Redundancy allocation in finite-length nested codes for nonvolatile memories
在本文中，我们研究的最佳方式来分配冗余的有限长度的嵌套代码的现代非易失性存储器遭受永久性缺陷和瞬态错误（擦除或随机错误）。诸如分区码的嵌套编码方法可以通过使用两部分冗余来处理永久缺陷和瞬时错误两者：1）处理永久缺陷的冗余和2）用于瞬时错误的冗余。我们考虑两种不同的通道模型的二进制缺陷和擦除通道（BDEC）和二进制缺陷和对称通道（BDSC）。BDEC的瞬时错误是擦除，BDSC的瞬时错误是由二进制对称信道建模，分别。当满足嵌套码的容量域条件时，恢复失败概率渐近收敛于零。然而，有限长嵌套码的恢复失败的概率可以显着变化的不同的冗余分配，即使它们都满足容量区域条件。因此，我们制定了有限长度的嵌套码的冗余分配问题，以尽量减少恢复失败的概率。我们推导出恢复失败的概率上界，并使用它们来估计最优冗余分配。数值结果表明，我们估计的冗余分配匹配以及最优冗余分配。
2018-02-28 cs.IT math.IT
Error-Correction in Flash Memories via Codes in the Ulam Metric
我们认为秩调制代码的闪存，允许处理任意电荷下降错误。与用于校正表现为两个相邻排列的元素的交换的错误的经典秩调制码不同，所提出的\emph{translocation rank codes}考虑了存储系统中出现的更一般形式的错误。易位表示相邻易位的概念的自然扩展，并且因此可以使用组合学和秩调制编码中的相关概念来分析。我们的结果包括推导出的渐近容量的易位秩码，建设技术的渐近好的代码，以及简单的解码方法，一类构造的代码。作为我们的论述的一部分，我们还强调了新的代码家庭和置换与短的公共序列，删除和插入的纠错码的置换，和置换码在汉明距离之间的密切联系。
2013-04-22 cs.IT math.IT
Information Theoretic Bounds Based Channel Quantization Design for Emerging Memories
通道输出量化在高速新兴存储器中起着至关重要的作用，例如自旋扭矩转移磁性随机存取存储器（STT-MRAM），其中高精度模数转换器（ADC）不适用。在本文中，我们研究的1位量化器，这是非常适合于实际应用的设计。我们首先提出一个量化的STT-MRAM沟道模型。然后，我们分析各种信息理论界的量化信道，包括信道容量，截止速率，和Polyanskiy-Poor-Verdú（PPV）有限长度的性能界。通过使用这些通道测量作为标准，我们设计和优化的1位量化器的STT-MRAM通道的数字。仿真结果表明，该量化器的性能明显优于传统的基于最小均方误差（MMSE）的最大值量化器，并且可以接近经出错率仿真优化的1比特量化器的性能。
2018-11-09 cs.IT math.IT
Asymmetric LOCO Codes: Constrained Codes for Flash Memories
在数据存储和数据传输中，某些模式在写入（传输）到介质上时更容易出错。在具有二进制数据和双极不归零信令的磁记录系统中，在连续转变之间具有不充分分离的模式加剧了符号间干扰。约束代码用于消除这种容易出错的模式。最近的一个例子是一个新的家庭的能力，实现约束代码，命名为字典序约束代码（LOCO代码）。LOCO码是对称的，即在取模式补时，禁止模式集是封闭的。LOCO码在用于采用块擦除的闪存设备中时，在速率方面是次优的，因为易错模式的互补在这些设备中是无害的。本文介绍了非对称LOCO码（A-LOCO码），这是字典顺序的约束代码，只禁止那些模式是不利于Flash的性能。A-LOCO码也是容量实现的，并且在有限长度下，它们提供比为相同目标设计的现有最先进的约束码更高的速率。A-LOCO码中索引与码字之间的映射-解映射允许比其LOCO对应物更简单的低复杂度编码和解码算法。
2020-02-23 cs.IT math.IT
Duality between erasures and defects
我们研究了二进制擦除通道（BEC）和二进制缺陷通道（BDC）的对偶性。这种对偶性适用于信道容量、容量实现方案、最小距离和检索原始消息失败概率的上限。此外，BEC，BDC，二进制擦除量化（BEQ）和一次写入存储器（WOM）之间的关系进行了描述。从这些关系中，我们声称的容量的BDC可以实现的Reed-Muller（RM）码下的最大后验（MAP）解码。此外，具有连续消除编码器的极化码实现了BDC的容量。受BEC和BDC之间的对偶性的启发，我们引入了电阻存储器的局部可修复码（LWC），这是分布式存储系统的局部可修复码（LRC）的对应物。所提出的LWC可以提高电阻存储器的耐久极限和功率效率。
2016-02-10 cs.IT math.IT
On Zero-Error Capacity of Graphs with One Edge
本文提出了一种为单边图构造码的方法，确定了其零错误容量的下界，并证明了除Case 11中的两个图外，该码能达到所有28种二记忆二进制信道图的零错误容量。
2024-06-25 cs.IT math.IT
Rewriting Flash Memories by Message Passing
为了解决闪存的可靠性和持久性问题，构造了一种结合重写和纠错的WOM码。我们认为重写模型，是闪存应用程序的实际利益，只有第二次写入使用WOM代码。我们的WOM码构造基于LDGM码的二进制擦除量化，其中重写使用消息传递，并且在实践中具有与LDPC码共享高效硬件实现的潜力。我们表明，编码方案实现的重写模型的能力。大量的仿真结果表明，我们的方案的重写性能媲美极性WOM码的速率区域，需要高的重写成功概率。我们进一步增强我们的编码方案的纠错能力。通过绘制一个连接的共轭码对研究的背景下，量子纠错，我们开发了一个通用的框架，用于构建纠错WOM码。在这个框架下，我们给出了一个明确的WOM码的结构，其码字包含在BCH码。
2015-02-01 cs.IT math.IT
Information and Memory in Dynamic Resource Allocation
我们提出了一个一般性的框架，称为不完全信息下的随机加工（SPII），研究信息约束和记忆对动态资源分配的影响。该框架涉及一个随机处理网络（SPN）调度问题，其中调度器只能通过噪声信道访问系统状态，资源分配决策必须通过编码策略（谁观察状态）和分配策略（谁选择分配）之间的相互作用来执行。大型数据中心管理和人在环服务系统的应用是我们的主要动机之一。我们量化的程度，信息约束减少一般SPN的容量区域的大小，以及这种减少如何取决于可用的存储器的编码和分配策略的量。使用一种新的度量，容量因子，我们的主要定理的特点减少容量区域（下“最佳”政策）的所有非退化通道，并跨越几乎所有的组合的内存大小。值得注意的是，该定理基本上一般性地证明：（1）噪声信道的存在总是降低容量，（2）用于分配策略的更多存储器总是提高容量，以及（3）用于编码策略的更多存储器对容量几乎没有影响。最后，我们所有的积极（可持续性）成果都是通过建设性的、可实施的政策建立的。
2019-08-23 cs.IT math.IT math.PR
On Zero Error Capacity of Nearest Neighbor Error Channels with Multilevel Alphabet
本文研究了具有多级字母表的最近邻差错（NNE）信道的零差错容量。在NNE个信道中，发送的符号是$\{0,1,2,\dots, n-1 \}$中的元素的$d$元组。假设在所发送的符号中仅会发生对最近邻元素的一个元素错误。NNE通道可以被认为是一种特殊类型的有限幅值误差通道，它与闪存的误差模型密切相关。在本文中，我们推导出一个下界的NNE信道的零错误容量的基础上的结果完美的李码。NNE信道的零错误容量的上限也来自一个可行的解决方案的线性规划问题的基础上定义的混淆图的NNE信道。最后，利用上、下界得到了一个简洁的零误差容量公式。
2017-01-30 cs.IT math.IT
Joint Write-Once-Memory and Error-Control Codes
一次一次写的【形】存储器（W0M）是用于许多现代非易失性存储器（诸如闪存）的模型。最近，已经基于极化编码提出了几种实现容量的WOM编码方案。由于实际的计算机存储系统总是包含噪声的事实，接下来要问的一个自然问题是我们如何推广这些编码方案，使得它们也具有错误控制能力。在本文中，我们讨论了一个联合WOM和差错控制编码方案，这是一个推广的容量实现WOM码基于信源极化。在本文中，我们证明了一个充分必要条件的噪声读取通道是小于测试通道的数据编码在极性WOM编码的噪声。这样的充分必要条件在现实中通常是满足的。由于这一充分必要条件，在数据编码中，与噪声信道相关的高熵集合通常严格包含在与测试信道相关的高熵集合中。因此，低复杂度的极性联合WOM和差错控制码对于大多数实际编码场景是足够的。
2014-11-17 cs.IT math.IT
On the Optimal Refresh Power Allocation for Energy-Efficient Memories
刷新是动态随机存取存储器（DRAM）中防止数据丢失的重要操作。然而，频繁的刷新操作会导致相当大的功耗并降低系统性能。刷新功率成本在高容量存储设备和电池供电的边缘/移动应用中尤其重要。在本文中，我们提出了一个原则性的方法来优化刷新功率分配。给定一个模型的位出错率依赖于功率，我们制定了一个凸优化问题，以最小化字均方误差的刷新功率约束，因此，我们可以保证所获得的刷新功率分配的最优。此外，我们提供了一个整数规划问题，以优化离散刷新间隔分配。对于一个8位访问的字，数值结果表明，优化的非均匀刷新间隔降低了29%的刷新功率在50 dB的峰值信噪比相比，均匀分配。
2019-07-18 cs.AR cs.IT eess.SP
Semantic Communication: From Philosophical Conceptions Towards a Mathematical Framework
本文提出一种基于哲学概念和抽象层次的语义通信概率模型，将问题正交化为子问题，证明 Shannon 框架为其特例，并推导了物理噪声下语义容量的下界及可达速率。
2025-05-02 cs.IT math.IT
When Do WOM Codes Improve the Erasure Factor in Flash Memories?
闪存是一种只写一次的介质，其中对单元进行重新编程需要首先擦除包含它们的块。闪存的寿命是块擦除次数的函数，可以小到几千次。为了减少块擦除的数量，作为最小写入单元的页在存储器中被重写。一次写入存储器（WOM）代码是一种编码方案，其使得能够在擦除之前多次写入块。然而，这些代码具有显著的速率损失。例如，写入两次的速率（具有相同的速率）最多为0.77。在本文中，我们研究WOM码和他们之间的权衡率损失和减少块擦除的数量，当页面均匀随机写入。首先，我们引入了一个新的措施，称为擦除因子，它反映了块擦除的数量和每个块上可以写入的数据量。在我们的分析中的一个关键点是，这种权衡取决于内存中的WOM代码的具体实现。我们考虑两个系统，使用WOM代码，一个传统的计划，通常使用，和一个新的最近的设计，保留了整体的存储容量。虽然第一个系统可以提高擦除因子，只有当存储速率是最多0.6442，我们表明，第二个方案总是提高这个品质因数。
2015-04-22 cs.IT math.IT
Semantic-Security Capacity for Wiretap Channels of Type II
具有噪声主信道的第二类窃听信道（WTC II）的保密容量是目前的一个公开问题。在这里，它的安全能力的推导和证明是等于它的语义安全（SS）的能力。在这种情况下，合法用户通过一个离散无记忆（DM）的信道中存在的窃听者，有完美的访问其选择的发送符号的子集，约束到一个固定的分数的块长度进行通信。同时实现所有可能的窃听子集的选择的保密标准。SS准则要求消息和窃听者的观测之间的互信息可以忽略不计，即使在所有消息分布上最大化。一个关键的工具，可扩展性证明是一个新的和更强大的版本Wyner的软覆盖引理。具体而言，随机码本示出实现软覆盖现象具有高概率。失败的概率是双指数小的块长度。由于消息和子集的组合数量仅随块长度呈指数增长，因此通过使用联合界并调用更强的软覆盖引理来建立WTC II的SS。直接证明表明，速率的弱保密能力的经典WTC与DM擦除信道（EC）的窃听者是可以实现的。反过来，通过建立这个DM窃听EC的容量作为WTC II的上限。从更广泛的角度来看，更强的软覆盖引理构成了一种工具，用于显示满足指数级多个约束的码本的存在，这对于信息理论安全中的许多其他应用是有益的。
2016-08-17 cs.IT math.IT
Polynomial-Time, Semantically-Secure Encryption Achieving the Secrecy Capacity
在窃听信道设置中，一个目的是仅基于从发送者到接收者的信道比从发送者到对手的信道噪声更大的假设来获得通信数据的信息论隐私。保密容量是一个安全方案的最优（可能的最高）速率，并且已经证明了实现它的方案的存在。三十年来，最终的和未达到的目标一直是实现这一最佳速率的计划，是多项式时间。(This意味着加密和解密都是经过证明的多项式时间算法。）本文最后给出了这样一个方案。事实上，它做得更多。我们的计划不仅符合经典的概念，安全窃听文献，称为MIS-R（互信息安全的随机消息），但实现了严格更强的语义安全的概念，从而提供更多的安全性方面没有损失的速率。
2012-01-23 cs.CR cs.IT math.IT
Semantic Private Information Retrieval
研究了语义私有信息检索（semantic PIR）问题。在语义PIR中，用户从存储在$N$复制和非共谋数据库中的$K$独立消息中检索消息，而不向任何单独的数据库透露所需消息的身份。消息带有\emph{different semantics}，即，允许消息具有由$(p_i>0,\: i \in [K])$表示的\emph{non-uniform a priori probabilities}和\emph{arbitrary message sizes} $(L_i,\: i \in [K])$，$(p_i>0,\: i \in [K])$是它们各自的检索流行度的代理。这是一个推广的经典私人信息检索（PIR）问题，其中消息被假定为具有相等的先验概率和相等的消息大小。我们推导了一般$K$、$N$的语义PIR容量。结果表明，语义PIR容量取决于数据库数$N$、消息数$K$、消息的先验概率分布$p_i$和消息大小$L_i$ .我们提出了两个可实现的语义PIR计划：第一个是一个确定性的计划，这是基于消息不对称。该方案采用非均匀子分组化。第二种方案是概率性的，并且基于随机地从多个选项中选择一个查询集来检索所需的消息，而不需要指数子分组化。我们推导出的语义PIR容量超过经典PIR容量具有相同的先验和大小的必要和充分条件。我们的研究结果表明，语义PIR容量可以大于经典的PIR容量时，较长的消息具有较…
2020-03-30 cs.CR cs.IT eess.SP
Semantic Rate-Distortion for Bounded Multi-Agent Communication: Capacity-Derived Semantic Spaces and the Communication Cost of Alignment
本文研究多智能体在受限通信下的语义率-失真问题，提出基于容量导出的语义空间，并探讨通信对齐的成本与结构相变。
2026-04-10 cs.AI cs.IT math.IT
Cryptographic and Information-theoretic Security Capacities for General Arbitrarily Varying Wiretap Channels
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；T-Labs, Deutsche Telekom AG（德意志电信股份公司 T-Labs）
本文比较了任意变化窃密信道与一般任意变化窃密信道在语义安全约束下的安全容量，证明了在特定条件下强安全容量与语义安全容量相等。
2026-05-11 cs.CR cs.IT math.IT
Semantic Security for Quantum Wiretap Channels
我们考虑通过经典量子和量子窃听信道的语义安全问题，并使用显式构造将非安全代码转换为语义安全代码，通过双正则不可约函数实现容量。有限区域中的显式参数可以从定理中提取。我们还推广了语义安全容量定理，该定理表明，一个强安全的代码保证一个语义安全的代码具有相同的保密率，任何量子信道，包括无限维和非高斯的。
2022-11-16 cs.IT math.IT quant-ph
The Capacity of Semantic Private Information Retrieval with Colluding Servers
本文研究任意 T<N 串通服务器下的语义私有信息检索问题，推导出 Sem-TPIR 的精确容量上界，并设计达到该速率的方案。
2025-07-21 cs.CR cs.IT cs.NI
