水中音響モデムの通信速度と距離の統計(2026年):速度と距離、遅延、JANUS規格に関する55以上のデータポイント

水中音響モデム統計2026:深さ7,000 mからソナーデータを58 kbpsで送信、NATOの基準速度は80 bps。通信距離、遅延、消費電力、市場規模の最新データを詳しく解説する。

JAMSTECは2025年11月、日本海溝の水深7,000~7,500 mで作業する自律型無人潜水機から、最大約58 kbpsでソナーデータを送信した(JAMSTEC、Urashima 8000プレスリリース 2026)。一方、水中音響メッセージングで唯一のオープンな国際規格であるNATOのJANUSは、今も基準速度80 bpsで動作している(第4節参照)。この2つの数字の間に、この問題の物理のすべてがある。海水中の音は約1,500 m/sで伝わり、音響信号の減衰は1 kmあたり0.14 dBであるのに対し、電波は1 mあたり3.55 dBも減衰する(Schirripa Spagnoloら、Sensors 2020)。本稿が扱うのは、海中の無人機、センサー、ブイをつなぐ通信リンクであり、海洋騒音ではない。海洋騒音については水中音響と海洋ソナーの統計で取り上げた。海底の有線の代替手段については海底光ファイバーケーブルの統計を参照されたい。データは、ウッズホール海洋研究所(WHOI)、NATO海洋研究実験センター(CMRE)、海洋研究開発機構(JAMSTEC)、IEEE Journal of Oceanic Engineering、NOAA、PubMed CentralとarXivの査読付き論文、およびメーカー主張値と明記した製造元の仕様書から集めた。

主なポイント

  • 2025年11月の潜航中に、水深7,000~7,500 mから音響で約58 kbpsのソナーデータを送信(JAMSTEC、Urashima 8000プレスリリース 2026)。
  • わずか400 mの通信路で往復伝搬時間は約0.5秒(QarabaqiとStojanovic、Statistical Modeling of a Shallow Water Acoustic Communication Channel 2009)。
  • 100 km以上の通信路は1 kbps以下、1 km以下の通信路は最大100 kbps(Xu、Irigoien、Alouini、arXivサーベイ 2024)。
  • 600 kmの誤りのない伝送、ただし毎秒わずか37.5ビット(Northwestern Polytechnical Universityの研究、South China Morning Postの報道 2025)。
  • JANUSは2017年3月24日にNATO STANAG 4748として公布され、2024年時点でも唯一のオープンなデジタル水中音響規格(PetrocciaとAlves、NATO CMRE、OCEANS 2024)。
  • JANUSの高速モードのペイロードは、11415 mで96134 kHzを使い最大34.5 kbps(LiとZheng、IEEE Journal of Oceanic Engineering 2022)。
  • WHOI Micro-Modemのバースト最高速度は5,388 bpsだが、実測された単一チャネルのスループットは3,343 bps(WHOI Acoustic Communications Group 2026)。
  • 約120 mWで送信する低消費電力の研究用モデムの待機時消費電力は10 uW(Sanchezら、Sensors 2012)。
  • 水中での音響減衰は1 kmあたり0.14 dBで、電波は1 mあたり3.55 dB(Schirripa Spagnoloら、Sensors 2020)。
  • 2024年の世界市場はUSD 727.3百万、2034年まで年7.7%で成長(Global Market Insights 2025)。

1. 通信路の物理:音速、遅延、エコー

あらゆる音響リンクは、電波の技術者が目にすることのない時間的なペナルティを負う。約1,500 m/sでは、メッセージが1 kmを片道で進むのに約0.67秒かかり(1,000 mを1,500 m/sで割った値)、1 kmの距離で問い合わせと確認応答をやり取りするだけで、処理を始める前に1秒をはるかに超える時間がかかる。実測された浅海の通信路では、わずか400 mの往復伝搬時間が約0.5秒だった(Qarabaqi and Stojanovic, Statistical Modeling of a Shallow Water Acoustic Communication Channel 2009)。

2つ目の問題はマルチパスである。同じ信号のコピーが海面や海底で反射しながら異なる経路で届き、互いに重なり合う。これは音声システムが室内で戦っているエコーの問題(音響エコーキャンセレーションの統計参照)と同じ性質のものだが、数ミリ秒にわたって引き伸ばされ、しかも絶えず変化する。コヒーレンス時間、つまり通信路が固定とみなせるほど似た状態を保つ時間の長さが、受信機が通信路を学習し直す頻度を決める。移動がこれをさらに悪化させる。JAMSTECの音響技術グループは、10ノットで動く機体は、空中の電波が直面するものをはるかに上回るドップラーシフト(移動による周波数変化)を生むと指摘している。

指標値出典
海水中の音速(公称値)約1,500 m/sQarabaqiとStojanovic 2009
空中の電波と比べた水中音響リンクへのドップラーの影響4~5桁大きいJAMSTEC Underwater Acoustic Technology Research Group 2026
水深10 mの400 m通信路の往復伝搬時間約0.5 sQarabaqiとStojanovic 2009
直接波より経路が15 m長いエコーの追加遅延10 msQarabaqiとStojanovic 2009
ドップラー拡がり0.2 Hz(3 dB)から導かれる通信路のコヒーレンス時間約5 sQarabaqiとStojanovic 2009
信号減衰:音響対電波対光(澄んだ海水)0.14 dB/km 対 3.55 dB/m 対 0.39 dB/mSchirripa Spagnoloら、Sensors 2020
濁った水中での光の減衰11 dB/mSchirripa Spagnoloら、Sensors 2020

背景:QarabaqiとStojanovicの通信路は8~18 kHzの帯域で測定された。同論文は、平均受信電力が数秒のうちに数dBも変動しうると報告している。入手可能な最新データ:QarabaqiとStojanovic、2009年。Schirripa Spagnoloら、2020年。物理は変わっていないが、より新しい現場データセットはオープンアクセスでは乏しい。

2. 速度と距離のトレードオフ

この分野を特徴づける統計は速度そのものではなく積、つまりデータレートに距離を掛けたものである。周波数が高いほど多くのビットを運べるが、すぐに吸収されるため、1 km延びるごとに帯域で代償を払うことになる。2008年の中国の湖での研究は、「国際的に認められている」40 km·kbpsという基準に照らして自らを評価し、5 kmで9.09 kbpsを達成してこれを上回った。これは9.09 × 5 = 45.45 km·kbpsに相当する(Shen et al., Journal of Northwestern Polytechnical University 2008)。その後、複数の振動子を使う設計がこの上限を1桁押し上げた。表のとおりである。

周波数の選択にも同じ論理が働く。Xu、Irigoien、Alouiniによる2024年のスマートオーシャンのサーベイは、110 kHzの信号を数十km、場合によっては数百kmのリンクで毎秒数十数百ビット程度に位置づけ、100 kHz1 MHzの信号を数十数百メートルのリンクに位置づけている。この分野の第一人者であるMilica StojanovicはIEEE Spectrum 2017に対し、11.5 kHzはおよそ110 kmに適しており、10100 kmのリンクには約1 kHzの周波数が必要になると語った。

指標値出典
100 km以上のリンクの典型的なデータレート1 kbps以下Xu、Irigoien、Alouini、arXiv 2024
5~100 kmのリンクの典型的なデータレート約10 kbpsXu、Irigoien、Alouini、arXiv 2024
1~5 kmのリンクの典型的なデータレート約20 kbpsXu、Irigoien、Alouini、arXiv 2024
1 km以下のリンクの典型的なデータレート最大100 kbpsXu、Irigoien、Alouini、arXiv 2024
国際的な基準として引用される速度と距離の積40 km·kbpsShenら、J. Northwestern Polytechnical University 2008
5 kmでのOFDM湖上試験(OFDMはデータを多数の並列トーンに分割する)ビット誤り率10^-4で9.09 kbpsShenら 2008
JAMSTECのマルチパスMIMOリンク(複数の振動子が並列に送信)600 kbps·km超、既存機器の10倍以上JAMSTEC Underwater Acoustic Technology Research Group 2026
利用可能な帯域:音響対光リンク1~100 kHz 対 150 MHzSchirripa Spagnoloら、Sensors 2020

外れ値に関する注:サーベイの帯域は典型値であって限界ではない。第3節の現場記録は両極端に位置する。40 km·kbps基準に関する入手可能な最新データ:Shenら、2008年。

3. 現場記録と海上試験

記録は距離と深度の2つの系統に分かれる。中国のチームは、毎秒わずか37.5ビットで600 kmの誤りのない伝送を報告した。平均水深が約5.5 kmの海域で、ブイに取り付けた8素子のハイドロフォンアレイとQPSK変調を用いたものである(South China Morning Post 2025、詳細はIndian Defence Review 2025経由)。1,500 m/sでは、このリンクの各ビットは送信から約400秒後(600,000 mを1,500 m/sで割った値)、つまりおよそ7分近く経ってから届く。

もう一方の極では、JAMSTECのUrashima 8000の試験が、潜航中に海底のソナーデータを母船へ送り、乗組員が高さ2~5 mの構造物を見つけて任務の途中で計画を修正できるようにした。斜距離、つまり深度にある機体と受信機との直線距離は、ほとんどの試験で報告される指標である。2025年の音響グライダーの研究は、これを5 km以上まで伸ばした(Zou and Sun, Sensors 2025)。

指標値出典
報告された最長の誤りのないリンク(Acta Acusticaの研究)600 km、37.5 bpsNorthwestern Polytechnical University、SCMPおよびIndian Defence Review 2025の報道による
水深7,000~7,500 mのUrashima 8000からのソナーデータ速度(2025年11月)ユーザーデータ最大約58 kbps、6,500 mでのモデム実効速度は約80 kbpsJAMSTECプレスリリース 2026
浅海で相対速度10ノットで動く2機の間のリンク40 kbps超JAMSTEC Underwater Acoustic Technology Research Group 2026
音響グライダーの最大斜距離(8~16 kHzモデム、水深約1,800 mの海域)5,113 mZouとSun、Sensors 2025
湖沼・沿岸試験(11~415 m)でのJANUS高速モードのペイロード速度(BPSK、QPSK、8-PSK)11.5、23、34.5 kbpsLiとZheng、IEEE Journal of Oceanic Engineering 2022
沿岸試験、BPSKペイロード:ビット誤り率とパケット誤り率約0.13 × 10^-3と0.8%LiとZheng 2022
市販のcNODE MiniSモデム(21~31 kHz)を使った養殖場観測所のリンク約300 mで最大6.0 kbit/sBerghら、Sensors 2024
最小音響出力での観測所のベンチ試験におけるパケット損失5,933個中2個Berghら、Sensors 2024

背景:観測所の研究(Bergh et al., Sensors 2024)では、335 kHzにわたる背景雑音と、3555 kHzの強力な音響測深機のバーストが見つかった。これはまさに一般的なモデム帯域の内側にある。船舶航行ももう一つの大きな雑音源であり、プロペラキャビテーション騒音の統計で取り上げている。600 kmの論文そのものには到達できなかったため、その数値は報道に基づいている(データウォッチ参照)。

4. JANUS:NATOの相互運用の基準

多くの運用者にとってのボトルネックは速度ではなく、異なるメーカーのモデム同士が互いを理解できないことである。CMREの科学者João Alvesは、この状況を「水中通信のワイルドウェスト」と表現した(IEEE Spectrum 2017)。JANUSはこれに対し、どのモデムでも実装できる、意図的に控えめで頑健な信号で応える。基準速度80 bps、共通の接点として選ばれた11.5 kHz付近の帯域である。STANAGとはNATOの標準化協定のことで、これは機密表示なしで配布されるため、民間の運用者も利用できる(Petroccia and Alves, NATO CMRE, OCEANS 2024)。

速度はその上に積み増せる。リーハイ大学の高速モード実験では、JANUSの構造を96~134 kHzの帯域に移し、最大34.5 kbpsのペイロードを運んだ。これは基準速度の約431倍である(34,500を80で割った値)。

指標値出典
JANUSの基準データレート80 bpsLiとZheng、IEEE Journal of Oceanic Engineering 2022
JANUSの中心周波数と帯域中心周波数11.52 kHz、帯域9.44~13.6 kHz(幅4.16 kHz)LiとZheng 2022
周波数ホッピングのトーン対数と基準パケットのサイズトーン対13組、64ビットのパケットを144チップに符号化LiとZheng 2022
JANUSがNATO STANAG 4748として公布された日2017年3月24日PetrocciaとAlves、OCEANS 2024
デジタル水中音響通信のオープンな国際規格(2024年時点)1(JANUSのみ)PetrocciaとAlves、OCEANS 2024
NATOに承認されるまでのCMREでの開発期間約10年Ocean News and Technology 2017
発表時に説明されたパケットのペイロード56ビット、その後に冗長検査IEEE Spectrum 2017
近くの機器が準備できるよう送信前に置く休止時間約400 msIEEE Spectrum 2017

背景:開発の経緯はOcean News and Technology 2017による。Spectrumの数値に関する入手可能な最新データは2017年のもので、2024年のCMRE論文はより新しいSTANAG改訂があることを記している。

5. 定格値と実効値:研究用モデムと市販モデム

見出しの速度はバースト速度、つまりパケット送信中の速度であり、間隔、復号時間、確認応答を数えたあとにユーザーが得られる速度ではない。研究の主力であるWHOI Micro-Modemは、この差をはっきり示している。WHOI Acoustic Communications Groupによると、最速のパケット形式はバースト時に5,388 bpsだが、単一チャネルのスループットは3,343 bpsにとどまり、約62%(3,343を5,388で割った値)である。

市販の仕様書は速度と距離のトレードオフを裏づけるが、最良条件の「最大」値を記載しているため、メーカー主張値と明記している。LinkQuestのモデル一覧では、UWM3000Hは6,000 mに80~320 bpsで届き、これはUWM2200の最高速度の1%未満である(320を38,400で割ると0.83%)。

指標値出典
WHOI Micro-Modemのバースト速度、PSKレート5(最速)対FSKレート0(最も頑健)5,388 bps 対 80 bpsWHOI Acoustic Communications Group 2026
WHOI Micro-Modemの実測スループット、レート5、単一チャネル受信機対4チャネル受信機3,343 bps 対 1,622 bpsWHOI Acoustic Communications Group 2026
距離1,500 mでの送信と確認応答の完全な1サイクル約15.5 sWHOI Acoustic Communications Group 2026
LinkQuest UWM2200の通信距離とデータレート最大1,000 mで19,200~38,400 bpsLinkQuest製品一覧(メーカー主張値)
LinkQuest UWM3000Hの通信距離とデータレート最大6,000 mで80~320 bpsLinkQuest製品一覧(メーカー主張値)
Sonardyne Modem 6の20~34 kHz帯でのデータレート200~9,000 bps、耐圧深度は5,000 mまでSonardyne製品ページ(メーカー主張値)
EvoLogics S2C Rモデムファミリーデータレート最大33 kbps、動作距離最大8,000 mNaval TechnologyのEvoLogicsプロファイル(メーカー主張値)

背景:メーカーの数値はSonardyne Modem 6のページとNaval TechnologyのEvoLogicsプロファイルによる。LinkQuestの一覧には、2,500~5,000 bpsで最大10,000 mとされるUWM10000も含まれる(メーカー主張値)。

6. 電力とエネルギーの予算

電池駆動のセンサーや機体は、送信の電力予算で生き死にが決まる。WHOI Micromodem-2の設計論文によると、WHOI Micromodem-2は送信に公称約30 Wを要するが、受信中は約300 mWしか消費せず、100倍の差がある(30 Wを0.3 Wで割った値)。センサーネットワークが短くまれなメッセージと深いスリープ状態を好むのはそのためである。

研究設計は下限をさらに押し下げている。ITACAモデムはアイドル時に10 uW、送信に約120 mWを使ったが、速度は240 mで1 kbpsにすぎなかった。高出力側では、メーカーが100 Wの送信機を宣伝している(Popoto、メーカー主張値 2019)。

指標値出典
1 mの距離で185 dB re 1 uPa(音源レベル)を出すWHOI Micromodem-2の送信電力公称30 W、範囲8~48 WWHOI、Micromodem-2論文 2010
Micromodem-2の受信時消費電力対休止時消費電力(Micromodem-1の受信時:158 mW)5 Vで約300 mW 対 165 uWWHOI、Micromodem-2論文 2010
Popotoモデムの送信機出力と基板サイズ60 mm × 90 mmの基板セットで100 WPopoto(メーカー主張値)2019
ITACA低消費電力モデム:待機時対受信時対送信時10 uW 対 24 mW 対 約120 mWSanchezら、Sensors 2012
音響グライダーのモデムの待機電力最小5 mWZouとSun、Sensors 2025
音響、電波、光の比較における典型的な音響送信電力10 WSchirripa Spagnoloら、Sensors 2020
Sonardyne Modem 6(8307)の電池寿命、アルカリ対リチウム833日 対 1,390日Sonardyne製品ページ(メーカー主張値)

背景:ITACA論文は、以前の研究用モデムの受信時消費電力は一般に200 mWを超えていたと報告している。入手可能な最新データ:WHOI Micromodem-2論文、2010年。Sanchezら、2012年。WHOIの新しい電力データは、同機関のサイト上に画像の表としてあるだけである。

7. 市場規模と運用での展開

市場推計は約20倍の開きがある。同じ年について、USD 96.4百万からUSD 1.95 十億までである(1.95 十億を96.4百万で割ると20.2)。Global Market Insightsによる中間的な推計は、2024年でUSD 727.3百万(GMI 2025)で、TeledyneとL3Harrisの2社で約20%を占める。この開きは、調査範囲の定義が異なることを示しているので、単独の数字は必ず発表元とともに引用すべきである。

最も長く続く公的な展開は、NOAAのDART津波観測網であり、音響リンクが海底の記録装置から海面のブイへ圧力データを運んでいる(NOAA National Data Buoy Center)。

指標値出典
2024年の世界市場規模、予測と成長USD 727.3百万、2034年までに約USD 1.5 十億、CAGR 7.7%Global Market Insights 2025
2024年と2033年予測の世界市場規模USD 1.95 十億、2033年までにUSD 3.96 十億、CAGR 8.2%SkyQuest(Global Information Inc.経由)2025
2024年と2030年予測の世界市場規模USD 96.4百万、2030年までにUSD 198.9百万、CAGR 12.8%Market Glass(Global Information Inc.経由)2025
2024年の浅海用モデムのシェアとポイントツーポイントリンクのシェア40%超と約50%Global Market Insights 2025
2024年の北米市場に占める米国のシェア約80%Global Market Insights 2025
2008年3月に達したNOAA DART観測網の規模39観測点NOAA National Data Buoy Center
DARTの海底サンプリング間隔と標準モードの報告15秒ごと、報告は6時間ごとNOAA National Data Buoy Center
2020年時点でNOAAが維持するDART観測点(海盆別)太平洋32、大西洋7DOSITS 2021

背景:別の推計はSkyQuestのレポート掲載ページとMarket Glassのレポート掲載ページによる。海盆別の内訳はDOSITS(ロードアイランド大学)による。DARTの観測点数に関する入手可能な最新データ:NOAA NDBC 2008年とDOSITS 2020年。

数字で見る水中音響モデムの通信速度と距離(まとめ)

指標値出典
海水中の音速(公称値)約1,500 m/sQarabaqiとStojanovic 2009
1 kmの片道遅延約0.67 s算出:1,000 mを1,500 m/sで割った値
海水中の音響減衰対電波減衰0.14 dB/km 対 3.55 dB/mSchirripa Spagnoloら 2020
100 km以上のリンクの典型的な速度1 kbps以下Xu、Irigoien、Alouini 2024
1 km以下のリンクの典型的な速度最大100 kbpsXu、Irigoien、Alouini 2024
長年の速度と距離の積の基準40 km·kbpsShenら 2008
報告された最長の誤りのないリンク600 km、37.5 bpsNorthwestern Polytechnical University、2025年に報道
水深7,000~7,500 mからのソナーデータ約58 kbpsJAMSTECプレスリリース 2026
音響グライダーの最大斜距離5,113 mZouとSun 2025
JANUSの基準速度対高速モードの最高ペイロード速度80 bps 対 34.5 kbpsLiとZheng 2022
JANUSのSTANAG 4748としての公布2017年3月24日PetrocciaとAlves 2024
WHOI Micro-Modemのバースト対スループット(レート5)5,388 対 3,343 bpsWHOI Acoustic Communications Group 2026
低消費電力モデムの待機時消費電力10 uWSanchezら 2012
LinkQuest UWM3000Hの通信距離とレート6,000 mで80~320 bps(メーカー主張値)LinkQuest
2024年の世界市場規模(中間推計)USD 727.3百万Global Market Insights 2025
2024年の市場推計の範囲USD 96.4百万~USD 1.95 十億Market Glass、SkyQuest 2025

方法論と出典

最終更新日:2026年10月25日。当社はこのまとめを四半期ごとに更新しており、次回の更新は、IEEE Journal of Oceanic Engineeringが次回の水中通信特集を発表し、NATO CMREがSTANAG 4748の最新の改訂を報告する時期を予定している。

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