Energy-Efficient Communication over the Unsynchronized Gaussian Diamond Network
通信网络的设计和分析通常假设节点之间的紧密同步。然而，在需要在低信噪比的能量高效机制中通信的应用中，在网络中的节点之间建立紧密同步可能导致显著的能量开销。最近的结果表明，近最佳的能源效率可以实现在AWGN信道，而不需要紧密同步的动机，我们考虑的问题，是否可以实现合作通信的潜在收益在没有同步。我们专注于对称高斯钻石网络，并建立合作通信增益确实是可行的，即使与非同步节点。更准确地说，我们表明，每单位能量的非同步对称高斯菱形网络的容量是在一个常数的因素，相应的同步网络的每单位能量的容量。为此，我们提出了一种分布式中继方案，不需要严格的同步，但仍然实现了大部分的能量增益的相干合并。
2014-07-08 cs.IT math.IT
Secrecy Through Synchronization Errors
在本文中，我们提出了一个传输方案，实现信息理论的安全性，而不对窃听者的信道的假设。这是通过基于共享的随机性源故意引入同步错误（插入和/或删除）的发射机来实现的。预期的接收器可以访问与发射器相同的共享随机性源，可以对接收到的序列进行随机化。另一方面，窃听者的信道仍然是同步误差信道。我们证明了一个保密能力定理，提供了一个下界的保密能力，并提出了数值方法来评估它。
2015-01-24 cs.IT math.IT
A General Characterization of Sync Word for Asynchronous Communication
研究了在$A$时隙中均匀传输的帧的顺序帧同步问题。对于离散无记忆信道（DMC），Venkat Schmidar等人表明，帧长度$N$必须随着$A$缩放为$e^{N α(Q)} > A$，以使帧同步误差变为零（与$A$渐近）。这里，$Q$表示DMC的转移概率，而被定义为同步阈值的$α(Q)$表征用于渐进无差错帧同步的$N$所需的缩放。我们表明，异步通信框架允许同步帧长度$N$和信道（通常由输入参数化）之间的自然权衡。对于AWGN信道，我们研究了同步帧长度$N$和输入符号功率$P$之间的这种权衡，并研究了同步帧能量$E = N P$的缩放需要用于最佳帧同步。
2016-05-19 cs.IT math.IT
Achievable Rates for Noisy Channels with Synchronization Errors
我们开发了具有同步误差的二进制输入对称输出信道的容量的几个下界，这些信道也遭受其他类型的损害，例如替换、擦除、加性高斯白噪声（AWGN）等。更确切地说，我们表明，如果具有同步误差的信道可以被分解为两个信道的级联，其中只有第一个信道遭受同步误差，而第二个信道是一个在无记忆信道的情况下，可以导出关于仅同步误差信道的容量的原始信道的容量的下限。为了实现这一点，我们推导出一个任意的输入分布的发送和接收序列（原始信道）之间的互信息率的下限，然后将此结果与信道容量。结果适用于没有知识的确切能力实现输入分布。我们的研究结果的一个主要应用是，我们可以采用任何下界推导出的第一个信道（同步误差信道的分解）的容量找到下界（原始）的噪声信道的容量与同步误差。我们将一般的想法应用到几个特定类别的通道，如同步误差通道与擦除和替换，对称的q元输出和AWGN明确，并获得易于计算的界限。我们说明，与我们的方法相比，对于某些类别的信道，与文献中当前可用的界限相比，可以推导出更严格的容量下限，例如，删除/替代信道和删除/AWGN信道（对于特定信噪比（SNR）范围）。
2012-03-28 cs.IT math.IT
Symbol Timing Synchronization and Signal Detection for Ambient Backscatter Communication
针对环境反向散射通信中符号定时偏移导致接收可靠性下降、传统同步方法失效的问题，提出基于专用导频与最大似然估计的定时偏移估计方案，结合能量检测器实现补偿，有效降低误码率。
2025-10-03 cs.IT math.IT
Channels with Markov Synchronization Errors: Information Stability and Capacity Bounds
Bilkent University（比尔肯特大学）
本文研究具有插入、删除和替换误差的信道，证明其信息稳定性，从而存在香农容量，特别应用于DNA存储。
2026-04-11 cs.IT math.IT
Symbol Detection in Ambient Backscatter Communications Under Residual Time Synchronization Errors
Shaanxi Key Laboratory of Information Communication Network and Security, Xi’an University of Posts & Telecommunications（西安邮电大学）；The University of Sheffield（谢菲尔德大学）；University of Warwick（华威大学）；Institute of Infocomm Research, Agency for Science, Technology and Research（新加坡科技研究局信息通信研究所）
本文提出了一种针对环境背散射通信中残余时间同步误差的符号检测框架，通过推导近优阈值表达式提升检测性能。
2025-12-17 cs.IT math.IT
Analysis of the Communication Traffic for Blockchain Synchronization of IoT Devices
区块链是一种独特的技术，适合在物联网（IoT）生态系统中支持大量交易和智能合约，这要归功于分散的会计机制。在区块链网络中，账户的状态由验证器节点存储和更新，以点对点的方式互连。物联网设备的特点是相对较低的计算能力和低功耗，以及零星和低带宽的无线连接。IoT设备连接到一个或多个验证器节点以观察或修改帐户的状态。为了与账户的最新状态进行交互，设备需要与验证器节点存储的区块链副本同步。在这项工作中，我们描述了通用架构和同步协议，使物联网端点同步到区块链，具有不同的通信成本和安全级别。我们的模型和分析特征的同步协议所产生的流量，并通过数值模拟研究功耗和同步权衡。据我们所知，这是第一项严格模拟无线连接在区块链驱动的物联网系统中的作用的研究。
2018-02-12 cs.CR cs.IT math.IT
Channels with Input-Correlated Synchronization Errors
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Instituto de Telecomunicações and Departamento de Matemática, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院电信研究所与数学系）
研究输入相关同步误差信道的信息容量，提出满足容量条件的输入源，并应用于多轨迹信道的编码设计。
2026-05-13 cs.IT math.IT
Robust Timing Synchronization for AC-OFDM Based Optical Wireless Communications
可见光通信（VLC）最近吸引了越来越多的兴趣，并且可以是用于在RF受限的环境（诸如飞机和医院）中实现具有高带宽容量的室内无线通信的潜在解决方案。基于光的正交频分复用（OFDM）系统已经在文献中被提出以对抗由多径信号传播引起的多径失真和符号间干扰（ISI）。在本文中，我们提出了一个强大的定时同步方案，适用于非对称限幅（AC）OFDM基于光强度调制直接检测（IM/DD）无线系统。我们提出的方法适用于基于ACO-OFDM、脉冲幅度调制离散多音（PAM-DMT）和离散哈特莱变换（DHT）的光OFDM系统。与现有的OFDM定时同步方法相比，我们提出的方法适合于AC OFDM方案，并且优于所有其他可用的技术，这些方法要么不适合于AC OFDM技术，因为输出信号的单极性质，要么表现不佳。数值和实验结果都证实了所提出的方法的准确性。我们的技术也是计算效率高，因为它需要很少的计算相比，传统的方法，以达到良好的精度。
2015-04-06 cs.IT math.IT physics.optics
Cooperative Reflection and Synchronization Design for Distributed Multiple-RIS Communications
为了获得分布式可重构智能表面（RIS）增强的无线网络中的通信所实现的承诺增益，这些元表面之间的定时同步是在实践中的一个重要先决条件。本文提出了一种统一的分布式多RIS通信系统中未知定时偏差和RIS信道参数联合估计的框架，以及协作反射和同步算法的设计。由于RIS通常是一种无源设备，信号处理能力有限，因此无法直接估计RIS链路各跳的定时偏移和信道增益。为了使估计易于处理，我们建议估计级联的信道和定时偏移联合推导出一个最大似然估计。此外，我们从理论上描述了Cramer-Rao下界（CRLB），以评估该估计的准确性。通过使用所提出的估计器和推导的CRLB，一个有效的同步算法设计联合在RI和目的地，以补偿多个定时偏移。基于优化最小化框架，该算法允许半封闭和封闭形式的解决方案的RIS反射矩阵和定时偏移均衡器，分别。仿真结果验证了我们的理论分析与数值测试的一致性，并验证了所提出的再同步算法的有效性。
2022-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
Synchronizing Rankings via Interactive Communication
我们考虑的问题，在远程位置连接的双向通道的两个排名的精确同步。当数据中的项目是可区分的时，出现这样的同步问题，如播放列表、任务列表、群众投票和推荐系统排名的情况。我们的模型考虑了前向和反馈链路的通信吞吐量的不同约束，从而导致不同的锚定，综合征和校验和计算策略。信息编辑的形式有删除、插入、块删除/插入、移位和换位。在给定的模型下开发的协议是顺序最优的精灵辅助下界。
2014-02-12 cs.IT math.IT
Channels with Synchronization/Substitution Errors and Computation of Error Control Codes
我们引入了\ff -最大错误检测分组码的概念，对于0和1之间的某些参数\ff{}，以便形式化分组码接近最大错误检测的情况。我们这样做的动机是，构建一个最大的错误检测码是一个计算困难的问题。我们提出了一种随机算法，作为输入的两个正整数$N,\ell$，概率值\ff，并在某些应用程序中允许的错误的规格，并产生一个错误检测，或纠错，块码具有高达$N$码字的长度$\ell$。如果算法找到少于$N$码字，则这些码字构成具有高概率的\ff最大值的代码。误差规范（也称为通道）被建模为换能器，这允许对替代和同步误差的任何合理组合进行建模。我们还提出了一些元素，我们实现的各种错误检测属性及其相关的方法。然后，我们在各种渠道上的实施随机算法的几个测试。方法上的贡献是介绍各种理想的错误组合可以表示正式和处理算法。
2016-07-29 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Two-Way Relay Networks in the Presence of Synchronization Errors
本文研究了在双向中继网络（TWRN）中，当两个信源之间存在同步误差时，导频辅助的信道估计问题。当两个信源发送的信号在中继站叠加时，不可预测的同步误差会导致时域偏移和信号到达顺序（SAO）模糊。首先提出了一种两步信道估计算法，利用线性最小均方误差（LMMSE）估计器获得基于导频符号的初始信道估计，然后利用线性最小误差概率（LMEP）估计器更新这些估计。最佳的训练序列和功率分配的中继设计，以进一步提高性能的LMMSE的初始信道估计。为了解决SAO的模糊问题，广义似然比测试（GLRT）方法的应用和上界的SAO检测错误概率推导。通过使用SAO信息，提出了一种缩放的LMEP估计算法，以补偿SAO检测误差引起的性能下降。仿真结果表明，所提出的信道估计算法能够有效地消除TWRN中异步传输带来的负面影响，性能明显优于现有的信道估计算法。
2014-11-02 cs.IT math.IT
Database Matching Under Noisy Synchronization Errors
本文提出统一框架研究噪声同步错误与混淆下的数据库匹配，设计了副本与删除检测算法并推导成功匹配的充要条件，为隐私保护发布及同步信道容量提供见解。
2023-10-25 cs.IT math.IT
The Noise-Sensitivity Phase Transition in Spectral Group Synchronization Over Compact Groups
在群同步中，人们试图从对它们的成对差异的噪声测量中找到未知群元素的集合。视觉和数据分析中的几个重要问题归结为各种紧凑组上的组同步。谱组同步是一种常用的、鲁棒的解决组同步问题的算法，其依赖于块矩阵的对角化，该块矩阵的块是测量的成对差异的矩阵表示。假设均匀分布的测量误差，我们提出了一个严格的分析的准确性和噪声敏感性的频谱组同步算法在任何紧凑的组，舍入误差。我们确定了一个Baik-Ben Arous-Péché型相变的噪声水平，超过该光谱组同步必然失败。在相位转变之下，谱群同步成功地恢复了未知群元素，但其性能随着噪声水平而恶化。我们提供了渐近精确的公式的准确度的谱群同步低于相变，舍入误差。我们还提供了一个一致的风险估计，允许从业者从可用的测量来估计该方法的准确性。
2019-05-21 cs.IT math.IT
Asynchronous Communication over a Fading Channel and Additive Noise
在\cite{Chandar2008}中，Quinar等人研究了在$A$时隙之间随机且均匀地发送的帧的顺序帧同步问题。对于离散无记忆信道（DMC），他们证明了帧长度$N$必须缩放为$e^{α(Q)N}>A$，以使帧检测误差随着$A$渐近地变为零。$α(Q)$是同步阈值，$Q$是信道转移概率。本文研究了衰落信道和加性噪声环境下的序列帧同步问题，并试图消除衰落的影响。对于离散ON-OFF衰落信道（具有ON概率$p$）和加性噪声（具有信道转移概率$Q_n$），我们给出了复合信道$α(Q)$的同步门限，并证明了$α(Q)\leq p\,α(Q_n)$ .然后，我们表征的同步阈值瑞利衰落和AWGN信道作为信道参数的函数。异步框架允许在同步帧长度$N$和信道$Q$之间进行折衷以支持同步。这允许我们用同步帧能量而不是同步帧长度来表征同步阈值。
2015-06-23 cs.IT math.IT
Variance-Constrained Capacity of the Molecular Timing Channel with Synchronization Error
分子通讯在复杂的生物和化学系统的设计中起着重要的作用。一类重要的分子通讯系统是基于时间通道的，其中信息被编码在传输分子的延迟中-一种同步方法。目前，广泛使用的建模假设是发射机和接收机之间的完美同步。不幸的是，这种假设在大多数实际的分子系统中不太可能成立。为了弥补这一点，我们引入了一个时钟到模型-导致同步误差的分子定时通道。为了量化这个新系统的行为，我们推导出方差约束容量的上界和下界，我们认为这是平均延迟和峰值延迟约束容量之间的一步。通过数值评估我们的界限，我们得到了一个关键的实际见解：时钟链路的漂移速度不需要显着大于信息链路的漂移速度，以实现方差约束的容量与完美的同步。
2014-10-21 cs.IT math.IT
Energy efficiency of slotted LoRaWAN communication with out-of-band synchronization
尽管使用无线链路覆盖大片区域的想法并不新鲜，但LPWAN的出现最近开始改变游戏规则。简单、鲁棒的窄带调制方案允许实现提供高接收器灵敏度的低成本无线电设备，从而改善总体链路预算。属于LPWAN家族的若干技术（包括众所周知的LoRaWAN解决方案）为许多物联网（IoT）应用提供了具有成本效益的解决方案，这些应用要求无线通信能够支持许多设备的大型网络（例如，智能计量）。通常，所采用的MAC策略基于纯ALOHA，其尤其允许在未授权频带的受约束占空比限制下最小化业务开销。不幸的是，ALOHA的可扩展性很差，在密集的网络中会迅速崩溃。本文研究了一种基于时隙ALOHA的改进LoRaWAN MAC方案的设计。特别地，所需的时间传播由利用FM-RDS广播的带外通信提供。使用基于低成本硬件的实验装置来表征可获得的同步性能并推导出定时误差模型。因此，成功概率和能源效率的改善已被验证的模拟手段，在非常大的网络多达10000个节点。结果表明，当需要较短的更新时间和较大的有效载荷时，所提出的方案与传统LoRaWAN通信相比的优势高达100%。关于能量效率改进获得了类似的结果，对于相对短的传输间隔和长的消息持续时间，能量效率改进接近100%;然而，由于用于监听时间传播消息的附加开销，对于快速重复的短持续时间消息，效率增益可能是负的。
2020-12-14 cs.IT math.IT
Reliable Throughput of Generalized Collision Channel without Synchronization
本文研究广义碰撞信道在无同步条件下的可靠吞吐量，证明同步与非同步情形下可靠吞吐量区域重合，并指出多址协议序列仍具吞吐量最优性。
2023-05-11 cs.IT math.IT
A Fisher Information Analysis of Joint Localization and Synchronization in Near Field
在5G通信中，阵列用于定位和通信。随着阵列变得更大，远场假设越来越被违反，波前的曲率应该被考虑在内。我们明确对比近场和远场上行链路定位性能的时钟偏差的存在下，从费舍尔信息的角度来看，并显示如何一个简单的算法可以提供一个粗略的估计用户的位置和时钟偏差。
2020-01-31 cs.IT eess.SP math.IT
Time Synchronization in 5G Wireless Edge: Requirements and Solutions for Critical-MTC
无线边缘是关于向无线设备分发智能，其中准确时间基准的分发对于时间关键机器类型通信（cMTC）是必不可少的。在基于5G的cMTC中，在无线边缘实现时间同步意味着超越5G无线电接入中的当前同步需求和解决方案。在本文中，我们分析了潜在cMTC应用的设备级同步需求：工业自动化、配电、车载通信和现场音频/视频制作。我们提出了一种由5G空中接口参数组成的空中（OTA）同步方案，并讨论了它们相关的定时误差。我们评估了随机误差下定时提前（TA）的设备到基站传播延迟的估计误差，并展示了如何减少估计误差。最后，我们确定了密集多径衰落环境下的随机误差，并讨论了对策。
2019-06-14 cs.IT eess.SP math.IT
Synchronization Strings and Codes for Insertions and Deletions -- a Survey
早在20世纪60年代，Levenshtein和其他人就研究了防止同步错误（如符号插入和删除）的纠错码。然而，尽管做出了巨大的努力，但设计这种码的进展一直滞后，直到最近，特别是与对用于符号替换或擦除错误的纠错码的详细理解相比。本文综述了在有限字母表上设计有效的纠错码的最新进展，这些纠错码可以纠正恒定比例的最坏情况插入和删除。这种代码的大多数最先进的结果依赖于同步字符串，简单而强大的伪随机对象，已被证明是非常有效的解决方案，用于处理各种设置中的同步错误。本调查还概述了有关同步字符串的知识，并讨论了与应用同步字符串的纠错码相关的通信设置。
2021-01-03 cs.DM cs.DS cs.IT
Block synchronization for quantum information
定位连续量子信息块的边界是高级量子计算和量子通信系统的基本构建块。我们发展了一种编码理论方法，当块同步丢失时，不依赖于外部同步，正确地定位量子信息的边界。该方法还以类似于传统量子纠错码的方式保护量子比特免受退相干，无缝地实现同步恢复和纠错。通过这种方法给出了一族同时具有同步性和纠错性的量子码。
2013-02-12 cs.IT math.IT quant-ph
Synchronization Strings: Codes for Insertions and Deletions Approaching the Singleton Bound
我们引入同步字符串作为一种有效处理同步错误的新方法，即，插入和删除。同步误差严格来说比通常认为的半误差更一般，也更难处理，即，符号损坏和擦除。对于每个$ε>0$，同步字符串允许用$ε^{-O(1)}$大小字母表来索引序列，使得可以有效地将$k$同步错误转换为$(1+ε)k$半错误。这种强大的新技术有许多应用。在本文中，我们专注于设计insdel码，即，用于插入删除信道的纠错分组码（ECC）。虽然ECC的半错误和同步错误已经深入研究，后者在很大程度上抵制进展。事实上，直到1999年，Schulman和Zuckerman才构造出第一个具有恒定速率、恒定距离和恒定字母长度的insdel码。Guruswami等人在2016年给出了渐近大或小噪声率的Insdel码，但这些码仍然多项式远离最佳速率距离权衡。这使得对insdel码的理解等同于50年前Forney在他的博士论文中引入级联码后对常规ECC的理解。直接应用我们的同步字符串为基础的索引方法给出了一个简单的黑盒构造，它将任何ECC转换成一个同样有效的insdel码与稍大的字母大小。这立即将对大型常量字母表上的常规ECC的许多高度发达的理解转移到insdel码的领域。最值得注意的是，我们得到有效的insdel码得到任意接近的最佳速率距离权衡的Singleton界的完整的噪声谱。
2017-04-03 cs.DS cs.IT math.IT
Synchronization Strings: Channel Simulations and Interactive Coding for Insertions and Deletions
我们提出了许多新的结果，可靠的（交互式）通信插入删除通道。同步错误（如插入和删除）严格地概括了常见的符号损坏错误，并且更难防范。我们展示了如何隐藏在许多应用程序中的同步错误的并发症，通过引入非常一般的信道模拟，有效地将插入-删除信道转换成一个经常的符号腐败信道的出错率较大的一个常数因子和一个略小的字母。我们推广的同步字符串为基础的方法，最近推出的工具，设计基本上是最佳的纠错码的插入删除通道。我们的信道模拟依赖于这样一个事实，即以增加恒定因子的出错率为代价，同步字符串可以以保持时间线性的流式方式解码。我们还提供了一个下限，表明这个常数因子不能改善到$1+ε$，相反，什么是可实现的纠错码。我们的信道模拟大大推广了同步字符串的适用性。我们提供了新的交互式编码方案，模拟任何交互式的两方协议的插入删除通道。我们的结果优于Braverman等人的交互式编码方案。[TransInf 2017]和Sherstov和Wu [FOCS 2017]，其实现了小的恒定速率，并需要指数时间计算，相对于计算和通信复杂性。我们提供了第一个计算高效的交互式编码方案的同步错误，第一个编码方案的速率接近一个小的噪声率，也是第一个编码方案，工作在任意小的字母大小。
2018-03-20 cs.DS cs.IT math.IT
Underwater Cooperative MIMO Communications using Hybrid Acoustic and Magnetic Induction Technique
未来的智能海洋应用需要长距离和可靠的通信，将水下传感器/机器人与远程地面基站连接起来。由于水声信道的恶劣性和动态性，实现这一目标具有挑战性。多输入多输出（Multiple-Input and Multiple-Output，MIMO）技术可以提高可靠性和传输范围，但由于波长较大，很难在单个水下设备上放置多个换能器。协作MIMO技术虽然可以解决这一问题，但由于声波的传播时延极大且动态变化，使得分布式的水下设备之间无法实现同步。为此，本文提出了一种基于声磁混合技术的水下协作MIMO通信机制。利用多波束融合技术可以很好地解决节点间的同步问题，使分布式声换能器能够协同形成窄波束，实现远距离水下通信。由于MI具有可忽略的信号传播延迟，同步时间和误差显著减少。为了定量地分析改进，严格推导出所提出的系统的同步误差、信噪比（SNR）、有效通信时间和吞吐量的封闭形式的表达式。所提出的混杂系统实现在一个软件定义的测试床下的波束成形和空时编码方案。通过数值分析和实际实验表明，与传统的水声系统相比，本文提出的混合协作MIMO机制具有更低的误比特率和同步误差。
2019-10-24 cs.IT eess.SP math.IT
