Reliability-Latency-Rate Tradeoff in Low-Latency Communications with Finite-Blocklength Coding
本文针对采用有限块长编码的低时延通信系统，基于有效容量提出增益守恒方程刻画可靠性-时延-速率权衡，通过渐近分析揭示高信噪比下的权衡规律，还设计EC近似方法推导服务质量约束吞吐量的闭式表达式，为低时延无线通信调度提供参考。
2024-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
Ultra-Reliable Low-Latency Millimeter-Wave Communications with Sliding Window Network Coding
超可靠性和低延迟是新的第六代通信系统（xURLLC）的关键要求。在过去的几年中，为了增加吞吐量，在先进的无线通信中引入了自适应有源天线，特别是在毫米波（mmWave）领域。因此，提出了新的低层技术来应对高维和电子可操纵波束的实际挑战。从全向天线到高定向天线的转变呈现了一种新型的无线系统，其提供高带宽，但易受高损耗和高延迟变化的影响。传统的方法无法弥补这些先进系统中高吞吐量和低延迟之间不断扩大的差距。在这项工作中，我们将有效的滑动窗口网络编码解决方案在毫米波通信。虽然传统系统（如无速率码）改善了延迟，但跨层结果表明，由于毫米波信道的有损行为和较低层的重传机制，它们不提供低延迟通信（LLC -低于10 ms）。另一方面，固定滑动窗口随机线性网络编码（RLNC）能够实现LLC，甚至更好，自适应滑动窗口RLNC获得超可靠LLC（超可靠和低延迟通信（URLLC）- LLC，最大延迟低于10 ms，成功率超过99%）。
2022-09-15 cs.IT cs.NI math.IT
Coding for Distributed Fog Computing
Reddit在Fog网络中非常丰富（即，许多计算和存储点）并且随着网络规模线性增长。我们展示了编码在雾计算中的转型作用，以利用这种冗余来大幅降低计算的带宽消耗和延迟。特别是，我们讨论了两个最近提出的编码概念，即最小带宽码和最小延迟码，并说明其在雾计算的影响。我们还审查了一个统一的编码框架，其中包括上述两种编码技术的特殊情况下，并使计算延迟和通信负载之间的权衡，以优化系统性能。最后，我们将讨论几个开放的问题和未来的研究方向。
2017-02-20 cs.DC cs.IT math.IT
Evolutionary Approaches to Minimizing Network Coding Resources
我们希望最大限度地减少用于网络编码的资源，同时实现所需的吞吐量在多播的情况下。我们采用进化的方法，遗传算法的基础上，避免了计算复杂性，使问题的NP难。我们的实验表明，以前的方法的次优解决方案有很大的改进。我们的新算法在三个方面改进了我们以前提出的算法。首先，以前的算法只能应用于无环网络，而我们的新方法也适用于有环网络。其次，我们丰富了遗传算法中使用的组件集，从而提高了性能。第三，我们开发了一个新的分布式框架。将分布式随机网络编码与我们的分布式优化相结合，产生了一个网络编码协议，其中通过在网络的每个节点运行我们的进化算法，在设置阶段优化用于编码的资源。我们证明了我们的方法的有效性，通过对一些不同的网络拓扑结构进行模拟。
2007-02-07 cs.IT cs.NI math.IT
Coding Estimation based on Rate Distortion Control of H.264 Encoded Videos for Low Latency Applications
本文针对低时空分辨率视频，研究了H.264编码条件对感知质量的影响，通过120种测试场景分析发现，视频质量问题并非源于糟糕编码，而是由率失真控制追踪出的信道容量所致。
2023-03-16 cs.IT cs.MM math.IT
Sparse Vector Coding for Ultra-Reliable and Low Latency Communications
超可靠和低延迟通信（URLLC）是5G中新引入的服务类别，以支持延迟敏感的应用。为了支持这种新的服务类别，第三代合作伙伴计划（3GPP）设置了一个积极的要求，即在1 ms的传输周期内，分组应当以10 -5的分组出错率被递送。由于当前的无线传输方案被设计为通过传输容量实现长码块来最大化编码增益，因此与此目的不相关，需要新的传输方案来支持URLLC。在本文中，我们提出了一种新的方法来支持短数据包传输，称为稀疏向量编码（SVC）。提出的SVC技术背后的关键思想是在稀疏向量变换之后传输信息。通过将信息映射到非零元素的位置，然后将其随机扩展后传输，我们得到了一个欠定稀疏系统，可以应用压缩感知的原理。从数值评估和性能分析，我们表明，所提出的SVC技术是非常有效的URLLC传输，并优于4G LTE和LTE-Advanced方案。
2018-08-01 cs.IT math.IT
Coding in the Presence of Semantic Value of Information: Unequal Error Protection Using Poset Decoders
在这项工作中，我们探索编码的可能性时，信息世界有不同的（语义）值。我们引入了一个损失函数，表示离散信道的编码方案的整体性能和交换的错误概率最小化的预期损失最小化的通常的目标。在这种环境中，我们探索的可能性，使用偏序集解码器，使一个消息明智的不等错误保护（UEP），其中最有价值的信息是通过放置在其邻近信息的字，不同的小值信息的保护。类似的定义和结果也在欧几里德空间中的信号星座中给出。
2011-08-17 cs.IT math.IT
Minimizing The Expected Distortion Using Multi-layer Coding Approach In Two-Hop Networks
在均方误差准则下，研究了高斯信源在两跳块衰落信道中的可达失真最小化问题。假设在传输端之间没有直接链路，并且通信是通过使用中继来执行的，采用解码和转发（DF）策略。此外，对于发射机到中继和中继到目的地链路，信道统计仅在对应的接收机处可用，而信道增益在附属发射机处不可用。假设高斯源通过使用连续细化信源编码方法被分层编码，并且使用多层信道码被发送到中继。类似地，中继器通过使用多层代码将检索到的信息发送到目的地。相应地，在瑞利块衰落环境中，跨码层的最佳功率分配推导。数值结果表明，所提出的多层方法的可实现的失真优于单层代码。此外，当通道失配因子大于1时，DF策略产生的失真优于Amplify and Forward~（AF）策略，而当通道失配因子小于1时，DF策略产生的失真略有下降。
2016-05-28 cs.IT math.IT
Wireless Networked Control Systems with Coding-Free Data Transmission for Industrial IoT
针对工业物联网低时延高可靠控制需求，提出单控制器多对象系统的无编码传输方法，通过非凸功率分配的闭式解实现近信道反转策略，并在实际 SNR 范围内优于传统编码控制。
2019-11-30 cs.IT cs.SY eess.SY
Minimizing Age of Information under Latency and Throughput Constraints
本文研究基站服务异构用户的调度问题，提出在满足吞吐量、延迟和信息年龄约束下的优化算法，并通过分析与数值实验验证性能及扩展性。
2023-10-22 cs.IT math.IT
Ultra-Low-Latency Edge Intelligent Sensing: A Source-Channel Tradeoff and Its Application to Coding Rate Adaptation
针对6G关键任务应用超低延迟需求，提出一种平衡信源失真与信道可靠性的信源-信道折中理论，并设计编码速率控制算法最小化端到端感知错误概率，实验证明其性能优于传统方法。
2025-03-06 cs.IT eess.SP math.IT
Improved Latency-Communication Trade-Off for Map-Shuffle-Reduce Systems with Stragglers
在根据映射-混洗-归约框架操作的分布式计算系统中，在存储之前对数据进行编码对于减少由分散的服务器引起的等待时间以及减少混洗阶段中的服务器间通信负载都是有用的。在先前的工作中，提出了一个级联编码方案的矩阵乘法任务。在该方案中，外层的最大距离可分离（MDS）码用于纠正由掉队者引起的擦除，而内层的重复码用于通过编码多播提高混洗阶段的通信效率。在这项工作中，它表明，它是可以利用重复编码，以增加外MDS码的速率，从而增加在洗牌阶段的多播机会所创建的冗余。因此，所提出的方法被示出为改善在最佳已知的延迟通信开销权衡。
2018-08-21 cs.IT math.IT
Energy, Latency, and Reliability Tradeoffs in Coding Circuits
它示出，全并行编码和解码方案的渐近块错误概率，规模为$O\left(f\left(n\right)\right)$具有汤普森能量，规模为$Ω\left(\sqrt{\ln f\left(n\right)}n\right)$。以及，它示出的时钟周期数（表示为$T\left(n\right)$）所需的任何编码或解码方案，达到这个界限必须缩放为$T\left(n\right)\ge\sqrt{\ln f\left(n\right)}$。类似的缩放结果扩展到串行计算。Grover信息摩擦能量模型被推广到三维和编码或解码方案的块错误概率$P_\mathrm{e}$的最佳能量至少是$Ω\left(n\left(\ln P_{\mathrm{e}}\left(n\right)\right)^{\frac{1}{3}}\right)$。
2016-02-12 cs.IT math.IT
On Minimizing the Maximum Broadcast Decoding Delay for Instantly Decodable Network Coding
在本文中，我们考虑的问题，最大限度地减少所有的接收机所经历的广义即时解码网络编码（IDNC）的最大广播解码延迟。与总和解码延迟不同，作为IDNC的延迟定义的最大解码延迟允许在不同接收机之间更公平地分配延迟，从而允许更好的服务质量（QoS）。为了解决这个问题，我们首先推导出最大解码延迟增量的概率分布的表达式。给出这些表达式，我们制定的问题作为一个最大重量团的IDNC图的问题。虽然这个问题是NP-难的，我们设计了一个贪心算法来执行有效的数据包选择。通过大量的模拟，我们比较了应用策略以最小化总和解码延迟[1]和我们的策略以减少最大解码延迟时的总和解码延迟和最大解码延迟。仿真结果表明，该策略在所有情况下都能很好地协调所有时延，并且在信道条件变得更恶劣时，该策略能有效地最小化总解码时延，优于总解码时延策略.他们还表明，我们的定义延迟显着提高服务接收器的数量时，他们受到严格的延迟约束。
2014-04-01 cs.IT cs.NI math.IT
Achieving Low Latency at Low Outage: Multilevel Coding for mmWave Channels
针对mmWave信道阻挡导致传统抗阻断技术延迟过大无法有效支持URLLC的问题，提出在空间和时间上部署多级编码，根据优先级为不同信息流提供可靠性保证，在速率、延迟和中断概率间实现良好权衡且操作复杂度低。
2024-02-10 cs.IT math.IT
Joint Coding of URLLC and eMBB in Wyner's Soft-Handoff Network in the Finite Blocklength Regime
Wyner的软切换网络被认为是发射机同时发送增强型移动宽带（eMBB）和超可靠低延迟通信（URLLC）服务的消息。由于低延迟要求，与eMBB消息相比，URLLC消息在较少的信道使用上传输。为了提高URLLC传输的可靠性，我们提出了一种利用脏纸编码（DPC）的有限块长度码字的编码方案，以precancel来自eMBB传输的干扰。严格的界限推导出的错误概率的eMBB和URLLC传输实现我们的计划。数值结果表明，它们低于标准分时。
2022-06-22 cs.IT math.IT
Coding and Decoding Schemes for MSE and Image Transmission
在这项工作中，我们探讨了编码和解码的可能性量身定制的均方误差评估的错误，如图像传输的上下文中。为此，我们引入了一个损失函数，表示离散信道的编码和解码方案的整体性能，并交换通常的目标，最大限度地减少错误概率的预期损失。在这种环境中，我们探索的可能性，使用有序的解码器，以创建一个消息明智的不等错误保护（UEP），其中最有价值的信息是通过放置在其邻近信息的字，不同的一个小值的错误保护。我们给出明确的例子，使用灰度图像，包括小规模的性能分析和可视化模拟的BSMC。
2014-11-05 cs.IT math.IT
Variable-Length Coding with Feedback: Finite-Length Codewords and Periodic Decoding
长期以来，理论分析表明反馈改善了单用户无记忆信道的差错指数，但没有改善其容量。最近，Polyanskiy等人研究了非渐近状态下可变长度反馈终止（VLFT）码的好处。在这项工作中，可重复性是基于一个无限长的随机码，并试图在每个符号解码。由于信道分散而导致的来自容量的编码速率回退通过反馈而大大减小，从而允许以令人惊讶的小的预期延迟来接近容量。本文主要研究基于有限长码的VLFT码，并且只在特定的译码次数下进行译码。研究了使用有限块长度$N$和指定解码时间序列的代价。本文表明，适当地缩放$N$与预期的延迟可以实现相同的性能与$N = \infty$常数项。由周期性解码时间引入的惩罚是解码时间之间的间隔的线性项，并且因此如果解码时间之间的间隔随着预期延迟次线性地增长，则性能随着预期延迟的增长而接近容量。
2013-02-25 cs.IT math.IT
Communication Strategies for Low-Latency Trading
金融市场中延迟套利的可能性导致了在遥远的金融中心之间部署高速通信链路。这些链路是有噪声的，因此需要编码。在本文中，我们开发了一个博弈论模型的交易行为，两个交易者竞争捕捉延迟套利机会，使用二进制信号。不同的编码方案是在可靠性和延迟之间进行权衡的策略。当一个交易者有更好的渠道时，第二个交易者不应该竞争。对于统计上相同的信道，我们发现存在两种不同的信道噪声机制：存在唯一的纳什均衡，产生联系;存在两个不同赢家的纳什均衡。
2015-04-27 cs.IT math.IT q-fin.TR
Reliability-based Error Detection for Feedback Communication with Low Latency
本文提出了一种基于可靠性的反馈变长编码译码方案，并通过仿真证明，它可以实现比Polyanskiy等人更高的速率。的随机编码下界的可变长度反馈（VLF）编码的BSC和AWGN信道。该方案使用的可靠性输出维特比算法（ROVA）计算的字错误概率后，每次解码尝试，这是比较对目标错误阈值，并作为一个停止标准，以终止传输。所需的唯一反馈是每次解码尝试的单个比特，通知发射机ROVA计算的字错误概率是否足够低。此外，ROVA确定是否可以在不需要降低速率的CRC的情况下终止传输/解码。
2013-05-24 cs.IT math.IT
A Unified Coding Framework for Distributed Computing with Straggling Servers
通过对一些线性计算任务在“计算延迟”和“通信负载”之间进行权衡，提出了一种适用于离散服务器的分布式计算的统一编码框架。我们表明，[1]-[3]的编码方案重复中间计算以创建编码多播机会以减少通信负载，[4]，[5]的编码方案生成冗余中间计算以对抗离散服务器可以被视为所提出的框架的特殊实例，通过考虑这种权衡的两个极端：从而分别最小化通信负载或计算等待时间。此外，通过所提出的编码框架实现的延迟-负载折衷允许在该折衷上的任何点处系统地操作以执行分布式计算任务。我们还证明了延迟负载的权衡，这是一个恒定的乘法差距内实现的权衡在两个端点的信息理论下限。
2016-09-06 cs.DC cs.IT math.IT
Minimum Redundancy Coding for Uncertain Sources
考虑相对于给定标称分布在固定最大相对熵内的源分布的集合。在这个相对熵球上的无损信源编码可以以多于一种方式来实现。以前考虑的一个问题是找到一个minimax平均长度的源代码。最小化参与者是码字长度-算术码为实数，前缀码为整数-而最大化参与者是不确定的源分布。另一个传统的最小化目标是这里考虑的第一个目标，最大（平均）冗余。这个问题减少到一个扩展的指数霍夫曼目标在文献中处理，但迄今没有直接的实际应用。除此之外，本文还研究了极大极小逐点冗余的相关问题以及Gawrychowski和Gagie所考虑的问题，对于一个足够小的相对熵球，该问题等价于极大极小冗余。可以考虑基于最佳实数（“理想”）码字长度的类香农编码和类霍夫曼最佳前缀编码。
2011-05-01 cs.IT math.IT
Routing and Network Coding over a Cyclic Network for Online Video Gaming
在线视频游戏越来越受欢迎，吸引了越来越多的玩家。该应用在网络级上的主要性能指标是分组排序、通信吞吐量和传输延迟。由于循环逻辑网络易于保持数据包在循环中的顺序，因此现在对在线游戏的循环逻辑网络拓扑很感兴趣，但这种方法增加了端到端的传输延迟。因此，在我们的论文中，提出了两个主要贡献。首先，它表明，一个可以改善延迟的游戏协议在一个单循环的拓扑结构的网络编码（NC）的方法。设计并分析了相应的基于NC的路由协议，其性能优于无NC的最佳路由协议。其次，从NC的角度来看，在线游戏的例子并不是一个简单的例子，因为相应的通信协议不是多播的。因此，它表明，存在NC增益（即，高达14%的传输延迟），即使在混合的通信协议与广播和单播传输流的情况下。
2018-03-29 cs.IT math.IT
Alphabetic Coding with Exponential Costs
字母二叉树公式适用于需要在某个机会窗口终止之前通过顺序搜索确定结果的问题。不是找到最小化$\sum_{i=1}^n w(i) l(i)$的决策树，该变体涉及针对给定的$a \in (0,1)$最小化$\log_a \sum_{i=1}^n w(i) a^{l(i)}$。本文介绍了一种在多项式时间和空间中寻找最优解的动态规划算法，并指出传统上用于提高相关问题优化速度的方法，如Hu-Tucker方法，在此问题上是失败的。因此，本文还介绍了两种近似算法，它们可以在线性时间（对于一个）或$\order(n \log n)$时间（对于另一个）中找到次优解，并具有相关的编码冗余边界。
2009-03-28 cs.DS cs.IT math.IT
Parity Models: A General Framework for Coding-Based Resilience in ML Inference
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
机器学习模型正在成为许多应用程序的主要工具。生产服务通过预测服务系统部署模型，预测服务系统通过对机器学习模型执行推理来接收查询并返回预测。为了扩展到高查询速率，预测服务系统在集群设置中的许多机器上运行，因此容易出现减速和故障，从而增加尾部延迟并导致违反严格的延迟目标。当前减少尾部延迟的方法对于预测服务的延迟目标是不充分的，引起高资源开销，或者不适用于在推理期间执行的计算。我们提出了ParM，一个新的，通用的框架，利用擦除编码和机器学习的想法，以实现低延迟，资源高效的弹性预测服务系统的减速和故障。ParM将多个查询一起编码为单个奇偶校验查询，并使用奇偶校验模型对奇偶校验查询执行推理。解码器使用奇偶模型的输出来重构不可用预测的近似。ParM使用神经网络来学习奇偶校验模型，使简单，快速的编码器和解码器能够为各种推理任务（如图像分类，语音识别和对象定位）重建不可用的预测。我们建立ParM的开源预测服务系统之上，并通过广泛的评估表明，ParM提高了整体准确性，在面对不可用低延迟，同时使用2-4 $\times$比基于复制的方法减少额外的资源。与使用等量资源同时保持相同中值的方法相比，ParM将第99.9百分位数和中值延迟之间的差距减少了多达$3.5\times$。
2019-09-16 cs.DC cs.IT cs.LG
Can network coding bridge the digital divide in the Pacific?
传统的TCP性能在长延迟和/或受限带宽下显著受损。虽然卫星连接的太平洋小岛屿国家经历了极端的情况，但人口少和偏远往往排除了海底光纤连接，其社区难以获得互联网的好处。网络编码的TCP（TCP/NC）可以在高延迟和数据包丢失的情况下增加有效吞吐量，但以前没有用于在卫星链路上隧道传输传统的TCP和UDP。我们报告的可行性研究，旨在确定预期的有效吞吐量增益在这样的TCP/NC隧道到岛屿目标对地球静止轨道和中地球轨道卫星链路。
2015-06-02 cs.IT cs.NI math.IT
On Optimal Latency of Communications
在本文中，我们调查的最佳延迟的通信。针对无反馈信道的固定速率通信，从信息论的角度研究了单跳和多跳通信的低延迟策略。通过定义的延迟所需的时间作出决定，我们证明，如果短消息可以在并行高斯信道中传输，例如，通过正交频分复用（OFDM）的信号，存在一个最佳的低延迟策略，每个代码。这可以通过早期检测方案或异步检测来实现。我们首先提供了最佳的可实现的延迟在加性高斯白噪声（AWGN）信道中的每个信道码给定的概率块错误$ε$。这可以通过序贯比率测试或“精灵”辅助的\textit{e.g}来获得。错误检测码实验结果证明了该方法的有效性。接下来，我们展示了如何早期检测可以有效地与OFDM信号，同时保持其频谱效率，通过随机编码或预编码随机矩阵。最后，我们探讨了多跳中继方案中的最优低延迟策略。对于放大转发（AF）和解码转发（DF）中继方案，存在最佳可实现延迟。特别是，我们首先表明，存在一个更好的低延迟策略，AF中继可以发送，同时接收。这可以通过使用与早期检测相结合的放大和正向来实现。
2017-01-04 cs.IT math.IT
Rate Analysis of Ultra-Reliable Low-Latency Communications in Random Wireless Networks
在这封信中，我们分析了可实现的超可靠低延迟通信（URLLC）在随机建模的无线网络的速率。我们使用两个数学工具来正确地描述所考虑的系统：i）随机几何模型的空间位置的发射机在网络中，和ii）有限块长度分析，以反映短数据包的功能。利用这些工具，我们推导出一个积分形式的表达的解码错误概率的函数的目标速率，路径损耗指数，通信范围，密度，和信道编码长度。我们还得到了一个紧逼近的封闭形式。从分析结果的主要发现是，在URLLC中，增加信号干扰比（SIR）带来的速率性能的显着改善相比，增加信道编码长度。通过仿真，我们表明，分数频率复用通过减少相互干扰的量来提高区域频谱效率。
2019-10-30 cs.IT math.IT
Pricing Innovation Under Latency Constraints: A Mean-Field Analysis of Coded Payload Delivery
Optimum；Gauntlet
本文研究了在参与者奖励依赖于重建负载所需时间的低延迟负载交付场景中的定价机制，通过均场方法推导出价格-速率界限，并分析了不同传输模式下的经济价值转化。
2026-04-28 cs.IT math.IT
Study of Throughput and Latency in Finite-buffer Coded Networks
由于网络中存在大量的状态，在有限缓冲区中对网络编码的擦除网络进行精确的分析是一个非常困难的问题。在这样的网络中，分组由于链路擦除或由于缓冲区满而导致的阻塞而丢失。在本文中，一个逐块的随机线性网络编码方案与反馈的链接选择的可靠性，更重要的是保证解码的每个块。我们提出了一种新的方法，迭代地估计网络的性能参数，更重要的是减少了计算复杂性相比，精确的分析。所提出的框架产生一个准确的估计，在中间结点的缓冲区占用率的分布，使用它，我们得到的解析表达式的网络吞吐量和延迟分布的数据包块。
2010-12-13 cs.IT math.IT
Short Block-length Codes for Ultra-Reliable Low-Latency Communications
本文综述了超可靠低延迟通信（URLLC）中的信道编码技术。URLLC服务的严格要求，例如超高可靠性和低延迟，使其成为第五代（5G）移动系统中最具挑战性的功能。对于5G承诺之外的服务，如远程手术和工厂自动化，这个问题更具挑战性，这些服务要求延迟小于1 ms，故障率低至$10^{-9}$。URLLC的非常低的延迟要求不允许使用诸如重传的传统方法来增加可靠性。另一方面，为了保证延迟要求，块长度需要很小，因此最初针对中等到长的块长度设计和优化的传统信道码对于短块显示出显著的缺陷。本文综述了短块长度的信道编码技术，并从性能和复杂度方面对它们进行了比较。确定了几个重要的研究方向，并详细讨论了几种可能的解决方案。
2018-09-05 cs.IT math.IT
Minimizing weighted sum download time for one-to-many file transfer in peer-to-peer networks
研究了对等网络中一个源节点向多个接收节点传输文件的问题。目标是最小化一对多文件传输的加权和下载时间（WSDT）。以前的工作已经表明，给定接收器完成下载的顺序，最小WSD可以通过凸优化在多项式时间内求解，并且可以通过线性网络编码来实现，假设节点上行链路是网络中唯一的瓶颈。然而，本文认为，异构同行指定的上行链路和下行链路带宽限制。静态场景是一种文件传输方案，其中网络资源分配保持静态，直到所有接收方完成下载。本文首先证明了静态场景可以通过凸优化在多项式时间内得到最优解，而相应的最优静态WSD可以通过线性网络编码得到。然后，本文提出了一个下界的最小WSDT，很容易计算，并证明是严格的在广泛的参数化的问题。本文还提出了一个静态路由为基础的计划和静态无比率编码为基础的计划，具有几乎最佳的经验性能。动态场景是一种文件传输方案，它可以在文件传输过程中重新分配网络资源。本文提出了一种基于动态无码率编码的方案，该方案提供的WSDT明显小于最佳静态方案。
2011-07-06 cs.IT cs.NI math.IT
Deep Joint Source-Channel Coding for Semantic Communications
本文针对语义通信场景提出自适应深度学习驱动的DeepJSCC架构，该架构性能超越传统分离编码系统，同时阐述了其设计原则、优势及未来研究挑战。
2023-07-18 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Latency Task-Oriented Image Transmission with Opportunistic Spectrum Access
Department of Electronic Systems, Aalborg University（奥尔堡大学电子系统系）；CEA-Leti, Université Grenoble Alpes（法国格勒诺耶大学CEA-LETI实验室）；Telecommunications Research Institute, Universidad de Málaga（西班牙马拉加大学电信研究所）
提出一种利用机会频谱接入的任务导向传输框架，通过矢量量化变分自编码器压缩图像，在空闲授权信道上传输离散潜在表示，实现低延迟和可靠任务执行。
2026-07-03 cs.AI cs.IT math.IT
Optimized Rate-Adaptive Protograph-Based LDPC Codes for Source Coding with Side Information
本文研究了在译码端带有边信息的信源编码问题，也称为Slepian-Wolf信源编码方案。在该编码方案的实际应用中，源和辅助信息之间的统计关系可以从一个数据传输到另一个数据传输而变化，并且需要根据当前统计关系来适配编码速率。在本文中，我们提出了一种新的基于LDPC码的Slepian-Wolf信源编码方案的码率自适应码构造。所提出的码设计方法允许在所有考虑的速率下优化码度分布，同时在所有速率下最小化奇偶检验矩阵中的短周期的量。仿真结果表明，该方法大大降低了信源编码率相比，标准的LDPCA解决方案。
2018-08-20 cs.IT math.IT
Twin-Timescale Radio Resource Management for Ultra-Reliable and Low-Latency Vehicular Networks
为了有效地支持与安全相关的车辆应用，超可靠和低延迟通信（URLLC）概念已成为车辆网络（VNC-IoT）不可或缺的组成部分。由于VNCN的高移动性，基于这种短期CSI评估来交换近瞬时信道状态信息（CSI）和做出可靠的资源分配决策是不实际的。在本文中，我们考虑的车辆到基础设施（V2 I）系统的下行链路设想为URLLC基于理想化的完美和现实的不完美CSI。通过利用大规模MIMO概念的益处，基于新颖的双时间尺度视角来制定两阶段无线电资源分配问题，以避免近瞬时CSI的频繁交换。具体而言，基于普遍的道路交通密度，第1阶段被构造为在长期时间尺度上最小化最坏情况下的传输延迟。在阶段2中，基站根据所遇到的大规模衰落CSI以短期时间尺度分配总功率，以最小化所有车辆用户之间的最大传输延迟。然后，我们的V2 I URLLC系统的主要算法和辅助算法的设想，以找到双时标资源分配问题的最优解，特别强调的复杂性。仿真结果表明，所提出的资源分配方案能有效降低最大传输时延，且对道路交通密度的波动不敏感.
2020-02-18 cs.IT math.IT
Reliable Quantum Communications based on Asymmetry in Distillation and Coding
本文研究延迟-可靠性约束下的量子协议设计，提出结合间接传输（隐形传态与提纯）和直接传输（量子纠错）的混合方案，利用提纯产生的非对称性设计非对称量子纠错码，相比传统QEC在单链路和量子网络场景下提升了性能并缩减了码字尺寸。
2024-06-03 cs.IT math.IT quant-ph
Performance Analysis of Spatiotemporal 2-D Polar Codes for Massive MIMO with MMSE Receivers
针对6G URLLC中短码长导致的性能下降问题，提出面向大规模MIMO和MMSE接收机的时空二维极化码，联合利用空间与时间维度，在有限块长下证明容量可达并显著降低延迟。
2025-08-06 cs.IT math.IT
Minimizing Latency for Secure Distributed Computing
Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本文提出使用阶梯码替代传统秘密分享方案，以降低安全分布式计算中的延迟，实验表明阶梯码在特定条件下可减少高达40%的延迟。
2017-03-04 cs.IT math.IT
Asymmetric Construction of Low-Latency and Length-Flexible Polar Codes
极化码是一类实现容量的纠错码，其已被选择用于3GPP第五代（5G）无线标准中的增强型移动宽带。大多数极化码研究检查原始Arikan极化编码方案，其块长度限制为2的幂。这一限制是一个相当大的障碍，因为实际应用要求所有代码长度都是现成的。打孔和缩短技术允许灵活的极化码，而多内核极化码产生为2和/或3的幂的本机码长度。在这项工作中，我们提出了一种新的低复杂度的编码方案，称为非对称极化编码，允许任何任意的块长度。我们提出的生成矩阵，冻结集设计和解码时间表的细节。我们的方案提供了灵活的极化码长度，解码复杂度低于等效的最先进的长度兼容的方法下连续抵消解码。此外，非对称解码复杂度直接取决于码字长度而不是最近的有效极化码长度。我们比较我们的计划与其他长度匹配技术，并模拟。结果表明，非对称极化码呈现出与竞争方案相似的纠错性能，同时使用相同的码字长度将SC解码操作的数量除以高达2的因子
2019-02-06 cs.IT math.IT
On Model Coding for Distributed Inference and Transmission in Mobile Edge Computing Systems
考虑移动边缘计算系统，其中用户希望获得对本地测量的输入数据的线性推断操作的结果。与卸载的输入数据不同，模型权重矩阵分布在无线边缘节点（EN）上。EN具有不确定的计算时间，并且它们可以协作地将任何共享的计算输出传输回用户。这封信研究了在EN存储之前对模型信息进行编码所获得的潜在优势。通过信息理论的分析，它的结论是，虽然一般限制合作的机会，编码是有助于减少整体计算加通信延迟。
2019-04-11 cs.IT eess.SP math.IT
Latency-Reliability Tradeoffs for State Estimation
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文研究了在通信信道中估计动态系统时，时延与可靠性之间的权衡问题，提出了一种新的抽象方法，通过不同编码方案推导出时延-可靠性曲线，并开发了一种协同设计方法以优化系统性能。
2018-10-28 cs.IT cs.SY eess.SY
Delay Performance of Wireless Communications with Imperfect CSI and Finite Length Coding
随着关键的机器对机器应用的兴起，下一代无线通信系统的设计必须对延迟和可靠性进行严格的限制。在此上下文中的关键问题涉及信道状态估计，其允许发射器使码率适应信道。在这项工作中，我们的特点之间的权衡估计序列长度和数据码字长度：较短的信道估计留下更多的时间用于实际的有效载荷传输，但降低了估计精度，并导致更多的解码错误。使用较低的编码速率可以减轻这种影响，但可能导致发射机处的数据积压较高。我们分析了这种权衡使用的物理层，这也占有限的块长度的信道码的精确模型的顶部上的嵌入式分析。基于一种新的封闭形式的近似的错误概率给定的速率，我们发现，找到最佳的速率自适应策略成为一个凸问题。最优速率自适应策略和最优训练序列长度都取决于应用的延迟和可靠性约束，与不考虑这些约束的次优策略相比，它们可以将延迟性能提高一个数量级。
2017-06-02 cs.IT math.IT
Network coding for multicasting over Rayleigh fading multi access channels
本文研究了在慢瑞利衰落信道下利用网络编码进行多播的速率分配问题。在该模型中，网络被视为一个集合的瑞利衰落多址信道。在这个模型中，速率分配方案，这是完全基于信道的统计。速率分配方案的目标是最小化中断概率。给出了衰落多址信道下中断概率的上界。给出了基于此界的次优解。提出了一种分布式的原始-对偶梯度算法来解决速率分配问题。
2014-03-26 cs.IT cs.NI math.IT
Low Complexity Differentiating Adaptive Erasure Codes for Multimedia Wireless Broadcast
基于在多媒体无线广播标准中定义的擦除信道FEC模型，我们说明了如何在擦除编码和解码的设计中包括的掺杂机制可以提高数据包吞吐量的可扩展性，降低整体延迟和潜在的多媒体用户的类别之间的区别，而不管他们的信号质量。我们描述的解码机制，允许线性复杂度和复杂度的界限时，反馈是可用的。我们表明，精心设计的编码方案，其中包括预编码阶段是劣于简单的理想孤子为基础的无比率码，结合建议的两相解码器。该方案的简单性和给定预分配的无线电资源的延迟上的严格界限的可用性使其成为实用且高效的设计解决方案。
2012-09-14 cs.IT math.IT
Renyi to Renyi -- Source Coding under Siege
一种新颖的无损信源编码范例适用于具有低比特率的不可靠无损信道的问题，其中在通信终止之前需要发送重要消息。这一范例可以应用到阿尔弗雷德·雷尼（Alfred Renyi）对古代围城的二手描述中，其中一名间谍被派去侦察敌人，但被抓获。逃跑后，这名间谍回到基地，无法说话，也无法写作。他的指挥官问了他一些问题，他可以点头或摇头回答，堡垒就用这些信息保卫起来。Renyi在讲述这个故事时参考了前缀编码，但最大化围困场景中的生存概率与最小化预期码字长度的传统信源编码目标不同，但又相关。不是找到最小化期望码字长度$\sum_{i=1}^n p(i) l(i)$的码，而是围攻问题涉及对于已知$θ\in (0,1)$最大化$\sum_{i=1}^n p(i) θ^{l(i)}$。当对码字没有限制时，这个问题可以使用霍夫曼编码的已知推广来解决。最佳解决方案的编码范围是函数的Renyi熵，除了已知的界限，新的界限推导出这里。这个问题的几何约束版本在搜索树和诊断测试中有应用。一种新的动态规划算法-基于最古老的已知算法为传统的字母问题-优化这个问题在$O(n^3)$时间和$O(n^2)$空间，而两个新的近似算法可以找到一个次优的解决方案更快：一个在线性时间，另一个在$O(n \log n)$。编码界限的字母版本的这个问题也提出了。
2006-05-22 cs.DS cs.IT math.IT
A Rate-Compatible Sphere-Packing Analysis of Feedback Coding with Limited Retransmissions
Polyanskiy等人和Chen等人最近的工作激发了人们对使用反馈以低延迟接近容量的新兴趣。Polyanskiy表明，识别解码成功的第一个符号的反馈允许以惊人的低延迟接近容量。本文使用陈的速率兼容球包装（RCSP）分析，研究发生了什么时，符号必须在数据包中传输，与传统的混合ARQ系统，并限于相对较少（6个或更少）的增量传输。数值优化找到一系列逐渐增长的累积块长度，使RCSP能够以最小可能的延迟接近容量。RCSP分析表明，5个增量传输足以实现92%的容量，平均块长度小于101个符号的AWGN信道上的SNR为2.0 dB。RCSP分析提供解码错误轨迹，其指定每个累积块长度的解码出错率。虽然RCSP是理想化的，但是示例咬尾卷积码匹配RCSP解码错误轨迹，并且在SNR为2.0 dB的AWGN信道上以102个符号的平均块长度实现91%的容量。我们还展示了如何RCSP分析可以使用的情况下，数据包与他们相关的最后期限（导致中断概率）。
2012-05-21 cs.IT math.IT
DeepNP: Deep Learning-Based Noise Prediction for Ultra-Reliable Low-Latency Communications
Faculty of Electrical and Computer Engineering, Technion（电气与计算机工程学院，海法理工学院）；School of Electrical and Computer Engineering, Ben-Gurion University of the Negev（电气与计算机工程学院，内盖夫本-古里安大学）
本文提出DeepNP，一种基于深度学习的噪声预测算法，用于优化自适应网络编码的吞吐量和时延。通过二进制和连续反馈，DeepNP在不同场景下提升了性能，如ER-DeepNP减少时延，CL-DeepNP提高吞吐量。
2026-03-23 cs.IT cs.NI math.IT
Constrained Optimal Querying: Huffman Coding and Beyond
众所周知，霍夫曼编码在某些决策问题中是有用的，这些决策问题涉及最小化（自由选择的）查询的平均数量以确定未知的随机变量。然而，在查询更受约束的问题中，原始的霍夫曼编码不再起作用。在本文中，我们提出了一个通用的模型来描述这些问题和两个编码方案：一个是基于霍夫曼，另一个称为GBSC（贪婪二进制分离编码）。我们证明了GBSC的最优性，通过归纳二进制决策树，告诉我们，GBSC是至少一样好的香农编码。然后，我们比较了基于这两个代码的两个算法，通过测试他们与两个问题：DNA检测和1-player战舰，并发现这两个都是体面的近似算法，与基于霍夫曼的算法给出了一个预期的长度的1.1倍，真正的最优DNA检测问题，和GBSC产生的平均查询次数的1.4倍，理论上的最优1-player战舰。
2022-10-08 cs.IT math.IT
On Minimizing the Average Packet Decoding Delay in Wireless Network Coded Broadcast
我们考虑一种设置，其中发送器希望向一组无线接收器广播K个数据分组的块，其中每个接收器具有已经对其可用的数据分组的子集（例如，从先前的传输）并且想要剩余的分组。我们的目标是找到一个线性网络编码方案，产生最小的平均分组解码延迟（AVDD），即，接收器解码数据包所花费的平均时间。我们的贡献可归纳如下。首先，我们证明了这个问题是NP-困难的提出一个减少超图着色问题。接下来，我们表明，% \alexn{an MDS-based solution or}随机线性网络编码（RLNC）提供了一个近似的解决方案，这个问题的近似比$2$具有很高的概率。接下来，我们提出了一种方法来设计专门的近似算法，这个问题优于RLNC解决方案，同时保持相同的吞吐量。在一个特殊的情况下，实际利益与少量的想要的数据包，我们的解决方案可以实现一个近似比（4-2/K）/3。最后，我们进行了实验研究，证明了所提出的方法的优点。
2015-03-13 cs.IT math.IT
On Intercept Probability Minimization under Sparse Random Linear Network Coding
本文考虑了一个网络中，一个节点希望发送一个源消息，一个合法的接收器在窃听者的存在。发射机采用随机线性网络编码（RLNC）的稀疏实现来保护其传输。一个紧密的近似窃听者恢复源消息的概率。所提出的近似适用于两种情况下发生的传输没有反馈或反馈信道的可靠性受损的窃听者干扰反馈信道。通过优化RLNC的稀疏性，最大限度地减少拦截概率的优化框架。结果验证了所提出的近似和量化的增益，我们的优化解决方案，其中使用非稀疏RLNC。
2019-03-22 cs.IT math.IT
Space-time coding techniques with bit-interleaved coded modulations for MIMO block-fading channels
空时比特交织编码调制（ST-BICM）是在块衰落MIMO信道中获得高分集增益和编码增益的有效技术。其最大似然（ML）性能计算理想交织条件下，这使得全局优化考虑到信道编码。由于多样性上界来自Singleton界，一个适当的选择的时间维度的空时编码是可能的，这最大化的多样性，同时最小化的复杂性。在此基础上，提出了一种优化的交织器和一组线性预编码器，称为色散核代数（DNA）预编码器。所提出的预编码器相对于现有技术具有良好的性能，并且对于任何数量的发射天线和任何时间维度都存在。对于turbo码，它们表现出不随帧长度增加的帧出错率。
2007-06-15 cs.IT math.IT
Minimizing Latency for Secure Coded Computing Using Secret Sharing via Staircase Codes
Rutgers University（罗格斯大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本文提出阶梯码用于安全编码计算，通过减少滞后者影响来优化延迟，优于传统秘密分享方案。
2018-02-07 cs.IT math.IT
Maximum Channel Coding Rate of Finite Block Length MIMO Faster-Than-Nyquist Signaling
该研究聚焦有限块长MIMO超奈奎斯特信道的最大信道编码速率，通过优化功率分配推导其表达式，仿真验证了超奈奎斯特信令在有限块长传输中的优势，为提升通信频谱效率、降低时延提供参考。
2025-01-14 cs.IT eess.SP math.IT
