This thesis is separated into two parts. In the first part, we consider a lossy joint source-channel coding system, where the encoder chooses an action sequence that affects the formation of the channel states, and then creates the channel input sequence based on the state sequence. The decoder chooses an action that affects the nature of the side information, and then reconstructs the source with a side information. This configuration combines the channel model of pure channel coding with action-dependent states and the source model of pure source coding with a side information vender at the decoder. Our setting extends the previously considered communication systems where the encoder has access to the channel state information (CSI) and the decoder has access to the side information that is correlated to the source to a more general system where the encoder and decoder generate action sequences that affect the nature of the state and side information. We prove a separation theorem for this communication system.
In the second part, we develop an error correction code for the flash memory using a 2-stage coding system. The flash memory is a non-volatile memory and is widely used in many mobile devices since it has good characteristics such as portability, good power consumption rate, etc. But the relatively high cost is one of its weaknesses. For solving this problem, multiple levels per cell are used. But this method leads to increased raw error rate and it requires more powerful coding. We use the fact that the flash memory read operation is easy and less noisy, we propose the following 2-stage coding system. After writing the flash memory once and reading its output, the encoder performs another writing. We design the 2-stage coding scheme that matches with the characteristics of the flash memory and has simple encoding and decoding. We show using simulations the performance of the proposed 2-stage coding scheme is better than that of the one-stage scheme.
우리는 본 논문에서 액션을 이용해서 보조 정보(Side information)를 컨트롤 할 수 있을 때 조인트 소스-채널 코딩(Joint source-channel coding)에 대한 연구와 플래시 메모리를 위한 두 단계 채널 부호에 대해서 연구하였다.
점 대 점 DMC, DMS 환경에서 Shannon의 소스-채널 세퍼레이션 정리(Source-channel separation theorem)에 의해 우리는 최적의 통신시스템을 설계 할 때 소스 코딩과 채널 코딩을 따로 생각 할 수 있었다. 이 후 점 대 점 환경에서 소스 코딩과 채널 코딩은 각각 다양하게 발전하였다. 그 중에서 보조 정보가 있을 때 소스 코딩과 채널 코딩은 보조 정보가 없을 때보다 큰 성능의 향상으로 많은 연구가 진행되었다. Merhav와 Shamai에 의해서 인코더에서 채널 상태 정보가 사용가능하고 디코더에서 소스와 상관관계가 있는 보조 정보를 사용할 수 있는 통신시스템에 대해서도 소스-채널 세퍼레이션이 가능하다는 것이 증명되었다. 본 논문에서 우리는 한 단계 더 나아가 채널 상태가 인코더에서 만드는 액션에 영향을 받고 해당 채널 상태에 대한 정보를 인코더에서 이용 할 수 있으며, 디코더에서 사용 가능한 보조 정보가 디코더에서 만드는 액션에 영향을 받는 통신시스템의 조인트 소스-채널 코딩에 대해 연구하였다. 우리는 이 통신시스템에서의 소스-채널 세퍼레이션 정리를 증명하였다. 이는 인코더에서 액션을 이용하여 채널 상태에 영향을 줄 수 있고 해당 채널 상태 정보를 알아도 소스 코딩엔 도움이 되지 않고 반대로 디코더에서 사용가능한 보조 정보가 디코더에서 만드는 액션에 영향을 줄 수 있어도 통신 용량을 늘리지 않는다는 것으로 점 대 점 통신시스템의 설계에 방향성을 제시해준다.
플래시 메모리는 저전력으로 구동되며 고속의 동작속도 및 물리적 충격에 강한 장점을 가지고 있어 스마트폰, 태블릿 피시등과 같은 다양한 디지털 장치에 저장 장치로 널리 사용되고 있다. 이런 장점에도 불구하고 다른 소자의 저장장치에 비해 상대적으로 가격이 고가인 문제점이 시장에서 약점이 되고 있다. 이를 해결하기 위해 플래시 메모리의 셀 당 레벨 수를 증가시키거나 집적도를 증가시키는 방법이 제안되어 왔다. 그러나 결과적으로 두 가지 방법 모두 셀 데이터의 오류율 증가를 야기한다. 오류율 증가문제를 해결하기 위해 플래시 메모리를 위한 오류정정부호의 사용이 제안되었다. 본 논문에서는 플래시 메모리의 읽기 동작이 쉽고 오류가 적다는 특성을 이용하여 플래시 메모리에 데이터를 한 번 쓰고, 쓴 데이터를 읽어 본 후 다시 쓰는 두 단계 코딩 방법을 이용한 오류정정부호를 제안한다. 제안된 코드는 플래시 메모리의 쓰기 과정 비대칭성 (셀의 전압을 높이기는 쉬우나 지우기는 어려움) 도 고려하여 설계되었다. 제안된 코드는 인코딩과 디코딩이 간단하고 기존의 한 단계 코딩 시스템보다 좋은 성능을 낸다. 제안된 코드는 읽기 채널의 상태가 쓰기 채널보다 더 좋은 다른 통신 환경에도 적용하여 좋은 성능을 얻을 수 있을 것이다.
