| 講演名 | 2024-01-18 外部符号連接カオス符号化変調における多元LDPC符号を用いた復号性能改善の検討 戸澤 遼(名工大), 山下 聖矢(名工大), 岡本 英二(名工大), 堀池 直登(パナソニック), 山本 哲矢(パナソニック), |
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| 抄録(和) | 近年Internet of Things (IoT) の急速な拡大に伴い，無線通信の秘匿性向上が課題となっている．この課題に対し我々は対称鍵暗号方式の一種であり，物理層の変調において暗号化を行うカオス符号化変調方式を提案している．カオス符号化変調はブロック変調であり，従来の線形変調と比較して符号語間距離が大きくなるため，物理層での暗号化に加えて符号化利得も得ることができる．しかし，カオス符号化変調はその暗号化の性質上情報ビット系列のハミング距離と変調後のシンボル系列のユークリッド距離に相関がなく，外部符号連接時に復号に用いる対数尤度比 (log-likelihood ratio: LLR） の精度が，従来のグレーラベリングを適用した線形変調に対して著しく劣化するという課題があった．そこで本稿では，連接する外部符号に多元low-density parity check (LDPC) 符号を用いて，LLRではなく多元尤度ベースの復号を行うことで大幅に誤り率特性を改善できる手法を提案する．計算機シミュレーションの結果，多元LDPC符号連接時には，従来の2元LDPC符号連接時と比較して符号長1024，符号化率0.5においてビット誤り率が10^(-4)で約3.6 dBの特性改善が実現でき，これはシャノン限界に1.2 dBまで迫る結果であることが分かった． |
| 抄録(英) | With the rapid expansion of the Internet of Things (IoT) in recent years, the need to improve the confidentiality of wireless communications has become an important issue. To address this, we have proposed a chaos coded modulation scheme, a type of symmetric key cryptography, in which encryption is performed in the physical layer modulation. Chaos modulation is a block modulation, and the Euclidean distance between codewords is larger than that of conventional linear modulation. Thus, it can provide coding gain in addition to encryption at the physical layer. However, due to the nature of its encryption, chaos coded modulation does not correlate the Hamming distance of the information bit sequence with the Euclidean distance of the modulated symbol series, and the accuracy of the bit-wise log-likelihood ratio (LLR) used for decoding when outer codes are connected is significantly degraded compared to conventional linear modulation with gray labeling. In this paper, we propose a new method that can significantly improve the error rate performances by using multidimensional low-density parity check (LDPC) codes as the concatenated outer codes and performing multidimensional likelihood-based decoding instead of bit LLR. Numerical results show that the proposed method improves the error rate by approximately 3.6 dB at a bit error rate of 10^(-4) for a code length of 1024 and a coding rate of 0.5 compared to the conventional binary LDPC code. This result is close to the Shannon limit by 1.2 dB. |
| キーワード(和) | IoT / 物理層秘匿性 / カオス符号化変調 / 多元LDPC符号 |
| キーワード(英) | Internet of Things / physical layer security / chaos coded modulation / non-binary LDPC codes |
| 資料番号 | IT2023-55,SIP2023-88,RCS2023-230 |
| 発行日 | 2024-01-11 (IT, SIP, RCS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | SIP / IT / RCS |
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| 開催期間 | 2024/1/18(から2日開催) |
| 開催地（和） | 東北大学 青葉記念会館 |
| 開催地（英） | |
| 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） | 仲地 孝之(琉球大) / 小嶋 徹也(東京高専) / 樋口 健一(東京理科大) |
| 委員長氏名（英） | Takayuki Nakachi(Ryukyu Univ.) / Tetsuya Kojima(Tokyo Kosen) / Kenichi Higuchi(Tokyo Univ. of Science) |
| 副委員長氏名（和） | 市毛 弘一(横浜国大) / 西川 清史(都立大) / 野上 保之(岡山大) / 児島 史秀(NICT) / 牟田 修(九大) / 石井 直人(NEC) |
| 副委員長氏名（英） | Koichi Ichige(Yokohama National Univ.) / Kiyoshi Nishikawa(okyo Metropolitan Univ.) / Yasuyuki Nogami(Okayama Univ.) / Fumihide Kojima(NICT) / Osamu Muta(Kyushu Univ.) / Naoto Ishii(NEC) |
| 幹事氏名（和） | 今泉 祥子(千葉大) / 京地 清介(工学院大) / 細谷 剛(早大) / 眞田 亜紀子(長岡技科大) / 安達 宏一(電通大) / 中村 理(シャープ) / 酒井 学(三菱電機) |
| 幹事氏名（英） | Shoko Imaizumi(Chiba Univ.) / Seisuke Kyochi(Kogakuin Univ.) / Go Hosoya(Waseda Univ.) / Akiko Manada(Nagaoka Univ. of Tech.) / Koichi Adachi(Univ. of Electro-Comm) / Osamu Nakamura(Sharp) / Manabu Sakai(Mitsubishi Electric) |
| 幹事補佐氏名（和） | 吉田 太一(電通大) / 塩田 さやか(都立大) / 松田 哲直(埼玉大) / 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) / 立石 貴一(NTTドコモ) |
| 幹事補佐氏名（英） | Taichi Yoshida(UEC) / Sayaka Shiota(Tokyo Metropolitan Univ.) / Tetsunao Matsuta(Saitamai Univ.) / Masashi Iwabuchi(NTT) / Issei Kanno(KDDI Research) / Yuyuan Chang(Tokyo Inst. of Tech) / Kazuki Maruta(Tokyo Univ. of Science) / Kiichi Tateishi(NTT Docomo) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Signal Processing / Technical Committee on Information Theory / Technical Committee on Radio Communication Systems |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 外部符号連接カオス符号化変調における多元LDPC符号を用いた復号性能改善の検討 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | A Study on Decoding Performance Improvement by Using Non-binary LDPC Codes in Outer Channel Coding-Concatenated Chaos Coded Modulation |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | IoT / Internet of Things |
| キーワード(2)（和/英） | 物理層秘匿性 / physical layer security |
| キーワード(3)（和/英） | カオス符号化変調 / chaos coded modulation |
| キーワード(4)（和/英） | 多元LDPC符号 / non-binary LDPC codes |
| 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：NITech) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 山下 聖矢 / Seiya Yamashita |
| 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：NITech) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 岡本 英二 / Eiji Okamoto |
| 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：NITech) |
| 第 4 著者 氏名（和/英） | 堀池 直登 / Horiike Naoto |
| 第 4 著者 所属（和/英） | パナソニックホールディングス株式会社(略称：パナソニック) Panasonic Holdings Corporation(略称：Panasonic) |
| 第 5 著者 氏名（和/英） | 山本 哲矢 / Tetsuya Yamamoto |
| 第 5 著者 所属（和/英） | パナソニックホールディングス株式会社(略称：パナソニック) Panasonic Holdings Corporation(略称：Panasonic) |
| 発表年月日 | 2024-01-18 |
| 資料番号 | IT2023-55,SIP2023-88,RCS2023-230 |
| 巻番号（vol） | vol.123 |
| 号番号（no） | IT-338,SIP-339,RCS-340 |
| ページ範囲 | pp.133-138(IT), pp.133-138(SIP), pp.133-138(RCS), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2024-01-11 (IT, SIP, RCS) |