Aufgabe 2.1Z: Zur äquivalenten Bitrate

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Quellensignal (oben) und Codersignal (unten)

Die obere Darstellung zeigt das Quellensignal  $q(t)$  einer redundanzfreien Binärquelle mit Bitdauer  $T_{q}$  und  Bitrate $R_{q}$. Die beiden Signalparameter  $T_{q}$  und  $R_{q}$  können der Skizze entnommen werden.

  • Dieses Binärsignal wird symbolweise codiert und ergibt das unten gezeichnete Codersignal  $c(t)$.
  • Alle möglichen Codesymbole kommen in dem dargestellten Signalausschnitt der Dauer  $6 \ \rm µ s$ vor.
  • Mit der Stufenzahl  $M_{c}$  und der Symboldauer  $T_{c}$  kann man die äquivalente Bitrate des Codersignals angeben:
$$R_c = \frac{{\rm log_2} (M_c)}{T_c} \hspace{0.05cm}.$$

Daraus erhält man die relative Redundanz des Codes, wenn man wie hier davon ausgeht, dass die Quelle selbst redundanzfrei ist:

$$r_c = \frac{R_c - R_q}{R_c}\hspace{0.05cm}.$$




Hinweise:

  • Bei dem hier betrachteten Übertragungscode handelt es sich um den Bipolarcode zweiter Ordnung, was jedoch für die Lösung dieser Aufgabe nicht von Bedeutung ist.


Fragebogen

1

Geben Sie Bitdauer  $(T_{q})$  und Bitrate  $(R_{q})$  der Quelle an

$T_{q} \ = \ $

$\ \rm µ s $
$R_{q} \ = \ $

$\ \rm Mbit/s $

2

Wie groß sind Symboldauer  $(T_{c})$  und Stufenzahl  $(M_{c})$  des Codersignals?

$T_{c} \ = \ $

$\ \rm µ s $
$M_{c} \ = \ $

3

Wie groß ist die äquivalente Bitrate  $R_{c}$  des Codersignals?

$R_{c} \ = \ $

$\ \rm Mbit/s $

4

Geben Sie die relative Redundanz des Codes an.

$r_{c} \ = \ $

$\ \% $


Musterlösung

(1)  Die Bitdauer $T_{q} = \underline{0.5\ \rm µ s}$ kann der Grafik entnommen werden.

  • Da die Quelle binär und redundanzfrei ist, gilt für die Bitrate der Quelle: $R_{q}= 1/T_{q}\ \underline{= 2\ \rm Mbit/s}$.


(2)  Bei symbolweiser Codierung gilt stets $T_{c} = T_{q}$.

  • Im vorliegenden Beispiel ist somit auch $T_{c}\ \underline{ = 0.5\ \rm µ s}$.
  • Die Stufenzahl $M_{c}\ \underline{ = 3}$ kann aus der unteren Skizze abgelesen werden.


(3)  Die Symbolrate des Codersignals beträgt $2 \cdot 10^{6}$ Ternärsymbole pro Sekunde.

  • Für die äquivalente Bitrate gilt:
$$R_c = \frac{{\rm log_2} (M_c)}{T_c} = \frac{{\rm log_2}(3)}{0.5\,\,{\rm \mu s}} = \frac{{\rm lg} (3)}{{\rm lg} (2) \cdot 0.5\,\,{\rm \mu s}}= \frac{1.585\,\,{\rm (bit)}}{0.5\,\,{\rm \mu s}}\hspace{0.15cm} \underline {\approx 3.17\,\,{\rm Mbit/s}} \hspace{0.05cm}.$$


(4)  Für die relative Coderedundanz gilt bei redundanzfreier Quelle allgemein:

$$ r_c = \frac{R_c - R_q}{R_c} = 1- \frac{R_q}{R_c}= 1- \frac{T_c}{T_q \cdot {\rm log_2} (M_c)}\hspace{0.05cm}.$$
  • Beim hier betrachteten Biploarcodes 2. Ordnung mit den Parametern $T_{c} = T_{q}$ und $M_{c} = 3$ gilt weiter:
$$r_c = 1- \frac{1}{{\rm log_2} (3)}\hspace{0.15cm}\underline {\approx 36.9 \% }\hspace{0.05cm}.$$