2. 基础知识
下面,我们给出需要用到的引理与定理:
引理1
[5]
设m是正整数,对于任意正整数e满足
和
。则3-次分圆陪集
的大小为
。
引理2
[20]
设q是一素数方幂,
是
上任一多项式,则对任意的多项式
,必存在多项式
使得
成立,其中
且有
。
引理3
[20]
设q是一素数方幂,对于任一有限域
以及任一正整数n,所有
上次数整除n的首一不可约多项式乘积等于
。
为了说明如何运用引理3,本节给出以下实例。设
,运用引理
2,可得多项式最大公因子等式
,
和
,于是利用引理3可知,多项式
含有三次与四次不可约因子
与
,此即意味着多项式
可以因式分解为
。
引理4
[20]
设q是一素数方幂且
是有限域
上次数为n的不可约多项式,则
在有限域
中有一解x且
在有限域
中的n个不同的解分别为
。
给定有限域
上方程
,若能将多项式
分解成不可约多项式的乘积,则利用引理4可判断其方程解的情况。如取
,由
,
和
可知,多项式
在
上是不可约多项式,从而利用引理4可知,方程
在有限域
中有解当且仅当
。
引理5
[21]
(Sphere-Packing 界)对
上一个参数为
的线性码,其满足下面的不等式
其中
。
当
,长度
,维数
,验证上面的不等式,可得最小距离d不超过4,且
当
时,有
,称线性码
是最优的。
4. 三元最优循环码
文献
[15]
中研究了一类由指数为
确定的三元最优循环码。对于指数
确定的三元循环码是否是最优的呢?接下来,利用
上因式分解与低次不可约多项式的解的结构,基于Sphere-Packing界探讨指数为
的三元循环码
的最优性。
定理6:设
是奇数,
,
。若
与
,则三元循环码
的参数为
且是最优的。
证:因m是奇数,易得
。由引理1,可得
。又因
,则有
。从而,可得
。同理可得
。易得,
是偶数,
是奇数。因此,三元循环码
的维数为
。
现证明最小距离
。由三元循环码
的定义,
没有汉明距离
的码字当且仅存在
个非零元素
和k个非零的不同元素
,使方程组
(1)
在
无解。
现证明三元循环码
没有汉明距离
的码字。设
,其中
与
。方程组(1)变形为
(2)
因为方程组(2)的对称性,从两种情形讨论方程组(1)在
中解的情况:
情形一:当
时,则有
(3)
注意到
,当
是
中的平方元,则有
;当
是
中的平方元,则有
。我们分下面4中情况,证明方程组(3)在
中无解。
(I)
是
中的平方元。则方程组(3)可变形为
(4)
代入消元可得
,再两边同时乘以
可得:
展开整理,并因式分解可得
。从而,
或
或
。因m是奇数与
,易得
,从而
。因此,
,可得
。若
,由方程组(3)的第一个方程可得
,这与
矛盾。从而,方程组(4)在
中无解。
(II)
是
中的非平方元。则方程组(3)可变形为
(5)
代入消元可得
,再两边同时乘以
可得:
展开整理可得
。
注意到,
。否则,
,由方程组(5)的第一个方程可得
,这与
矛盾。因此,则有
(6)
其中
,
。再方程(6)两边取
幂,则有
(7)
把方程(6)代入方程(7),可得
注意到
,则有
,从而
(8)
整理可得:
其中
。
又
,可得多项式
中含有1次不可约因子
,不含有2次、3次、4次不可约因子。由
,
可得多项式
含有两个5次不可约因子。因此,多项式
中含有
的因子。由引理2,可得
,其中多项式
为
上的两个5次不可约多项式的乘积。再因式分解,可得
。因此,由(8)可得
(9)
其中
与
是
上的不可约多项式。由引理4可得,当
,方程(9)在
中无解。因此,方程组(5)在
中无解。
(III) x是
中的平方元,y是
中的非平方元。则方程组(3)可变形为
(10)
代入消元可得
,再两边同时乘以
可得:
展开整理可得
。
注意到,
。若
,则有
,从而
。这与前提矛盾。因此,则有
其中
,
。再方程两边取
幂,则有
注意到
,则有
,从而
(11)
整理可得:
其中
。
又
,可得多项式
中含有1次不可约因子
,不含有2次、3次、4次不可约因子。由
,
可得多项式
含有两个5次不可约因子。因此,多项式
中含有
的因子。由引理2,可得
,其中多项式
为
上的两个5次不可约多项式的乘积。再因式分解,可得
。因此,由(11)可得
(12)
其中
、
与
是
上的不可约多项式。
因此,由引理4可得,当
,方程(12)有解
或
。若
,由方程组(10)的第一个方程可得
,这与
矛盾。因此,方程组(10)在
中无解。
(IV) x是
中的非平方元,y是
中的平方元。这种情况类似于情形一的情况(
III
),方程组在
中无解。
情形二:当
时,则有
(13)
注意到t是偶数,e是奇数。设
。则有
因此,该情形的讨论类似情形一,可得方程组(13)在
中无解。
综上可得,该三元循环码
没有汉明距离
的码字,最小距离
。
由Sphere-Packing界知,码长为
与维数
的三元循环码的最小距离
。因此,三元循环码
的最小距离为4。此时,三元循环码
参数为
,达到了Sphere-Packing界,是最优的。
例1 设
,
是
上的生成元,且满足条件
。利用Magma可得,
是参数为
的三元循环码,其生成多项式为
。
例2 设
,
是
上的生成元,且满足条件
。利用Magma可得,
是参数为
的三元循环码,其生成多项式为