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MIMO-OFDM Receiver using One-Bit Analog-Digital Converter Utilizing Noise

Research Project

Project/Area Number 20H02149
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Yamazato Takaya  名古屋大学, 教養教育院, 教授 (20252265)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 齋藤 将人  琉球大学, 工学部, 准教授 (30335476)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords確率共鳴現象 / 1bitアナログ/デジタル変換器 / MIMO-OFDM / 1bitアナログ/デジタル変換器 / 1bit アナログ/デジタル変換器
Outline of Research at the Start

本研究では,分解能が最も低い1 ビットアナログ・デジタル変換器(1bit ADC)であっても,雑音を利用して,低い分解能を超える信号を受信できることを実証する.具体的には,我々がこれまで行った確率共鳴現象の検討結果を発展させ,雑音を利用する1bit ADC を用いた信号受信の基礎理論を構築することを目的とする.対象とする信号として,第5 世代移動通信(5G) で採用されているMIMO-OFDM信号を取り上げる.そのような複雑な信号であっても,雑音を利用する1bit ADC を用いた受信機で復調できることを,受信機の開発と受信実験を通して実証する.

Outline of Final Research Achievements

This study shows that a 1-bit analog-to-digital converter (1-bit ADC) with the lowest resolution can receive signals beyond its resolution by utilizing noise. The main goal is to establish a fundamental theory of signal reception using a 1-bit ADC that exploits noise, building on the results of previous investigations into stochastic resonance phenomena. The target signal is the MIMO-OFDM signal used in fifth-generation mobile communications (5G). Through the development of receiver and reception experiments, the study demonstrates that even complex signals like MIMO-OFDM can be demodulated by a receiver using a 1-bit ADC that utilizes noise.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで雑音は,工学的には邪魔なものとしてフィルタ処理等を駆使して積極的に取り除かれてきた.
これに対し,本研究では雑音を積極的に利用する.あえて雑音を利用する通信システムの検討を行うことで,これまでとはまったく異なる考え方に基づく,新しい通信システムの構築を目指している.ここに本研究の学術的独自性と創造性がある.

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 16 QAM-OFDM Receiver Using 1-bit ADC for Noise Utilization Characterization in Fading Channels with Large Amplitude Fluctuations2024

    • Author(s)
      Arata Isozaki, Takaya Yamazato, Masato Saito
    • Journal Title

      IEICE Communication Express

      Volume: X13-B

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 雑音と1-bit ADCを用いたIF 帯16-QAM/OFDM信号受信実験2024

    • Author(s)
      齋藤 将人, 山里 敬也
    • Organizer
      2024年電子情報通信学会総合大会講演論文集 ( 電子情報通信学会 ) A-9-22 - A-9-22
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 16QAM-OFDM Receiver Using 1-bit ADC that Utilizes Noise and Performs Frequency Conversion in the Digital Domain Characterization in a Frequency Flat Rician Fading Channel2023

    • Author(s)
      Arata Isozaki, Takaya Yamazato, Masato Saito
    • Organizer
      International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC), O3-3
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] デジタル領域で搬送波を乗算する1bit ADCを用いた16QAM-OFDM受信機 ~2パスフェージングチャネルとAWGNチャネルにおける特性評価~2023

    • Author(s)
      磯崎新,山里敬也,齋藤将人
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告,CS2023-26, pp.30-34
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 雑音と1bit ADCを用いた2x2 SFBC-MIMO-OFDMシステムのビット誤り率特性2023

    • Author(s)
      坂山 秀明, 齋藤 将人, 山里 敬也
    • Organizer
      信学技法WBS2023-59,ITS2023-42,RCC2023-53
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 非線形増幅器が1bit-ADCの入出力解析に与える影響の評価2023

    • Author(s)
      磯崎新, 山里敬也, 齋藤将人, 羽多野裕之
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会, B-5-19, p.264
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 確率共鳴現象を利用したPD型可視光通信の通信性能の一検討2022

    • Author(s)
      藤井大智, 荒井伸太郎, 山里敬也, 羽多野裕之, 齋藤将人
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会,AS-2
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 1bit ADCとオーバサンプリングを用いたSFBC-MIMO-OFDM信号受信2022

    • Author(s)
      齋藤将人, 山里敬也
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会,A-9-8
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 3.35GHz帯移動環境における遅延プロファイルの多段推定手法による雑音電力の低減2022

    • Author(s)
      小鹿文也,山里敬也,齋藤将人,木村翔,田中翔馬,林合祐,佐藤彰弘,表英毅
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会, B-1-44, p.44
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental verification of 4-ary Pulse Amplitude Modulated signal receiver with noise-aided one-bit analogue-to-digital converter2021

    • Author(s)
      Takuto Ohtaguro, Masato Saito, Takaya Yamazato
    • Organizer
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021 (ICMaSS2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 雑音と1bit ADCを用いた4PAM信号受信実験2021

    • Author(s)
      大田黒 拓斗,齋藤 将人,山里 敬也
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告,MIKA2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 雑音と1bit ADCを用いた4PAM信号受信における雑音強度に対する受信信号点間距離の実験的測定2021

    • Author(s)
      大田黒 拓斗,齋藤 将人,山里 敬也
    • Organizer
      電気・情報関係学会九州支部第74回連合大会講演論文集
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 雑音を用いた1bit ADCによる4値PAM信号の復調法に関する実験的検討2021

    • Author(s)
      大田黒 拓斗,齋藤 将人,山里 敬也
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告,Vol. 121,No. 72,pp.133-138
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 雑音と1bit ADCを用いたマルチアンテナ受信機におけるチャネル推定と信号復調2021

    • Author(s)
      中島康雄,山里敬也,荒井伸太郎,齋藤将人,羽多野裕之,田中宏哉,田所幸浩
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会, B-8-27, p.148
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] A Study on Required FFT Sizes for Demodulation of OFDM Signals by Intentionally Added Noise and 1bit ADC2020

    • Author(s)
      M. Saito, T. Ohtaguro, Y. Nakashima, T. Yamazato, S. Arai, H. Hatano, H. Tanaka, Y. Tadokoro
    • Organizer
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Application (NOLTA), pp.105-108
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マルチアンテナ受信機における雑音を利用した1bitアナログ-ディジタル変換器の特性解析2020

    • Author(s)
      中島康雄,山里敬也,荒井伸太郎,齋藤将人,羽多野裕之,田中宏哉,田所幸浩
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告, CS2020-20, pp.25-26
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 確率共鳴

    • URL

      https://vimeo.com/manage/videos/499501573

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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