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

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[[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 Skizze,
* eine Rückkopplung entsprechend der unteren Skizze.


* 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.




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




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''Hinweise:''
* Die Aufgabe gehört zum Kapitel  [[Kanalcodierung/Distanzeigenschaften_und_Fehlerwahrscheinlichkeitsschranken| Distanzeigenschaften und Fehlerwahrscheinlichkeitsschranken]].
* Mit dieser Aufgabe sollen einige der Angaben auf der Seite  [[Kanalcodierung/Distanzeigenschaften_und_Fehlerwahrscheinlichkeitsschranken#Regeln_zur_Manipulation_des_Zustands.C3.BCbergangsdiagramms|Regeln zur Manipulation des Zustandsübergangsdiagramms]]  bewiesen werden.
* Angewendet werden diese Regeln in der  [[Aufgaben:Aufgabe_3.12:_Pfadgewichtsfunktion|Aufgabe 3.12]]  und der  [[Aufgaben:Aufgabe_3.13:_Nochmals_zu_den_Pfadgewichtsfunktionen|Aufgabe 3.13]].




<u>Hints:</u>
* This exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/Distance_Characteristics_and_Error_Probability_Bounds| "Distance Characteristics and Error Probability Bounds"]].


* 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.


===Fragebogen===
* Applied these rules in&nbsp; [[Aufgaben:Exercise_3.12:_Path_Weighting_Function|$\text{Exercise 3.12}$]]&nbsp; and&nbsp; [[Aufgaben:Exercise_3.13:_Path_Weighting_Function_again|$\text{Exercise 3.13}$]].
 
 
 
 
===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 35: 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&nbsp; $E(X, \, U)$&nbsp; eines Ringes?
{What is the substitution&nbsp; $E(X, \, U)$&nbsp; of a ring?
|type="()"}
|type="()"}
- $E(X, \, U) = [A(X, \, U) + B(X, \, U)] \ / \ [1 \, -C(X, \, U)]$,
- $E(X, \, U) = [A(X, \, U) + B(X, \, U)] \ / \ [1 \, -C(X, \, U)]$,
Line 41: Line 45:
- $E(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, -B(X, \, U)]$.
- $E(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, -B(X, \, U)]$.


{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 48: 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&nbsp; $F(X, \, U)$&nbsp; einer Rückkopplung?
{What is the substitution&nbsp; $F(X, \, U)$&nbsp; of a feedback?
|type="()"}
|type="()"}
+ $F(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, -C(X, \, U) \cdot D(X, \, U)]$
+ $F(X, \, U) = A(X, \, U) \cdot B(X, \, U) \cdot C(X, \, U) \ / \ [1 \, -C(X, \, U) \cdot D(X, \, U)]$
Line 54: Line 58:
</quiz>
</quiz>


===Musterlösung===
===Solution===
{{ML-Kopf}}
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 2</u>:  
'''(1)'''&nbsp; Correct are the&nbsp; <u>solutions 1 and 2</u>:  
*Allgemein ausgedrückt: Man geht zunächst von $S_1$ nach $S_2$, verbleibt $j$&ndash;mal im Zustand $S_2 \ (j = 0, \ 1, \, 2, \ \text{ ...})$ und geht abschließend von $S_2$ nach $S_3$ weiter.
*In general terms,&nbsp; one first goes from&nbsp; $S_1$&nbsp; to&nbsp; $S_2$,&nbsp; remains&nbsp; $j$&ndash;times in the state&nbsp; $S_2 \ (j = 0, \ 1, \, 2, \ \text{ ...})$,&nbsp; and finally continues from&nbsp; $S_2$&nbsp; to&nbsp; $S_3$.
 
 
 
'''(2)'''&nbsp; Correct is the&nbsp; <u>solution suggestion 2</u>:
*In accordance with the explanations for subtask&nbsp; '''(1)''',&nbsp; one obtains for the substitution of the ring:
:$$E \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} A \cdot B + A  \cdot C \cdot B + A  \cdot C^2 \cdot B + A  \cdot C^3 \cdot B + \text{ ...} \hspace{0.1cm}=A \cdot B \cdot [1 + C + C^2+ C^3 +\text{ ...}\hspace{0.1cm}]\hspace{0.05cm}.$$


*The parenthesis expression gives&nbsp; $1/(1 \, &ndash;C)$.
:$$E(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)}{1- C(X, U)}\hspace{0.05cm}.$$




'''(2)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>:
'''(3)'''&nbsp; Correct are the <u>solutions 1, 3 and 4</u>:  
*Entsprechend den Ausführungen zur Teilaufgabe '''(1)''' erhält man für die Ersetzung des Ringes
* One goes first from&nbsp; $S_1$&nbsp; to&nbsp; $S_2 \ \Rightarrow \ A(X, \, U)$,
:$$E \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} A \cdot B + A  \cdot C \cdot B + A  \cdot C^2 \cdot B + A  \cdot C^3 \cdot B + \text{ ...} \hspace{0.1cm}=A \cdot B \cdot [1 + C + C^2+ C^3 +\text{ ...}\hspace{0.1cm}]
\hspace{0.05cm}.$$


*Der Klammerausdruck ergibt $1/(1 \, &ndash;C)$.
* then from&nbsp; $S_2$&nbsp; to&nbsp; $S_3 \ \Rightarrow \ C(X, \, U)$,
:$$E(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)}{1- C(X, U)}
\hspace{0.05cm}.$$


* then&nbsp; $j$&ndash;times back to&nbsp; $S_2$&nbsp; and again to&nbsp; $S_3 \ (j = 0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...} \ ) \ \Rightarrow \ E(X, \, U)$,


'''(3)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1, 3 und 4</u>:
* finally from&nbsp; $S_3$&nbsp; to&nbsp; $S_4 \ \Rightarrow \ B(X, \, U)$,
* Man geht zunächst von $S_1$ nach $S_2 \ \Rightarrow \ A(X, \, U)$,
* dann von $S_2$ nach $S_3 \ \Rightarrow \ C(X, \, U)$,
* anschließend $j$&ndash;mal zurück nach $S_2$ und wieder nach $S_3 \ (j = 0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...} \ ) \ \Rightarrow \ E(X, \, U)$,
* abschließend von $S_3$ nach $S_4 \ \Rightarrow \ B(X, \, U)$,






'''(4)'''&nbsp; Richtig ist also der <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
'''(4)'''&nbsp; Thus, the correct solution is the&nbsp; <u>suggested solution 1</u>:
*Entsprechend der Musterlösung zur Teilaufgabe '''(3)''' gilt:
*According to the sample solution to subtask&nbsp; '''(3)'''&nbsp; applies:
:$$F(X, U) = A(X, U) \cdot C(X, U) \cdot E(X, U) \cdot B(X, U)\hspace{0.05cm}$$
:$$F(X, U) = A(X, U) \cdot C(X, U) \cdot E(X, U) \cdot B(X, U)\hspace{0.05cm}$$


*Hierbei beschreibt $E(X, \, U)$ den Weg &bdquo;$j$&ndash;mal&rdquo; zurück nach $S_2$ und wieder nach $S_3 \ (j =0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...})$:
*Here&nbsp; $E(X, \, U)$&nbsp; describes the path&nbsp; "$j$&ndash;times"&nbsp; back to&nbsp; $S_2$&nbsp; and again to&nbsp; $S_3 \ (j =0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...})$:
:$$E(X, U) =  1 + D \cdot C + (1 + D)^2 + (1 + D)^3 + \text{ ...} \hspace{0.1cm}= \frac{1}{1-C \hspace{0.05cm} D}
:$$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{0.3cm}\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}.$$
\hspace{0.3cm}
\Rightarrow \hspace{0.3cm} F(X, U) =  \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)\cdot C(X, U)}{1- C(X, U) \cdot D(X, U)}  
\hspace{0.05cm}.$$




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[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^3.5 Distanzeigenschaften^]]
[[Category:Channel Coding: Exercises|^3.5 Distance Properties^]]
[[de:Aufgaben:Aufgabe 3.12Z: Ring und Rückkopplung]]

Latest revision as of 17:53, 16 March 2026

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?

$S_1 → S_2 → S_3$,
$S_1 → S_2 → S_2 → S_2 → S_3$,
$S_1 → S_2 → S_1 → S_2 → S_3$.

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

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

3 Which of the listed transitions are possible with feedback?

$S_1 → S_2 → S_3 → S_4$,
$S_1 → S_2 → S_3 → S_2 → S_4$,
$S_1 → S_2 → S_3 → S_2 → S_3 → S_4$,
$S_1 → S_2 → S_3 → S_2 → S_3 → S_2 → S_3 → S_4$.

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

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


Solution

(1)  Correct are the  solutions 1 and 2:

  • In general terms,  one first goes from  $S_1$  to  $S_2$,  remains  $j$–times in the state  $S_2 \ (j = 0, \ 1, \, 2, \ \text{ ...})$,  and finally continues from  $S_2$  to  $S_3$.


(2)  Correct is the  solution suggestion 2:

  • In accordance with the explanations for subtask  (1),  one obtains for the substitution of the ring:
$$E \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} A \cdot B + A \cdot C \cdot B + A \cdot C^2 \cdot B + A \cdot C^3 \cdot B + \text{ ...} \hspace{0.1cm}=A \cdot B \cdot [1 + C + C^2+ C^3 +\text{ ...}\hspace{0.1cm}]\hspace{0.05cm}.$$
  • 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  $S_3 \ (j =0, \ 1, \ 2, \ \text{ ...})$:
$$E(X, U) = 1 + D \cdot C + (1 + D)^2 + (1 + D)^3 + \text{ ...} \hspace{0.1cm}= \frac{1}{1-C \hspace{0.05cm} D}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} F(X, U) = \frac{A(X, U) \cdot B(X, U)\cdot C(X, U)}{1- C(X, U) \cdot D(X, U)}\hspace{0.05cm}.$$