We study a specialization of the problem of broadcasting on directed acyclic graphs, namely, broadcasting on 2D regular grids. Consider a 2D regular grid with source vertex $X$ at layer $0$ and $k+1$ vertices at layer $k\geq 1$, which are at distance $k$ from $X$. Every vertex of the 2D regular grid has outdegree $2$, the vertices at the boundary have indegree $1$, and all other vertices have indegree $2$. At time $0$, $X$ is given a random bit. At time $k\geq 1$, each vertex in layer $k$ receives transmitted bits from its parents in layer $k-1$, where the bits pass through binary symmetric channels with noise level $\delta\in(0,1/2)$. Then, each vertex combines its received bits using a common Boolean processing function to produce an output bit. The objective is to recover $X$ with probability of error better than $1/2$ from all vertices at layer $k$ as $k \rightarrow \infty$. Besides their natural interpretation in communication networks, such broadcasting processes can be construed as 1D probabilistic cellular automata (PCA) with boundary conditions that limit the number of sites at each time $k$ to $k+1$. We conjecture that it is impossible to propagate information in a 2D regular grid regardless of the noise level and the choice of processing function. In this paper, we make progress towards establishing this conjecture, and prove using ideas from percolation and coding theory that recovery of $X$ is impossible for any $\delta$ provided that all vertices use either AND or XOR processing functions. Furthermore, we propose a martingale-based approach that establishes the impossibility of recovering $X$ for any $\delta$ when all NAND processing functions are used if certain supermartingales can be rigorously constructed. We also provide numerical evidence for the existence of these supermartingales by computing explicit examples for different values of $\delta$ via linear programming.


翻译:我们研究在定向环球图上广播问题的专业化, 即以 2D 常规电网广播。 考虑一个 2D 常规电网, 源顶点为$X美元, 层值为$0美元, 层值为$+1美元, 层值为$K元+1美元, 层值为$X美元。 2D 常规电网的每一个顶点都超过摄氏度2美元, 边界的顶点为1美元, 所有其他的顶点为2美元。 时间值为0.0美元, X 时值为1美元, X 随机值为$X 美元。 时值为1美元, 层值的每个顶点从父母那里接收的双曲点, 美元=1美元, 美元+1美元, 美元, 元值通过噪音水平的双向双音调频道传输。 然后, 每一个顶点的顶点可以将收到的某些点组合点组合, 使用普通的波点处理功能来生成一个输出点。 目标是将美元, 以美元为美元, 美元, 直线值为1/2美元处理的概率值 。, 。

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