2018 Fiscal Year Research-status Report
非線形プリコーディングを用いるXOR物理層ネットワークコーディングの研究
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18K04142
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
田野 哲 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80378835)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ネットワークコーディング / マルチホップ / プリコーディング / 周波数利用効率 / 多値変調 / 無線中継 / 過負荷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)多値変調の適用と演算量低減，及び誤り低減：双方向無線中継システムの高速化を狙い，物理層ネットワークコーディングへの１６QAMの適用方法を検討した．まず，１６QAMを適用した場合のXOR物理層ネットワークコーディングの中継局構成法を検討し，多値モジュロ処理を行うことで物理層ネットワークコーディングが実現できることを明らかにした．さらに，非線形プリコーディングにストリーム毎利得制御を導入した新しい端末信号処理方法を考案した．提案法は２つの端末から送信される信号の電力和が一定になるよう制御されており，中継局に対して端末が対称な位置に存在すれば，消費電力の増大を招かない．また，提案送信信号処理により，中継局の演算量も著しく低減できることを明らかにした．一方，提案方法を用いることで，BER=10E-2点で伝送特性を8dB以上も改善できることを明らかにした．また，さらなる多値変調，例えば１０２４QAM変調を適用しても高い伝送特性が達成できることをあきらかにした．
(2)アンテナ数が不均一な無線中継ネットワークへの拡張と高速化：端末の送信アンテナ以上の数のアンテナを有する中継局が存在する場合，あるいは中継局のアンテナ数は少なくとも，数多の中継局が存在する環境において，通信品質を最大にするXOR物理層ネットワークコーディングのための新しいアンテナ選択方法を考案した．提案方法では，中継局でのXOR符号化された信号の特性が中継ネットワーク全体の通信品質を決めることに着目し，XOR符号化された信号の信号検出特性を最大にするアンテナを選択する．まず，XOR符号化された信号の伝送特性を理論的に導出し，これを評価基準として１０本のアンテナから２本のアンテナの選択を行ったところ，BER=10E-2点で伝送特性を１３dB以上も改善できることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）当初の予定通り，無線双方向中継システムの高速化を狙い，XOR物理層ネットワークコーディングにおける多値変調の適用方法を検討し，その実現方法を考案した．加えて，端末の消費電力の増大を招かない新しい送信信号処理方式を提案した．この方式は，当初想定していたストリーム毎利得制御を含むものであり，当初の予定通りである．また，この信号処理方式が中継局の演算量を著しく低減させられることも示しており，当初の計画通りである．さらには，提案法により高い伝送特性が得られており，当初の予定を上回る研究成果が得られている．
（２）当初の予定通り，原理的に中継局において過負荷受信状態を発生させるXOR物理層ネットワークにおいて，(1)よりさらに厳しい過負荷状態を発生させる端末のアンテナ数よりも中継局のアンテナ数が多い場合のシステム構成方を検討し，伝送特性上の上限を与えるアンテナ選択方法を提案した．また，本提案法には誤り訂正の適用も含まれており，当初の計画をすべて満足させる研究成果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度から検討を開始したXOR物理層ネットワークコーディングに適したストリーム毎利得制御機能を備えた非線形プリコーディングの特性改善方を検討する．前年度の検討でも優れた伝送特性が達成できることが示されてきたが，多値化を進めると，即ち16QAMから1024QAMと多値数を上げていくと，若干の特性劣化が見られた．この特性を解析すると同時に，その劣化補償方法を検討する．
一方でさらなる高速化を目指して，中継局アンテナ数を増大させた場合の信号処理方法を検討する．中継局を増大させると過負荷状態になるため，我々が数年来検討してきた，過負荷MIMO技術に関わる知見を活かして，中継局側に規定格子縮小などの信号処理技術を導入し，過負荷に伴う伝送特性の劣化抑圧を図り，スループットの向上を狙う．
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| Causes of Carryover |
本年度に予定していた幾つかの学術論文が査読に時間を要したため，本年度に掲載されなかった．そのため，本年度に経費を計上できなかった．ただし，そのいつくは採録が決定しており，次年度には掲載され経費を計上する予定である．また，昨年度の研究成果の一部は国際会議に投稿する予定であったが，適当な国際会議が見当たららなかったため，投稿を次年度に繰り越した．従って，そのための経費を翌年に繰り越した．その論文は次年度に発表を予定している．また，計算機サーバーの選定に時間がかかり，本年度には計上できなかった．今年度には適切な計算機の購入を予定する．
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