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Capacity-Achieving Encoding, Detection and Decoding in Generalized Multiuser Multiple-Input-Multiple-Output Wireless Communication Beyond 5G

研究課題

研究課題/領域番号 21K14156
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分21020:通信工学関連
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

LIU Lei  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80870906)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2022年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードMessage Passing / Capacity Optimality / Channel Coding / Low Complexity / MMSE Optimality / Joint Detection-Decoding / Capacity optimal / Coded linear systems / Memory AMP / Low complexity / Encoding / Iterative detection / Decoding / Compressed sensing / Generalized MU-MIMO / Capacity Achieving / Detection
研究開始時の研究の概要

Conventional multiuser MIMO with Gaussian input, IID channel or a few users has been well studied. However, these conditions are not satisfied in the practical wireless communications. Generalized multiuser MIMO with non-Gaussian input, non-IID channel and massive users is far from sloved, and will be the key scenario of the wireless communication beyond 5G. This project will derive a calculable capacity expression and provide a low-complexity capacity-achieving scheme for GMU-MIMO. This project will offer low-cost and high-spectral-efficiency solutions to the future cellular system.

研究実績の概要

We made a major breakthrough in the matrix limitation of AMP and high-complexity limitation of orthogonal/vector AMP, firstly built a universal MAMP framework and proposed a low-complexity and minimum mean square error (MMSE)-optimal MAMP algorithm (see [1]). A coded OAMP is designed based on matched FEC coding [2], which achieves the information-theoretic limit of a large linear system with a right-unitarily-invariant matrix and non-Gaussian signaling. To address the above challenges in GMU-MIMO, we proposed a unified framework to accurately characterize the capacity and design a capacity optimal transceiver of GMU-MIMO, jointly considering encoding, modulation, detection, and decoding. We design a practical framework based on OAMP/VAMP to achieve the sum capacity of GMU-MIMO [3]. We published 5 IEEE journal papers (including 1 TIT, 1 TSP, 1 TCOM, 1 IoT Journal and 1 Access), and 3 IEEE ISIT conference papers.

[1] “Memory AMP,” IEEE TIT, 2022. [2] "Capacity optimality of OAMP: Beyond IID sensing matrices and Gaussian signaling," arXiv:2108.08503, 2021. [3] ``Constrained capacity optimal generalized multi-user MIMO: A theoretical and practical framework," IEEE TCOM, Dec. 2022.

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Algebra of L-Banded Matrices2023

    • 著者名/発表者名
      Huang Shunqi、Liu Lei、Kurkoski Brian M.
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 11 ページ: 17658-17664

    • DOI

      10.1109/access.2023.3244780

    • 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] Memory AMP2022

    • 著者名/発表者名
      Liu Lei、Huang Shunqi、Kurkoski Brian M.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 68 号: 12 ページ: 8015-8039

    • DOI

      10.1109/tit.2022.3186166

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Constrained Capacity Optimal Generalized Multi-User MIMO: A Theoretical and Practical Framework2022

    • 著者名/発表者名
      Chi Yuhao、Liu Lei、Song Guanghui、Li Ying、Guan Yong Liang、Yuen Chau
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Communications

      巻: 70 号: 12 ページ: 8086-8104

    • DOI

      10.1109/tcomm.2022.3207813

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized Memory Approximate Message Passing for Generalized Linear Model2022

    • 著者名/発表者名
      Tian Feiyan、Liu Lei、Chen Xiaoming
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 70 ページ: 6404-6418

    • DOI

      10.1109/tsp.2022.3213414

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Massive Unsourced Random Access over Rician Fading Channels: Design, Analysis, and Optimization2022

    • 著者名/発表者名
      Tian Feiyan、Chen Xiaoming、Liu Lei、Ng Derrick Wing Kwan
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: - 号: 18 ページ: 17675-17688

    • DOI

      10.1109/jiot.2022.3155670

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Capacity Optimality of AMP in Coded Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Lei、Liang Chulong、Ma Junjie、Ping Li
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 67 号: 7 ページ: 4429-4445

    • DOI

      10.1109/tit.2021.3083748

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Practical RIS-Aided Coded Systems: Joint Precoding and Passive Beamforming2021

    • 著者名/発表者名
      Yue Mingyang、Liu Lei、Yuan Xiaojun
    • 雑誌名

      IEEE Wireless Communications Letters

      巻: 10 号: 11 ページ: 2345-2349

    • DOI

      10.1109/lwc.2021.3099800

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Capacity optimality of OAMP in coded large unitarily invariant systems2022

    • 著者名/発表者名
      Lei Liu
    • 学会等名
      2022 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Capacity optimal coded generalized MU-MIMO2022

    • 著者名/発表者名
      Lei Liu
    • 学会等名
      2022 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sufficient statistic memory approximate message passing2022

    • 著者名/発表者名
      Lei Liu
    • 学会等名
      2022 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Memory Approximate Message Passing2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Lei、Huang Shunqi、Kurkoski Brian M.
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Capacity Optimality of AMP in Coded Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Lei、Liang Chulong、Ma Junjie、Ping Li
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Irregularly Clipped Sparse Regression Codes2021

    • 著者名/発表者名
      Li Wencong、Liu Lei、Kurkoski Brian M.
    • 学会等名
      2021 IEEE Information Theory Workshop (ITW)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of Massive Unsourced Random Access over Rician Channels2021

    • 著者名/発表者名
      Feiyan Tian、Xiaoming Chen、Lei Liu、Derrick Wing Kwan Ng
    • 学会等名
      2021 IEEE 22nd International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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