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条件付き相互情報量規範適応量子化に基づく信号処理設計と深層学習を用いた無線通信

研究課題

研究課題/領域番号 19H02142
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21020:通信工学関連
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

大槻 知明  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10277288)

研究分担者 豊田 健太郎  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 訪問助教 (60723476)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2019年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワードMIMO / CSI / 深層学習 / 第6世代無線通信システム / 転移学習 / 通信路状態情報 / Massive MIMO / 適応量子化情報 / 条件付き相互情報量 / 変調識別器 / CSIフィードバック / FDD / BPアルゴリズム / Polar符号 / BP復号 / パイロット汚染 / ミリ波 / 超解像技術
研究開始時の研究の概要

本研究では,無線通信路に適した適応量子化及び量子化情報に基づく信号処理設計と,深層学習に基づくパラメータ最適化・入力推定を用いた超大容量・超低遅延・超低消費電力無線通信の実現を目指す.具体的には,まず統計的性質が異なる種々の状態を取る未知の無線通信路に対する条件付き相互情報量規範の適応量子化法について検討する.
次に,量子化情報に基づく通信路推定・誤り訂正復号器等の各種信号処理設計について検討する.また,深層学習を用いた無線通信システムの各パラメータ最適化・入力推定について研究する.

研究成果の概要

本研究では,無線通信路に適した適応量子化及び量子化情報に基づく信号処理設計と,深層学習に基づくパラメータ最適化・入力推定を用いた超大容量・超低遅延・超低消費電力無線通信の実現を目指す.
まず無線通信システムの様々な処理で重要となる通信路状態情報(CSI)のフィードバック方法について,自動符号化器)と転移学習,量子化等に基づくフィードバック情報量が少なく高い精度が得られる方法を複数提案し,IEEEの国際会議等で発表した.また,データを共有せずに優れた学習モデルを構築できる連合学習について,従来問題となっていたデバイスでの演算量とデバイスーサーバー間の通信量を減らす新たな連合学習を提案した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,無線通信路に適した適応量子化及び量子化情報に基づく信号処理設計と,深層学習に基づくパラメータ最適化・入力推定を用いた超大容量・超低遅延・超低消費電力無線通信の実現を目指し研究した.複数の方式を開発・提案したが,研究成果に基づき,Beyond 5Gや6Gで要求される大容量化及び処理遅延低減を実現することが期待される.また,コロナに対応する新たなアプリケーションとしても期待される.

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 13件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 14件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 南京郵電大学(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Princeton University/University of Houston(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Kurdistan(イラン)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] 南京郵電大学(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Aachen University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Manchester Metropolis University(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] 南京郵電大学(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] An Intelligent Path Planning Mechanism for Firefighting in Wireless Sensor and Actor Networks2023

    • 著者名/発表者名
      Panahi Farzad H.、Panahi Fereidoun H.、Ohtsuki Tomoaki
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: - 号: 11 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/jiot.2023.3235998

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Inter-User Distance Estimation Based on a New Type of Fingerprint in Massive MIMO System for COVID-19 Contact Detection2022

    • 著者名/発表者名
      Yang Siyuan、Bouazizi Mondher、Cao Yuwen、Ohtsuki Tomoaki
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 22 号: 16 ページ: 6211-6211

    • DOI

      10.3390/s22166211

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Make Smart Decisions Faster: Deciding D2D Resource Allocation via Stackelberg Game Guided Multi-Agent Deep Reinforcement Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Shi Dian、Li Liang、Ohtsuki Tomoaki、Pan Miao、Han Zhu、Poor H. Vincent
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Mobile Computing

      巻: 21 号: 12 ページ: 4426-4438

    • DOI

      10.1109/tmc.2021.3085206

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Reinforcement Learning-based Fire Warning and Suppression System Using Unmanned Aerial Vehicles2022

    • 著者名/発表者名
      Panahi Fereidoun H.、Panahi Farzad H.、Ohtsuki Tomoaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      巻: - ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tim.2022.3227558

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Blockchain-Based Task Offloading for Edge Computing on Low-Quality Data via Distributed Learning in the Internet of Energy2022

    • 著者名/発表者名
      Liu Yongnan、Guan Xin、Peng Yu、Chen Hongyang、Ohtsuki Tomoaki、Han Zhu
    • 雑誌名

      IEEE Journal on Selected Areas in Communications

      巻: 40 号: 2 ページ: 657-676

    • DOI

      10.1109/jsac.2021.3118417

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lightweight Automatic Modulation Classification Based on Decentralized Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Fu Xue、Gui Guan、Wang Yu、Ohtsuki Tomoaki、Adebisi Bamidele、Gacanin Haris、Adachi Fumiyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking

      巻: 8 号: 1 ページ: 57-70

    • DOI

      10.1109/tccn.2021.3089178

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fully Convolutional Neural Network Based CSI Limited Feedback for FDD Massive MIMO Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Fan Guanghui、Sun Jinlong、Gui Guan、Gacanin Haris、Adebisi Bamidele、Ohtsuki Tomoaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking

      巻: - 号: 2 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tccn.2021.3119945

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Novel Intrusion Detection Method Based on Lightweight Neural Network for Internet of Things2021

    • 著者名/発表者名
      Zhao Ruijie、Gui Guan、Xue Zhi、Yin Jie、Ohtsuki Tomoaki、Adebisi Bamidele、Gacanin Haris
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: - 号: 12 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/jiot.2021.3119055

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Edge Device Identification Based on Federated Learning and Network Traffic Feature Engineering2021

    • 著者名/発表者名
      He Zhimin、Yin Jie、Wang Yu、Gui Guan、Adebisi Bamidele、Ohtsuki Tomoaki、Gacanin Haris、Sari Hikmet
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking

      巻: - 号: 4 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tccn.2021.3101239

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Downlink CSI Feedback Algorithm With Deep Transfer Learning for FDD Massive MIMO Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Zeng Jun、Sun Jinlong、Gui Guan、Adebisi Bamidele、Ohtsuki Tomoaki、Gacanin Haris、Sari Hikmet
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking

      巻: 7 号: 4 ページ: 1253-1265

    • DOI

      10.1109/tccn.2021.3084409

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Compressive Sampled CSI Feedback Method Based on Deep Learning for FDD Massive MIMO Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Jie、Gui Guan、Ohtsuki Tomoaki、Adebisi Bamidele、Gacanin Haris、Sari Hikmet
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Communications

      巻: 69 号: 9 ページ: 5873-5885

    • DOI

      10.1109/tcomm.2021.3086525

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] SALDR: Joint Self-Attention Learning and Dense Refine for Massive MIMO CSI Feedback With Multiple Compression Ratio2021

    • 著者名/発表者名
      Song Xuan、Wang Jun、Wang Jie、Gui Guan、Ohtsuki Tomoaki、Gacanin Haris、Sari Hikmet
    • 雑誌名

      IEEE Wireless Communications Letters

      巻: 10 号: 9 ページ: 1899-1903

    • DOI

      10.1109/lwc.2021.3085317

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Discrete BP Polar Decoder using Information Bottleneck MethodIEEE Access2021

    • 著者名/発表者名
      A. Yamada and T. Ohtsuki
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 10645-10656

    • DOI

      10.1109/access.2021.3050411

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Deep Learning-based Low Overhead Beam Selection in mmWave Communications2021

    • 著者名/発表者名
      H. Echigo, Y. Cao, M. Bouazizi, and T. Ohtsuki
    • 雑誌名

      IEEE Trans. on Vehicular Technology

      巻: 70 号: 1 ページ: 682-691

    • DOI

      10.1109/tvt.2021.3049380

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep Learning-Based Channel Estimation for Massive MIMO Systems With Pilot Contamination2021

    • 著者名/発表者名
      Hirose Hiroki、Ohtsuki Tomoaki、Gui Guan
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of Vehicular Technology

      巻: 2 ページ: 67-77

    • DOI

      10.1109/ojvt.2020.3045470

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence and Mitigation of Pedestrian Blockage at mmWave Cellular Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Kumar S Yuva、Ohtsuki Tomoaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Vehicular Technology

      巻: 69 号: 12 ページ: 15442-15457

    • DOI

      10.1109/tvt.2020.3041660

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Learning and Analysis of Damping Factor in Massive MIMO Detection Using BP Algorithm With Node Selection2020

    • 著者名/発表者名
      Tachibana Junta、Ohtsuki Tomoaki
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 8 ページ: 96859-96866

    • DOI

      10.1109/access.2020.2995171

    • NAID

      40022187019

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Communication Efficient Heterogeneous Federated Learning based on Model Similarity2023

    • 著者名/発表者名
      Z. Li
    • 学会等名
      IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Source Data Selection for DTL Based CSI Feedback Method in FDD Massive MIMO Systems2023

    • 著者名/発表者名
      T. Ohtsuki
    • 学会等名
      IEEE Consumer Communications and Networking Conference (CCNC2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LOS/NLOS Classification for Downlink CDL Channel Using Supervised Learning2022

    • 著者名/発表者名
      J. Liu
    • 学会等名
      2022 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Autoencoder-based Pilot Pattern Design for CDL Channels2022

    • 著者名/発表者名
      T. Ohtsuki
    • 学会等名
      The 27th Asia-Pacific Conference on Communications (APCC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adaptive DNN-based CSI Feedback with Quantization for FDD Massive MIMO Systems2022

    • 著者名/発表者名
      J. Gao
    • 学会等名
      IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2022-Fall)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study on Denoising Method Using Deep Image Prior for Radar Signal Processing2021

    • 著者名/発表者名
      K. Endo, K. Yamamoto, and T. Ohtsuki
    • 学会等名
      2021 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-Rate Compression for Downlink CSI Based on Transfer Learning in FDD Massive MIMO Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Wang, J. Sun, J. Wang, J. Yang, B. Adebisi, T. Ohtsuki, and H. Gacanin,
    • 学会等名
      IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2021-Fall)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lightweight Network Design Based on ResNet Structure for Modulation Recognition2021

    • 著者名/発表者名
      X. Lu, M. Tao, X. Fu, T. Ohtsuki, H. Sari, and F. Adachi
    • 学会等名
      IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2021-Fall)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Weighted-Beam Superposition for mmWave Massive MIMO-NOMA Systems,2021

    • 著者名/発表者名
      H. Dai, Y. Yin, H. Huang, J. Yang, T. Ohtsuki, and H. Sari
    • 学会等名
      IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2021-Fall)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mobility-Aware Routing and Caching: A Federated Learning Assisted Approach2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Cao, S. Maghsudi, and T. Ohtsuki
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Communications (ICC2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] パイロット汚染存在時のMassive MIMOにおけるチャネルエイジングを低減する深層学習に基づくチャネル推定2021

    • 著者名/発表者名
      廣瀬大輝,大槻知明
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会 (RCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] DIPによる残留干渉およびノイズ除去とDNNによるスケーリング係数学習を用いたBPアルゴリズム2021

    • 著者名/発表者名
      橘順太,大槻知明
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会 (RCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 複数セル構成におけるファジィQ学習およびDeep Q Networkを用いたHAPs動的アンテナ制御2021

    • 著者名/発表者名
      和田健史郎,大槻知明,柴田洋平,高畠航,星野兼次,長手厚史
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会 (RCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 6Gに向けた知的無線通信2021

    • 著者名/発表者名
      大槻知明
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会 (RCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ノード選択BPアルゴリズムを用いたMassive MIMO検出法におけるdamping係数の学習およびその解析2020

    • 著者名/発表者名
      橘 順太, 大槻 知明
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会 (RCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] パイロット汚染存在時のMassive MIMOにおける深層学習を利用したチャネル推定2020

    • 著者名/発表者名
      廣瀬大輝, 大槻知明
    • 学会等名
      電子情報通信学会無線通信システム研究会 (RCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Deep Learning Aided Channel Estimation for Massive MIMO with Pilot Contamination2020

    • 著者名/発表者名
      H. Hirose, T. Ohtsuki, and G. Gui
    • 学会等名
      IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discrete Polar Decoder using Information Bottleneck Method2020

    • 著者名/発表者名
      A. Yamada and T. Ohtsuki
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Communications (ICC2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Damping Factor Learning of BP Detection with Node Selection in Massive MIMO using Neural Network2020

    • 著者名/発表者名
      J. Tachibana and T. Ohtsuki
    • 学会等名
      IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] User Association to Overcome Human Blockage at mmWave Cellular Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumar and T. Ohtsuki
    • 学会等名
      IEEE Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Polar符号のBP復号における量子化に関する検討2020

    • 著者名/発表者名
      山田晃, 大槻 知明
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-371
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] エナジーハーベスティングIoTにおける深層強化学習を用いた無線リソース割り当て法2020

    • 著者名/発表者名
      李傲寒, 大槻 知明
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-356
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A low overhead beam selection using deep learning in mmWave communications2020

    • 著者名/発表者名
      越後春陽, 大槻 知明
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-333
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Massive MIMOにおけるノード選択BP検出法のニューラルネットワークを用いたdamping係数学習2019

    • 著者名/発表者名
      橘順太, 大槻知明
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-93
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 情報ボトルネック法を用いた離散Polar復号器2019

    • 著者名/発表者名
      山田晃, 大槻知明
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-92
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] パイロット汚染存在時のMassive MIMOにおけるニューラルネットワークを用いたチャネル推定2019

    • 著者名/発表者名
      廣瀬大輝, 大槻知明
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-89
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Blockage Detection and User Association in mmWave Networks2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumar and T. Ohtsuki
    • 学会等名
      信学技報 RCS2019-163
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 大槻研究室HP

    • URL

      https://www.ohtsuki.ics.keio.ac.jp/

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      2022 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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