Stabilizer codes form a special class of quantum error correcting codes. Nonbinary quantum stabilizer codes are studied in this thesis. A lot of work on binary quantum stabilizer codes has been done. Nonbinary stabilizer codes have received much less attention. Various results on binary stabilizer codes such as various code families and general code constructions are generalized to the nonbinary case in this thesis. The lower bound on the minimum distance of a code is nothing but the minimum distance of the currently best known code. The focus of this research is to improve the lower bounds on this minimum distance. To achieve this goal, various existing quantum codes are studied that have good minimum distance. Some new families of nonbinary stabilizer codes such as quantum BCH codes are constructed. Different ways of constructing new codes from the existing ones are also found. All these constructions together help improve the lower bounds.

Stabilizer codes form a special class of quantum error correcting codes. Nonbinary quantum stabilizer codes are studied in this thesis. A lot of work on binary quantum stabilizer codes has been done. Nonbinary stabilizer codes have received much less attention. Various results on binary stabilizer codes such as various code families and general code constructions are generalized to the nonbinary case in this thesis. The lower bound on the minimum distance of a code is nothing but the minimum distance of the currently best known code. The focus of this research is to improve the lower bounds on this minimum distance. To achieve this goal, various existing quantum codes are studied that have good minimum distance. Some new families of nonbinary stabilizer codes such as quantum BCH codes are constructed. Different ways of constructing new codes from the existing ones are also found. All these constructions together help improve the lower bounds.

This thesis deals with the most recent passive optical network standard NG-PON2, describes the sublayer model which includes error correction coding during propagation in optical fibres. Assesses the impact of split ratios using the simulation environment created from defined model and compares various scenarios. Discusses possible sources of errors of simulation model in compare to real deployment.

No description available.

Thesis (MSc (Mathematics))--University of Stellenbosch, 2006. / The main topic of this thesis is the construction of the algebraic geometric codes (Goppa codes), and their decoding by the list-decoding, which allows one to correct beyond half of the minimum distance. We also consider the list-decoding of the Reed–Solomon codes as they are subclass of the Goppa codes, and the determination of the parameters of the non primitive BCH codes. AMS Subject Classification: 4B05, 94B15, 94B35, 94B27, 11T71, 94B65,B70. Keywords: Linear codes, cyclic codes, BCH codes, Reed–Solomon codes, list-decoding, Algebraic Geometric codes, decoding, bound on codes, error probability.

Στη σύγχρονη εποχή η ανάγκη για αξιοπιστία των δεδομένων στις νέες τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές έχει οδηγήσει στη ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των λεγόμενων κωδικών διόρθωσης λαθών. Πρόκειται για συστήματα που έχουν την δυνατότητα ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών που εισέρχονται σε τμήμα της πληροφορίας που μεταφέρεται μέσω τηλεπικοινωνιακών κυρίως δικτύων λόγω του θορύβου από το περιβάλλον και πιο συγκεκριμένα από το κανάλι μετάδοσης. Υπάρχουν αρκετές κατηγορίες από τέτοιους κώδικες διόρθωσης ανάλογα της δομής και της φύσης των αλγορίθμων που χρησιμοποιούν. Οι δύο κυριότερες κατηγορίες είναι οι συνελικτικοί κώδικες και οι γραμμικοί μπλοκ κώδικες με τους οποίους θα ασχοληθούμε.Οι δύο κώδικες που θα χρησιμοποιηθούν στα πλαίσια αυτής της εργασίας είναι οι κώδικες LDPC και οι BCH. Ανήκουν και οι δυο στους γραμμικούς μπλοκ κώδικες. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί αρχικά ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός παραμετρικού συστήματος κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης για δυαδικούς BCH κώδικες διαφόρων μεγεθών. Εκτός της παραμετροποίησης έμφαση δόθηκε στην χαμηλή πολυπλοκότητα του συστήματος, στον υψηλό ρυθμό επεξεργασίας και στην δυνατότητα χρήσης shortening. Σε δεύτερη φάση πραγματοποιήθηκε σύνδεση μεταξύ, του παραπάνω κώδικα BCH, με έναν έτοιμο κώδικα LDPC και ένα κανάλι λευκού προσθετικού θορύβου (AWGN) που σχεδιάστηκαν στα πλαίσια άλλων διπλωματικών εργασιών με τελικό αποτέλεσμα την μελέτη της συμπεριφοράς του συνολικού συστήματος σε θέματα διόρθωσης λαθών και πιο συγκεκριμένα στην μείωση του φαινομένου του error-floor που παρατηρείται στον LDPC κώδικα. Επιπλέον μελετήθηκε η απαίτηση του συστήματος σε πόρους καθώς και ο ρυθμός επεξεργασίας που επιτυγχάνεται. Οι κύριες παράμετροι του κώδικα BCH που μπορούν να μεταβληθούν είναι το μέγεθος της κωδικής λέξης και η διορθωτική ικανότητα που επιτυγχάνεται. / -

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και ανάλυση των μεθόδων διόρθωσης λαθών με χρήση κώδικα BCH που μπορούν να εφαρμοστούν σε συστήματα αποθήκευσης πληροφορίας τεχνολογίας PCM (Phase-Change Memory). Η τεχνολογία PCM αποτελεί μία νέα τεχνολογία που υπόσχεται υψηλές χωρητικότητες, χαμηλή κατανάλωση ισχύος και μπορεί να εφαρμοστεί είτε σε συσκευές αποθήκευσης σταθερής κατάστασης (Solid State Drives) είτε σε μνήμες τυχαίας προσπέλασης (Random-Access Memories), παρέχοντας μία εναλλακτική πρόταση έναντι μνημών τεχνολογίας flash και DRAM. Ένα από τα μειονεκτήματα της τεχνολογίας PCM είναι η ανθεκτικότητα εγγραφής (write endurance), η οποία μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση μεθόδων διόρθωσης λαθών που θα παρατείνουν τον χρόνο ζωής της συσκευής όταν, λόγω της φυσικής φθοράς του μέσου, αρχίσουν να υπάρχουν σφάλματα στα αποθηκευμένα δεδομένα. Για την εφαρμογή της διόρθωσης λαθών μπορούν να χρησιμοποιηθούν κώδικες BCH, οι οποίοι αποτελούν μια κλάση ισχυρών κυκλικών κωδίκων διόρθωσης τυχαίων λαθών, και κατασκευάζονται με χρήση της άλγεβρας πεπερασμένων πεδίων. Οι κώδικες BCH είναι ιδανικοί για διόρθωση λαθών σε συσκευές αποθήκευσης πληροφορίας όπου η κατανομή των λαθών είναι τυχαία. Αρκετοί αλγόριθμοι έχουν προταθεί για τις λειτουργίες αποδοτικής κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης κωδίκων BCH. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν λύσεις που μπορούν να υλοποιηθούν με παράλληλες αρχιτεκτονικές, ενώ ειδικότερα για την λειτουργία αποκωδικοποίησης έγινε χρήση ενός παράλληλου αλγορίθμου που δεν χρειάζεται αντιστροφείς πεπερασμένου πεδίου για την επίλυση των εξισώσεων των συνδρόμων, επιτυγχάνοντας υψηλές συχνότητες λειτουργίας. Για την κατανόηση των λειτουργιών κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης απαιτείται η προσεκτική μελέτη της άλγεβρας πεπερασμένων πεδίων και της αριθμητικής της. Οι κώδικες BCH προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως χαμηλή πολυπλοκότητα και ύπαρξη αποδοτικών μονάδων υλοποίησης σε υλικό. Στην παρούσα εργασία σχεδιάστηκαν ένας παράλληλος κωδικοποιητής και ένας παράλληλος αποκωδικοποιητής για τον κώδικα BCH(728,688). Τα δύο συστήματα υλοποιήθηκαν ως περιφερειακά σε ενσωματωμένο σύστημα βασισμένο σε επεξεργαστή MicroBlaze, με έμφαση σε μια καλή σχέση μεταξύ της συχνότητας λειτουργίας και των απαιτήσεων σε επιφάνεια υλικού και κατανάλωση ισχύος. Για την υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε συσκευή FPGA σειράς Virtex-6. / The objective of this thesis is the study and analysis of BCH error-correction methods that can be applied on PCM (Phase-Change Memory) storage devices. PCM is a new technology that promises high capacities, low power consumption and can be applied either on Solid State Drives or on Random Access Memories, providing an alternative to flash and DRAM memories. However, PCM suffers from limited write endurance, which can be increased using error-correction schemes that will extend the lifetime of the device when, due to medium wear-out, errors start to appear in the written data. Thus, BCH codes (powerful cyclic random multiple error-correcting codes) can be employed. BCH codes are ideal for ECC (Error-Correction Coding) in storage devices, due to their fault model which is random noise. Several algorithms have been proposed for the efficient coding and decoding BCH codes. In the present thesis parallel implementations where studied. For the decoding process in particular, a parallel algorithm was used that does not require finite field inverter units to solve the syndrome equations, achieving high operation frequencies. For the understanding of BCH coding and decoding processes, basic knowledge of the finite field algebra and arithmetic is required. BCH codes offer advantages such as low complexity and efficient hardware implementations. In the present thesis a parallel BCH(728,688) encoder and a parallel BCH(728,688) decoder were designed. The above systems were implemented as peripherals on an MicroBlaze-based embedded system, with emphasis on an optimal tradeoff between area and power consumption. A Virtex-6 FPGA device was used for the final stages of the implementation.

Detta arbete är ett examensarbete i matematik på kandidatnivå vid Växjö universitet. Det är en studie av kodningsteori i allmänhet med fokusering på cykliska koder och Reed-Solomon-koder i synnerhet. Reed-Solomon-koderna används för att skapa McElieces kryptosystem. En kortfattad analys av McElieces kryptosystems säkerhet görs tillsammans med en genomgång av kända sätt att forcera denna typ av kryptosystem. Här visar det sig att användning av Reed-Solomon-kod försvagar kryptosystemet i förhållande till om den ursprungligt föreslagna Goppa-koden används. För att kunna göra denna säkerhetsanalys görs också en kortfattad genomgång av komplexitetsteori och vad det innebär att ett problem är NP-fullständigt. Nyckelord: Kodningsteori, Kodteori, Cykliska koder, BCH-koder, Reed-Solomon-koder, McElieces kryptosystem, Kryptering, Kodforcering, Komplexitetsteori, NP-fullständigt / This work is produced on bachelor level in mathematics at University of Växjö. It is a study of coding theory with focus on cyclic codes in general and Reed-Solomon codes in detail. Reed-Solomon codes are used for implementing McEliece's crypto system. A short analysis of McEliece's crypto system security is also made together with a description of some known ways to break this type of cryptosystem. It is shown that using Reed-Solomon codes weaken this cryptosystem compared to using the original supposed Goppa codes. The security analyse also need a short summary of complexity theory and what it means that a problem is NP-complete. Keywords: Coding theory, Cyclic codes, BCH codes, Reed-Solomon codes, McEliece's cryptography system, Cryptography, Code breaking, Complexity theory, NP-complete

The importance of quantum error correction in paving the way to build a practical quantum computer is no longer in doubt. Despite the large body of literature in quantum coding theory, many important questions, especially those centering on the issue of "good codes" are unresolved. In this dissertation the dominant underlying theme is that of constructing good quantum codes. It approaches this problem from three rather different but not exclusive strategies. Broadly, its contribution to the theory of quantum error correction is threefold. Firstly, it extends the framework of an important class of quantum codes - nonbinary stabilizer codes. It clarifies the connections of stabilizer codes to classical codes over quadratic extension fields, provides many new constructions of quantum codes, and develops further the theory of optimal quantum codes and punctured quantum codes. In particular it provides many explicit constructions of stabilizer codes, most notably it simplifies the criteria by which quantum BCH codes can be constructed from classical codes. Secondly, it contributes to the theory of operator quantum error correcting codes also called as subsystem codes. These codes are expected to have efficient error recovery schemes than stabilizer codes. Prior to our work however, systematic methods to construct these codes were few and it was not clear how to fairly compare them with other classes of quantum codes. This dissertation develops a framework for study and analysis of subsystem codes using character theoretic methods. In particular, this work established a close link between subsystem codes and classical codes and it became clear that the subsystem codes can be constructed from arbitrary classical codes. Thirdly, it seeks to exploit the knowledge of noise to design efficient quantum codes and considers more realistic channels than the commonly studied depolarizing channel. It gives systematic constructions of asymmetric quantum stabilizer codes that exploit the asymmetry of errors in certain quantum channels. This approach is based on a Calderbank- Shor-Steane construction that combines BCH and finite geometry LDPC codes.

<p>Detta arbete är ett examensarbete i matematik på kandidatnivå vid Växjö universitet. Det är en studie av kodningsteori i allmänhet med fokusering på cykliska koder och Reed-Solomon-koder i synnerhet. Reed-Solomon-koderna används för att skapa McElieces kryptosystem. En kortfattad analys av McElieces kryptosystems säkerhet görs tillsammans med en genomgång av kända sätt att forcera denna typ av kryptosystem. Här visar det sig att användning av Reed-Solomon-kod försvagar kryptosystemet i förhållande till om den ursprungligt föreslagna Goppa-koden används. För att kunna göra denna säkerhetsanalys görs också en kortfattad genomgång av komplexitetsteori och vad det innebär att ett problem är NP-fullständigt.</p><p><strong>Nyckelord: </strong>Kodningsteori, Kodteori, Cykliska koder, BCH-koder, Reed-Solomon-koder, McElieces kryptosystem, Kryptering, Kodforcering, Komplexitetsteori, NP-fullständigt</p> / <p>This work is produced on bachelor level in mathematics at University of Växjö. It is a study of coding theory with focus on cyclic codes in general and Reed-Solomon codes in detail. Reed-Solomon codes are used for implementing McEliece's crypto system. A short analysis of McEliece's crypto system security is also made together with a description of some known ways to break this type of cryptosystem. It is shown that using Reed-Solomon codes weaken this cryptosystem compared to using the original supposed Goppa codes. The security analyse also need a short summary of complexity theory and what it means that a problem is NP-complete.</p><p><strong>Keywords:</strong> Coding theory, Cyclic codes, BCH codes, Reed-Solomon codes, McEliece's cryptography system, Cryptography, Code breaking, Complexity theory, NP-complete</p>