| 講演名 | 2023-01-24 カオス変調における非線形最適化アルゴリズムを用いたビット割り当てによる誤り率性能改善の検討 戸澤 遼(名工大), 浅野 敬祐(名工大), 阿部 拓実(名工大), 加藤 健太(名工大), 岡本 英二(名工大), |
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| 抄録(和) | 近年，Internet of things（IoT）端末が増加し産業や医療の場などで用いられている．これらの用途では個人情報やデバイスの制御情報が無線通信によってやり取りされるため，秘匿性向上が課題となっている．この課題を解決する方法の1つとして我々は物理層秘匿性を有するカオス変調を提案している．カオス変調は共通鍵暗号の一種であり，正しい共通鍵を持つ受信者以外は復号できないため物理層秘匿性を持つ．さらにカオス変調では情報ビットを畳み込み，ガウス分布するカオス信号を生成するため，物理層秘匿性に加えて符号化利得も得ることができる変調方式である．しかし，カオス変調は暗号化の性質上情報ビットのハミング距離と信号点のユークリッド距離に相関がなく，符号化利得が制限されるという問題があった．そこで本稿では，非線形最適化アルゴリズムの一種である焼きなまし法を用いて，各信号点に適切なビットを割り当てる手法を提案する．そして既存カオス変調より，データ長4においてビット誤り率10^(-4)の点で1 dBの利得が得られることを示す．また遺伝的アルゴリズムによるビット割り当てとの比較を行い，焼きなまし法を用いる提案手法が有効であることを示す． |
| 抄録(英) | In recent years, the number of Internet of things (IoT) devices has increased and they are used in industrial and medical applications. In these applications, personal information and device control information are exchanged via wireless communication, making the improvement of confidentiality a challenge. As a solution to this problem, we proposed a chaos modulation with physical layer confidentiality. Chaos modulation is a type of symmetric key encryption, in which a shared key is incorporated into the modulation, so that only the receiver with the correct symmetric key can decrypt the data, thus providing physical layer confidentiality. Furthermore, chaos modulation can obtain channel coding gain in addition to physical layer confidentiality, because it generates a Gaussian-distributed chaotic signal by convolving the information bits. However, due to its cryptographic nature, chaotic modulation has the problem that the coding gain is limited because there is no correlation between the Hamming distance of the information bits and the Euclidean distance of the signal points. To solve this problem, in this paper, we propose an appropriate mapping method of chaos modulation assigning proper bits to each signal point using the simulated annealing method, which is a kind of nonlinear optimization algorithm. We show that the proposed method can achieve 1 dB channel coding gain at a point with a bit error rate of 10^(-4) for a data length of 4, compared to the existing chaotic modulation method. We also compare the proposed method with other nonlinear optimization algorithms, such as bit assignment using genetic algorithms, and show that the simulated annealing method is effective. |
| キーワード(和) | 物理層秘匿性 / カオス変調 / 最適化アルゴリズム / 焼きなまし法 / 遺伝的アルゴリズム |
| キーワード(英) | physical layer security / chaos modulation / optimization algorithm / simulated annealing / genetic algorithm |
| 資料番号 | IT2022-30,SIP2022-81,RCS2022-209 |
| 発行日 | 2023-01-17 (IT, SIP, RCS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | IT / RCS / SIP |
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| 開催期間 | 2023/1/24(から2日開催) |
| 開催地（和） | 前橋テルサ |
| 開催地（英） | Maebashi Terrsa |
| 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） | 小嶋 徹也(東京高専) / 樋口 健一(東京理科大) / 田中 聡久(東京農工大) |
| 委員長氏名（英） | Tetsuya Kojima(Tokyo Kosen) / Kenichi Higuchi(Tokyo Univ. of Science) / Toshihisa Tanaka(Tokyo Univ. Agri.&Tech.) |
| 副委員長氏名（和） | 野上 保之(岡山大学) / 旦代 智哉(東芝) / 児島 史秀(NICT) / 牟田 修(九大) / 市毛 弘一(横浜国大) / 仲地 孝之(琉球大学) |
| 副委員長氏名（英） | Yasuyuki Nogami(Okayama Univ.) / Tomoya Tandai(Toshiba) / Fumihide Kojima(NICT) / Osamu Muta(Kyushu Univ.) / Koichi Ichige(Yokohama National Univ.) / Takayuki Nakachi(Ryukyu Univ.) |
| 幹事氏名（和） | 松田 哲直(埼玉大) / 眞田 亜紀子(長岡技科大) / 山本 哲矢(パナソニック) / 安達 宏一(電通大) / 中村 理(シャープ) / 田中 雄一(東京農工大) / 京地 清介(北九州市大) |
| 幹事氏名（英） | Tetsunao Matsuta(Saitamai Univ.) / Akiko Manada(Nagaoka Univ. of Tech.) / Tetsuya Yamamoto(Panasonic) / Koichi Adachi(Univ. of Electro-Comm) / Osamu Nakamura(Sharp) / Yuichi Tanaka(Tokyo Univ. Agri.&Tech.) / Seisuke Kyochi(Univ. of Kitakyushu) |
| 幹事補佐氏名（和） | 野崎 隆之(山口大) / 酒井 学(三菱電機) / 岩渕 匡史(NTT) / 菅野 一生(KDDI総合研究所) / 張 裕淵(東工大) / 丸田 一輝(東京理科大) / 吉田 太一(電通大) / 今泉 祥子(千葉大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Takayuki Nozaki(Yamaguchi Univ.) / Manabu Sakai(Mitsubishi Electric) / Masashi Iwabuchi(NTT) / Issei Kanno(KDDI Research) / Yuyuan Chang(Tokyo Inst. of Tech) / Kazuki Maruta(Tokyo Univ. of Science) / Taichi Yoshida(UEC) / Shoko Imaizumi(Chiba Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Information Theory / Technical Committee on Radio Communication Systems / Technical Committee on Signal Processing |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | カオス変調における非線形最適化アルゴリズムを用いたビット割り当てによる誤り率性能改善の検討 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | A Study on Bit Error Rate Improvement of Chaos Modulation By Bit Assignment Using Nonlinear Optimization Algorithm |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 物理層秘匿性 / physical layer security |
| キーワード(2)（和/英） | カオス変調 / chaos modulation |
| キーワード(3)（和/英） | 最適化アルゴリズム / optimization algorithm |
| キーワード(4)（和/英） | 焼きなまし法 / simulated annealing |
| キーワード(5)（和/英） | 遺伝的アルゴリズム / genetic algorithm |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 戸澤 遼 / Ryo Tozawa |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 名古屋工業大学(略称：名工大) Nagoya Institute of Technology(略称：NIT) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 浅野 敬祐 / Keisuke Asano |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 名古屋工業大学(略称：名工大) Nagoya Institute of Technology(略称：NIT) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 阿部 拓実 / Takumi Abe |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 名古屋工業大学(略称：名工大) Nagoya Institute of Technology(略称：NIT) |
| 第 4 著者 氏名（和/英） | 加藤 健太 / Kenta Kato |
| 第 4 著者 所属（和/英） | 名古屋工業大学(略称：名工大) Nagoya Institute of Technology(略称：NIT) |
| 第 5 著者 氏名（和/英） | 岡本 英二 / Eiji Okamoto |
| 第 5 著者 所属（和/英） | 名古屋工業大学(略称：名工大) Nagoya Institute of Technology(略称：NIT) |
| 発表年月日 | 2023-01-24 |
| 資料番号 | IT2022-30,SIP2022-81,RCS2022-209 |
| 巻番号（vol） | vol.122 |
| 号番号（no） | IT-355,SIP-356,RCS-357 |
| ページ範囲 | pp.7-12(IT), pp.7-12(SIP), pp.7-12(RCS), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2023-01-17 (IT, SIP, RCS) |