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高信頼・低遅延をスケーラブルに実現するIoTネットワークの符号設計パラダイム

研究課題

研究課題/領域番号 21H04873
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
研究機関大阪大学 (2024-2025)
横浜国立大学 (2021-2023)

研究代表者

落合 秀樹  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (20334576)

研究分担者 KURKOSKI Brian  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80444123)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2025年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2024年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2023年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2021年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
キーワード誤り訂正符号 / IoT / Polar符号 / LDPC符号 / 符号理論 / 無線通信システム / OFDM
研究開始時の研究の概要

社会インフラとして定着したInternet of Things(IoT)技術のさらなる高度化への需要とその自動運転、遠隔機器制御、インプラント通信への応用に鑑み、本研究は、符号設計の視点から通信誤り率と処理遅延の最適トレードオフ特性を解明し、それをスケーラブルに実現する符号化および復号手法を確立することで、高信頼性と低遅延性の最適バランスを保証するモバイルネットワークのための符号設計パラダイムを創出することを目的とする。今後のBeyond 5Gおよび6Gで求められる高信頼・低遅延モバイルネットワークの低消費電力による実装への道筋を示すことで、持続可能かつ快適なIoT社会の創出に貢献する。

研究実績の概要

本年度は、研究代表者らが前年度に提案したReciprocal Channel Approximation(RCA)に基づくPolar符号設計手法を基に、送信データ(情報ビット列)が優先データ部(低遅延、高信頼)と通常データ部に分割される伝送システムを提案し、優先データに対しては所望のブロック誤り率を達成しつつ、通常データ部よりも早く復号処理を完了してデータ部を出力する、復号遅延抑制手法を考案した。SC復号、SCL復号、およびCA-SCL復号法のそれぞれに対して適した符号化・復号処理手法を明らかにした。本成果は、重要データに対して低遅延と高信頼を同時に達成する手法を提案するものであり、その有効性を理論解析を交えて示した(IEEE Open Journal of Communications Society に掲載)。その他の主要な研究成果として、近年注目されている空間変調に関する有用性の評価と改善手法の提案(IEEE Communications Magazine)、無線通信方式の標準であるOFDM方式を超える周波数効率の達成を試みる非直交変調方式の有効性に関する理論解析(IEEE Transactions on Communications)などが挙げられる。また、OFDMの電力効率と誤り率特性の双方の改善を試みた研究成果(IEEE WiMob 2023および IEEE CCNC 2024にて発表)、SNRの変動に対してロバストなPolar符号の設計手法の提案(IEEE MILCOM2023にて発表)、Polar符号とOFDMを併用した秘匿通信の提案、およびOFDM信号に秘密情報を効果的に埋め込む手法など(いずれもIEEE GLOBECOM 2023にて発表)、IoT無線通信システムおよびネットワークの高信頼化、低消費電力化および安全・安心につながる研究成果を得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

前年度までの成果発表に加え、新たに高インパクトファクタのIEEE論文誌/雑誌(計3本)の採択、査読付き国際会議5編の発表(うちIEEE Communications Society のフラッグシップ国際会議であるIEEE GLOBECOM 2編を含む)につながった。これまで以上に本研究成果が国際的に高い評価の獲得につながっており、当初の計画以上に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

本年度の主要成果の一つである、所望の信頼度と低遅延復号を同時に達成するPolar符号に基づく提案伝送方式の無線通信環境への適用、および多値変調方式への拡張が挙げられる。これが実現できれば、実環境でより大容量かつ高信頼・低遅延を実現するIoTネットワークの確立につながる。また、IoTデバイスのバッテリーに対する厳しい制約を考慮し、IoTネットワークのさらなる低消費電力化につながる符号化・変調・アクセス方式の確立を目指す。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 2件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 5件)

  • [国際共同研究] University of Waterloo(カナダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] MERL(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Waterloo(カナダ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] A Flexible Polar Decoding Architecture With Adjustable Latency and Reliability2024

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Shintaro、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of the Communications Society

      巻: 5 ページ: 951-964

    • DOI

      10.1109/ojcoms.2024.3358054

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Can Spatial Modulation Outperform Spatial Multiplexing in Practical Band-Limited Coded Systems?2024

    • 著者名/発表者名
      Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Communications Magazine

      巻: 62 号: 5 ページ: 128-133

    • DOI

      10.1109/mcom.023.2300120

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Comparison of Clipped and Filtered OFDM/QAM and SC/APSK with BICM2024

    • 著者名/発表者名
      Hanazawa Kazuaki、Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proceedings of 2024 IEEE 21st Consumer Communications & Networking Conference (CCNC)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/ccnc51664.2024.10454690

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On Spectral Efficiency of OFDM Signals Based on Windowing2023

    • 著者名/発表者名
      OCHIAI Hideki
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E106.A 号: 5 ページ: 752-764

    • DOI

      10.1587/transfun.2022WBI0002

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2023-05-01
    • 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
  • [雑誌論文] On the Achievable Spectral Efficiency of Non-Orthogonal Frequency Division Multiplexing2023

    • 著者名/発表者名
      Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Communications

      巻: 71 号: 11 ページ: 6246-6257

    • DOI

      10.1109/tcomm.2023.3300328

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Polar Coded OFDM System With Artificial Noise for Covert Communication2023

    • 著者名/発表者名
      Fukada Hiroki、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM 2023)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/globecom54140.2023.10437171

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Serially Concatenated Systematic Coding for Wireless Steganography with OFDM Signaling2023

    • 著者名/発表者名
      Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM 2023)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/globecom54140.2023.10437492

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design SNR Optimization of Polar Codes Over Block Rician Fading Channels2023

    • 著者名/発表者名
      Matsui Hidetake、Matsumine Toshiki、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proceedings of 2023 IEEE Military Communications Conference (MILCOM'23)

      巻: - ページ: 274-279

    • DOI

      10.1109/milcom58377.2023.10356326

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Multilevel Coding for Clipped and Filtered OFDM With Clipping Noise Cancellation2023

    • 著者名/発表者名
      Muramatsu Daichi、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE 19th International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob 2023)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/wimob58348.2023.10187734

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A New Polar Code Design Based on Reciprocal Channel Approximation2023

    • 著者名/発表者名
      Ochiai Hideki、Ikeya Kosuke、Mitran Patrick
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Communications

      巻: 71 号: 2 ページ: 631-643

    • DOI

      10.1109/tcomm.2022.3227280

    • 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] Time-Frequency Domain Non-Orthogonal Multiple Access for Power Efficient Communications2023

    • 著者名/発表者名
      Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Wireless Communications

      巻: N/A 号: 9 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/twc.2023.3235910

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Systematic Constellation Design for BICM Systems With Geometric Shaping2023

    • 著者名/発表者名
      Kurihara Eito、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proc. IEEE CCNC

      巻: N/A ページ: 1048-1053

    • DOI

      10.1109/ccnc51644.2023.10060754

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Binary-Input Ternary-Output Turbo Codes for Ternary PSK Transmission2022

    • 著者名/発表者名
      Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Communications Letters

      巻: 26 号: 9 ページ: 1974-1978

    • DOI

      10.1109/lcomm.2022.3185652

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A New Low-Complexity Polar Code Construction for BICM Over AWGN Channels2022

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Masayuki、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      Proc. IEEE MILCOM

      巻: N/A ページ: 216-221

    • DOI

      10.1109/milcom55135.2022.10017798

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maximum-Likelihood-Based Performance Enhancement of Clipped and Filtered OFDM Systems With Clipping Noise Cancellation2022

    • 著者名/発表者名
      Sun Ying、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Wireless Communications Letters

      巻: 11 号: 3 ページ: 448-452

    • DOI

      10.1109/lwc.2021.3131313

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Analysis and Comparison of Clipped and Filtered OFDM Systems With Iterative Distortion Recovery Techniques2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Ying、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Wireless Communications

      巻: 20 号: 11 ページ: 7389-7403

    • DOI

      10.1109/twc.2021.3083537

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Low-Complexity Probabilistic Amplitude Shaping With Short Linear Block Codes2021

    • 著者名/発表者名
      Matsumine Toshiki、Koike-Akino Toshiaki、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Communications

      巻: 69 号: 12 ページ: 7923-7933

    • DOI

      10.1109/tcomm.2021.3111032

    • 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] Matched-Filter Detector with Quadrature Interference Cancellation for Coded Uplink Multiuser MIMO Systems with Massive IoT Devices2021

    • 著者名/発表者名
      Hama Yuto、Ochiai Hideki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Wireless Communications

      巻: N/A 号: 6 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/twc.2021.3126373

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-06-20  

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