Given a probability distribution $\mathcal{D}$ over the non-negative integers, a $\mathcal{D}$-repeat channel acts on an input symbol by repeating it a number of times distributed as $\mathcal{D}$. For example, the binary deletion channel ($\mathcal{D}=Bernoulli$) and the Poisson repeat channel ($\mathcal{D}=Poisson$) are special cases. We say a $\mathcal{D}$-repeat channel is square-integrable if $\mathcal{D}$ has finite first and second moments. In this paper, we construct explicit codes for all square-integrable $\mathcal{D}$-repeat channels with rate arbitrarily close to the capacity, that are encodable and decodable in linear and quasi-linear time, respectively. We also consider possible extensions to the repeat channel model, and illustrate how our construction can be extended to an even broader class of channels capturing insertions, deletions, and substitutions. Our work offers an alternative, simplified, and more general construction to the recent work of Rubinstein (arXiv:2111.00261), who attains similar results to ours in the cases of the deletion channel and the Poisson repeat channel. It also improves on the decoding failure probability of the polar codes constructions of Tal et al. for the deletion channel (ISIT 2019) and certain insertion/deletion/substitution channels (arXiv:2102.02155). Our techniques follow closely the approaches of Guruswami and Li (IEEEToIT 2019) and Con and Shpilka (IEEEToIT 2020); what sets apart our work is that we show that a capacity-achieving code for the channels in question can be assumed to have an "approximate balance" in the frequency of zeros and ones of all sufficiently long substrings of all codewords. This allows us to attain near-capacity-achieving codes in a general setting. We consider this "approximate balance" result to be of independent interest, as it can be cast in much greater generality than repeat channels.


翻译:在非负值整数的概率分布 $\ mathcal{D} 美元情况下, 一个 $\ mathcal{D} 美元repeat 频道在输入符号上运行, 重复它多次以美元=mathcal{D}美元分发。 例如, 二进式删除频道 ($\mathcal{D ⁇ Bernoulli$) 和 Poisson 重复频道 ($\mathcal{D} Doisson$) 是特殊的例子。 我们说一个 $\ mathcal{D} 美元reprepeatate channel channex community 。 如果 $\ mathcalcalcal{Directration $\ drocal directral directrations 在本文中, 我们为所有的重复频道模式模式的扩展, 并演示我们的系统变换到更宽的频道 插入、删除和替换的版本。

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