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 slightly improves the runtime and decoding failure probability of the polar codes constructions of Tal et al. (ISIT 2019) and of Pfister and Tal (arXiv:2102.02155) for the deletion channel and certain insertion/deletion/substitution channels. 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 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:在非负向整数的概率分布 $\ mathcal{D} 美元情况下, 一个 $\ mathcal{D} 美元repeat 频道在输入符号上作用, 重复它以美元=mathcal{D} 美元。 例如, 二进式删除频道 ($mathcal{D ⁇ Bernoulli$) 和 Poisson 重复频道 ($\mathcal{D} Doisforson$) 是一个非常特殊的例子。 我们说一个 $\ mathcal{D} 美元reprepeatate 频道在输入代码上是完全可加固的 。 如果 $\ mathcalcal{DRiodal diral dirals dreautements) 在本文中, 我们为所有的重复频道模式的扩展到一个更宽的频道 插入、删除和替换的频道 。 (我们的工作可以显示一个更简化和更精确的系统运行的系统

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