새로운 소실 채널을 위한 자기동형 군 복호기 및 부분 접속 복구 부호 및 일반화된 근 프로토그래프 LDPC 부호의 설계

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·컴퓨터공학부, 2019. 2. 노종선.In this dissertation, three main contributions are given asi) new two-stage automorphism group decoders (AGD) for cyclic codes in the erasure channel, ii) new constructions of binary and ternary locally repairable codes (LRCs) using cyclic codes and existing LRCs, and iii) new constructions of high-rate generalized root protograph (GRP) low-density parity-check (LDPC) codes for a nonergodic block interference and partially regular (PR) LDPC codes for follower noise jamming (FNJ), are considered. First, I propose a new two-stage AGD (TS-AGD) for cyclic codes in the erasure channel. Recently, error correcting codes in the erasure channel have drawn great attention for various applications such as distributed storage systems and wireless sensor networks, but many of their decoding algorithms are not practical because they have higher decoding complexity and longer delay. Thus, the AGD for cyclic codes in the erasure channel was introduced, which has good erasure decoding performance with low decoding complexity. In this research, I propose new TS-AGDs for cyclic codes in the erasure channel by modifying the parity check matrix and introducing the preprocessing stage to the AGD scheme. The proposed TS-AGD is analyzed for the perfect codes, BCH codes, and maximum distance separable (MDS) codes. Through numerical analysis, it is shown that the proposed decoding algorithm has good erasure decoding performance with lower decoding complexity than the conventional AGD. For some cyclic codes, it is shown that the proposed TS-AGD achieves the perfect decoding in the erasure channel, that is, the same decoding performance as the maximum likelihood (ML) decoder. For MDS codes, TS-AGDs with the expanded parity check matrix and the submatrix inversion are also proposed and analyzed. Second, I propose new constructions of binary and ternary LRCs using cyclic codes and existing two LRCs for distributed storage system. For a primitive work, new constructions of binary and ternary LRCs using cyclic codes and their concatenation are proposed. Some of proposed binary LRCs with Hamming weights 4, 5, and 6 are optimal in terms of the upper bounds. In addition, the similar method of the binary case is applied to construct the ternary LRCs with good parameters. Also, new constructions of binary LRCs with large Hamming distance and disjoint repair groups are proposed. The proposed binary linear LRCs constructed by using existing binary LRCs are optimal or near-optimal in terms of the bound with disjoint repair group. Last, I propose new constructions of high-rate GRP LDPC codes for a nonergodic block interference and anti-jamming PR LDPC codes for follower jamming. The proposed high-rate GRP LDPC codes are based on nonergodic two-state binary symmetric channel with block interference and Nakagami-$m$ block fading. In these channel environments, GRP LDPC codes have good performance approaching to the theoretical limit in the channel with one block interference, where their performance is shown by the channel threshold or the channel outage probability. In the proposed design, I find base matrices using the protograph extrinsic information transfer (PEXIT) algorithm. Also, the proposed new constructions of anti-jamming partially regular LDPC codes is based on follower jamming on the frequency-hopped spread spectrum (FHSS). For a channel environment, I suppose follower jamming with random dwell time and Rayleigh block fading environment with M-ary frequnecy shift keying (MFSK) modulation. For a coding perspective, an anti-jamming LDPC codes against follower jamming are introduced. In order to optimize the jamming environment, the partially regular structure and corresponding density evolution schemes are used. A series of simulations show that the proposed codes outperforms the 802.16e standard in the presence of follower noise jamming.이 논문에서는, i) 소실 채널에서 순환 부호의 새로운 이단 자기동형 군 복호기 , ii) 분산 저장 시스템을 위한 순환 부호 및 기존의 부분 접속 복구 부호(LRC)를 이용한 이진 혹은 삼진 부분 접속 복구 부호 설계법, 및 iii) 블록 간섭 환경을 위한 고부효율의 일반화된 근 프로토그래프(generalized root protograph, GRP) LDPC 부호 및 추적 재밍 환경을 위한 항재밍 부분 균일 (anti-jamming paritally regular, AJ-PR) LDPC 부호가 연구되었다. 첫번째로, 소실 채널에서 순환 부호의 새로운 이단 자기동형 군 복호기를 제안하였다. 최근 분산 저장 시스템 혹은 무선 센서 네트워크 등의 응용으로 인해 소실 채널에서의 오류 정정 부호 기법이 주목받고 있다. 그러나 많은 복호기 알고리즘은 높은 복호 복잡도 및 긴 지연으로 인해 실용적이지 못하다. 따라서 낮은 복호 복잡도 및 높은 성능을 보일 수 있는 순환 부호에서 이단 자기 동형 군 복호기가 제안되었다. 본 연구에서는 패리티 검사 행렬을 변형하고, 전처리 과정을 도입한 새로운 이단 자기동형 군 복호기를 제안한다. 제안한 복호기는 perfect 부호, BCH 부호 및 최대 거리 분리 (maximum distance separable, MDS) 부호에 대해서 분석되었다. 수치 분석을 통해, 제안된 복호 알고리즘은 기존의 자기 동형 군 복호기보다 낮은 복잡도를 보이며, 몇몇의 순환 부호 및 소실 채널에서 최대 우도 (maximal likelihood, ML)과 같은 수준의 성능임을 보인다. MDS 부호의 경우, 확장된 패리티검사 행렬 및 작은 크기의 행렬의 역연산을 활용하였을 경우의 성능을 분석한다. 두 번째로, 분산 저장 시스템을 위한 순환 부호 및 기존의 부분 접속 복구 부호 (LRC)를 이용한 이진 혹은 삼진 부분 접속 복구 부호 설계법을 제안하였다. 초기 연구로서, 순환 부호 및 연접을 활용한 이진 및 삼진 LRC 설계 기법이 연구되었다. 최소 해밍 거리가 4,5, 혹은 6인 제안된 이진 LRC 중 일부는 상한과 비교해 보았을 때 최적 설계임을 증명하였다. 또한, 비슷한 방법을 적용하여 좋은 파라미터의 삼진 LRC를 설계할 수 있었다. 그 외에 기존의 LRC를 활용하여 큰 해밍 거리의 새로운 LRC를 설계하는 방법을 제안하였다. 제안된 LRC는 분리된 복구 군 조건에서 최적이거나 최적에 가까운 값을 보였다. 마지막으로, GRP LDPC 부호는 Nakagami-$m$ 블록 페이딩 및 블록 간섭이 있는 두 상태의 이진 대칭 채널을 기반으로 한다. 이러한 채널 환경에서 GRP LDPC 부호는 하나의 블록 간섭이 발생했을 경우, 이론적 성능에 가까운 좋은 성능을 보여준다. 이러한 이론 값은 채널 문턱값이나 채널 outage 확률을 통해 검증할 수 있다. 제안된 설계에서는, 변형된 PEXIT 알고리즘을 활용하여 기초 행렬을 설계한다. 또한 AJ-PR LDPC 부호는 주파수 도약 환경에서 발생하는 추적 재밍이 있는 환경을 기반으로 한다. 채널 환경으로 MFSK 변복조 방식의 레일리 블록 페이딩 및 무작위한 지속 시간이 있는 재밍 환경을 가정한다. 이러한 재밍 환경으로 최적화하기 위해, 부분 균일 구조 및 해당되는 밀도 진화 (density evolution, DE) 기법이 활용된다. 여러 시뮬레이션 결과는 추적 재밍이 존재하는 환경에서 제안된 부호가 802.16e에 사용되었던 LDPC 부호보다 성능이 우수함을 보여준다.Contents Abstract Contents List of Tables List of Figures 1 INTRODUCTION 1.1 Background 1.2 Overview of Dissertation 1.3 Notations 2 Preliminaries 2.1 IED and AGD for Erasure Channel 2.1.1 Iterative Erasure Decoder 2.1.1 Automorphism Group Decoder 2.2. Binary Locally Repairable Codes for Distributed Storage System 2.2.1 Bounds and Optimalities of Binary LRCs 2.2.2 Existing Optimal Constructions of Binary LRCs 2.3 Channels with Block Interference and Jamming 2.3.1 Channels with Block Interference 2.3.2 Channels with Jamming with MFSK and FHSS Environment. 3 New Two-Stage Automorphism Group Decoders for Cyclic Codes in the Erasure Channel 3.1 Some Definitions 3.2 Modification of Parity Check Matrix and Two-Stage AGD 3.2.1 Modification of the Parity Check Matrix 3.2.2 A New Two-Stage AGD 3.2.3 Analysis of Modification Criteria for the Parity Check Matrix 3.2.4 Analysis of Decoding Complexity of TS-AGD 3.2.5 Numerical Analysis for Some Cyclic Codes 3.3 Construction of Parity Check Matrix and TS-AGD for Cyclic MDS Codes 3.3.1 Modification of Parity Check Matrix for Cyclic MDS Codes . 3.3.2 Proposed TS-AGD for Cyclic MDS Codes 3.3.3 Perfect Decoding by TS-AGD with Expanded Parity Check Matrix for Cyclic MDS Codes 3.3.4 TS-AGD with Submatrix Inversion for Cyclic MDS Codes . . 4 New Constructions of Binary and Ternary LRCs Using Cyclic Codes and Existing LRCs 4.1 Constructions of Binary LRCs Using Cyclic Codes 4.2 Constructions of Linear Ternary LRCs Using Cyclic Codes 4.3 Constructions of Binary LRCs with Disjoint Repair Groups Using Existing LRCs 4.4 New Constructions of Binary Linear LRCs with d ≥ 8 Using Existing LRCs 5 New Constructions of Generalized RP LDPC Codes for Block Interference and Partially Regular LDPC Codes for Follower Jamming 5.1 Generalized RP LDPC Codes for a Nonergodic BI 5.1.1 Minimum Blockwise Hamming Weight 5.1.2 Construction of GRP LDPC Codes 5.2 Asymptotic and Numerical Analyses of GRP LDPC Codes 5.2.1 Asymptotic Analysis of LDPC Codes 5.2.2 Numerical Analysis of Finite-Length LDPC Codes 5.3 Follower Noise Jamming with Fixed Scan Speed 5.4 Anti-Jamming Partially Regular LDPC Codes for Follower Noise Jamming 5.4.1 Simplified Channel Model and Corresponding Density Evolution 5.4.2 Construction of AJ-PR-LDPC Codes Based on DE 5.5 Numerical Analysis of AJ-PR LDPC Codes 6 Conclusion Abstract (In Korean)Docto

A Control Law for Running of Quadruped Robot Based on Relative Sensory Information and Central Pattern

Maste

Estimation of manoeuvring coefficients of a submerged body by parameter identification

학위논문(박사)--서울大學校 大學院 :造船海洋工學科,1996.Docto

Applying independent prior information to map components for lightweight probabilistic indoor SLAM

2

The Effects of Social Relation, Living Arrangement, Residential Area on Elderly Depression

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 보건대학원 보건학과(보건정책관리학전공), 2021.8. 김창엽.사회적 관계는 다양한 경로를 통해 건강에 영향을 미치며, 문화적 환경과 사회경제적 조건은 사회적 관계가 건강에 영향을 미치는 기제를 둘러싼 맥락을 구성한다. 노인의 사회적 관계가 우울에 영향을 미친다는 사실은 널리 알려져 있으나, 노인의 건강을 효과적으로 개선하 려면 이러한 효과가 구체적인 상황과 조건에 따라 어떻게 달라지는지를 이해할 필요가 있다. 본 연구는 노인의 사회적 관계가 작동하는 맥락에 초점을 맞추어, 친한 사람과의 만남과 단체 참여가 우울에 미치는 효과가 독거 여부 및 거주 지역에 따라 어떻게 달라지는지를 확인 하였다. 연구 자료로는 고령화연구패널조사자료를 활용하였으며, 일반화 추정 방정식 모형을 통해 사회적 관계의 효과에 대한 독거 여부의 조절 효과를 검정하였다. 그리고 대상자를 거주 지역에 따라 대도시, 중소 도시, 농어촌으로 나누어 하위집단 분석을 통해 지역 간 비교를 수행 하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 농어촌 지역은 다른 지역에 비해 사회경제적으로 열악한 조건에 처해 있었다. 둘째, 친한 사람과의 만남은 우울을 낮추었으나, 단체 참여는 친한 사람과의 만남을 보정한 상태에서 오히려 우울에 부정적인 효과를 보였다. 하위집단 분석에서 농어촌 지역은 친한 사람과의 만남의 효과가 대도시보다 강했고, 단체 참여의 부정적 효과도 농어촌 지역에서만 나타났다. 셋째, 독거는 친한 사람과의 만남의 효과에만 조절 효과를 보였으며, 이러한 효과는 농어촌 지역에서만 유의하였다. 즉 농어촌 지역에서 친한 사람과의 만남의 긍정적인 효과는 비독거노인에 비해 독거노인에서 더 약해졌다. 연구 결과에 기초하여 다음 사항을 제언하였다. 첫째, 우울에 대한 사회적 관계의 효과는 맥락에 따라 변동하므로, 사회적 관계를 통한 중재를 기획하고 실행할 때는 맥락과 조건을 충분히 고려하는 섬세한 접근이 필요하다. 둘째, 본 연구를 통해 우울에 대한 사회적 관계의 효과에 복합적인 맥락이 작동한다는 것을 계량적으로 확인할 수 있었 으나, 맥락이 작동하는 경로와 기제를 밝히기 위해서는 다양한 방법을 통한 추가연구가 필요하다. 셋째, 노인의 사회적 관계가 집단 간의 건강 불평등을 완화하는 효과는 한계가 있으므로, 건강 격차를 좁히기 위해서는 농어촌 지역과 독거노인의 사회경제적 조건을 개선해야 한다.Social relations affect health through various path, and cultural environment and socioeconomic conditions constitute the context surrounding the mechanism in which social relations affect health. Although it is widely known that the social relationship of the elderly affects depression, it is necessary to understand how these effects vary according to specific circumstances and conditions in order to improve the health of the elderly effectively. This study focused on the context in which the social relationship of the elderly works, and investigated how the effects of contact with neighborhoods and group participation on depression vary depending on the residential area and the living arangement. The study used the Korean Longitudinal Study of Aging (KLoSA) and verified the moderating effect of the living alone status on the effect of social relations through the generalized estimation equation(GEE) model. And the subjects were divided into large cities, medium-small cities, and rural areas according to the residential area, and the comparison between the regions was performed through subgroup analysis. The results of this study are as follows: First, rural areas were under relatively disadvantaged socioeconomic conditions compared to other regions. Second, contact with neighborhoods lowered depression, but group participation showed a negative effect on depression while adjusting contact with neighborhoods. In the subgroup analysis, the effect of contact with neighborhoods in rural areas was stronger than that of large cities, and the negative effect of group participation was also found only in rural areas. Third, living arrangement showed moderating effect only on the effect of contact with neighborhoods, and this effect was significant only in rural areas. In other words, the positive effect of contact with neighborhoods in rural areas has become weaker in the elderly living alone than in the elderly living with family. Based on the results, the following suggestions were made. First, since the effects of social relationships on depression vary according to context, a delicate approach is needed to fully consider contexts and conditions when planning and executing interventions through social relationships. Second, this study identified quantitatively that complex contexts work on the effects of social relationships on depression, but further studies are needed through various methods to clarify the path and mechanism of contextual effect. Third, since the social relationship of the elderly has a limit to the effect of alleviating the health inequality among the groups, the socioeconomic conditions of the rural areas and elderly living alone should be improved in order to close the health gap.제 1 장 서론 1 제 1 절 연구의 배경 및 필요성 1 제 2 절 이론적 배경 3 1. 사회적 관계가 건강에 미치는 영향 3 2. 사회적 관계의 맥락으로서의 사회자본 4 3. 사회적 관계와 우울 6 4. 가구 형태와 거주 지역이 구성하는 맥락 7 제 3 절 연구 가설 9 제 2 장 연구 방법 12 제 1 절 자료원 및 변수 정의 12 제 2 절 분석 방법 15 제 3 장 연구 결과 18 제 1 절 기술 분석 18 제 2 절 일반화 추정 방정식 모형 분석 23 1. 가상관구조 선택 23 2. 전체 표본 분석 23 3. 하위집단 분석 26 4. 민감도 분석 29 제 4 장 논의 및 결론 30 제 1 절 연구 결과 고찰 30 1. 노인의 사회경제적 특성과 사회적 관계 30 2. 노인의 우울과 연관된 요인 32 3. 사회적 관계와 우울 34 4. 독거의 조절 효과 37 제 2 절 연구의 의의와 한계 40 제 3 절 결론 및 제언 42 참고문헌 45 Abstract 51석

Delayed Resampling in a Rao-Blackwellized Particle Filtering SLAM for Consistent Loop Closures

1

Design of Scaling Parameters for Unscented-SLAM filters with considering Positive Definiteness of Covariance Matrix

1

A Robust and Efficient Rao-Blackwellized Particle Filter for Nonlinear and Nongaussian SLAM Problem

DoctorIntelligent mobility is a fundamental requirement of autonomous robots. To achieve this, mobile robots should learn the model of environments while estimating their poses. Thus, the simultaneous localization and mapping (SLAM) has been a major topic in the robotics application over the last decades. Most of researches presented so far in the SLAM field use laser range finders or vision sensors. The fundamental reason of this is that performance of the SLAM algorithm depends on the sensor performance in principle. A main goal of this thesis is to develop an efficient and robust SLAM algorithm that can be used in a practical application for personal service robots. A consistent SLAM algorithm is usually computationally heavy. On the other hand, the map learning using the noisy and short-range sensor is more difficult than the high performance sensors and it increases the computational cost in general to maintain the filter consistency with estimation accuracy. So, this thesis proposes algorithms to improve both the computational efficiency and the filter consistency, based on the RBPF framework. In advance, this thesis contributes to solve the SLAM problem that specifically addresses the noisy sonar sensor in the RBPF framework that can handle a multi-hypotheses tracking with non-Gaussianity. We first present the straightforward approach to improve a robustness and efficiency of the RBPF framework. To estimate the uncertainty in both the robot's pose and the map precisely, our approach introduces the scaled unscented transformation technique, which is able to estimate the mean and the covariance to a higher order of accuracy than the linearized techniques. Thus, even if there is a large bearing uncertainty, higher order information about the state distribution can be represented well, and this benefit produces the robustness to the sensor noise. On the other hand, since the filter inconsistency of the RBPF based SLAM algorithm due to a lack of hypotheses is the issue, we propose a novel approach considering a loop closing event in the resampling process of the particle filter after defining the problem thoroughly. We also propose an algorithm for speeding up RBPF that uses an optimal proposal distribution. This algorithm can significantly improve the computational efficiency while maintaining a performance of the standard algorithm due to an assistance of the Gaussian mixture filter in the proposal computation. The optimal proposal of RBPF is still widely spread because of the large sensor noise and intermittent nature of the sonar feature. This increases a required number of particles for learning the consistent map. To solve the problem, we incorporate prior information of structured environments so that the feature is constrained. Finally we present a RBPF-SLAM solution based on the ceiling mosaic approach using a single web-cam. The most attractive factor of this approach is its practicability in typical indoors, because the sensor reading from the ceiling is not influenced by moving objects on the ground. Aforementioned our approaches allow a robot to build a consistent map with estimating its pose accurately, even though a low resolution, short-range noisy sensor is used with less number of particles

Experimental Study on Delayed Resampling for RBPF-SLAM

1

Exactly Rao-Blackwellized Unscented Particle Filters for SLAM

1