HanLab_Logo

本研究室では,主に効率的で高速な通信を実現するために,情報通信理論を初め,通信路符号化変調方式及び多重接続方式 など現代の移動通信システムで基礎的な物理層との研究を行っています.また,IoT技術を応用したICTによる猟師の支援レーダ信号の設計と判定及びネット広告技術の研究も行っております.

情報通信の目的は,情報をより速く希望の相手に正確に伝えることです.しかし,送信機から送信された信号は伝搬途中で電力減衰と共に,通信路の帯域制限による信号歪みが生じます. また,受信機で加わる雑音,反射波によるフェージングシンボル間干渉や複数のユーザが通信路を共有する際に生じ得るマルチアクセス干渉なども 通信システムの性能を劣化させる原因となりますが,高速移動時にはドップラー効果による周波数偏移が更に安定した高速通信を困難にします.

情報通信理論は,情報理論と通信理論で構成されてますが,この二つの分野は共通のテーマが多くあります.大雑把に分けて,情報理論では様々な通信環境においての通信の限界について調べますが,確率統計に関する知識が不可欠です. 一方,通信理論では具体的な通信方法について検討し,その性能分析や改善策について考えます. 必要となる数学知識は,確率統計の他,微積分,線形代数,確率過程,信号解析及び信号処理などがあります.

変復調や帯域制限のため,どんなディジタル通信システムも通信速度を上げるに従って符号間干渉の問題が厳しくなって来ます.このテーマでは,この影響を軽減するための波形整形,等化などの問題について調べます.
IA
無線通信などでは図で示したように複数のユーザが同じ通信路を通じで同時に通信を行ないますが, このような通信システムはマルチアクセス通信路(Multiple-Access Channel)と呼ばれます. MAC通信では,ユーザ間の信号が互いに干渉し合うのを回避するために,送信時間をずらしたり, 各ユーザに異なる周波数を割り当てたりする直行分割方式で通信を行いますが, 直行分割方式ではK人のユーザがいる場合各ユーザは1/Kの資源しか割り当てられません. 一方,送信機で通信路の干渉状況が分かっている場合には,干渉整列の方式で通信を行うと, すべてのユーザが最大で1/2の資源を利用できる可能性があります. このテーマでは,与えられた通信路状況をいかに有効に利用するかについて考えます.

送信機より送信された情報は,雑音や干渉の影響で誤って受信機に伝達されることがありますが,デジタル通信方式では誤り訂正符号を適応することで許容範囲内の誤りなら訂正することができます.

通信路符号化もしくは符号理論と呼ばれる分野は,このような誤り訂正符号の構成法と情報復元方法に関して研究しますが,なるべく多くの情報を送れる符号化レートが高く, 誤り訂正能力が優れ,情報復元が簡単な符号を見つけることを目標とします. 必要となる数学知識は,確率統計,微積分,線形代数,有限体理論などがあります.

過去の送信情報とは無関係に,一つあるひは複数のビットを特定の符号語にマッピングする符号をブロック符号と呼びます.線形ブロック符号であるRS符号は,符号化が簡単な回路で実装でき,効率的な復号方法が見つかっている符号です. RS符号は特に,誤りが集中的に起きるバーストエラーへの訂正能力に優れ,下記の畳込み符号と連結しての応用も多くあります.

過去の送信情報と無関係に符号語を生成するブロック符号と比べて,生成される符号語が過去一定期間の送信情報と現在の入力情報に依存する符号は有限状態機械(Finite State Machine)として考えられ, 有向グラフを用いて表現できます.有限状態符号器を用いるトレリス符号の中で,特に線形となる畳み込み符号は,携帯や無線LANなどで広く使われている符号でありますが, このテーマではフェージング環境においてそれぞれの無線通信システムでの適応方法について研究します.

複数の畳込み符号をインターリーバで繋いで構成するTurbo符号は,ビット誤りを生じさせずに伝送できる最大の伝送速度(理論可能な限界値)に近い特性を有した上に, 符号化や復号化が簡単であることより,移動通信企画に採用されています.このテーマでは,与えられた畳み込み符号に適するインターリーバの設計を中心に,Turbo符号の新たな展開を研究します.
LDPCは,シャノン限界に近い情報伝送レートを達成できる符号で,1963年に開発されてから近年になって再び注目を浴びています. その理由には,確率のグラフィカルモデルに基づいた確率伝搬法(Belief Propagation)あるいはSum-productメッセージ伝達法(sum-product message passing)と呼ばれる復号アルゴリズムの開発が大きく貢献しています. 確率のグラフィカルモデルの手法は,人工知能や機械学習など様々な分野で広く応用されています.

通信路符号化を行った情報を電話線や無線電波を介して送信するには,対応した通信媒体での伝送に適した形に変換する必要がありますが,その役割を担うのが変調方式です.

変調方式の分野では,送信エネルギーと通信媒体の帯域を有効に使うために,送信するビットと波形の効率的な対応方法について研究しますが,主に確率統計,微積分,幾何学などの数学的道具を使用します.

送信機は,送信ビット列に応じて送信する波形の振幅,周波数及び位相を変化させることで,受信機に情報を伝えます. そのときに,どんな送信ビット列をどんな波形に対応させるかによって,送信に必要な平均電力と雑音や通信路フェージングに対する耐性が大きく変わります. この研究では,様々な通信システムと通信環境を想定して,送信エネルギーと通信媒体の帯域を有効に使うための送信ビット列と波形の対応方法について研究します.
主にディジタル衛星放送やディジタル地上放送で使われている符号化変調方式は,この方式では誤り訂正符号化技術と変調技術を一体化させることによって,今までと同じ信号点エネルギーで同等の誤り訂正能力を持たせたまま一度により多くの情報を送れるようになります. つまり,限られた周波数帯域と信号電力で,より高速かつ信頼性の高い通信が行なえるようになりますが,本研究では,変調方式によって送信可能な信号点の構成方法や信号点と符号化された系列の対応関係を決定するアルゴリズムについての研究を行ないます.
Multiplexing

たくさんのユーザをつなぐ通信網において,ユーザペアごとに電話線を引いて回線を設置するには莫大なコストがかかり現実的ではありません.それで,実際の電話回線やインターネット通信網では単一の基幹通信路を複数のユーザが共有し, 送信時には届ける情報そのもの以外に,誰に届ける情報なのかが区別できる「住所情報」を埋め込む必要がありますが,その具体的な実現方法を多重化方式或いは多重アクセス(multiacess)と呼びます.

我々が使っている携帯電話の無線通信は,今まで多重化方式によって第一世代(1G:Analog方式),第一世代(1G:Analog方式),第二世代(2G:TDMA方式),第三世代(3G:CDMA方式),第四世代(4G:OFDMA方式)と区分しています.

CDMA
CDMA(Code Division Multiple Access)は,各ユーザに固有の拡散符号を割り当てて多元接続を行う方式であり,スペクトル拡散通信とも呼ばれています. CDMA は音声だけでなく静止画像・動画・コンピュータデータなどの各メディアに柔軟に対応できるため,21世紀の第三世代移動体通信(IMT-2000)採用されましたが,通信路間干渉が問題で第四移動体通信規格からは外されました. しかし,低遅延などの特性がIoTなどの応用に適しているとみなされ,第五世代(5G)ではNOMAとして再び注目を浴びています. 本研究では,通信全体の効率を上げるために,通信路間干渉がないCDMA,NOMA,同期CDMAなどについて研究しています.
COFDM
PSKやQAMなどのディジタル変復調は単一搬送波で伝送されますが,無線LANやデジタル放送で使われているOFDMでは直交関係にある複数の搬送波を互いに重畳させてデータ伝送を行います. OFDMは反射波が存在する無線環境で通信路等化が簡単になる長所がありますが,誤り訂正符号を適応しないと通信性能が悪く,平均電力対ピーク電力比(PAPR)が高いとの欠点もあります. ここでは,主にOFDMに誤り訂正を加えたCOFDMの性能向上方法について研究しています.
SCFDMA
SC-FDMA方式は,QAMなどのディジタル変調信号をDFT行列で拡散してからOFDMの連続した副搬送波を介して送信する伝送方式ですが,OFDM方式に比べてPAPRが低く,通信性能も良くなることから LTE(Long term evaluation)では,移動端末から基地局の上り回線規格に採用されています.本研究では,高速移動時のドップラー周波数偏移に起因する干渉の分析し,その抑制策などについて考えています.
光空間伝搬を用いた通信はビル間や室内のデータ伝送,電話,路車間通信などに実用化されています.光無線LANは法規制がないため,光搬送波の持つ広帯域が自由に利用できます. 光搬送波は室内の壁や天井で完全に反射してしまうため,隣接ネットワークとの干渉が起こりません.従って,室内の電器機器に対する電磁干渉の影響を考えずに済むなどの利点が挙げられます. 本研究では,光無線ネットワークにおいて,多元接続方式であるCDMAへの適用について考え,従来の光無線多元接続方式を用いたものよりも,より柔軟なネットワーク構成を作り上げることを目指します.
完成までしばらくお待ちください
完成までしばらくお待ちください
完成までしばらくお待ちください

完成までしばらくお待ちください

完成までしばらくお待ちください
完成までしばらくお待ちください
完成までしばらくお待ちください