Applications of modern coding theory to DNA storage
| Project/Area Number |
21K14160
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Shinshu University (2023)
Tokyo University of Science (2021-2022) |
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Principal Investigator |
柴田 凌 信州大学, 工学部, 助教 (60898401)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | DNAストレージ / LDPC符号 / 連接符号 / 同期誤り訂正 / 確率推論 / 空間結合符号 / DNA / 挿入/削除誤り / 確率伝搬法 / 次世代ストレージ技術 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、DNAを使ってデジタルデータを記録しようという挑戦が世界中の研究機関や企業でなされている。DNAストレージは、数百年単位の記録寿命かつ1グラムあたり数百ペタバイトのデータ保存を実現できると期待されているが、データの重複・損失・置換による誤りが発生し、信頼性の低下が懸念される。本研究では、シャノン限界に近い性能を達成するLDPC符号と確率推論に基づく復号法に代表される現代的な符号理論の枠組みで、それらの誤りの訂正方法の提案、より高い効率性・信頼性・安定性の実現方法の提案、および訂正能力を評価しその有効性を示すことを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAストレージでは挿入・削除・反転誤りが生じ，その信頼性が大きく損なわれる．本研究では，LDPC符号に代表される確率推論に基づく現代的な符号理論をDNAストレージに展開することを目的としている．本年度の主な研究成果は以下のとおりである．
(1) 挿入・削除・反転誤りが生じる通信路に対するLDPC符号化法：R3-4年度に提案した，挿入・削除・反転誤りに対して万能なLDPC符号化・復号法の研究を引き続き進めた．より具体的には，計算量・復号遅延を削減し，かつ誤り訂正能力を向上する復号法を提案した．この復号法では，復号器内でやり取りされる信頼度の平均値によって挿入・削除誤りを推定する同期フェーズと反転誤りを訂正する復号フェーズ間の繰り返しを適応的に制御する．計算機シミュレーションにより，有効性を確認した．
(2) 2ユーザマルチアクセス通信路に対する遅延型符号化変調法とその復号法：2ユーザーのマルチアクセス通信路に対して，遅延型符号化変調，及び効率的な復号法を提案した．提案手法により，多値変調を用いる場合でも2ユーザの信号は効率的・効果的に分離することが可能となった．
(3) DNAストレージに対するシフトインターリーブ方式：DNAストレージで生じる，挿入・削除・反転誤りに加え，ドロップアウト (消失) を訂正する符号化・復号法を提案した．この符号化法では，DNAのドロップアウトは符号語の部分的な消失問題に帰着され，LDPC符号等の高性能な誤り訂正符号による訂正が可能となった．
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
