菱形信道的容量问题

We proposed to study the capacity of diamond channel. Diamond channel is a simple-structured multi-hop channel with relay nodes. It is currently a popular problem in the area of network information theory. So far, the progress in diamond channel is limited, in that there is no suitable and unique coding schemes and there is no efficient upper bound of the capacity other than the cut-set bound. The understanding is needed on the critical scientific problems, such as the optimal operation of the relay nodes and the cooperation between relay nodes. In the past years, we utilized the simplified model and duality with existing result and obtained two capacity results, which are the only known tight results on the problem of diamond channel. It shows that our research in this area is world-leading. We will start from our past results and conduct research on the problem of diamond channel. We intend to study broadcast diamond channel, multiple access diamond channel, general diamond channel and extensions of diamond channel. We expect that our future results will help understand multi-hop and cooperation phenomena in wireless network and contribute to the related problems in network information theory

在本项目中我们将对菱形信道的容量问题进行研究。菱形信道是一种结构简单的具有中继节点的多跳通信信道，是网络信息论研究中近年来出现的热点问题。目前菱形信道的研究还很初步，缺乏独创的适合的编码方式，在容量上限上除了割集上限外缺乏有效的工具。此外对于中继的最优操作和中继间协作通信等核心科学问题，目前的理解还很有限。在过去的工作中，我们利用简化信道模型，寻找对偶问题的创新方法，得到目前菱形信道问题中目前世界上仅有的两项信道容量结果，在国际上处于领先位置。我们将以已有成果为起点，发挥创新思维，继续探索菱形信道的容量问题，包括广播菱形信道，多址菱形信道，一般菱形信道和菱形信道的扩展问题。我们的研究结果将帮助理解无线网络中多跳和协作通信现象，对于网络信息论中类似问题的解决做出贡献。

在本项目中我们从信息论的角度对多址菱形信道问题进行了研究。多址菱形信道代表了下行云无线接入网(CRAN)的模型。我们得到了单个用户，基站具有缓存功能，和多个用户等不同情况下的信道容量的充分条件和必要条件。该项研究对于未来蜂窝网络的发展提供了理论指导。另一方面的研究是在安全方面，我们研究了有侧信息下攻击生物认证系统的问题，我们得到了最优的攻击策略和该策略下的攻击成功概率。我们最后研究了压缩加密数据的问题。我们提出先使用置换加密，再用最优率失真编码压缩的方法，可以达到最优，并证明该方法可以达到强安全的标准。我们在本项目的研究在世界上处于领先地位。