| 講演名 | 2022-01-21 有相関大規模MIMO検出のための離散分布追跡に基づくロバストな参照型AMPに関する一検討 島村 篤典(阪大), 高橋 拓海(阪大), 衣斐 信介(同志社大), 三瓶 政一(阪大), |
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| 抄録(和) | 近似メッセージ伝搬法 (AMP: Approximate Message Passing) は非常に低演算量な大規模MIMO (Multi-Input Multi-Output) 信号検出手法として知られているが，内部処理を倍精度演算で行う場合，システム規模の増大に応じて消費電力の増大と大規模なメモリ占有が問題となる．この問題に対し，倍精度AMPの内部処理で扱われる変数の分布に基づいて，倍精度演算をLUT (Look-Up Table) を用いた整数精度の参照操作に置き換える参照型AMP検出器が提案されている．しかし，実際に動作させた場合の内部挙動と倍精度AMP内部の変数分布の乖離によって深刻な特性の劣化が避けられない．そこで本稿では，参照型AMPが多数の小さなLUTを積み重ねた多層構造を有していることに着目し，各階層での離散出力の分布を追跡することで，特性劣化を最小限に抑制する手法を提案する．提案法では，各演算のテーブル化において離散出力変数のヒストグラムを作成し，これに対して量子化操作前後のMSEを最小化するLloyd-Max法を使用してLUTを設計する．このとき，k-means++法による初期値選択を行い初期値依存性を補償する．最後に，計算機シミュレーションにより，提案法がビット誤り率 (BER: Bit Error Rate) 特性の観点から相関の有無に関わらず良好な特性を達成できることを示す．さらに，無相関通信路で作成した参照型AMPが異なる通信環境でも良好な特性を達成できることを明らかにし，その原因についても考察する． |
| 抄録(英) | This paper proposes a LUT-based MUD scheme imitating AMP for uplink signal detection in large MU-MIMO systems. AMP is a solid inference framework to achieve low-complexity MUD, however, when the internal processing is performed with double-precision arithmetic, increasing power consumption and large memory occupation become major obstacles to practical application as the system scale increases. To tackle this issue, we design a novel referential AMP detector that imitates the internal processing of a double-precision AMP detector by stacking many small LUT in a hierarchical manner. In the proposed method, the quantization thresholds of LUT are sequentially designed based on the discrete distribution tracking of LUT outputs at each level of the hierarchy to minimize the performance degradation owing to quantization errors. The optimization of the thresholds based on the discrete distribution is performed by the Lloyd-Max algorithm with initial values given by the k-means++ method. Numerical results demonstrate the efficacy of the proposed method in terms of the BER performance and memory usage. In addition, we show that the proposed LUT created based on uncorrelated channels can work in different communication environments, and then discuss the reason for this qualitatively. |
| キーワード(和) | 大規模MIMO検出 / 近似メッセージ伝搬法 / 有相関通信路 / 信念伝搬法 / テーブル処理 |
| キーワード(英) | Large MIMO detection / AMP / correlated channels / belief propagation / look-up table |
| 資料番号 | IT2021-66,SIP2021-74,RCS2021-234 |
| 発行日 | 2022-01-13 (IT, SIP, RCS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | RCS / SIP / IT |
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| 開催期間 | 2022/1/20(から2日開催) |
| 開催地（和） | オンライン開催 |
| 開催地（英） | Online |
| テーマ（和） | 無線通信のための信号処理，学習，数理，情報理論および一般 |
| テーマ（英） | |
| 委員長氏名（和） | 岡本 英二(名工大) / 坂東 幸浩(NTT) / 和田山 正(名工大) |
| 委員長氏名（英） | Eiji Okamoto(Nagoya Inst. of Tech.) / Yukihiro Bandou(NTT) / Tadashi Wadayama(Nagoya Inst. of Tech.) |
| 副委員長氏名（和） | 西村 寿彦(北大) / 旦代 智哉(東芝) / 児島 史秀(NICT) / 田中 聡久(東京農工大) / 仲地 孝之(琉球大学) / 小嶋 徹也(東京高専) |
| 副委員長氏名（英） | Toshihiko Nishimura(Hokkaido Univ.) / Tomoya Tandai(Toshiba) / Fumihide Kojima(NICT) / Toshihisa Tanaka(Tokyo Univ. Agri.&Tech.) / Takayuki Nakachi(Ryukyu Univ.) / Tetsuya Kojima(Tokyo Kosen) |
| 幹事氏名（和） | 村岡 一志(NEC) / 山本 哲矢(パナソニック) / 杉本 憲治郎(Xiaomi) / 渡辺 修(拓殖大) / 田中 雄一(東京農工大) / 松田 哲直(埼玉大) / 野崎 隆之(山口大) |
| 幹事氏名（英） | Kazushi Muraoka(NEC) / Tetsuya Yamamoto(Panasonic) / Kenjiro Sugimoto(Xiaomi) / Osamu Watanabe(Takushoku Univ.) / Yuichi Tanaka(Tokyo Univ. Agri.&Tech.) / Tetsunao Matsuta(Saitamai Univ.) / Takayuki Nozaki(Yamaguchi Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 安達 宏一(電通大) / 中村 理(シャープ) / 酒井 学(三菱電機) / 岩渕 匡史(NTT) / 奥山 達樹(NTTドコモ) / 吉田 太一(電通大) / 京地 清介(北九州市立大) / 廣友 雅徳(佐賀大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Koichi Adachi(Univ. of Electro-Comm.) / Osamu Nakamura(Sharp) / Manabu Sakai(Mitsubishi Electric) / Masashi Iwabuchi(NTT) / Tatsuki Okuyama(NTT DOCOMO) / Taichi Yoshida(UEC) / Seisuke Kyochi(Univ. of Kitakyushu) / Masanori Hirotomo(Saga Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Radio Communication Systems / Technical Committee on Signal Processing / Technical Committee on Information Theory |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 有相関大規模MIMO検出のための離散分布追跡に基づくロバストな参照型AMPに関する一検討 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | A Study on Robust Referential AMP via Discrete Distribution Tracking for Correlated Large MIMO Signal Detection |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 大規模MIMO検出 / Large MIMO detection |
| キーワード(2)（和/英） | 近似メッセージ伝搬法 / AMP |
| キーワード(3)（和/英） | 有相関通信路 / correlated channels |
| キーワード(4)（和/英） | 信念伝搬法 / belief propagation |
| キーワード(5)（和/英） | テーブル処理 / look-up table |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 島村 篤典 / Atsunori Shimamura |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 大阪大学(略称：阪大) Osaka University(略称：Osaka Univ) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 高橋 拓海 / Takumi Takahashi |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 大阪大学(略称：阪大) Osaka University(略称：Osaka Univ) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 衣斐 信介 / Shinsuke Ibi |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 同志社大学(略称：同志社大) Doshisha University(略称：Doshisha Univ) |
| 第 4 著者 氏名（和/英） | 三瓶 政一 / Seiichi Sampei |
| 第 4 著者 所属（和/英） | 大阪大学(略称：阪大) Osaka University(略称：Osaka Univ) |
| 発表年月日 | 2022-01-21 |
| 資料番号 | IT2021-66,SIP2021-74,RCS2021-234 |
| 巻番号（vol） | vol.121 |
| 号番号（no） | IT-327,SIP-328,RCS-329 |
| ページ範囲 | pp.213-218(IT), pp.213-218(SIP), pp.213-218(RCS), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2022-01-13 (IT, SIP, RCS) |