Applications of modern coding theory to DNA storage

现代编码理论在DNA存储中的应用

• 批准号: 21K14160
• 负责人: 柴田 凌
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14160/
• 关键词: DNAストレージ; LDPC符号; 空間結合符号; 連接符号; 同期誤り訂正; 確率推論; DNA; 挿入/削除誤り; 確率伝搬法; 次世代ストレージ技術

DNAストレージでは挿入・削除・反転誤りが生じ，その信頼性が大きく損なわれる．本研究では，LDPC符号に代表される確率推論に基づく現代的な符号理論をDNAストレージに展開することを目的としている．本年度の主な研究成果は以下のとおりである．(1) 挿入・削除タイプ通信路に対する空間結合符号の復号法開発：空間結合符号は反復的な同期・復号手法により，挿入・削除タイプ通信路の対称情報レートに近づくことが知られているが，大きな復号遅延が問題となっている．本研究では，復号遅延の削減を目的とし，スライド窓型反復同期・復号法を提案した．計算機シミュレーションにより，同程度の復号遅延で従来手法と比較し，大きな利得が得られることを確認した．(2) 挿入・削除タイプ通信路に対する反復シンボル同期・復号法の開発：本研究では，複数系列に対して同タイミングで挿入・削除誤りが発生する問題を対象とし，時点毎の入出力をシンボルとして扱う反復シンボル同期・復号法を提案した．さらに，提案手法にマッチする多元LDPC符号を適用し，その有効性を検証した．計算機シミュレーションより，エラーフロア領域・ウォータフォール領域共に従来手法と比較し，復号性能の向上を確認した．(3) DNAストレージに適した連接符号化法の検討：DNAストレージのシーケンサー等で生じる挿入・削除誤りの発生確率の削減や化学的な安定性を目指し，GC含有量とホモポリマー長の制約を満たす連接符号化法を検討した．

DNA is the most common type of DNA in the world. In this study, LDPC symbol representation is based on the modern symbol theory and the purpose of DNA symbol development. This year's main research results are as follows. (1)The complex sign method of spatial combination symbol for removing communication path pairs is developed. The complex sign method of spatial combination symbol for removing communication path pairs is developed. The complex sign method for removing communication path pairs is developed. The complex sign method for removing communication path pairs is developed. The complex sign method for removing communication path pairs is developed. This paper proposes a new method for the reduction of complex signal delay. The computer system has a large number of problems. (2)In this paper, the authors propose a new method of synchronization and duplication of signals for multiple series of signals. The proposed method is based on the multi-dimensional LDPC symbol. The computer system has a number of different functions, such as: (3)The study of DNA linkage symbolization method: DNA linkage symbolization method, etc., to reduce the error rate, reduce the error rate, chemical stability, GC content, restriction of DNA linkage symbolization method.

项目成果

Design and Performance of Low-Density Parity-Check Codes for Noisy Channels with Synchronization Errors

具有同步误差的噪声信道的低密度奇偶校验码的设计和性能

• DOI: 10.1587/transfun.2021eal2013
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences
• 作者: SHIBATA Ryo;YASHIMA Hiroyuki
• 通讯作者: YASHIMA Hiroyuki

Delayed Coding Scheme for Channels with Insertion, Deletion, and Substitution Errors

具有插入、删除和替换错误的通道的延迟编码方案

• 发表时间: 2022
• 作者: Shibata Ryo;Yashima Hiroyuki
• 通讯作者: Yashima Hiroyuki

非正則Multi-Kernel Polar符号の提案と性能調査

不规则多核Polar码的提出和性能研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 樋口 智大;柴田 凌;八嶋 弘幸
• 通讯作者: 八嶋 弘幸

Windowed-based synchronization error-correction for spatially coupled codes

空间耦合码的基于窗口的同步纠错

• DOI: 10.1587/comex.2022xbl0121
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEICE Communications Express
• 影响因子: 0.3
• 作者: Shibata Ryo;Yashima Hiroyuki
• 通讯作者: Yashima Hiroyuki

Deep-learning-aided design of LDPC coding scheme for two-user Gaussian multiple access channels

深度学习辅助的二用户高斯多址信道LDPC编码方案设计

• DOI: 10.1587/comex.2021xbl0200
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEICE Communications Express
• 影响因子: 0.3
• 作者: Usui Jumpei;Shibata Ryo;Yashima Hiroyuki
• 通讯作者: Yashima Hiroyuki