[[File:P_ID1327__Dig_A_2_5.png|right|frame|Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eines verrauschten Ternärsignals]]
[[File:P_ID1327__Dig_A_2_5.png|right|frame|Probability density function $\rm (PDF)$ of a noisy ternary signal]]
Betrachtet wird ein ternäres Übertragungssystem $(M = 3)$ mit den möglichen Amplitudenwerten $-s_0$, $0$ und $+s_0$.
A ternary transmission system $(M = 3)$ with the possible amplitude values $-s_0$, $0$ and $+s_0$ is considered.
*Bei der Übertragung addiert sich dem Signal ein additives Gaußsches Rauschen mit dem Effektivwert $\sigma_d$.
*During transmission, additive Gaussian noise with rms value $\sigma_d$ is added to the signal.
*Die Rückgewinnung des dreistufigen Digitalsignals beim Empfängers geschieht mit Hilfe von zwei Entscheiderschwellen bei $E_{–}$ bzw. $E_{+}$.
*Zunächst werden die Auftrittswahrscheinlichkeiten der drei Eingangssymbole als gleichwahrscheinlich angenommen:
*The recovery of the three-level digital signal at the receiver is done with the help of two decision thresholds at $E_{–}$ and $E_{+}$.
*For the time being, the decision thresholds are centered at $E_{–} = \, –s_0/2$ and $E_{+} = +s_0/2$.
Ab der Teilaufgabe '''(3)''' gelten für die Symbolwahrscheinlichkeiten $p_{–} = p_+ = 1/4$ und $p_0 = 1/2$, wie in der Grafik dargestellt. Für diese Konstellation soll durch Variation der Entscheiderschwellen $E_{–}$ und $E_+$ die Symbolfehlerwahrscheinlichkeit $p_{\rm S}$ minimiert werden.
*From subtask '''(3)''' on, the symbol probabilities are $p_{–} = p_+ = 1/4$ and $p_0 = 1/2$, as shown in the diagram.
*For this constellation, the symbol error probability $p_{\rm S}$ is to be minimized by varying the decision thresholds $E_{–}$ and $E_+$.
Notes:
* The exercise refers to the chapter [[Digital_Signal_Transmission/Redundancy-Free_Coding|"Redundancy-Free Coding"]].
* For the symbol error probability $p_{\rm S}$ of a $M$–level transmission system
:*with equally probable input symbols
:*and threshold values exactly in the middle between two adjacent amplitude levels holds:
* You can numerically determine the error probability values according to our applet [[Applets:Komplementäre_Gaußsche_Fehlerfunktionen|"Complementary Gaussian Error Functions"]].
* To check your results, use our (German language) SWF applet [[Applets:Fehlerwahrscheinlichkeit|"Symbol error probability of digital communications systems"]].
''Hinweise:''
* Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel [[Digitalsignal%C3%BCbertragung/Redundanzfreie_Codierung| Redundanzfreie Codierung]].
* Für die Symbolfehlerwahrscheinlichkeit $p_{\rm S}$ eines $M$–stufigen Nachrichtenübertragungssystems mit gleichwahrscheinlichen Eingangssymbolen und Schwellenwerten genau in der Mitte zwischen zwei benachbarten Amplitudenstufen gilt:
* Die Fehlerwahrscheinlichkeitswerte gemäß der ${\rm Q}$– bzw. der ${\rm erfc}$–Funktion können Sie mit dem Interaktionsmodul [[Applets:Komplementäre_Gaußsche_Fehlerfunktionen_(neues_Applet)|Komplementäre Gaußsche Fehlerfunktionen]] numerisch ermitteln.
* Verwenden Sie zur Überprüfung der Ergebnisse das Berechnungsmodul [[Applets:Fehlerwahrscheinlichkeit|Symbolfehlerwahrscheinlichkeit von Digitalsystemen]]
===Fragebogen===
===Questions===
<quiz display=simple>
<quiz display=simple>
{Welche Symbolfehlerwahrscheinlichkeit ergibt sich mit dem (normierten) Rauscheffektivwert $\sigma_d/s_0 = 0.25$ bei gleichwahrscheinlichen Symbolen?
{What symbol error probability results with the (normalized) noise rms value $\sigma_d/s_0 = 0.25$ for equally probable symbols?
*The falsification probability of the symbol $0$ is twice as large (it is limited by two thresholds).
\hspace{0.05cm}.$$
* Considering the individual symbol probabilities, we obtain:
:$$p_{\rm S} = {1}/{ 4}\cdot p + {1}/{ 2}\cdot 2p +{1}/{ 4}\cdot p = 1.5 \cdot p = 1.5 \cdot 0.1587\hspace{0.15cm}\underline {\approx23.8 \,\%}\hspace{0.05cm}.$$
'''(3)''' Die beiden äußeren Symbole werden jeweils mit der Wahrscheinlichkeit $p = {\rm Q}(s_0/(2 \cdot \sigma_d)) = 0.1587$ verfälscht.
'''(4)''' Since the symbol $0$ occurs more frequently and can also be falsified in both directions, the thresholds should be shifted outward.
*Die Verfälschungswahrscheinlichkeit des Symbols $0$ ist doppelt so groß (es wird durch zwei Schwellen begrenzt).
*The optimal decision threshold $E_{\rm +, \ opt}$ is obtained from the intersection of the two Gaussian functions shown in the graph. It must hold:
* Unter Berücksichtigung der einzelnen Symbolwahrscheinlichkeiten erhält man:
:$$p_{\rm S} = {1}/{ 4}\cdot p + {1}/{ 2}\cdot 2p +{1}/{ 4}\cdot p = 1.5 \cdot p = 1.5 \cdot 0.1587
\hspace{0.15cm}\underline {\approx
23.8 \,\%}
\hspace{0.05cm}.$$
[[File:P_ID1328__Dig_A_2_5e.png|right|frame|Optimal thresholds for subtask '''(4)''']]
'''(4)''' Da das Symbol $0$ häufiger auftritt und zudem in beiden Richtungen verfälscht werden kann, sollten die Schwellen nach außen verschoben werden.
*Die optimale Entscheiderschwelle $E_{\rm +, \ opt}$ ergibt sich aus dem Schnittpunkt der beiden in der Grafik gezeigten Gaußfunktionen. Es muss gelten:
*Accordingly, there is a smaller symbol error probability $(17.4 \ \%$ versus $21.2 \ \%)$ than with equal probability amplitude coefficients.
'''(7)''' Ähnlich wie in der Musterlösung zur Teilaufgabe '''(5)''' erhält man nun:
*However, redundancy-free coding is no longer present, even if the amplitude coefficients are statistically independent of each other.
*Es ergibt sich demnach eine kleinere Symbolfehlerwahrscheinlichkeit ($17.4 \ \%$ gegenüber $21.2 \ \%$) als bei gleichwahrscheinlichen Amplitudenkoeffizienten.