선형코드

Linear code

코딩 이론에서, 선형 코드는 오류 수정 코드로, 코드 워드의 어떤 선형 조합도 코드 워드인 것이다. 선형 코드는 전통적으로 블록 코드경련 코드로 구분되지만, 터보 코드는 이 두 가지 유형의 하이브리드 코드로 볼 수 있다.[1] 선형 코드는 다른 코드(cf. 신드롬 디코딩)보다 더 효율적인 인코딩과 디코딩 알고리즘을 가능하게 한다.[citation needed]

선형 코드는 전방 오류 보정에 사용되며 통신 채널의 기호(예: 비트) 전송 방법에 적용되어 통신에 오류가 발생하면 메시지 블록의 수신자가 일부 오류를 수정하거나 감지할 수 있다. 선형 블록 코드의 코드 워드는 보낼 원래 값보다 많은 기호를 사용하여 인코딩되는 기호 블록이다.[2] 길이 n의 선형 코드는 n개의 기호를 포함하는 블록을 전송한다. 예를 들어, [7,4,3] 해밍 코드는 7비트 코드 워드를 사용하는 4비트 메시지를 나타내는 선형 이진 코드다. 두 개의 뚜렷한 암호어는 적어도 3비트가 다르다. 그 결과 하나의 오류를 수정할 수 있는 동안 코드워드당 최대 2개의 오류를 검출할 수 있다.[3] 이 코드는 24=16개의 암호문을 포함하고 있다.

정의 및 매개 변수

길이 n과 순위 k선형 코드벡터 공간 n 치수 k를 갖는 선형 아공간 C이며, F q 요소를 가진 유한한 필드. 이런 코드를 q-ary 코드라고 한다. q = 2 또는 q = 3인 경우, 코드는 각각 이진 코드 또는 3번 코드로 설명된다. C의 벡터는 코드워즈라고 불린다. 코드의 크기는 코드 워드의 수이며 qk 같다.

암호문의 무게는 0이 아닌 원소의 수이고, 두 암호의 거리는 그 사이의 해밍 거리, 즉 서로 다른 원소의 수이다. 선형 코드의 거리 d는 0이 아닌 코드 워드의 최소 가중치 또는 동등하게 구별되는 코드 워드 사이의 최소 거리를 의미한다. 길이 n, 치수 k, 거리 d의 선형 코드를 [n,k,d] 코드라고 한다.

각 좌표는 전송 오류(이항 대칭 채널)의 약간의 작은 확률로 "소음 채널"을 통해 전송되는 "비트"를 나타내기 때문에 에 표준 기준을 부여하고자 한다. 만약 다른 기준이 사용된다면, 이 모델은 사용될 수 없으며 해밍 측정기준은 우리가 원하는 대로 전송 오류 수를 측정하지 않는다.

제너레이터 및 점검 행렬

{선형 하위공간으로서 코드 C(매우 클 수 있음)는 k 코드 워드 집합(선형 대수에서 기본으로 알려져 있음)의 범위로 나타낼 수 있다 이러한 기본 코드 단어는 종종 코드 C에 대한 생성 행렬로 알려진 행렬 G의 행에 결합된다. G의 블록 이 G=[ 인 경우 여기서 k 는 k× k 정체성 행렬을 나타내며 P는 k (- k){\ 행렬로 표시하면 G가 표준 형태라고 한다.

선형 함수 : n - k \mathb {F} 나타내는 행렬 H이며, 커널C(또는 패리티 체크 행렬)의 체크 행렬이라고 한다. 마찬가지로 Hnull 공간C인 행렬이다. C가 표준형식의 생성매트릭스 G를 가진 코드라면 =[ P H=[- P n- ] C의 체크 매트릭스다. H가 생성한 코드를 C의 듀얼 코드라고 한다. G가 행렬인 반면 H는(n- ) 행렬인 것을 확인할 수 있다.

선형성은 코드 워드0 c와 다른 코드 워드 c between0 c 사이의 최소 해밍 거리 dc0 독립적이라는 것을 보장한다. 이는 C에서 두 개의 암호문 c - c0 차이도 암호문(즉, 하위공간 C의 요소)이며 d(c, c0) = d(c - c0, 0)인 속성에서 따온 것이다. 이러한 속성은 다음을 암시한다.

즉, 선형 코드의 암호어 사이의 최소 거리를 알아내기 위해서는 0이 아닌 암호어만을 바라볼 필요가 있을 것이다. 무게가 가장 작은 0이 아닌 코드 워드는 0 코드 워드까지의 최소 거리를 가지므로 코드의 최소 거리를 결정한다.

선형 코드 C의 거리 d도 체크 행렬 H의 선형 종속 열의 최소 개수와 동일하다.

증명: H = , which is equivalent to , where is the column of . = 을(를) 가진 항목을 제거하고 {은(는 선형 종속적이다. 따라서 (는) 최소한 선형 종속 열의 최소 수입니다. 다른 한편으로, {\의 최소 선형 종속 컬럼 집합을 고려하십시오. 여기서 (는) 컬럼 인덱스 집합입니다. . Now consider the vector such that if . Note because 그러므로 을(를) 가지고 있는데 는 H {\H}}}}에서 선형 종속된 열의 최소 수이다 따라서 청구된 속성이 입증된다.

예: 해밍 코드

오류보정을 목적으로 개발된 선형 코드의 제1종으로서 해밍 코드는 디지털 통신 시스템에 널리 이용되어 왔다. 임의의 양의 정수 2에 대해[ - , - - , }} 해밍 코드가 있다. = 이므로 이 해밍 코드는 1비트 오류를 수정할 수 있다.

: 다음과 같은 제너레이터 매트릭스 및 패리티 체크 매트릭스를 갖는 선형 블록 코드는[ 7,, ] 해밍 코드다.

예: 하다마드 코드

하다마드 코드는 [ - }}개의 선형 코드로 많은 오류를 수정할 수 있다. Hadamard 코드는 열별로 구성할 수 있다: 열은 다음 예에서와 같이 정수 의 이진 표현 비트의 것이다 Hadamard 코드는 최소 거리 - 1 2 가지므로 2 r - - 1 2}-1} 오류를 수 있다.

예: The linear block code with the following generator matrix is a Hadamard code: 1\ 1\1\\ 0\ 1\\ 1

하다마드 코드리드-뮬러 코드의 특수한 경우다. 첫 번째 컬럼(all-zero column)을 a 에서 빼면[의 디스플레이 , 즉 해밍 코드의 이중 코드심플렉스 코드가 나온다.

가장 가까운 이웃 알고리즘

매개변수 d는 코드의 오류 수정 능력과 밀접하게 관련되어 있다. 다음 구성/알고리즘은 이를 예시한다(가장 가까운 이웃 디코딩 알고리즘이라고 함).

입력: 에서 수신된 벡터 v.

출력: 에서 있는 경우에 가장 가까운 워드 w {\ w

  • = 부터 다음 두 단계를 반복하십시오
  • 수신 단어 주위에 (Hamming) t{\의 볼 요소를 열거하십시오
    • ) 에 대해C C에서 displaystyle w}을(를) 확인하십시오 그렇다면 {\ w을(를) 솔루션으로 반환하십시오.
  • 증분 >(- )/ 2 t 경우에만 실패하므로 열거가 완료되고 해결책이 발견되지 않았다.

우리는 선형 () {n의 각v에 B t ( 에 코드 워드가 하나 이상 있는 경우 오류를 수정한다고 말한다.

통속 표기법

일반적으로 코드는 문자 C로 표기되는 경우가 많으며, 길이 n과 순위 k의 코드(, k 코드 워드를 기본으로 하고 k 행을 생성 매트릭스에 갖는 것)는 일반적으로 (n, k) 코드라고 한다. 선형 블록 코드는 종종 [n, k, d] 코드로 표시되는데, 여기서 d는 두 코드 단어 사이의 코드의 최소 해밍 거리를 가리킨다.

([n, k, d]표기법은길이, 크기 M(즉, M코드 단어를 포함)및 최소 해밍 거리 d의 비선형 코드를 나타내는 데 사용되는(n, M, d)표기법과 혼동해서는 안 된다.).

싱글톤 바운드

보조정리(Singleton Bound): 모든 선형 [n,k,d] 코드 C는 + + 을 만족한다 (\

매개변수가 k+d=n+1을 만족하는 코드 C를 최대 거리 분리 가능 또는 MDS라고 한다. 그러한 코드가 존재할 경우 어떤 의미에서 가장 잘 가능하다.

C와1 C가2 길이 n의 두 코드인 경우, 그리고 (c1,...,cn)의 대칭군 Sn 순열 p가 있는1 경우(c,...,c)는 (cp(1)2,...,c)의 경우(c,...,c)와 (c, ...,cp(n))의 순열 p가 있으면, 우리는1 C와 C가2 순열 동등하다고 말한다. In more generality, if there is an monomial matrix which sends C1 isomorphically to C2 then we say C1 and C2 are equivalent.

보조정리: 모든 선형 코드는 표준 형태인 코드에 상당하는 순열이다.

보니솔리의 정리

코드는 코드의 구별되는 두 코드 단어 사이의 거리가 d와 같을 정도로 일정한 d가 존재하는 경우에만 등거리라고 정의된다.[4] 1984년 Arrigo Bonisoli는 유한한 분야에 대한 선형 1-중량 코드의 구조를 결정하였고, 모든 등거리 선형 코드는 이중 해밍 코드의 시퀀스임을 증명하였다.[5]

선형 코드의 일부 예는 다음과 같다.

일반화

비필드 알파벳에 대한 해밍 공간도 고려되었으며, 특히 유한 에 대해서는 특히 Z에 대한 갈루아4 링이 고려되었다. 이는 벡터 공간 대신 모듈을 발생시키고 선형 코드 대신 링-선형 코드(하위 부호로 식별됨)를 발생시킨다. 이 경우 Lee 거리에 사용되는 일반적인 메트릭. 한 그레이 등고 Z22m{\displaystyle \mathbb{Z}_{2}^{2m}}(즉 여자 친구(실대형 22m)사이에 탭Hamming 거리와 리 거리에 Z4m{\displaystyle \mathbb{Z}_{4}^{m}}(로 GR(4,m 또한을 설명))를;그것의 큰 매력이 없는" 좋은"코드 사이의 통신을 설정하고 있다. l 을(를) Z [6][7][8]의 링-선형 코드의 이미지로 삽입.

보다 최근에,[when?] 일부 저자들은 링 위에 있는 그러한 코드를 단순히 선형 코드라고도 언급하였다.[9]

참고 항목

참조

  1. ^ William E. Ryan and Shu Lin (2009). Channel Codes: Classical and Modern. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 978-0-521-84868-8.
  2. ^ MacKay, David, J.C. (2003). Information Theory, Inference, and Learning Algorithms (PDF). Cambridge University Press. p. 9. Bibcode:2003itil.book.....M. ISBN 9780521642989. In a linear block code, the extra bits are linear functions of the original bits; these extra bits are called parity-check bits
  3. ^ Thomas M. Cover and Joy A. Thomas (1991). Elements of Information Theory. John Wiley & Sons, Inc. pp. 210–211. ISBN 978-0-471-06259-2.
  4. ^ Etzion, Tuvi; Raviv, Netanel (2013). "Equidistant codes in the Grassmannian". arXiv:1308.6231 [math.CO].
  5. ^ Bonisoli, A. (1984). "Every equidistant linear code is a sequence of dual Hamming codes". Ars Combinatoria. 18: 181–186.
  6. ^ Marcus Greferath (2009). "An Introduction to Ring-Linear Coding Theory". In Massimiliano Sala; Teo Mora; Ludovic Perret; Shojiro Sakata; Carlo Traverso (eds.). Gröbner Bases, Coding, and Cryptography. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-93806-4.
  7. ^ "Encyclopedia of Mathematics". www.encyclopediaofmath.org.
  8. ^ J.H. van Lint (1999). Introduction to Coding Theory (3rd ed.). Springer. Chapter 8: Codes over ℤ4. ISBN 978-3-540-64133-9.
  9. ^ S.T. Dougherty; J.-L. Kim; P. Sole (2015). "Open Problems in Coding Theory". In Steven Dougherty; Alberto Facchini; Andre Gerard Leroy; Edmund Puczylowski; Patrick Sole (eds.). Noncommutative Rings and Their Applications. American Mathematical Soc. p. 80. ISBN 978-1-4704-1032-2.

참고 문헌 목록

  • J. F. Humphreys; M. Y. Prest (2004). Numbers, Groups and Codes (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-511-19420-7. 제5장에는 (이 기사보다) 선형 코드의 주제에 대한 좀 더 부드러운 소개가 수록되어 있다.

외부 링크