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ホーム電波を効率よく利用するヘテロジニアスワイヤレスシステム
SDGsの分類
研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクス
学科の分類
情報科学部ネットワークデザイン学科

電波を効率よく利用するヘテロジニアスワイヤレスシステム

情報科学部

ネットワークデザイン学科

光電波ネットワーク研究室

塚本勝俊 教授

RoFヘテロジニアスワイヤレス

Beyond 5Gなどの将来のワイヤレスアクセスネットワークにおけるフロントホールの課題に、無線アクセス区間の広帯域化に伴うMIMOアンテナ数の増加やIoT基盤への応用に起因したフロントホール伝送容量の増大、 一層のスモールセル化に伴って発生する膨大な数のDU(分散無線ユニット)を有する基地局設備の設置、それらへのフロントホールリンク数の増大がある。これらに対する一つの解決策となるのが光ファイバの中に様々な電波に対して透明な自由空間を提供するRoF (Radio over Fiber) ネットワークである。RoFを用いることによってヘテロジニアスワイヤレスに汎用的に使用できるフロントホールと基地局が実現できる。また分散アンテナシステムの構築も容易となる。本シーズでは、RoFによる分散アンテナシステムを紹介し、それを用いた位置検出システムへの取り組みについて述べる。

光ファイバの中に様々な電波に対して透明な自由空間を提供するRoF (Radio over Fiber) ネットワーク

RoFは、光通信技術と無線通信技術の融合システムであり、光ファイバの低損失・広帯域によって様々な電波形式に対して汎用性をもつ無線基地局と汎用フロントホールリンクを構成できる。伝送される電波がディジタル化されたDRoFもあり、4Gモバイルで採用されている。

Beyond 5Gなどの将来のワイヤレスアクセスネットワークにおけるフロントホールの課題

無線アクセス区間の広帯域化に伴うMIMOアンテナ数の増加やIoT基盤への応用が今後進んでいくと、フロントホール容量を一層増大する必要が生じ、また一層のスモールセル化が進むと、それに伴って膨大な数のDUと基地局を設置しなければならず、また、それらへのフロントホールリンク数が増大することが予想される。

また、フロントホールネットワークとバックホールネットワークの境界に置かれるユースケース毎のCU (Central Unit)とDUの機能分離の位置、ならびにネットワークスライスの方法次第では、フロントホールにバックホールと同等なコアネットワーク伝送方式が必要になってしまう。

ヘテロジニアスワイヤレスサービスを効率よく提供するRoFフロントホールネットワークとワイヤレスエージェント

このようなCU−DU間のフロントホールネットワークのDUに近い部分をRoFネットワーク化すれば、様々なネットワークスライスから用途に応じて、ヘテロジニアス無線波の中から所要の電波形式の無線信号を汎用アンテナユニットまでそのまま転送することが可能となり、経済的なフロントホールネットワークの構築が期待できる。それと共に、既存ファイバや既存装置の容易な活用も期待される。これにはMIMO伝送などに伴う多数のヘテロジニアス無線波の多重が必要であるが、TDM/WDM-PON技術の適用が考えられる。

また、CUにユーザセントリックスペクトルデリバリ機能を持たせれば、ユーザの要求・意思に応じたNWスライスの選択制御を行うことによって、所要の ユーザQoEの達成と電波周波数の有効利用を両立したヘテロジニアスワイヤレスの運用を実現しやすくなる。その機能を果たすワイヤレスリソースマネジメントエージェントの開発とそのネットワークへの実装方法が今後の課題である。

ヘテロジニアス電波空間を利用した位置検出システム

WiFiやLPWAのような自営波を使用した利便性が高い無線システムの利用がますます進む中、モバイルシステムでもローカル5Gのように、閉空間において自営波と同様に比較的容易に電波周波数を利用できるシステムが登場している。したがって、今後ますます周波数や変調方式が異なる様々な形式のヘテロジニアスワイヤレスを利用したシステムが、今後のIoTの進展と共に広がることが予想され、それらを利用したスマートシティなどの社会サービスへのニーズが高まっていくものと考えられる。そのようなヘテロジニアスワイヤレスシステムの共通基盤には、先述した電波形式に透明なRoF分散アンテナネットワークが適している。

このネットワークの制御局(CU)には、分散された基地局アンテナ(DU)でのヘテロジニアス無線波の送受信を時間的/空間的に切替える機能(スペクトルデリバリスイッチ機能)を容易に装備することできる。

このデリバリスイッチを用いれば、送受信する分散アンテナを選択することが可能となり、その結果、閉空間において様々な電波形式の無線波が形成する電力分布(ヒートマップ)を時間的に切り替えたり、周波数ごとに異なる電力分布を形成することができる。これらの(周波数,空間,アンテナ位置,時間)が変化することによって得られる多次元ヘテロジニアスワイヤレスヒートマップが、互いに空間的に無相関であれば、これらを用いて、未知の場所に位置する端末の受信電力値から、多次元統計処理を行うことによってその端末の位置を推定することが原理的に可能となる。現在、そのような位置検出方式の原理的、実験的確認とシステム開発を行っている。

研究者INFO: 情報科学部 ネットワークデザイン学科 光電波ネットワーク研究室 塚本勝俊 教授

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 超LSIの封止樹脂は,エポキシ樹脂にシリカ粒子が分散されており,界面の接着による高強度化や吸水率低減の目的でシランカップリング剤も加えられている。発表者らは,以下の比較からさらに高性能化できるシランカップリング剤の構造と使用方法を明らかにした。1)前処理法とインテグラルブレンド法  2)構造:界面結合型と疎水化型  3)界面の結合とマトリックスの改質  今後,自動車組立はエポキシ樹脂による接着が主流になるが,この高性能化にも応用可能である。

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多軸制御工作機械の加工精度向上

除去加工を行う工作機械は、機械の精度が悪いと加工方法や工具がどんなに良いものを使用しても加工されたものの精度はよくなりません(母性原則)。しかし、機械そのものの精度はあまり見えてこないのが実情です。特に多軸制御工作機械は機械そのものの精度を検査する方法も定まったものが存在しません。そこで私たちの研究室では機械の運動精度を検査する方法を提案し実施することでまず機械の精度を保証し、そのうえで加工方法について提案を行っています。

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近年、光と電波の性質を兼ね備えたテラヘルツ領域電磁波(テラヘルツ波)が、さまざまな分野で役立つことから注目を集めています。テラヘルツ波は超短光パルスを半導体結晶に照射すると発生させることができます。その発生特性は、電子や原子の状態の超高速な時間変化を反映します。よって、それらの時間変化を制御することができれば、発生するテラヘルツ波を制御できるようになります。本研究室では、独自の計測システムを駆使して電子・原子の超高速現象を調査し、テラヘルツ波放射機構の解明と放射特性の制御を目指しています。

Mellor Andrew

Vocabulary Acquisition

Acquisition of vocabulary is essential for learners of English. Successful learners need to make decisions about what vocabulary to learn, what aspects of vocabulary knowledge to master and how to study the vocabulary effectively. Vocabulary includes not only single word items but also multiword items. Learners have to decide which items to concentrate learning on. Items which occur more frequently in English may be useful but learners also need to acquire items relevant to their personal interests and circumstances. Vocabulary knowledge is multi-dimensional including elements related to form, meaning and use. This knowledge may develop through stages of receptive and productive ability. There are many strategies that can be used to learn vocabulary effectively. Points to consider may be whether to learn vocabulary in context or in isolation, whether to learn vocabulary in semantic groups, and how to reinforce learning for effective acquisition.

神納 貴生

X線画像による非破壊検査に向けた微弱特徴の可視化

社会インフラを支える工業製品など,簡単に停止して点検できないものは多く,それらは非破壊検査によって点検される.非破壊検査の一つとして,X線画像を用いた検査が挙げられる.X線は物体の透過率の違いにより内部構造を写し出せるが,X線が透過し難い金属などで覆われている場合,映し出せる内部構造の像は薄くはっきりとしないものとなる.これまで個別の工業製品に対するX線画像検査は熟練工の目視技術によって成り立っていたが,本技術は熟練工が確認する特徴を可視化して誰もが頑健に検査できるようにする.

小西 将人

実行不要な命令を動的に排除する効率的なプロセッサ

プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして,ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。この研究の目的は,不要なロード命令の一部を動的に排除(スキップ)するようなプロセッサの構成を提案し,命令実行の効率性をあげようとするものである。予備評価によりおおよそ15%程度のロード命令がスキップできる可能性があり、プロセッサ全体の性能を向上させることが期待できる。

周 虹

光無線融合通信技術を用いた5G MIMO信号中継伝送システム

1本或いは少数本のRoF(Radio on Fiber)リンクで超高速5G MIMO無線情報信号を中継することにより、特に僻地や過疎化地域における5G基地局の設置数を減らし、5Gネットワークの構築及び運営コストを削減して、僻地や過疎化地域への5G通信サービスの普及に貢献します。

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