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Long Distance Underwater Wireless Optical Communication System using Visible Light Laser Array with Directivity Control Function

采用具有方向性控制功能的可见光激光阵列的长距离水下无线光通信系统

基本信息

批准号：
20K04937
负责人：
中村一彦
金额：
$ 2.75万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では，水中でギガビット級の高速無線通信を実現するため，水中伝送距離の延伸を目的として，可視光レーザーアレイに指向性制御機能を持たせた送信機の実現を目的としている．当該年度は，青色光よりも濁水中での伝搬距離延伸が期待できる，波長520nmの緑色光の半導体レーザを2個用いた送信機を用いて，前年度に引き続き水槽による原理確認実験を主とした検証を行った．これまでは透明な水槽を用いて，側面から光信号を水中に入射して実験を行ったが，水槽の部材（アクリル）と空気，水の屈折率差によりそれらの境界面で光が屈折しビームが所定の光軸からずれてしまうことで，受信機へのビーム制御が精密に行えないという問題が明らかになった．そこで，光の出射部を水中に設置できるよう，自由空間射出型ではなく光ファイバピグテール射出型の半導体レーザーを導入することで，前述の光軸ずれを抑えることができ，事前に行った計算機シミュレーションとほぼ同様のビームステアリングが可能であることを確認した．しかし，その半導体レーザーのノイズフロアのレベルが高く，これまで行ってきた伝送実験でも用いてきた直交周波数分割多重(OFDM)信号やTomlinson-Harashima Precoding(THP)を適用した4レベルパルス振幅変調(PAM4)信号をその半導体レーザーを用いて伝送したところ，誤り訂正符号適用によりエラーフリー伝送が可能となるビット誤り率の目安となる10^-3以下を達成することが困難であることも確認できた．

This research aims to realize the high-speed wireless communication in water, extend the transmission distance in water, and maintain the directional control function of the transmission machine. In this year, the blue light in the turbid water transfer distance extension is expected, the wavelength of 520nm green light semiconductor circuit, two use of the transmitter, the previous year in the introduction of the water tank, the principle of confirmation of the main test. The light is reflected on the surface of the transparent water tank, and the light is reflected on the surface of the transparent water tank. The light is reflected on the surface The light emitting part is installed in the water, and the free space emission type is introduced into the semiconductor of the light emitting type. The optical axis of the light emitting part is suppressed, and the computer is operated in advance to confirm the possibility of the light emitting part. For example, in the case of OFDM signals, Tomlinson-Harashima Precoding(THP) is applicable to PAM4 signals, and in the case of OFDM signals, PAM4 signals are applicable to PAM4 signals. Error correction symbol applicable