海中・水中IoTにおける無線通信技術の研究開発

水中や海中での通信は、従来音響通信によるものが一般的であった。だが、現在「水中・海中で電波による通信はできない」という先入観を打破し、中距離通信あるいは長距離通信の技術確立を目指すプロジェクトが進行している。新しいニーズに応える研究開発を進める福本幸弘氏に、本プロジェクトの着眼点や目標を聞く。

これまで、水中や海中での無線通信は行われていなかったのでしょうか。

福本　従来、海中では電波による通信が用いられてきませんでした。海中での無線通信と言うと、もっぱら音響通信、つまり音波を使う通信が一般的でした。研究レベルでは光や電波を使ったものもあったのですが、実用化を目指すにはほど遠いものでした。これはどうしてかというと、電波を扱う人にとっては「海水は導電体であり、海中では電波は飛ばない」というのが常識だったわけです。これが、これまで海中での電波通信の開発がなされてこなかった理由かと思います。

このプロジェクトでは、これまで開発されてこなかった技術に着目しているということですね。

福本　海中では「電波は飛ばない」と言いましたが、「高い周波数ではほとんど飛ばない」というのが正確な表現になります。しかし、１MHz以下の周波数を用いると電波は数メートルは飛びます。ただし、低い周波数では電波は飛んでも伝送できる情報量はわずかで、IoT機器との通信には不十分です。そこでわれわれは、その低い周波数帯を広帯域に使う「OFDM技術」を用いて動画伝送が可能な1Mbps以上のスピードでの通信伝送が可能と考えたのです。われわれはそれに関する要素技術、具体的には海中電磁波解析技術、アンテナ技術、中波～短波帯のOFDM変復調技術を有していますので、本プロジェクトにおいて、これらを総動員し、この目標にトライすることにしました。

このプロジェクトの成果からどのようなことが期待できますか。

福本　今回のプロジェクトを進めるにあたって、水産業あるいは湾岸工事や海洋工学に携わっておられる方々といろいろとお話ししました。その中で「音響通信で使えない部分」、「電波通信が得意とするようなシーン」といったところでのニーズが非常に大きいことがわかってきました。例えば水産業でいうと「養殖業施設における長期間の低コスト動画撮影」であり、湾岸工事でいうと「湾岸設備の保守におけるIoTセンサー情報の収集」などです。これらは、実は音響通信が苦手とするものなのです。われわれは「短距離だが高速通信ができる」というメリットが活かせます。さらにコストや保守性においても優れており、海中での通信システムの長期運用が可能です。海の中のIT化はまだまだ未開拓領域であり、こういった分野でのニーズが非常に大きいと感じています。音響通信との比較ではなく、むしろ音響ではできなかった領域での通信技術として非常に期待できると感じています。

今後の研究開発の目標をどこに置いていますか。

福本　2024年度までに水中および海中での動画転送が可能な中距離通信（4mの距離で1Mbps）を実現し、大型水槽や実海域での実験によって技術確立を行うことが1つ。そして、中距離通信と連携して、海中での中継局を利用したデータ収集を想定した長距離通信（10段以上のマルチホップ通信）システムの技術確立を行うことを目標にしています。

ありがとうございました。