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Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 3.12Z: Ring and Feedback"

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{{quiz-Header|Buchseite=Kanalcodierung/Distanzeigenschaften und Fehlerwahrscheinlichkeitsschranken}}
+
{{quiz-Header|Buchseite=Channel_Coding/Distance_Characteristics_and_Error_Probability_Barriers}}
  
[[File:P_ID2710__KC_Z_3_12.png|right|frame|Ring und Rückkopplung im Zustandsübergangsdiagramm]]
+
[[File:EN_KC_Z_3_12.png|right|frame|Ring and feedback in the state transition diagram]]
Um die Pfadgewichtsfunktion T(X) eines Faltungscodes aus dem Zustandsübergangsdiagramm bestimmen zu können, ist es erforderlich, das Diagramm so zu reduzieren, bis es durch eine einzige Verbindung vom Startzustand zum Endzustand dargestellt werden kann.
+
In order to determine the path weighting enumerator function   T(X)   of a convolutional code from the state transition diagram,  it is necessary to reduce the diagram until it can be represented by a single connection from the initial state to the final state.
  
Im Zuge dieser Diagrammreduktion können auftreten:
+
In the course of this diagram reduction can occur:
* serielle und parallele Übergänge,
+
* serial and parallel transitions,
* ein Ring entsprechend der obigen Grafik,
 
* eine Rückkopplung entsprechend der unteren Grafik.
 
  
 +
* a ring according to the sketch above,
  
Für diese beiden Graphen sind die Entsprechungen E(X,U) und F(X,U) in Abhängigkeit der angegebenen Funktionen A(X,U), B(X, U), C(X,U), D(X,U) zu ermitteln.
+
* a feedback according to the sketch below.
  
''Hinweise:''
 
* Mit dieser Aufgabe sollen einige der Angaben auf [[Kanalcodierung/Distanzeigenschaften_und_Fehlerwahrscheinlichkeitsschranken#Regeln_zur_Manipulation_des_Zustands.C3.BCbergangsdiagramms|Seite 4b]] von Kapitel 3.5 bewiesen werden.
 
* Angewendet werden diese Regeln in [[Aufgaben:3.12_Pfadgewichtsfunktion|Aufgabe A3.12]] und [[Aufgaben:3.13_Nochmals_Tenh(X,_U)_und_T(X)|Aufgabe A3.13]].
 
  
 +
For these two graphs,  find the correspondences   E(X,U)   and   F(X,U)   depending on the given functions   A(X,U), B(X, U), C(X,U), D(X,U) .
  
  
  
===Fragebogen===
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<u>Hints:</u>
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* This exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/Distance_Characteristics_and_Error_Probability_Bounds| "Distance Characteristics and Error Probability Bounds"]].
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* This exercise is intended to prove some of the statements on the&nbsp; [[Channel_Coding/Distance_Characteristics_and_Error_Probability_Bounds#Rules_for_manipulating_the_state_transition_diagram|"Rules for manipulating the state transition diagram"]]&nbsp; section.
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* Applied these rules in&nbsp; [[Aufgaben:Exercise_3.12:_Path_Weighting_Function|Exercise 3.12]]&nbsp; and&nbsp; [[Aufgaben:Exercise_3.13:_Path_Weighting_Function_again|Exercise 3.13]].
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 +
 
 +
 
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===Questions===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welche der aufgeführten Übergänge sind beim Ring möglich?
+
{Which of the listed transitions are possible with the ring?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
 
+ S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3,
 
+ S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3,
Line 27: Line 39:
 
- S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3.
 
- S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3.
  
{Wie lautet die Ersetzung E(X,U) eines Ringes?
+
{What is the substitution&nbsp; E(X,U)&nbsp; of a ring?
|type="[]"}
+
|type="()"}
- $E(X, \, U) = [A(X, \, U) + B(X, \, U)] \ / \ [1 \, &ndash;C(X, \, U)]$,
+
- $E(X, \, U) = [A(X, \, U) + B(X, \, U)] \ / \ [1 \, -C(X, \, U)]$,
+ $E(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \ / \ [1 \, &ndash;C(X, \, U)]$,
+
+ $E(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \ / \ [1 \, -C(X, \, U)]$,
- $E(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, &ndash;B(X, \, U)]$.
+
- $E(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, -B(X, \, U)]$.
  
{Welche der aufgeführten Übergänge sind bei Rückkopplung möglich?
+
{Which of the listed transitions are possible with feedback?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
 
+ S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_4,
 
+ S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_4,
Line 40: Line 52:
 
+ S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_4.
 
+ S_1 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_2 &#8594; S_3 &#8594; S_4.
  
{Wie lautet die Ersetzung F(X,U) einer Rückkopplung?
+
{What is the substitution&nbsp; F(X,U)&nbsp; of a feedback?
|type="[]"}
+
|type="()"}
+ $F(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, &ndash;C(X, \, U) \cdot D(X, \, U)]$
+
+ $F(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, -C(X, \, U) \cdot D(X, \, U)]$
- $F(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \ / \ [1 \, &ndash;C(X, \, U) + D(X, \, U)]$.
+
- $F(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \ / \ [1 \, -C(X, \, U) + D(X, \, U)]$.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 2</u>. Allgemein ausgedrückt: Man geht zunächst von S1 nach S2, verbleibt j&ndash;mal im Zustand S2 (j=0, 1,2, ...) und geht abschließend von S2 nach S3 weiter.
+
'''(1)'''&nbsp; Correct are the&nbsp; <u>solutions 1 and 2</u>:  
 +
*In general terms,&nbsp; one first goes from&nbsp; S1&nbsp; to&nbsp; S2,&nbsp; remains&nbsp; j&ndash;times in the state&nbsp; $S_2 \ (j = 0, \ 1, \, 2, \ \text{ ...})$,&nbsp; and finally continues from&nbsp; S2&nbsp; to&nbsp; S3.
 +
 
  
  
'''(2)'''&nbsp; Entsprechend den Ausführungen zur Teilaufgabe (1) erhält man für die Ersetzung des Ringes
+
'''(2)'''&nbsp; Correct is the&nbsp; <u>solution suggestion 2</u>:
:$$E \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} A \cdot B + A  \cdot C \cdot B + A  \cdot C^2 \cdot B + A  \cdot C^3 \cdot B + ... \hspace{0.1cm}=$$
+
*In accordance with the explanations for subtask&nbsp; '''(1)''',&nbsp; one obtains for the substitution of the ring:
:$$\hspace{0.375cm} = \ \hspace{-0.15cm} A \cdot B \cdot [1 + C + C^2+ C^3 + ...\hspace{0.1cm}]
+
:$$E \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} A \cdot B + A  \cdot C \cdot B + A  \cdot C^2 \cdot B + A  \cdot C^3 \cdot B + \text{ ...} \hspace{0.1cm}=A \cdot B \cdot [1 + C + C^2+ C^3 +\text{ ...}\hspace{0.1cm}]
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
  
Der Klammerausdruck ergibt 1/(1 \, &ndash;C). Somit erhält man das Ergebnis gemäß <u>Lösungsvorschlag 2</u>.
+
*The parenthesis expression gives&nbsp; 1/(1 \, &ndash;C).  
 
:$$E(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)}{1- C(X, U)}  
 
:$$E(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)}{1- C(X, U)}  
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
  
  
'''(3)'''&nbsp; Man geht zunächst von S1 nach S2 und zum Abschluss immer von S3 nach S4.
+
'''(3)'''&nbsp; Correct are the <u>solutions 1, 3 and 4</u>:
* Zunächst von S1 nach S2  A(X,U),
+
* One goes first from&nbsp; S1&nbsp; to&nbsp; S2  A(X,U),
* dann von S2 nach S3  C(X,U),
+
 
* anschließend j&ndash;mal zurück nach S2 und wieder nach $S_3 \ (j = 0, \ 1, \ 2, \ ...) \ \Rightarrow \ E(X, \, U)$,
+
* then from&nbsp; S2&nbsp; to&nbsp; S3  C(X,U),
* abschließend von S3 nach $S_4 \ \Rightarrow \ B(X, \, U)$,
+
 
 +
* then&nbsp; j&ndash;times back to&nbsp; S2&nbsp; and again to&nbsp; $S_3 \ (j = 0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...} \ ) \ \Rightarrow \ E(X, \, U)$,
  
 +
* finally from&nbsp; S3&nbsp; to&nbsp; S4  B(X,U),
  
Richtig sind also die <u>Lösungsvorschläge 1, 3 und 4</u>:
 
  
  
'''(4)'''&nbsp; Entsprechend der Musterlösung zur Teilaufgabe (3) gilt:
+
'''(4)'''&nbsp; Thus, the correct solution is the&nbsp; <u>suggested solution 1</u>:
 +
*According to the sample solution to subtask&nbsp; '''(3)'''&nbsp; applies:
 
:F(X,U)=A(X,U)C(X,U)E(X,U)B(X,U)
 
:F(X,U)=A(X,U)C(X,U)E(X,U)B(X,U)
  
Hierbei beschreibt E(X,U) den Weg &bdquo;j&ndash;mal&rdquo; zurück nach S2 und wieder nach S3 (j=0, 1, 2, ...):
+
*Here&nbsp; E(X,U)&nbsp; describes the path&nbsp; "j&ndash;times"&nbsp; back to&nbsp; S2&nbsp; and again to&nbsp; $S_3 \ (j =0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...})$:
:$$E(X, U) =  1 + D \cdot C + (1 + D)^2 + (1 + D)^3 + ... \hspace{0.1cm}= \frac{1}{1-C \hspace{0.05cm} D}
+
:$$E(X, U) =  1 + D \cdot C + (1 + D)^2 + (1 + D)^3 + \text{ ...} \hspace{0.1cm}= \frac{1}{1-C \hspace{0.05cm} D}
\hspace{0.05cm}$$
+
\hspace{0.3cm}
:$$\Rightarrow \hspace{0.3cm} F(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)\cdot C(X, U)}{1- C(X, U) \cdot D(X, U)}  
+
\Rightarrow \hspace{0.3cm} F(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)\cdot C(X, U)}{1- C(X, U) \cdot D(X, U)}  
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
  
Richtig ist also der <u>Lösungsvorschlag 1</u>.
+
 
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
  
[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^3.5 Distanzeigenschaften und Fehlerwahrscheinlichkeitsschranken^]]
+
[[Category:Channel Coding: Exercises|^3.5 Distance Properties^]]

Latest revision as of 18:27, 22 November 2022

Ring and feedback in the state transition diagram

In order to determine the path weighting enumerator function   T(X)   of a convolutional code from the state transition diagram,  it is necessary to reduce the diagram until it can be represented by a single connection from the initial state to the final state.

In the course of this diagram reduction can occur:

  • serial and parallel transitions,
  • a ring according to the sketch above,
  • a feedback according to the sketch below.


For these two graphs,  find the correspondences   E(X,U)   and   F(X,U)   depending on the given functions   A(X,U), B(X, U), C(X,U), D(X,U) .





Hints:



Questions

1

Which of the listed transitions are possible with the ring?

S1S2S3,
S1S2S2S2S3,
S1S2S1S2S3.

2

What is the substitution  E(X,U)  of a ring?

E(X,U)=[A(X,U)+B(X,U)] / [1C(X,U)],
E(X,U)=A(X,U)B(X,U) / [1C(X,U)],
E(X,U)=A(X,U)C(X,U) / [1B(X,U)].

3

Which of the listed transitions are possible with feedback?

S1S2S3S4,
S1S2S3S2S4,
S1S2S3S2S3S4,
S1S2S3S2S3S2S3S4.

4

What is the substitution  F(X,U)  of a feedback?

F(X,U)=A(X,U)B(X,U)C(X,U) / [1C(X,U)D(X,U)]
F(X,U)=A(X,U)B(X,U) / [1C(X,U)+D(X,U)].


Solution

(1)  Correct are the  solutions 1 and 2:

  • In general terms,  one first goes from  S1  to  S2,  remains  j–times in the state  S2 (j=0, 1,2,  ...),  and finally continues from  S2  to  S3.


(2)  Correct is the  solution suggestion 2:

  • In accordance with the explanations for subtask  (1),  one obtains for the substitution of the ring:
E = AB+ACB+AC2B+AC3B+ ...=AB[1+C+C2+C3+ ...].
  • The parenthesis expression gives  1/(1 \, –C).
E(X, U) = \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)}{1- C(X, U)} \hspace{0.05cm}.


(3)  Correct are the solutions 1, 3 and 4:

  • One goes first from  S_1  to  S_2 \ \Rightarrow \ A(X, \, U),
  • then from  S_2  to  S_3 \ \Rightarrow \ C(X, \, U),
  • then  j–times back to  S_2  and again to  S_3 \ (j = 0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...} \ ) \ \Rightarrow \ E(X, \, U),
  • finally from  S_3  to  S_4 \ \Rightarrow \ B(X, \, U),


(4)  Thus, the correct solution is the  suggested solution 1:

  • According to the sample solution to subtask  (3)  applies:
F(X, U) = A(X, U) \cdot C(X, U) \cdot E(X, U) \cdot B(X, U)\hspace{0.05cm}
  • Here  E(X, \, U)  describes the path  "j–times"  back to  S_2  and again to  S_3 \ (j =0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...}):
E(X, U) = 1 + D \cdot C + (1 + D)^2 + (1 + D)^3 + \text{ ...} \hspace{0.1cm}= \frac{1}{1-C \hspace{0.05cm} D} \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} F(X, U) = \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)\cdot C(X, U)}{1- C(X, U) \cdot D(X, U)} \hspace{0.05cm}.