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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Data-Driven Design of Deep Unfolding-Aided Belief Propagation for Asynchronous Random Access

Research Project

Project/Area Number 21H01332
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

衣斐 信介  同志社大学, 理工学部, 教授 (10448087)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 拓海  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40844204)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords統計信号処理 / 信念伝搬法 / 深層展開 / 深層学習 / データ駆動最適化
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、時間・周波数同期誤差が誘発する干渉成分を効率的に抑圧するBP検出法の確立とその理論限界の解明を目的としている。効率的な干渉抑圧のために、非同期に起因して散乱する信号成分をかき集める構造としてOTFS (Orthogonal Time Frequency and Space) 変調の構造が有効であると判断し、OFDMの代わりにこれを利用する。2022年度は下記の2課題のサブテーマを実施した。
・[課題1] 非同期ランダムアクセスのためのBP検出器の開発-(b)「セミブラインド通信路推定」
・[課題2] 深層展開型BP検出器のデータ駆動設計-(b)「非直交OTFSのBP検出器」
[課題1]-(b)では、パラメトリック双線形推論に基づく通信路とデータの同時推定法を提案し、高い信号検出精度を実現できることを明らかにした。また、独立成分分析のセミブラインド信号処理を導入することで、パイロット系列長をさらに削減することが可能となることを明らかにした。
[課題2]-(b)では、非直交OTFSのBP検出器の繰り返し構造を、深層展開により複数の線形層と活性化層から成る深層ニューラルネットワークと解釈し、深層学習技術を利用して最適化困難であったパラメータのデータ駆動最適化を行ったBP検出器を設計した。また、自己符号化器の構造をOTFSに取り入れ、送信信号の最適化に関しても検討を行った。さらに、独立成分分析に深層展開を導入し、データ駆動最適化を施すことで、信号検出精度の改善に有効であることも明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年度実施予定であった[課題1]-(b)と[課題2]-(b)に関して期待していた結果が得られ、多くの研究成果を報告した。また、2023年度に実施予定である[課題2]-(c)「繰り返し復号・復号器」で必要となる基礎検討もすでに実施済みであり、2023年度も計画通りに研究を遂行できる見込みが立っている。上記を理由に、おおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り、2023年度は、
・[課題2] 深層展開型BP検出器のデータ駆動設計-(c)「繰り返し復号・復号器」
・[課題3] BP検出器の収束性解析による理論的枠組みの解明-(a)「EXIT解析を拡張した収束性解析」
の検討を行う。また2024年度には、得られた基礎検討の結果に基づき、総合評価を行う予定である。

  • Research Products

    (26 results)

All 2023 2022

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] FTN伝送における信念伝搬法に基づく信号検出とデータ駆動最適化2023

    • Author(s)
      柳井 夏樹、衣斐 信介、高橋 拓海、岩井 誠人
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌B 通信

      Volume: J106-B Pages: 187~197

    • DOI

      10.14923/transcomj.2022GWP0011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 深層展開を用いたGNSS測位のデータ駆動最適化2023

    • Author(s)
      葉山 祐輝、衣斐 信介、高橋 拓海、岩井 誠人
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌B 通信

      Volume: J106-B Pages: 248~259

    • DOI

      10.14923/transcomj.2022JBP3034

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Uplink Signal Detection via Look-Up Table-Based AMP for Massive MIMO Systems2023

    • Author(s)
      Shimamura Atsunori、Takahashi Takumi、Ibi Shinsuke、Sampei Seiichi
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 11 Pages: 13044~13057

    • DOI

      10.1109/access.2023.3242610

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Referential Approximate Message Passing for Quantized Large MIMO Detection2022

    • Author(s)
      Shimamura Atsunori、Takahashi Takumi、Ibi Shinsuke、Sampei Seiichi
    • Journal Title

      Proc. of IEEE GLOBECOM 2022

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/globecom48099.2022.10001099

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Deep Unfolding-Aided Sum-Product Algorithm for Error Correction of CRC Coded Short Message2022

    • Author(s)
      Zhang Qilin、Ibi Shinsuke、Takahashi Takumi、Iwai Hisato
    • Journal Title

      Proc. of APSIPA ASC 2022

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.23919/apsipaasc55919.2022.9979875

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gaussian Belief Propagation for mmWave Large MIMO Detection with Low-Resolution ADCs2022

    • Author(s)
      Watanabe Itsuki、Takahashi Takumi、Ibi Shinsuke、Tolli Antti、Sampei Seiichi
    • Journal Title

      Proc. of IEEE SPAWC 2022

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/SPAWC51304.2022.9833951

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Phase-Noise-Aware LLR Calculation for mmWave MIMO Systems with High-Order Modulation2022

    • Author(s)
      Wakumoto Daiki、Takahashi Takumi、Ibi Shinsuke、Sampei Seiichi
    • Journal Title

      Proc. of IEEE VTC 2022 -Spring

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/vtc2022-spring54318.2022.9860497

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low-Complexity Large MIMO Detection Based on Beam-Domain Local LMMSE Filters2022

    • Author(s)
      Yoshida Takumi、Shirase Daichi、Takahashi Takumi、Ibi Shinsuke、Sampei Seiichi
    • Journal Title

      Proc. of IEEE ICC 2022

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/icc45855.2022.9838343

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppression of Self-Noise Feedback in GAMP for Highly Correlated Large MIMO Detection2022

    • Author(s)
      Tamaki Ryota、Ito Kenta、Takahashi Takumi、Ibi Shinsuke、Sampei Seiichi
    • Journal Title

      Proc. of IEEE ICC 2022

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/icc45855.2022.9839253

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 判定帰還通信路推定のための無線自己符号化器に関する一検討2023

    • Author(s)
      市橋義紀, 衣斐信介, 高橋拓海, 土井隆暢, 村岡一志, 石井直人, 岩井誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] 2段独立成分分析に基づくブラインド信号分離における非ガウス性評価に関する一検討2023

    • Author(s)
      野上泰輔, 衣斐信介, 高橋拓海, 岩井誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] 機械学習・深層学習を応用した無線物理層技術2023

    • Author(s)
      衣斐信介, 高橋拓海, 白瀬大地, 土井隆暢, 村岡一志, 石井直人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
    • Invited
  • [Presentation] OTFS伝送におけるスパース重ね合わせ符号に関する一検討2023

    • Author(s)
      大石慎也, 衣斐信介, 高橋拓海, 岩井誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] FTN伝送におけるPDA信号検出器の深層展開に関する一検討2023

    • Author(s)
      梶田 怜, 張 岐林, 衣斐信介, 高橋拓海, 岩井誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] BLE到来角情報を用いたニューラルネットワークによる室内位置推定に関する一検討2023

    • Author(s)
      大橋吟次, 大野光盛, 衣斐信介, 高橋拓海, 岩井誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] 周波数選択性フェージング環境における帯域内全二重通信のための 二段ブラインド自己干渉除去に関する一検討2023

    • Author(s)
      西川幸市, 下村南夏, 衣斐信介, 高橋拓海, 岩井誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] ベルヌーイガウス信念伝搬法に基づくパラメトリック双線形推論に関する一検討2022

    • Author(s)
      李 宰佑, 高橋 拓海, 伊藤 賢太, 衣斐 信介, 三瓶 政一
    • Organizer
      SITA2022
  • [Presentation] 離散ベクトル再構成のためのt分布に基づくdenoiser設計2022

    • Author(s)
      わく本 大輝, 高橋 拓海, 早川 諒, 衣斐 信介, 三瓶 政一
    • Organizer
      SITA2022
  • [Presentation] 独立成分分析に基づくブラインド信号分離のデータ駆動最適化に関する一検討2022

    • Author(s)
      野上 泰輔, 衣斐 信介, 高橋 拓海, 岩井 誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] サポートベクター分類を併用したGNSS測位のアンサンブル学習に基づく回帰学習に関する一検討2022

    • Author(s)
      丸山 周悟, 衣斐 信介, 高橋 拓海, 岩井 誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] 帯域内全二重通信におけるディジタルRFを用いたブラインド自己干渉除去に関する一検討2022

    • Author(s)
      下村 南夏, 衣斐 信介, 高橋 拓海, 岩井 誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] 大規模NOMA検出のための非正則スパース重ね合わせ符号に関する一検討2022

    • Author(s)
      大石 慎也, 衣斐 信介, 高橋 拓海, 岩井 誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] 符号化・過負荷大規模MIMO検出のための期待値伝搬法に基づく繰り返し信号検出に関する一検討2022

    • Author(s)
      小林 卓守, 高橋 拓海, 伊藤 賢太, 衣斐 信介, 三瓶 政一
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] OTFS伝送のためのパラメトリック双線形推論に基づく通信路とデータの同時推定に関する一検討2022

    • Author(s)
      古田 健悟, 伊藤 賢太, 高橋 拓海, 衣斐 信介, 三瓶 政一
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] ガウス信念伝搬法に基づくパラメトリック双線形推論に関する一検討2022

    • Author(s)
      伊藤 賢太, 高橋 拓海, 五十嵐 浩司, 衣斐 信介, 三瓶 政一
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会
  • [Presentation] ワイヤレスIoT通信のための帯域内全二重における差動符号化に基づく自己干渉キャンセラの一検討2022

    • Author(s)
      衣斐 信介, 高橋 拓海, 岩井 誠人
    • Organizer
      電子情報通信学会無線通信システム研究会

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Published: 2023-12-25  

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