Rateless Coded Modulation Based on Random Matrix Theory

• Project/Area Number: 18H01441
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: TAKEUCHI Keigo 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30549697)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 情報通信工学 / 情報理論 / ランダム行列理論 / 符号化変調 / メッセージ伝播法 / 近似的メッセージ伝播法 / 期待値伝播法

Outline of Final Research Achievements

The contributions of this research are twofold: One contribution is the proposal of expectation propagation decoding for sparse superposition codes, which are a candidate of rateless coded modulation.
The other contribution was not planned at the beginning of this research. A new framework has been pioneered to develop novel message-passing algorithms that realize the advantage of both approximate message-passing and expectation propagation. The framework has been established by extending a theoretically rigorous method for evaluating the performance of expectation propagation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、既存のメッセージ伝播法の利点を兼ね備えたメッセージ伝播法の創出に向けて、メッセージ伝播法の新しい研究対象を切り開いた点にある。この方向の研究は、研究代表者の新規の基盤研究(B)として2025年度までの5年計画で実施する予定である。
本研究の社会的意義は、レートレス符号化変調方式の候補としてスパース重ね合わせ符号を提示した点にある。この方式が完成すれば、伝送速度の制御が自動化され、通信環境に応じた高速・大容量の情報通信を実現できる。

Research Products

• [Journal Article] Expectation-Propagation Detection for Generalized Spatial Modulation with Sparse Orthogonal Precoding (2021)
  • Author(s): SUGIYAMA Tatsuya、TAKEUCHI Keigo
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E104.A Issue: 3 Pages: 661-664
  • DOI: 10.1587/transfun.2020EAL2066
  • NAID: 130007992933
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2021-03-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expectation Propagation Decoding for Sparse Superposition Codes (2020)
  • Author(s): MAYUMI Hiroki、TAKEUCHI Keigo
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E103.A Issue: 12 Pages: 1666-1669
  • DOI: 10.1587/transfun.2020EAL2053
  • NAID: 130007948369
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2020-12-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pilot Decontamination in Massive MIMO Uplink via Approximate Message-Passing (2020)
  • Author(s): FUJITSUKA Takumi、TAKEUCHI Keigo
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E103.A Issue: 12 Pages: 1356-1366
  • DOI: 10.1587/transfun.2020TAP0007
  • NAID: 130007948372
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2020-12-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Convolutional Approximate Message-Passing (2020)
  • Author(s): K. Takeuchi
  • Journal Title: IEEE Signal Process. Lett. Volume: 27 Pages: 416-420
  • DOI: 10.1109/lsp.2020.2976155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rigorous Dynamics of Expectation-Propagation-Based Signal Recovery from Unitarily Invariant Measurements (2020)
  • Author(s): K. Takeuchi
  • Journal Title: IEEE Trans. Inf. Theory Volume: 66 Issue: 1 Pages: 368-386
  • DOI: 10.1109/tit.2019.2947058
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hardware-Aware Sum-Product Decoding in the Decision Domain (2019)
  • Author(s): M. Yamada, K. Takeuchi, and K. Koike
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E102.A Issue: 12 Pages: 1980-1987
  • DOI: 10.1587/transfun.E102.A.1980
  • NAID: 130007754099
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2019-12-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Family of Counterexamples to the Central Limit Theorem Based on Binary Linear Codes (2019)
  • Author(s): K. Takeuchi
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E102.A Issue: 5 Pages: 738-740
  • DOI: 10.1587/transfun.E102.A.738
  • NAID: 130007641083
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2019-05-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Unified Framework of State Evolution for Message-Passing Algorithms (2019)
  • Author(s): K. Takeuchi
  • Journal Title: Proc. 2019 IEEE Int. Symp. Inf. Theory Volume: － Pages: 151-155
  • DOI: 10.1109/isit.2019.8849321
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 大規模な空間変調MIMO上り回線における近似的メッセージ伝播法 (2020)
  • Author(s): 桑原悠太，竹内啓悟，山崎悟史
  • Organizer: 電子情報通信学会情報理論研究会
• [Presentation] 空間結合双線形推論問題に対する近似的メッセージ伝播法 (2020)
  • Author(s): 佐野裕大，竹内啓悟
  • Organizer: 電子情報通信学会情報理論研究会
• [Presentation] A Unified Framework of State Evolution for Message-Passing Algorithms (2019)
  • Author(s): K. Takeuchi
  • Organizer: 2019 IEEE Int. Symp. Inf. Theory
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メッセージ伝播法を解析するための状態発展法の統一理論 (2019)
  • Author(s): 竹内啓悟
  • Organizer: 第42回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] 空間結合圧縮センシングにおける期待値伝播法に基づく信号再構成 (2019)
  • Author(s): 白島大樹，竹内啓悟
  • Organizer: 第42回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] スパース重ね合わせ符号に対する近似的メッセージ伝播復号法と期待値伝播復号法の比較 (2019)
  • Author(s): 眞弓大輝，竹内啓悟
  • Organizer: 第42回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] 期待値伝播法に基づく大規模MIMO通信路とデータの反復同時推定 (2019)
  • Author(s): 辰野渉，竹内啓悟
  • Organizer: 第42回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] Trainable Sum-Product復号器の効率的深層学習法に関する初歩的検討 (2019)
  • Author(s): 平岡朋晟，竹内啓悟
  • Organizer: 第42回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] メッセージ伝播復調法の過去，現在，未来 (2019)
  • Author(s): 竹内啓悟
  • Organizer: 電子情報通信学会衛星通信/無線通信システム研究会
  • Invited
• [Presentation] 近似的メッセージ伝播法を理解する－通信と信号処理の立場から－ (2018)
  • Author(s): 衣斐信介，竹内啓悟
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 共役勾配法による期待値伝播法の低計算量化 (2018)
  • Author(s): 横内柾哉，竹内啓悟
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] 直交かつ疎な線形観測からのメッセージ伝播法による信号再構成 (2018)
  • Author(s): 杉山達哉，竹内啓悟
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] 近似的メッセージ伝播法に基づくパイロット汚染の解消 (2018)
  • Author(s): 藤塚拓実，竹内啓悟
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] 密度発展法に基づくSum Product復号のハードウェア実装に適した近似 (2018)
  • Author(s): 山田瑞樹，竹内啓悟，小池清之
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム