A Study on Multi-access Underwater Simultaneous Wireless Power and Information Transmission Technology Using Visible Light Wavelength Adaptive Modulation

可见光波长自适应调制多址水下同时无线供电及信息传输技术研究

• 批准号: 21K04057
• 负责人: 小澤 佑介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04057/
• 关键词: 可視光ワイヤレス給電通信; 海中可視光通信; 多元接続型可視光ワイヤレス給電通信; 光符号分割多元接続; 多元接続方式; 可視光通信; 海中無線通信; 海中高速無線ネットワーク; 水中可視光通信; ワイヤレス給電; マルチアクセス

本研究では、海底国際資源の探索・発掘作業を円滑に進めるために複数の海中ドローンや海中センサ等に対して、可視光を用いたワイヤレス通信・ワイヤレス給電を同時に実現する多元接続型海中可視光ワイヤレス給電通信（多元接続型海中SLIPT）の基礎理論構築を目的としている。この研究目的実現のために4つの課題、（A）空間分割技術を基盤とした多元接続型SLIPT技術の理論解析（R03年度課題）、（B）推定海中空間チャネル状態に応じた適応変調技術の理論解析（R03-04年度課題）、（C）光波長適応変調技術を用いた多元接続型SLIPT技術の理論解析（R04年度課題）、（D）（A）から（C）の基礎実験評価系製作と通信・給電性能の基礎的実験評価（R05年度課題）の達成を目的としている。今年度はとくに課題（B）に取り組み、（B1）適応変調技術の高度化、（B2）SLIPT受信機の最適化、（B3）角度ダイバーシティ受信機の最適化、について検討を行った。その結果、（B1）では、通信性能を決定する送信信号点間距離と給電性能に影響を与える受信信号変動率を柔軟に選択できる信号点拡張技術の提案とその理論構築を提案した。また、（B2）では、通信と給電に用いる受信電力を分離する電力分離型SLIPTを検討し、受信電力を分離する際の比率を所望の通信性能を満たしつつ給電電力を最大化するように最適化することが可能となった。最後に、（B3）では複数の光受信機を異なる角度で配置した角度ダイバーシティ受信機を検討し、海中で任意の通信エリアに対し信号電力対雑音比を最大化する光受信機の配置及び光受信機に配置するレンズのField-of-Viewを導出する、配置アルゴリズムについて提案を行った。これらの要素技術については昨年度構築した海中光通信路モデルを考慮し、理論解析・数値評価を行った。

This study aims to establish the basic theory of multi-dimensional underwater visible light communication (multi-dimensional underwater SLIPT) for the exploration and exploration of underwater international resources. The purpose of this research is to realize the four problems: (A) theoretical analysis of spatial division technology, basic plate and multidimensional connection SLIPT technology (R03 annual problem),(B) theoretical analysis of estimation of spatial generation state in the sea, and appropriate modulation technology.(R03-04 annual project),(C) Theoretical analysis of multi-dimensional SLIPT technology for optical wavelength modulation (R04 annual project),(D)(A)(C)(D)(D)( This year's topic (B) selection,(B1) optimization of adaptive modulation technology,(B2) optimization of SLIPT receiver,(B3) optimization of angle receiver, and optimization of detection. The result is that (B1) the communication performance is determined by the distance between the transmission signal points, the influence of the transmission performance, and the flexibility of the reception signal. (B2) Power separation type SLIPT is used to optimize the desired communication performance by maximizing the received power. Finally,(B3) the configuration of the optical receiver and the configuration of the optical receiver to maximize the signal power to sound ratio for any communication in the sea are proposed. This paper discusses the construction of optical communication network in the sea, theoretical analysis and numerical evaluation.

项目成果

時間分割型USLIPTにおける最適CSK信号点空間拡張に関する検討

时分USLIPT中最优CSK信号点空间扩展研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 江尻真希志;桑田昌佳;久我宣裕;伊与田友貴，小林健太郎，中條 渉;向後拓磨・小澤佑介・羽渕裕真
• 通讯作者: 向後拓磨・小澤佑介・羽渕裕真

Effects of Synchronous Timing Gap on Energy-Efficient MC-CDMA On-Demand WSNs Using Packet Combining Scheme

同步定时间隙对使用数据包组合方案的节能 MC-CDMA 按需 WSN 的影响

• DOI: 10.2299/jsp.26.107
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Signal Processing
• 作者: Suetake Masanori;Li Gen;Habuchi Hiromasa;Kozawa Yusuke
• 通讯作者: Kozawa Yusuke

Recognition of 2D LEDs array pattern for underwater image sensor communication by R-CNN

通过 R-CNN 识别用于水下图像传感器通信的 2D LED 阵列模式

• DOI: 10.1109/wpmc52694.2021.9700422
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 2021 24th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC)
• 作者: Sawa Takao;Kozawa Yusuke;Goto Shinpei;Takeuchi Tomoaki;Shibagaki Taro
• 通讯作者: Shibagaki Taro

Chlorophyll concentration-based CSK constellation point design for underwater SLIPT with priority on communication performance

基于叶绿素浓度的水下SLIPT CSK星座点设计，优先考虑通信性能

• DOI: 10.1109/wpmc52694.2021.9700409
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 2021 24th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC)
• 作者: Kogo Takuma;Kozawa Yusuke;Habuchi Hiromasa
• 通讯作者: Habuchi Hiromasa

Theoretical analysis of received optical intensity of underwater image sensor based visible light communications using RGB-LEDs

基于 RGB-LED 的可见光通信水下图像传感器接收光强度的理论分析

• DOI: 10.1109/wpmc52694.2021.9700471
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 2021 24th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC)
• 作者: Yokoo Kazune;Kozawa Yusuke;Sawa Takao
• 通讯作者: Sawa Takao