい伝搬路行列を検討し，それを実現するアレイ素子について実証を行う．また，アレイ素子の個々にレンズを用いる従来方法とは異なり，複数のアレイ素子に対して共通レンズを用いる新しい方式(イメージングMIMO)の実験評価も行うことで，さらに高性能な光MIMOシステムの実現を目指す．また多対多ネットワークの実現を見据えて，CDMAとMIMOの組み合わせや，干渉除去技術の利用による新しい光MU-MIMO方式の検討を行い，その性能をシミュレーションと実験によって検証する．
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