Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 5.3: PACF of PN Sequences"

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{{quiz-Header|Buchseite=Modulationsverfahren/Spreizfolgen für CDMA
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{{quiz-Header|Buchseite=Modulation_Methods/Spreading_Sequences_for_CDMA
 
}}
 
}}
  
[[File:P_ID1884__Mod_A_5_3.png|right|frame|M–Sequenz mit <i>P</i> = 15 und zyklische Vertauschungen]]
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[[File:P_ID1884__Mod_A_5_3.png|right|frame|M–sequence&nbsp;$(P = 15)$&nbsp; plus cyclic permutations]]
Mit einem rückgekoppelten Schieberegister vom Grad $G$ lässt sich eine Spreizfolge $〈c_ν〉$ mit der (maximalen) Periodenlänge $P = 2^G - 1$ erzeugen, wenn die Rückführungskoeffizienten (Anzapfungen) richtig gewählt sind. In dieser Aufgabe wird der in der linken Grafik von [[Modulationsverfahren/Spreizfolgen_für_CDMA#Pseudo.E2.80.93Noise.E2.80.93Folgen_maximaler_L.C3.A4nge|Beispiel 1]] dargestelle PN–Generator mit der Oktalkennung (31) betrachtet, der eine Folge mit der Periodenlänge $P = 15$ liefert.
+
With a feedback shift register of degree &nbsp;$G$&nbsp; a spreading sequence &nbsp;$〈c_ν〉$&nbsp; with the&nbsp; (maximum)&nbsp; period length &nbsp;$P = 2^G - 1$&nbsp; can be generated if the feedback coefficients&nbsp; (taps)&nbsp; are chosen correctly.
  
 +
In this exercise,&nbsp; we consider the PN generator with octal identifier &nbsp;$(31)$&nbsp; shown in the left graph of&nbsp;[[Modulation_Methods/Spreading_Sequences_for_CDMA#Pseudo-noise_sequences_of_maximum_length|$\text{Example 1}$]]&nbsp; in the theory section,&nbsp; which yields a sequence with period length &nbsp;$P = 15$&nbsp; because of &nbsp;$G = 4$.&nbsp;
  
Für den Einsatz in einem CDMA–System verwendet man die bipolare (antipodische) Folge 〈$c_ν$〉 mit $c_ν$ ∈ {+1, –1}. In der Grafik sind die unipolare Folge 〈$u_ν$〉 mit $u_ν$ ∈ {0, 1} und daraus abgeleitete zyklische Verschiebungen 〈$u_{ν+λ}$〉 dargestellt, wobei die Verschiebung λ Werte zwischen 1 und 15 annimmt. Eine Verschiebung um λ bedeutet dabei absolut einen Versatz um · T-c$. Hierbei bezeichnet $T_c$ die Chipdauer.
+
The graph for this exercise shows the unipolar sequence &nbsp;$〈u_ν〉$&nbsp; with &nbsp;$u_ν ∈ \{0, 1\}$&nbsp; and cyclic shifts &nbsp;$〈u_{ν+λ}$&nbsp; derived from it,&nbsp; where the shift parameter &nbsp;$λ$&nbsp; takes values between &nbsp;$1$&nbsp; and &nbsp;$15$.&nbsp;&nbsp; Here,&nbsp; a shift by &nbsp;$λ$&nbsp; means absolutely an offset by &nbsp;$λ · T_c$.&nbsp; Here,&nbsp; &nbsp;$T_c$&nbsp; denotes the chip duration.
Gesucht ist die PAKF (periodische Autokorrelationsfunktion)
 
$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = {\rm E} \left [ c_\nu \cdot c_{\nu+\lambda} \right ] \hspace{0.05cm}.$$
 
Zur Herleitung soll dabei zunächst die PAKF
 
$${\it \varphi}_{u}(\lambda) = {\rm E}\left [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \right ]$$
 
mit den unipolaren Koeffizienten $u_ν$ ∈ {0, 1} berechnet werden. Die Umrechnung der Koeffizienten ist durch $c_ν = 1 – 2u_ν$ gegeben.
 
  
''Hinweise:''  
+
For use in a CDMA system,&nbsp; however,&nbsp; one uses the bipolar (antipodal) sequence &nbsp;$〈c_ν〉$&nbsp; with &nbsp;$c_ν ∈ \{+1, -1\}$,&nbsp; which is to be investigated starting in subtask&nbsp; '''(5)'''.&nbsp;&nbsp; We are looking for its periodic auto-correlation function&nbsp; $\rm (PACF)$
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel [[Modulationsverfahren/PN–Modulation|PN–Modulation]].
+
:$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = {\rm E} \big [ c_\nu \cdot c_{\nu+\lambda} \big ] \hspace{0.05cm}.$$
*Für die Lösung dieser Aufgabe ist die Angabe der spezifischen Spreizfolge (M–Sequenz oder Walsh–Funktion) nicht von Bedeutung.
+
In order to derive it,&nbsp; first the PACF
*Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.
+
:$${\it \varphi}_{u}(\lambda) = {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ]$$
 +
with the unipolar coefficients &nbsp;$u_ν ∈ \{0, 1\}$,&nbsp; will be calculated.&nbsp; The conversion of the coefficients is given by &nbsp;$c_ν = 1 - 2u_ν$.&nbsp;
  
  
'''Hinweis:''' Die Aufgabe bezieht sich auf das [http://en.lntwww.de/Modulationsverfahren/Spreizfolgen_f%C3%BCr_CDMA Kapitel 5.3].
 
  
===Fragebogen===
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Note:
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*The exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Modulation_Methods/Spreizfolgen_für_CDMA|Spreading Sequences for CDMA]].
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Wie groß ist der Grad des PN–Generators?
+
{What is the degree of the PN generator?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$G$ = { 4 3% }  
+
$G \ = \ $ { 4 }  
  
{Wie groß ist der quadratische Erwartungswert der Koeffizienten $u_ν$ ∈ {0, 1}?
+
{What is the expected squared value of the coefficients &nbsp;$u_ν ∈ \{0,\ 1\}$?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$E[u_ν^2]$ = { 0.533 3% }
+
${\rm E}\big[u_ν^{\hspace{0.04cm}2}\big] \ = \ $ { 0.533 3% }
  
{Wie groß ist der quadratische Erwartungswert der Koeffizienten $c_ν$ ∈ {+1, –1}?
+
{What is the expected squared value of the coefficients &nbsp;$c_ν ∈ \{+1, –1\}$?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$E[u_c^2]$ = { 1 3% }
+
${\rm E}\big[c_ν^{\hspace{0.04cm}2}\big] \ = \ $ { 1 3% }
  
{Welche Aussagen gelten für den Erwartungswert $E[u_ν · u_{ν+λ}]$?
+
{Which statements are true for the expected value &nbsp;${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+λ}\big]$?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Es ist $E[u_ν · u_{ν+1}] = 4/15$.
+
+ &nbsp;${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+1}\big] = 4/15$&nbsp; is valid.
+ Es ist $E[u_ν · u_{ν+2}] = 4/15$.
+
+ &nbsp;${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+2}\big] = 4/15$&nbsp; is valid.
- Es ist $E[u_ν · u_{ν+15}] = 4/15$.
+
- &nbsp;${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+15}\big] = 4/15$&nbsp; is valid.
+ Die PAKF–Werte $φ_u(λ = 1)$, ... , $φ_u(λ = 14)$ sind alle gleich.
+
+ The PACF values &nbsp;$φ_u(λ = 1)$, ... , $φ_u(λ = 14)$&nbsp; are all equal.
  
{Berechnen Sie die PAKF–Werte bei bipolarer Darstellung ($λ = 1, ..., 14$):
+
{Calculate the PACF values with bipolar representation &nbsp;$(λ = 1, \text{...} \ , 14)$:
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$φ_c(λ)$ = { -0.067 3% }  
+
$φ_c(λ) \ = \ $ { -0.069--0.065 }  
  
{Geben Sie folgende PAKF–Werte für den Fall G = 6 an.
+
{Specify the following PACF values for the case &nbsp;$G = 6$.&nbsp;
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$φ_c(λ=0)$ = { 1 3% }  
+
$φ_c(λ=0)\hspace{0.33cm} = \ $ { 1 3% }  
$φ_c(λ=0)$ = { -0.016 3% }
+
$φ_c(λ=1)\hspace{0.33cm} = \ $ { -0.0165--0.0155 }
$φ_c(λ=63)$ = { 1 3% }
+
$φ_c(λ=63)\ = \ $ { 1 3% }
$φ_c(λ=64)$ = { -0.016 3% }
+
$φ_c(λ=64)\ = \ $ { -0.0165--0.0155 }
  
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''1.''' Die Periodendauer einer M–Sequenz beträgt
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'''(1)'''&nbsp; The period of an M-sequence is&nbsp; $P = 2^G -1 \hspace{0.05cm}.$&nbsp; This results with&nbsp; $P = 15$&nbsp; the degree&nbsp; $\underline{G = 4}$.
$$P = 2^G -1 \hspace{0.05cm}.$$
+
 
Daraus ergibt sich mit P = 15 der Grad G = 4.
+
 
 +
'''(2)'''&nbsp; Of the&nbsp; $P = 15$&nbsp; spreading bits,&nbsp; $8$&nbsp; are ones and&nbsp; $7$&nbsp; are zeros.&nbsp; Thus,&nbsp; because&nbsp; $u_ν^{\hspace{0.04cm}2} = u_ν$:
 +
:$${\rm E}\big [ u_\nu \big ] = {\rm E}\big [ u_\nu^2 \big ] = {8}/{15} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 0.533} \hspace{0.05cm}, \hspace{0.3cm} \text{general:}\,\, (P+1)/(2P)\hspace{0.05cm}.$$
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 +
 
 +
'''(3)'''&nbsp; In bipolar representation,&nbsp; it is always &nbsp;$c_ν^{\hspace{0.04cm}2} = 1$.&nbsp; Thus, also for the quadratic expectation value:
 +
:$${\rm E}\big [ c_\nu^{\hspace{0.04cm}2} \big ] \hspace{0.15cm}\underline {= 1}\hspace{0.05cm}.$$
 +
 
 +
 
 +
'''(4)'''&nbsp; <u>Solutions 1, 2 and 4</u>&nbsp; are correct:
 +
*The attached table makes clear that for the discrete PACF values with&nbsp; $λ = 1$, ... , $14$&nbsp; holds:
 +
:$${\it \varphi}_{u}(\lambda) = {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ]= {4}/{15} \hspace{0.05cm}.$$
 +
*If we multiply&nbsp; 〈$u_ν$〉 with 〈$u_{ν+λ}〉$,&nbsp; where for the index &nbsp;$λ$&nbsp; the values&nbsp; $1$, ... , $14$&nbsp; are to be used again,&nbsp; then four ones occur in the product in each case.
 +
*In contrast,&nbsp; for&nbsp; $λ = P = 15$:
 +
:$${\it \varphi}_{u}(\lambda = 15) = {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+P} \big ]= {8}/{15} \hspace{0.05cm}.$$
 +
 
  
'''2.''' Von den P = 15 Spreizbits sind 8 Einsen und 7 Nullen. Damit gilt wegen $u_ν^2 = u_ν$:
+
'''(5)'''&nbsp; The bipolar coefficients &nbsp;$c_ν$&nbsp; result from the unipolar coefficients &nbsp;$u_ν$&nbsp; according to the equation
$${\rm E}\left [ u_\nu \right ] = {\rm E}\left [ u_\nu^2 \right ] = \frac{8}{15} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 0.533} \hspace{0.05cm}, \hspace{0.3cm} {\rm allgemein:}\,\, \frac{P+1}{2P}\hspace{0.05cm}.$$
+
:$$c_\nu = 1 - 2 \cdot u_\nu \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} u_\nu = 0\text{:} \ \ c_\nu = +1\hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm}u_\nu = 1\text{:} \ \ c_\nu = -1 \hspace{0.05cm}.$$
 +
*Thus,&nbsp; it follows from the calculation rules for expected values:
 +
:$${\it \varphi}_{c}(\lambda)  =  {\rm E} \big [ c_\nu \cdot c_{\nu+\lambda} \big ]= {\rm E} \big [ (1 - 2 \cdot u_\nu ) \cdot (1 - 2 \cdot u_{\nu+\lambda} ) \big ] = 1 + 4 \cdot {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ] - 2 \cdot {\rm E}\big [ u_\nu \big ] - 2 \cdot {\rm E}\big [ u_{\nu+\lambda} \big ] \hspace{0.05cm}.$$
 +
*Using the result of subtask&nbsp; '''(2)'''
 +
:$$ {\rm E}\left [ u_{\nu} \right ]= {\rm E}\left [ u_{\nu+\lambda} \right ]={8}/{15} \hspace{0.05cm},$$
 +
:and the subtask&nbsp; '''(4)'''
 +
:$${\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ] ={4}/{15} \hspace{0.05cm} \,\,{\rm{f\ddot{u}r}}\,\,\lambda = 0, \pm P, \pm 2P, \text{...}$$
 +
:one thus arrives at the result&nbsp; $($if&nbsp; $λ$&nbsp; is not a multiple of&nbsp; $P)$:
 +
:$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = 1 + 4 \cdot \frac{4}{15} - 2 \cdot \frac{8}{15}- 2 \cdot \frac{8}{15}  = - \frac{1}{15} = - \frac{1}{P}\hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.067} \hspace{0.05cm}.$$
  
'''3.''' In bipolarer Darstellung ist $c_ν^2$ immer 1. Damit gilt auch für den quadratischen Erwartungswert:
 
$${\rm E}\left [ c_\nu^2 \right ] \hspace{0.15cm}\underline {= 1}\hspace{0.05cm}.$$
 
  
'''4.''' Die beigefügte Tabelle macht deutlich, dass für die diskreten PAKF–Werte mit λ = 1, ... , 14 gilt:
+
[[File:P_ID1885__Mod_A_5_3f.png|right|frame|PACF of a PN sequence of maximum length]]
$${\it \varphi}_{u}(\lambda) = {\rm E}\left [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \right ]= \frac{4}{15} \hspace{0.05cm}.$$
+
'''(6)'''&nbsp; A M-sequence with degree&nbsp; $G = 6$&nbsp; has the period length $P = 63$.  
Multipliziert man nämlich 〈$u_ν$〉 mit 〈$u_{ν+λ}$〉, wobei für den Index λ wieder die Werte 1, ... , 14 einzusetzen sind, so treten im Produkt jeweils 4 Einsen auf. Dagegen gilt für λ = P = 15:
+
*Corresponding to the result for subtask&nbsp; '''(5)''',&nbsp; we thus obtain:
$${\it \varphi}_{u}(\lambda = 15) = {\rm E}\left [ u_\nu \cdot u_{\nu+P} \right ]= \frac{8}{15} \hspace{0.05cm}.$$
+
:$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 0) \hspace{0.15cm}\underline {= +1} \hspace{0.05cm},$$
Richtig sind somit die Lösungsvorschläge 1, 2 und 4.
+
:$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 1)= - 1/63 \hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.016} \hspace{0.05cm},$$
 +
:$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 63) = {\it \varphi}_{c}(\lambda = 0) \hspace{0.15cm}\underline {= +1} \hspace{0.05cm},$$
 +
:$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 64) = {\it \varphi}_{c}(\lambda = 1)= - 1/63 \hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.016} \hspace{0.05cm}.$$
  
'''5.'''  Die bipolaren Koeffizienten $c_ν$ ergeben sich aus den unipolaren Koeffizienten uν gemäß der Gleichung
 
$$c_\nu = 1 - 2 \cdot u_\nu \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} u_\nu = 0: c_\nu = +1\hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm}u_\nu = 1: c_\nu = -1 \hspace{0.05cm}.$$
 
Damit folgt aus den Rechenregeln für Erwartungswerte:
 
$${\it \varphi}_{c}(\lambda)  =  {\rm E} \left [ c_\nu \cdot c_{\nu+\lambda} \right ]= {\rm E} \left [ (1 - 2 \cdot u_\nu ) \cdot (1 - 2 \cdot u_\nu ) \right ] =$$
 
$$ =  1 + 4 \cdot {\rm E}\left [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \right ] - 2 \cdot {\rm E}\left [ u_\nu \right ] - 2 \cdot {\rm E}\left [ u_{\nu+\lambda} \right ] \hspace{0.05cm}.$$
 
Mit dem Ergebnis der Teilaufgabe b)
 
$$ {\rm E}\left [ u_{\nu} \right ]= {\rm E}\left [ u_{\nu+\lambda} \right ]=\frac{8}{15} \hspace{0.05cm},$$
 
und der Teilaufgabe d)
 
$${\rm E}\left [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \right ] =\frac{4}{15} \hspace{0.05cm} \,\,{\rm{f\ddot{u}r}}\,\,\lambda = 0, \pm P, \pm 2P, ...$$
 
kommt man somit zum Ergebnis (falls λ kein Vielfaches von P):
 
$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = 1 + 4 \cdot \frac{4}{15} - 2 \cdot \frac{8}{15}- 2 \cdot \frac{8}{15} \hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.067} = - \frac{1}{15} = - \frac{1}{P} \hspace{0.05cm}.$$
 
  
'''6.'''  Eine M–Sequenz mit Grad G = 6 hat die Periodenlänge P = 63. Entsprechend dem Ergebnis zur Teilaufgabe e) erhält man somit:
 
$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 0) = {\it \varphi}_{c}(\lambda =63) \hspace{0.15cm}\underline {= 1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm} {\it \varphi}_{c}(\lambda = 1) = {\it \varphi}_{c}(\lambda =64) \hspace{0.15cm}\underline {= -1/63} \hspace{0.05cm}.$$
 
Die nachfolgende Grafik zeigt die PAKF einer M–Sequenz allgemein. Für die hier gesuchten Ergebnisse ist P = 63 zu setzen.
 
  
[[File:P_ID1885__Mod_A_5_3f.png]]
 
  
 
{{ML-Fuß}}
 
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[[Category:Aufgaben zu Modulationsverfahren|^5.3 Spreizfolgen für CDMA^]]
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[[Category:Modulation Methods: Exercises|^5.3 Spread Sequences for CDMA^]]

Latest revision as of 14:21, 13 December 2021

M–sequence $(P = 15)$  plus cyclic permutations

With a feedback shift register of degree  $G$  a spreading sequence  $〈c_ν〉$  with the  (maximum)  period length  $P = 2^G - 1$  can be generated if the feedback coefficients  (taps)  are chosen correctly.

In this exercise,  we consider the PN generator with octal identifier  $(31)$  shown in the left graph of $\text{Example 1}$  in the theory section,  which yields a sequence with period length  $P = 15$  because of  $G = 4$. 

The graph for this exercise shows the unipolar sequence  $〈u_ν〉$  with  $u_ν ∈ \{0, 1\}$  and cyclic shifts  $〈u_{ν+λ}〉$  derived from it,  where the shift parameter  $λ$  takes values between  $1$  and  $15$.   Here,  a shift by  $λ$  means absolutely an offset by  $λ · T_c$.  Here,   $T_c$  denotes the chip duration.

For use in a CDMA system,  however,  one uses the bipolar (antipodal) sequence  $〈c_ν〉$  with  $c_ν ∈ \{+1, -1\}$,  which is to be investigated starting in subtask  (5).   We are looking for its periodic auto-correlation function  $\rm (PACF)$

$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = {\rm E} \big [ c_\nu \cdot c_{\nu+\lambda} \big ] \hspace{0.05cm}.$$

In order to derive it,  first the PACF

$${\it \varphi}_{u}(\lambda) = {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ]$$

with the unipolar coefficients  $u_ν ∈ \{0, 1\}$,  will be calculated.  The conversion of the coefficients is given by  $c_ν = 1 - 2u_ν$. 


Note:


Questions

1

What is the degree of the PN generator?

$G \ = \ $

2

What is the expected squared value of the coefficients  $u_ν ∈ \{0,\ 1\}$?

${\rm E}\big[u_ν^{\hspace{0.04cm}2}\big] \ = \ $

3

What is the expected squared value of the coefficients  $c_ν ∈ \{+1, –1\}$?

${\rm E}\big[c_ν^{\hspace{0.04cm}2}\big] \ = \ $

4

Which statements are true for the expected value  ${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+λ}\big]$?

 ${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+1}\big] = 4/15$  is valid.
 ${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+2}\big] = 4/15$  is valid.
 ${\rm E}\big[u_ν · u_{ν+15}\big] = 4/15$  is valid.
The PACF values  $φ_u(λ = 1)$, ... , $φ_u(λ = 14)$  are all equal.

5

Calculate the PACF values with bipolar representation  $(λ = 1, \text{...} \ , 14)$:

$φ_c(λ) \ = \ $

6

Specify the following PACF values for the case  $G = 6$. 

$φ_c(λ=0)\hspace{0.33cm} = \ $

$φ_c(λ=1)\hspace{0.33cm} = \ $

$φ_c(λ=63)\ = \ $

$φ_c(λ=64)\ = \ $


Solution

(1)  The period of an M-sequence is  $P = 2^G -1 \hspace{0.05cm}.$  This results with  $P = 15$  the degree  $\underline{G = 4}$.


(2)  Of the  $P = 15$  spreading bits,  $8$  are ones and  $7$  are zeros.  Thus,  because  $u_ν^{\hspace{0.04cm}2} = u_ν$:

$${\rm E}\big [ u_\nu \big ] = {\rm E}\big [ u_\nu^2 \big ] = {8}/{15} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 0.533} \hspace{0.05cm}, \hspace{0.3cm} \text{general:}\,\, (P+1)/(2P)\hspace{0.05cm}.$$


(3)  In bipolar representation,  it is always  $c_ν^{\hspace{0.04cm}2} = 1$.  Thus, also for the quadratic expectation value:

$${\rm E}\big [ c_\nu^{\hspace{0.04cm}2} \big ] \hspace{0.15cm}\underline {= 1}\hspace{0.05cm}.$$


(4)  Solutions 1, 2 and 4  are correct:

  • The attached table makes clear that for the discrete PACF values with  $λ = 1$, ... , $14$  holds:
$${\it \varphi}_{u}(\lambda) = {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ]= {4}/{15} \hspace{0.05cm}.$$
  • If we multiply  〈$u_ν$〉 with 〈$u_{ν+λ}〉$,  where for the index  $λ$  the values  $1$, ... , $14$  are to be used again,  then four ones occur in the product in each case.
  • In contrast,  for  $λ = P = 15$:
$${\it \varphi}_{u}(\lambda = 15) = {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+P} \big ]= {8}/{15} \hspace{0.05cm}.$$


(5)  The bipolar coefficients  $c_ν$  result from the unipolar coefficients  $u_ν$  according to the equation

$$c_\nu = 1 - 2 \cdot u_\nu \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} u_\nu = 0\text{:} \ \ c_\nu = +1\hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm}u_\nu = 1\text{:} \ \ c_\nu = -1 \hspace{0.05cm}.$$
  • Thus,  it follows from the calculation rules for expected values:
$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = {\rm E} \big [ c_\nu \cdot c_{\nu+\lambda} \big ]= {\rm E} \big [ (1 - 2 \cdot u_\nu ) \cdot (1 - 2 \cdot u_{\nu+\lambda} ) \big ] = 1 + 4 \cdot {\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ] - 2 \cdot {\rm E}\big [ u_\nu \big ] - 2 \cdot {\rm E}\big [ u_{\nu+\lambda} \big ] \hspace{0.05cm}.$$
  • Using the result of subtask  (2)
$$ {\rm E}\left [ u_{\nu} \right ]= {\rm E}\left [ u_{\nu+\lambda} \right ]={8}/{15} \hspace{0.05cm},$$
and the subtask  (4)
$${\rm E}\big [ u_\nu \cdot u_{\nu+\lambda} \big ] ={4}/{15} \hspace{0.05cm} \,\,{\rm{f\ddot{u}r}}\,\,\lambda = 0, \pm P, \pm 2P, \text{...}$$
one thus arrives at the result  $($if  $λ$  is not a multiple of  $P)$:
$${\it \varphi}_{c}(\lambda) = 1 + 4 \cdot \frac{4}{15} - 2 \cdot \frac{8}{15}- 2 \cdot \frac{8}{15} = - \frac{1}{15} = - \frac{1}{P}\hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.067} \hspace{0.05cm}.$$


PACF of a PN sequence of maximum length

(6)  A M-sequence with degree  $G = 6$  has the period length $P = 63$.

  • Corresponding to the result for subtask  (5),  we thus obtain:
$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 0) \hspace{0.15cm}\underline {= +1} \hspace{0.05cm},$$
$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 1)= - 1/63 \hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.016} \hspace{0.05cm},$$
$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 63) = {\it \varphi}_{c}(\lambda = 0) \hspace{0.15cm}\underline {= +1} \hspace{0.05cm},$$
$$ {\it \varphi}_{c}(\lambda = 64) = {\it \varphi}_{c}(\lambda = 1)= - 1/63 \hspace{0.15cm}\underline {\approx - 0.016} \hspace{0.05cm}.$$