Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 4.12: Regular and Irregular Tanner Graph"

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{{quiz-Header|Buchseite=Kanalcodierung/Grundlegendes zu den Low–density Parity–check Codes}}
+
{{quiz-Header|Buchseite=Channel_Coding/The_Basics_of_Low-Density_Parity_Check_Codes}}
  
[[File:P_ID3072__KC_A_4_12_v1.png|right|frame|Vorgegebener Tanner–Graph für Code $\rm A$]]
+
[[File:P_ID3072__KC_A_4_12_v1.png|right|frame|Tanner graph for code  $\rm A$]]
Dargestellt ist ein Tanner–Graph eines Codes $\rm A$ mit
+
Shown is a Tanner graph of a code  $\rm A$  with
* den <i>Variable Nodes</i> (abgekürzt VNs) $V_1, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} , \ V_6$, wobei $V_i$ das $i$&ndash;te Codewortbit kennzeichnet (egal, ob Informations &ndash; oder Paritybit) und der $i$&ndash;ten Spalte der Prüfmatrix entspricht;
+
* the&nbsp; variable nodes&nbsp;  $V_1, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} , \ V_6$,&nbsp;. where&nbsp; $V_i$&nbsp; denotes the&nbsp; $i$<sup>th</sup>&nbsp; code word bit&nbsp; $($whether information bit or parity bit$)$&nbsp; and corresponds to the&nbsp; $i$<sup>th</sup>&nbsp; column of the parity-check matrix;
* den <i>Check Nodes</i> (abgekürzt CNs) $C_1, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} , \ C_3$, die die Zeilen der $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Matrix und damit die Prüfgleichungen repräsentieren.
 
  
 +
* the&nbsp; check nodes</i>&nbsp; $C_1, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} , \ C_3$,&nbsp; which represent the rows of the&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; matrix and hence the parity-check equations.
  
Eine Verbindungslinie (englisch: <i>Edge</i>) zwischen $V_i$ und $C_j$ zeigt an, dass das $i$&ndash;te Codewortsymbol an der $j$&ndash;ten Prüfgleichung beteiligt ist. In diesem Fall ist das Element $h_{j,\hspace{0.05cm}i}$ der Prüfmatrix gleich $1$.
 
  
 +
An edge between&nbsp; $V_i$&nbsp; and&nbsp; $C_j$&nbsp; indicates that the&nbsp; $i$<sup>th</sup>&nbsp; code word symbol is involved in the&nbsp; $j$<sup>th</sup>&nbsp; parity-check equation.&nbsp; In this case,&nbsp; the element&nbsp; $h_{j,\hspace{0.05cm}i}$&nbsp; of the parity-check matrix is equal&nbsp; $1$.
  
In der Aufgabe soll der Zusammenhang zwischen dem oben dargestellten Tanner&ndash;Graphen (gültig für den Code $\rm A$) und der Matrix $\mathbf{H}_{\rm A}$ angegeben werden. Außerdem ist der Tanner&ndash;Graph zu einer Prüfmatrix $\mathbf{H}_{\rm B}$ aufzustellen, die sich aus $\mathbf{H}_{\rm A}$ durch Hinzufügen einer weiteren Zeile ergibt. Diese ist so zu ermitteln, dass der zugehörige Code $\rm B$ regulär ist. Das bedeutet:
+
In this exercise, the relation between the above Tanner graph &nbsp;$($valid for the code&nbsp; $\rm A)$&nbsp; and the matrix&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; shall be given.&nbsp;
* Von allen <i>Variable Nodes</i> $V_i$ (mit $1 &#8804; i &#8804; n$) gehen gleich viele Linien (<i>Edges</i>) ab, ebenso von allen <i>Check Nodes</i> $C_j$ (mit $1 &#8804; j &#8804; m$).
+
 
* Die Hamming&ndash;Gewichte aller Zeilen von $\mathbf{H}_{\rm B}$ sollen jeweils gleich sein $(w_{\rm Z})$, ebenso die Hamming&ndash;Gewichte aller Spalten $(w_{\rm S})$.
+
In addition,&nbsp; the Tanner graph to a parity-check matrix&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm B}$&nbsp; shall be set up,&nbsp; resulting from&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; adding another row.&nbsp; This is to be determined so that the associated code&nbsp; $\rm B$&nbsp; is regular.&nbsp; This means:
* Für die Rate des zu konstruierenden regulären Codes $\rm B$ gilt dann die folgende untere Schranke:
+
* From all&nbsp; variable nodes&nbsp; $V_i$&nbsp; $($with&nbsp; $1 &#8804; i &#8804; n)$&nbsp; go off an equal number of edges,&nbsp; <br>likewise from all&nbsp; check nodes&nbsp; $C_j$&nbsp; $($with&nbsp; $1 &#8804; j &#8804; m)$.
:$$R \ge 1 - \frac{w_{\rm S}}{w_{\rm Z}}
+
 
 +
* The Hamming weights of all rows of&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm B}$&nbsp; are each said to be equal&nbsp; $(w_{\rm R})$,&nbsp; as are the Hamming weights of all columns&nbsp; $(w_{\rm C})$.
 +
 
 +
* For the rate of the regular code&nbsp;$\rm B$&nbsp; to be constructed,&nbsp; the following lower bound then applies:
 +
:$$R \ge 1 - \frac{w_{\rm C}}{w_{\rm R}}
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
  
Line 20: Line 24:
  
  
 +
<u>Hints:</u>
 +
*This exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/The_Basics_of_Low-Density_Parity_Check_Codes|"Basics of Low&ndash;density Parity&ndash;check Codes"]].
  
''Hinweis:''
+
*Reference is made in particular to the section&nbsp; [[Channel_Coding/The_Basics_of_Low-Density_Parity_Check_Codes#Two-part_LDPC_graph_representation_-_Tanner_graph|"Two-part LDPC graph representation &ndash; Tanner graph"]].
* Die Aufgabe gehört zum Themengebiet des Kapitels [[Kanalcodierung/Grundlegendes_zu_den_Low%E2%80%93density_Parity%E2%80%93check_Codes|Grundlegendes zu den Low&ndash;density Parity&ndash;check Codes]].
+
*Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite [[Kanalcodierung/Grundlegendes_zu_den_Low–density_Parity–check_Codes#Zweiteilige_LDPC.E2.80.93Graphenrepr.C3.A4sentation_.E2.80.93_Tanner.E2.80.93Graph|Zweiteilige LDPC&ndash;Graphenrepräsentation &ndash; Tanner&ndash;Graph]].
 
* Sollte die Eingabe des Zahlenwertes &bdquo;0&rdquo; erforderlich sein, so geben Sie bitte &bdquo;0.&rdquo; ein.
 
  
  
  
  
===Fragebogen===
+
===Questions===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Wieviele Zeilen $(m)$ und Spalten $(n)$ hat die Prüfmatrix $\mathbf{H}_{\rm A}$?
+
{How many rows&nbsp; $(m)$&nbsp; and columns&nbsp; $(n)$&nbsp; does the parity-check matrix&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$ have?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$m \hspace{0.18cm} = \ ${ 3 }
 
$m \hspace{0.18cm} = \ ${ 3 }
 
$n \hspace{0.3cm} = \ ${ 6 }
 
$n \hspace{0.3cm} = \ ${ 6 }
  
{Welche Aussagen sind aufgrund des Tanner&ndash;Graphen zutreffend?
+
{Which statements are true based on the Tanner graph?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Die Zeile 1 der $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Matrix ist &bdquo;$1 \ 1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 0$&rdquo;.
+
+ The row 1 of the&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; matrix is&nbsp; "$1 \ 1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 0$".
- Die Zeile 2 der $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Matrix ist &bdquo;$1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 0 \ 1$&rdquo;.
+
- The row 2 of the&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; matrix is&nbsp; "$1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 0 \ 1$".
+ Die Zeile 3 der $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Matrix ist &bdquo;$0 \ 1 \ 1 \ 0 \ 0 \ 1$&rdquo;.
+
+ The row 3 of the&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; matrix is&nbsp; "$0 \ 1 \ 1 \ 0 \ 0 \ 1$".
  
{Welche Eigenschaften weist der Code $\rm A$ auf?
+
{What are the properties of code&nbsp; $\rm A$&nbsp;?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Der Code ist systematisch.
+
+ The code is systematic.
- Der Code ist regulär.
+
- The code is regular.
+ Die Coderate ist $R = 1/2$.
+
+ The code rate is&nbsp; $R = 1/2$.
- Die Coderate ist $R = 1/3$.
+
- The code rate is&nbsp; $R = 1/3$.
  
{Die Matrix $\mathbf{H}_{\rm B}$ ergibt sich aus $\mathbf{H}_{\rm A}$ durch Hinzufügen einer weiteren Zeile. Durch welche vierte Zeile ergibt sich ein regulärer Code $\rm B$?
+
{The matrix&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm B}$&nbsp; is obtained from&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; by adding one more row.&nbsp; By which fourth row does a regular code&nbsp; $\rm B$&nbsp; result?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Durch Hinzufügen von &bdquo;$0 \ 0 \ 0 \ 1 \ 1 \ 1$&rdquo;.
+
+By adding "$0 \ 0 \ 0 \ 1 \ 1 \ 1$".
- Durch Hinzufügen von &bdquo;$1 \ 1 \ 1 \ 1 \ 1 \ 1$&rdquo;.
+
- By adding "$1 \ 1 \ 1 \ 1 \ 1 \ 1$".
- Durch Hinzufügen irgend einer anderen Zeile.
+
- By adding any other row.
  
{Welche Eigenschaften weist der Code $\rm B$ auf?
+
{What are the properties of code&nbsp; $\rm B$?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Der Code ist systematisch.
+
- The code is systematic.
+ Der Code ist regulär.
+
+ The code is regular.
+ Die Coderate ist $R = 1/2$.
+
+ The code rate is&nbsp; $R = 1/2$.
- Die Coderate ist $R = 1/3$.
+
- The code rate is&nbsp; $R = 1/3$.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solutiojn===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Die Anzahl der $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Zeilen ist gleich der Anzahl der <i>Check Nodes</i> $C_j$ im Tanner&ndash;Graphen &nbsp;&#8658;&nbsp; $\underline{m = 3}$, und die Anzahl $\underline{n = 6}$ der <i>Variable Nodes</i> $V_i$ ist gleich der Spaltenzahl.
+
'''(1)'''&nbsp; The number of&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; rows is equal to the number of check nodes&nbsp; $C_j$&nbsp; in the Tanner graph &nbsp; &#8658; &nbsp; $\underline{m = 3}$,&nbsp; <br>and the number&nbsp; $\underline{n = 6}$&nbsp; of variable nodes&nbsp; $V_i$&nbsp; is equal to the column number.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Antworten 1 und 3</u> im Gegensatz zur Aussage 2:  
+
[[File:P_ID3073__KC_A_4_12c_v1.png|right|frame|Underlying parity-check equations]]
*Die zweite $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Zeile lautet vielmehr &bdquo;$1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 1 \ 0$&rdquo;. Somit liegt dieser Aufgabe die folgende Prüfgleichung zugrunde:
 
  
[[File:P_ID3073__KC_A_4_12c_v1.png|right|frame|Zugrunde liegende Prüfgleichungen]]
+
'''(2)'''&nbsp; Correct are the&nbsp; <u>answers 1 and 3</u>&nbsp; in contrast to statement 2:  
 +
*The second&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; row is rather&nbsp; "$1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 1 \ 0$".  
  
 +
*Thus,&nbsp; this exercise is based on the following parity-check equation:
 
:$${ \boldsymbol{\rm H}}_{\rm A} =
 
:$${ \boldsymbol{\rm H}}_{\rm A} =
 
\begin{pmatrix}
 
\begin{pmatrix}
Line 80: Line 85:
 
\end{pmatrix}\hspace{0.05cm}.$$
 
\end{pmatrix}\hspace{0.05cm}.$$
  
*Im Schaubild sind die Prüfgleichungen als rote (Zeile 1), grüne (Zeile 2) bzw. blaue (Zeile 3) Gruppierung veranschaulicht.
+
*In the diagram,&nbsp; the parity-check equations are illustrated as red&nbsp; (row 1),&nbsp; green&nbsp; (row 2)&nbsp; resp. blue&nbsp; (row 3)&nbsp; groupings.
 +
 
 +
 
 +
 
 +
'''(3)'''&nbsp; Correct are the&nbsp; <u>solutions 1 and 3</u>:
 +
* The&nbsp; $\mathbf{H}$&nbsp; matrix ends with a&nbsp; $3 &times 3$&nbsp; diagonal matrix &nbsp; &#8658; &nbsp; systematic code.
  
 +
* Thus,&nbsp; the Hamming weights of the last three columns are&nbsp; $w_{\rm C}(4) = w_{\rm C}(5) = w_{\rm C}(6) = 1$.
 +
 +
* For the first three columns,&nbsp; $w_{\rm C}(1) = w_{\rm C}(2) = w_{\rm C}(3) = 2$ &nbsp; &#8658; &nbsp; irregular code.
  
'''(3)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 3</u>:
+
* The three matrix rows are linearly independent.&nbsp;  
* Die $\mathbf{H}$&ndash;Matrix endet mit einer $3 &times 3$&ndash;Diagonalmatrix &nbsp; &#8658; &nbsp; systematischer Code.
 
* Damit sind die Hamming&ndash;Gewichte der drei letzten Spalten $w_{\rm S}(4) = w_{\rm S}(5) = w_{\rm S}(6) = 1$.  
 
* Für die ersten drei Spalten gilt: $w_{\rm S}(1) = w_{\rm S}(2) = w_{\rm S}(3) = 2$ &nbsp; &#8658; &nbsp; irregulärer Code.
 
* Die drei Matrixzeilen sind linear unabhängig. Damit gilt $k = n - m = 6 - 3 = 3$ und $R = k/n = 1/2$.
 
  
 +
*Thus&nbsp; $k = n - m = 6 - 3 = 3$&nbsp; and&nbsp; $R = k/n = 1/2$&nbsp; holds.
  
[[File: P_ID3074__KC_A_4_12d_v1.png|right|frame|Modifizierter Tanner–Graph für den Code $\rm B$]]   
+
 
'''(4)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
+
 
*Betrachtet man den bisherigen Tanner&ndash;Graphen, so erkennt man die Richtigkeit von Lösungsvorschlag 1.  
+
[[File: P_ID3074__KC_A_4_12d_v1.png|right|frame|Modified Tanner graph for code&nbsp; $\rm B$]]   
*Durch Hinzufügen der Zeile &bdquo;$0 \ 0 \ 0 \ 1 \ 1 \ 1$&rdquo; zur $\mathbf{H}_{\rm A}$&ndash;Matrix erhält man:
+
'''(4)'''&nbsp; Correct is the&nbsp; <u>proposed solution 1</u>:
 +
*Looking at the previous Tanner graph,&nbsp; one can see the correctness of the proposed solution 1.
 +
 +
*By adding the row&nbsp; "$0 \ 0 \ 0 \ 1 \ 1 \ 1$"&nbsp; to the&nbsp; $\mathbf{H}_{\rm A}$&nbsp; matrix,&nbsp; one obtains:
 
:$${ \boldsymbol{\rm H}}_{\rm B} =
 
:$${ \boldsymbol{\rm H}}_{\rm B} =
 
\begin{pmatrix}
 
\begin{pmatrix}
Line 102: Line 115:
 
\end{pmatrix}\hspace{0.05cm}.$$
 
\end{pmatrix}\hspace{0.05cm}.$$
  
Die Modifikationen sind in nebenstehender Grafik rot markiert: Durch den neu hinzugefügten <i>Check Node</i> $C_4$ und die Verbindungen mit $V_4, \ V_5$ und $V_6$ gehen nun
+
:The modifications are marked in red in the adjacent graphic.
* von allen <i>Variable Nodes</i> $V_i$ zwei Linien ab, und
+
 
* von allen <i>Check Nodes</i> $C_j$ einheitlich vier.
+
*Due to the newly added check node&nbsp; $C_4$&nbsp; and the connections with&nbsp; $V_4, \ V_5$ and $V_6$,&nbsp; there are now
 +
:* from all variable nodes&nbsp; $V_i$&nbsp; two lines,&nbsp; and
 +
 
 +
:* from all check nodes&nbsp; $C_j$&nbsp; uniformly four.
 +
*This is the condition for the code&nbsp; $\rm B$&nbsp; to be regular.
  
Dies ist die Bedingung dafür, dass der  Code $\rm B$ regulär ist.
 
  
  
'''(5)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 2 und 3</u>:
+
'''(5)'''&nbsp; Correct are the&nbsp; <u>solutions 2 and 3</u>:
*Die Konstruktion in Teilaufgabe (4) liefert einen regulären Code.  
+
*The construction in subtask&nbsp; '''(4)'''&nbsp; yields a regular code.
*Die Hamming&ndash;Gewichte der Zeilen bzw. Spalten sind $w_{\rm Z} = 3$ und $w_{\rm S} = 2$.  
+
*Damit ergibt sich als untere Schranke für die Coderate:
+
*The Hamming weights of the rows and columns,&nbsp; respectively,&nbsp; are $w_{\rm R} = 3$&nbsp; and&nbsp; $w_{\rm C} = 2$.  
:$$R \ge 1 - \frac{w_{\rm S}}{w_{\rm Z}}
+
*This gives as lower bound for the code rate:
 +
:$$R \ge 1 - \frac{w_{\rm C}}{w_{\rm R}}
 
= 1 - {2}/{3} = 1/3
 
= 1 - {2}/{3} = 1/3
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
*Durch die $\mathbf{H}$&ndash;Manipulation ändert sich nichts an der Generatormatrix $\mathbf{G}$.  
+
*The&nbsp; $\mathbf{H}$&nbsp; manipulation does not change the generator matrix&nbsp; $\mathbf{G}$.
*Gesendet wird weiterhin der gleiche Code mit der Coderate $R = 1/2$.  
+
 +
*The same code is still sent with code rate&nbsp; $R = 1/2$.  
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
  
[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^4.4 Low–density Parity–check Codes^]]
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[[Category:Channel Coding: Exercises|^4.4 Low–density Parity–check Codes^]]

Latest revision as of 16:39, 17 December 2022

Tanner graph for code  $\rm A$

Shown is a Tanner graph of a code  $\rm A$  with

  • the  variable nodes  $V_1, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} , \ V_6$, . where  $V_i$  denotes the  $i$th  code word bit  $($whether information bit or parity bit$)$  and corresponds to the  $i$th  column of the parity-check matrix;
  • the  check nodes  $C_1, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} , \ C_3$,  which represent the rows of the  $\mathbf{H}_{\rm A}$  matrix and hence the parity-check equations.


An edge between  $V_i$  and  $C_j$  indicates that the  $i$th  code word symbol is involved in the  $j$th  parity-check equation.  In this case,  the element  $h_{j,\hspace{0.05cm}i}$  of the parity-check matrix is equal  $1$.

In this exercise, the relation between the above Tanner graph  $($valid for the code  $\rm A)$  and the matrix  $\mathbf{H}_{\rm A}$  shall be given. 

In addition,  the Tanner graph to a parity-check matrix  $\mathbf{H}_{\rm B}$  shall be set up,  resulting from  $\mathbf{H}_{\rm A}$  adding another row.  This is to be determined so that the associated code  $\rm B$  is regular.  This means:

  • From all  variable nodes  $V_i$  $($with  $1 ≤ i ≤ n)$  go off an equal number of edges, 
    likewise from all  check nodes  $C_j$  $($with  $1 ≤ j ≤ m)$.
  • The Hamming weights of all rows of  $\mathbf{H}_{\rm B}$  are each said to be equal  $(w_{\rm R})$,  as are the Hamming weights of all columns  $(w_{\rm C})$.
  • For the rate of the regular code $\rm B$  to be constructed,  the following lower bound then applies:
$$R \ge 1 - \frac{w_{\rm C}}{w_{\rm R}} \hspace{0.05cm}.$$



Hints:



Questions

1

How many rows  $(m)$  and columns  $(n)$  does the parity-check matrix  $\mathbf{H}_{\rm A}$ have?

$m \hspace{0.18cm} = \ $

$n \hspace{0.3cm} = \ $

2

Which statements are true based on the Tanner graph?

The row 1 of the  $\mathbf{H}_{\rm A}$  matrix is  "$1 \ 1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 0$".
The row 2 of the  $\mathbf{H}_{\rm A}$  matrix is  "$1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 0 \ 1$".
The row 3 of the  $\mathbf{H}_{\rm A}$  matrix is  "$0 \ 1 \ 1 \ 0 \ 0 \ 1$".

3

What are the properties of code  $\rm A$ ?

The code is systematic.
The code is regular.
The code rate is  $R = 1/2$.
The code rate is  $R = 1/3$.

4

The matrix  $\mathbf{H}_{\rm B}$  is obtained from  $\mathbf{H}_{\rm A}$  by adding one more row.  By which fourth row does a regular code  $\rm B$  result?

By adding "$0 \ 0 \ 0 \ 1 \ 1 \ 1$".
By adding "$1 \ 1 \ 1 \ 1 \ 1 \ 1$".
By adding any other row.

5

What are the properties of code  $\rm B$?

The code is systematic.
The code is regular.
The code rate is  $R = 1/2$.
The code rate is  $R = 1/3$.


Solutiojn

(1)  The number of  $\mathbf{H}_{\rm A}$  rows is equal to the number of check nodes  $C_j$  in the Tanner graph   ⇒   $\underline{m = 3}$, 
and the number  $\underline{n = 6}$  of variable nodes  $V_i$  is equal to the column number.


Underlying parity-check equations

(2)  Correct are the  answers 1 and 3  in contrast to statement 2:

  • The second  $\mathbf{H}_{\rm A}$  row is rather  "$1 \ 0 \ 1 \ 0 \ 1 \ 0$".
  • Thus,  this exercise is based on the following parity-check equation:
$${ \boldsymbol{\rm H}}_{\rm A} = \begin{pmatrix} 1 &1 &0 &1 &0 &0\\ 1 &0 &1 &0 &1 &0\\ 0 &1 &1 &0 &0 &1 \end{pmatrix}\hspace{0.05cm}.$$
  • In the diagram,  the parity-check equations are illustrated as red  (row 1),  green  (row 2)  resp. blue  (row 3)  groupings.


(3)  Correct are the  solutions 1 and 3:

  • The  $\mathbf{H}$  matrix ends with a  $3 × 3$  diagonal matrix   ⇒   systematic code.
  • Thus,  the Hamming weights of the last three columns are  $w_{\rm C}(4) = w_{\rm C}(5) = w_{\rm C}(6) = 1$.
  • For the first three columns,  $w_{\rm C}(1) = w_{\rm C}(2) = w_{\rm C}(3) = 2$   ⇒   irregular code.
  • The three matrix rows are linearly independent. 
  • Thus  $k = n - m = 6 - 3 = 3$  and  $R = k/n = 1/2$  holds.


Modified Tanner graph for code  $\rm B$

(4)  Correct is the  proposed solution 1:

  • Looking at the previous Tanner graph,  one can see the correctness of the proposed solution 1.
  • By adding the row  "$0 \ 0 \ 0 \ 1 \ 1 \ 1$"  to the  $\mathbf{H}_{\rm A}$  matrix,  one obtains:
$${ \boldsymbol{\rm H}}_{\rm B} = \begin{pmatrix} 1 &1 &0 &1 &0 &0\\ 1 &0 &1 &0 &1 &0\\ 0 &1 &1 &0 &0 &1\\ 0 &0 &0 &1 &1 &1 \end{pmatrix}\hspace{0.05cm}.$$
The modifications are marked in red in the adjacent graphic.
  • Due to the newly added check node  $C_4$  and the connections with  $V_4, \ V_5$ and $V_6$,  there are now
  • from all variable nodes  $V_i$  two lines,  and
  • from all check nodes  $C_j$  uniformly four.
  • This is the condition for the code  $\rm B$  to be regular.


(5)  Correct are the  solutions 2 and 3:

  • The construction in subtask  (4)  yields a regular code.
  • The Hamming weights of the rows and columns,  respectively,  are $w_{\rm R} = 3$  and  $w_{\rm C} = 2$.
  • This gives as lower bound for the code rate:
$$R \ge 1 - \frac{w_{\rm C}}{w_{\rm R}} = 1 - {2}/{3} = 1/3 \hspace{0.05cm}.$$
  • The  $\mathbf{H}$  manipulation does not change the generator matrix  $\mathbf{G}$.
  • The same code is still sent with code rate  $R = 1/2$.