Vol.107 No.9 (2024/9)　目次へ

解説

水中音響通信のための無線伝送方式の課題と解決策

Wireless Transmission Technologies for Underwater Acoustic Communications: Challenges and Solutions

久保博嗣

久保博嗣　正員：シニア会員　立命館大学理工学部電子情報工学科

Hiroshi KUBO, Senior Member (Faculty of Science and Engineering, Ritsumeikan University, Kusatsu-shi, 525-8577 Japan).

電子情報通信学会誌　Vol.107 No.9 pp.875-883 2024年9月

A bstract

　移動体通信のラストフロンティアと言われる水中通信は，Beyond 5Gでのカバレージ拡張の議論もあり，近年注目が高まりつつある．水中通信において移動を想定すると，音波を用いた水中音響通信（UWAC）が最有力となる．ここで，UWACと陸上における電波による移動体通信（陸上移動体通信）は幾つかの類似点があるが，大きく異なる点も多々存在する．本稿では，陸上移動体通信と対比してUWACの特徴について論じ，UWACの無線伝送方式の課題と解決策について議論する．加えて，筆者が実浅海実験を通じて得た，UWAC特有の伝搬環境の特徴に関しても記載している．

キーワード：水中音響通信，二重選択性伝搬環境，無線伝送方式，アレー合成，リサンプラ

1．ま　え　が　き

　近年，水中通信の実現に関する検討が活発化してきている．水中通信の活用先としては，科学研究，地形計測，資源探索等が挙げられる．更に，水中通信は，Beyond 5Gのカバレージ拡張のターゲットの一つとしても注目が高まりつつある．水中通信の実現に関しては，電波，光，音が候補となるが，ある程度の通信距離を確保し，移動環境を想定すると，音波による水中音響通信（以降，UWACと略）がほぼ唯一の候補となる．以上を受け，近年多くの解説文献が発刊されている⁽¹⁾^～⁽⁹⁾．

　移動体通信は，陸上における電波による移動体通信（以降，陸上移動体通信と略）において，飛躍的な発展を遂げた．移動体通信では，ドップラーシフト広がりと遅延時間広がりが大きい伝搬環境，すなわち，3．で述べる二重選択性伝搬環境^(用語)^,⁽¹⁰⁾^～⁽¹²⁾が性能を左右する．UWACでは二重選択性の克服が大きな課題であることもあり，陸上移動体通信と同じ範ちゅうで語られることも多い．しかし，UWACは陸上移動体通信と類似点もあるが，大きく相違する点も数多く存在する．本稿では，陸上移動体通信との比較という視点も加味しつつ，UWACの特徴，課題，解決策の順序で議論する．加えて，筆者がUWACの実海洋環境実験を通じて得た，陸上移動体通信の視点から見たUWAC特有の伝搬環境の特徴に関しても付記する．

　筆者は本稿に先立って，文献(６)でUWACについて論じており，本稿ではUWACの基本部分を除いて，可能な限り重複を避けるようにしている．それゆえ，本稿を読む前に，文献(６)を一読頂けるとありがたい．また，本稿では，文献(11)と同様， math は時間， math は周波数を示すものとし， math は遅延時間， math はドップラーシフトを示すものとしている．文献(６)では，ドップラーシフトは math や math と math を用いて記載しているので，本稿では math と読み替える必要がある．