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Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 5.6: Error Correlation Duration"

From LNTwww
 
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{{quiz-Header|Buchseite=Digitalsignalübertragung/Bündelfehlerkanäle}}
+
{{quiz-Header|Buchseite=Digital_Signal_Transmission/Burst_Error_Channels}}
  
[[File:P_ID1842__Dig_A_5_6.png|right|frame|Fehlerkorrelationsfunktion beim GE–Modell]]
+
[[File:P_ID1842__Dig_A_5_6.png|right|frame|Error correlation function of the GE model]]
Die Grafik zeigt die ''Fehlerkorrelationsfunktion'' (FKF) des ''Gilbert–Elliott–Modells'' mit den Parametern
+
The graph shows the ''error correlation function''  (ECF) of the ''Gilbert–Elliott model''  with the parameters
 
:$$p_{\rm G} \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} 0.001,
 
:$$p_{\rm G} \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} 0.001,
 
\hspace{0.2cm}p_{\rm B} = 0.1,\hspace{0.2cm}
 
\hspace{0.2cm}p_{\rm B} = 0.1,\hspace{0.2cm}
Line 11: Line 11:
 
B\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} G) = 0.01\hspace{0.05cm}$$
 
B\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} G) = 0.01\hspace{0.05cm}$$
  
in logarithmierter Darstellung.
+
in logarithmic representation.
  
Dieses Modell wird in der Aufgabe [[Zusatzaufgaben:5.6_GE-Modelleigenschaften| Aufgabe 5.6Z]] ausführlich behandelt. Insbesondere wird in dieser Aufgabe auch die Fehlerkorrelationsfunktion (FKF) berechnet. Mit den Hilfsgrößen
+
This model is discussed in detail in  [[Aufgaben:Exercise_5.6Z:_Gilbert-Elliott_Model|"Exercise 5.6Z"]].  In particular, the error correlation function (ECF) is also calculated in this exercise. With the auxiliary quantities
 
:$$A \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} (p_{\rm B}- p_{\rm M})
 
:$$A \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} (p_{\rm B}- p_{\rm M})
 
\cdot (p_{\rm M}- p_{\rm
 
\cdot (p_{\rm M}- p_{\rm
Line 21: Line 21:
 
G\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} B)$$
 
G\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} B)$$
  
kann für diese geschrieben werden:
+
it can be written for:
 
:$$\varphi_{e}(k) =
 
:$$\varphi_{e}(k) =
 
  \left\{ \begin{array}{c} p_{\rm M} \\
 
  \left\{ \begin{array}{c} p_{\rm M} \\
 
  p_{\rm M}^2 + A \cdot (1-B)^k \end{array} \right.\quad
 
  p_{\rm M}^2 + A \cdot (1-B)^k \end{array} \right.\quad
\begin{array}{*{1}c} f{\rm \ddot{u}r }\hspace{0.15cm}k = 0  \hspace{0.05cm},
+
\begin{array}{*{1}c} f{\rm or }\hspace{0.15cm}k = 0  \hspace{0.05cm},
\\  f{\rm \ddot{u}r }\hspace{0.15cm} k > 0 \hspace{0.05cm}.\\ \end{array}$$
+
\\  f{\rm or }\hspace{0.15cm} k > 0 \hspace{0.05cm}.\\ \end{array}$$
  
Hierbei handelt es sich um einen Bündelfehlerkanal. Zur quantitativen Beschreibung der statistischen Bindungen verwendet man oft die Korrelationsdauer gemäß der folgenden Definition:
+
This is a burst error channel. To quantitatively describe the statistical bonds, one often uses the correlation term according to the following definition:
 
:$$D_{\rm K} = \frac{1}{\varphi_{e0} - p_{\rm M}^2} \cdot \sum_{k = 1
 
:$$D_{\rm K} = \frac{1}{\varphi_{e0} - p_{\rm M}^2} \cdot \sum_{k = 1
}^{\infty}\hspace{0.1cm} [\varphi_{e}(k) - p_{\rm
+
}^{\infty}\hspace{0.1cm}\big [\varphi_{e}(k) - p_{\rm
M}^2]\hspace{0.05cm}.$$
+
M}^2 \big]\hspace{0.05cm}.$$
 +
 
 +
The reference value&nbsp; φe0&nbsp; is obtained by <i>extrapolation</i>&nbsp; of the error correlation function to the point&nbsp; k=0. If, as here, the ECF curve is given analytically,&nbsp; φe0&nbsp; can also be calculated by inserting the value&nbsp; k=0&nbsp; into the equation which is actually only valid for&nbsp; k>0.&nbsp;
 +
 
 +
 
 +
 
  
Der Bezugswert φe0 ergibt sich dabei durch <i>Extrapolation</i> der Fehlerkorrelationsfunktion in den Punkt k=0. Ist wie hier der FKF&ndash;Verlauf analytisch gegeben, so kann man φe0 auch dadurch berechnen, dass man in die eigentlich nur für k>0 gültige Gleichung den Wert k=0 einsetzt.
 
  
  
  
''Hinweise:''
+
''Notes:''
* Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Digitalsignal%C3%BCbertragung/B%C3%BCndelfehlerkan%C3%A4le| Bündelfehlerkanäle]].
+
* The exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Digital_Signal_Transmission/Burst_Error_Channels| "Burst Error Channels"]].
*Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite [[Digitalsignalübertragung/Bündelfehlerkanäle#Fehlerkorrelationsfunktion_des_GE.E2.80.93Modells|Fehlerkorrelationsfunktion des GE&ndash;Modells]].
+
*Reference is made in particular to the section&nbsp; [[Digital_Signal_Transmission/Burst_Error_Channels#Error_correlation_function_of_the_Gilbert-Elliott_model|"Error correlation function of the Gilbert-Elliott model"]].
* Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.
+
  
  
  
===Fragebogen===
+
===Questions===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welcher FKF&ndash;Wert gilt exakt für k=0?
+
{Which ECF value is exactly valid for&nbsp; k=0?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
φe(k=0) = { 1 3% }  102
 
φe(k=0) = { 1 3% }  102
  
{Wie groß ist der aus der gegebenen FKF extrapolierte Wert für k=0?
+
{What is the value extrapolated from the given ECF for&nbsp; k=0?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
φe0 = { 0.091 3% }  102
 
φe0 = { 0.091 3% }  102
  
{Welches Ergebnis erhält man für die Fehlerkorrelationsdauer DK mit den vorne definierte Größen A und B?
+
{What result is obtained for the error correlation duration&nbsp; DK&nbsp; with the quantities&nbsp; A&nbsp; and&nbsp; B defined in front?
|type="[]"}
+
|type="()"}
 
- DK=AB,
 
- DK=AB,
 
- DK=1/AB,
 
- DK=1/AB,
 
+ DK=1/B1.
 
+ DK=1/B1.
  
{Welche Korrelationsdauer ergibt sich beim vorliegenden GE&ndash;Modell?
+
{What is the correlation duration for the GE model at hand?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
DK = { 8.091 3% }
 
DK = { 8.091 3% }
  
{Welche Aussagen gelten bezüglich der Korrelationsdauer DK des GE&ndash;Modells? Beachten Sie für Ihre Antwort die logarithmische Ordinate.
+
{Which statements are valid regarding the correlation duration&nbsp; DK&nbsp; of the GE model? Note the logarithmic ordinate for your answer.
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ DK bleibt gleich, wenn man Pr(B|G) und Pr(G|B) vertauscht.
+
+ DK&nbsp; remains the same if&nbsp; Pr(B|G)&nbsp; and&nbsp; Pr(G|B)&nbsp; are interchanged.
- DK hängt nur von der Summe Pr(G|B)+Pr(B|G) ab.
+
- DK&nbsp; depends only on the sum&nbsp; Pr(G|B)+Pr(B|G).&nbsp;
- Die rote Fläche in der Grafik ist gleich der blauen Rechteckfläche.
+
- The red area in the graph is equal to the blue rectangular area.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Der FKF&ndash;Wert φe(k=0) gibt stets die mittlere Fehlerwahrscheinlichkeit pM an, während der FKF&ndash;Grenzwert für k &#8594; &#8734; gleich p2M ist. Aus der Grafik auf der Angabenseite kann man pM =0.01_ ablesen. In der [[Aufgaben:5.6Z_GE-Modelleigenschaften|Aufgabe 5.6Z]] wird dieser Wert auf anderem Wege berechnet.
+
'''(1)'''&nbsp; The ECF value φe(k=0) always indicates the mean error probability pM, while the ECF limit for k &#8594; &#8734; is equal to p2M.  
 +
*From the graph on the information section, one can read pM =0.01_.  
 +
*In [[Aufgaben:Exercise_5.6Z:_Gilbert-Elliott_Model|"Exercise 5.6Z"]], this value is calculated in a different way.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Setzt man in die untere FKF&ndash;Gleichung, die eigentlich nur für $k > 0$ gültig ist, den Parameter $k = 0$ ein, so erhält man den gesuchten Extrapolationswert.
+
 
 +
'''(2)'''&nbsp; If we insert the parameter $k = 0$ into the lower ECF equation, which is actually only valid for $k > 0$, we obtain the extrapolation value we are looking for.
 
:$$\varphi_{e0} \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} p_{\rm M}^2 +
 
:$$\varphi_{e0} \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} p_{\rm M}^2 +
 
  (p_{\rm B}- p_{\rm M}) \cdot (p_{\rm M}- p_{\rm
 
  (p_{\rm B}- p_{\rm M}) \cdot (p_{\rm M}- p_{\rm
Line 83: Line 90:
 
\hspace{0.15cm}\underline {\approx 0.091 \cdot 10^{-2}}\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.15cm}\underline {\approx 0.091 \cdot 10^{-2}}\hspace{0.05cm}.$$
  
'''(3)'''&nbsp; Nach der allgemeinen Definitionsgleichung gilt für die Fehlerkorrelationsdauer
+
 
 +
'''(3)'''&nbsp; According to the general definition equation, the following holds for the error correlation period
 
:$$D_{\rm K} = \frac{1}{\varphi_{e0} - p_{\rm M}^2} \cdot \sum_{k = 1
 
:$$D_{\rm K} = \frac{1}{\varphi_{e0} - p_{\rm M}^2} \cdot \sum_{k = 1
 
}^{\infty}\hspace{0.1cm} [\varphi_{e}(k) - p_{\rm
 
}^{\infty}\hspace{0.1cm} [\varphi_{e}(k) - p_{\rm
 
M}^2]\hspace{0.05cm}.$$
 
M}^2]\hspace{0.05cm}.$$
  
Mit den Ausdrücken
+
*With the expressions
 
:$$A \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} (p_{\rm B}- p_{\rm M})
 
:$$A \hspace{-0.1cm} \ = \ \hspace{-0.1cm} (p_{\rm B}- p_{\rm M})
 
\cdot (p_{\rm M}- p_{\rm
 
\cdot (p_{\rm M}- p_{\rm
Line 96: Line 104:
 
G\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} B)$$
 
G\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} B)$$
  
lässt sich diese Gleichung wie folgt schreiben:
+
:this equation can be written as follows:
 
:$$D_{\rm K} = {1}/{A} \cdot \sum_{k = 1 }^{\infty}\hspace{0.1cm}
 
:$$D_{\rm K} = {1}/{A} \cdot \sum_{k = 1 }^{\infty}\hspace{0.1cm}
 
A \cdot (1 - B)^k = \sum_{k = 1 }^{\infty}\hspace{0.1cm} (1 -
 
A \cdot (1 - B)^k = \sum_{k = 1 }^{\infty}\hspace{0.1cm} (1 -
 
B)^k\hspace{0.05cm}.$$
 
B)^k\hspace{0.05cm}.$$
  
Mit der Summenformel einer geometrischen Reihe ergibt sich daraus das Endergebnis:
+
*Using the summation formula of a geometric series, this gives the final result:
 
:$$D_{\rm K} = {1}/{B} - 1 = \frac{1}{{\rm Pr}(\rm
 
:$$D_{\rm K} = {1}/{B} - 1 = \frac{1}{{\rm Pr}(\rm
 
B\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} G) + {\rm Pr}(\rm
 
B\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} G) + {\rm Pr}(\rm
 
G\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} B)} - 1\hspace{0.05cm}.$$
 
G\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm} B)} - 1\hspace{0.05cm}.$$
  
Richtig ist also der <u>Lösungsvorschlag 3</u>.
+
*So <u>solution 3</u> is correct.
  
  
'''(4)'''&nbsp; Mit Pr(B|G)=0.01 und Pr(G|B)=0.1 ergibt sich
+
 
 +
'''(4)'''&nbsp; With Pr(B|G)=0.01 and Pr(G|B)=0.1 we get
 
:DK=10.01+0.118.091_.
 
:DK=10.01+0.118.091_.
  
'''(5)'''&nbsp; Richtig ist nur der <u>Lösungsvorschlag 1</u>, wie in den Musterlösungen zu den letzten Teilaufgaben gezeigt wurde:
+
 
*Damit liegt aber nur die Korrelationsdauer fest:  
+
'''(5)'''&nbsp; Only <u>solution 1</u> is correct, as shown in the sample solutions to the last subtasks:
*Mit Pr(B|G)=0.1 und Pr(G|B)=0.01 ergibt sich zwar das gleiche DK=8.091 wie mit Pr(B|G)=0.01 und Pr(G|B)=0.1.  
+
*Thus the correlation term is fixed, for example:
*Aber nun ist die mittlere Fehlerwahrscheinlichkeit pM9.1% statt 1%, jeweils für pG=0.001 und pB=0.1.
+
*With Pr(B|G)=0.1 and Pr(G|B)=0.01 we get the same DK=8.091 as with Pr(B|G)=0.01 and Pr(G|B)=0.1.  
*Auch die letzte Aussage ist falsch. Diese Aussage würde nur dann gelten, wenn φe(k) linear aufgetragen wäre und nicht wie hier logarithmisch.
+
*But now the mean error probability&nbsp; pM9.1%&nbsp; instead of&nbsp; 1%, respectively for&nbsp; pG=0.001&nbsp; and &nbsp;pB=0.1.
 +
*The last statement is also false. This statement would only be true if&nbsp; φe(k)&nbsp; was plotted linearly and not logarithmically as here.
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
[[Category:Aufgaben zu Digitalsignalübertragung|^5.3 Bündelfehlerkanäle^]]
+
[[Category:Digital Signal Transmission: Exercises|^5.3 Burst Error Channels^]]

Latest revision as of 14:22, 19 October 2022

Error correlation function of the GE model

The graph shows the error correlation function  (ECF) of the Gilbert–Elliott model  with the parameters

pG = 0.001,pB=0.1,Pr(G|B) = 0.1,Pr(B|G)=0.01

in logarithmic representation.

This model is discussed in detail in  "Exercise 5.6Z".  In particular, the error correlation function (ECF) is also calculated in this exercise. With the auxiliary quantities

A = (pBpM)(pMpG),
B = Pr(B|G)+Pr(G|B)

it can be written for:

φe(k)={pMp2M+A(1B)kfork=0,fork>0.

This is a burst error channel. To quantitatively describe the statistical bonds, one often uses the correlation term according to the following definition:

DK=1φe0p2Mk=1[φe(k)p2M].

The reference value  φe0  is obtained by extrapolation  of the error correlation function to the point  k=0. If, as here, the ECF curve is given analytically,  φe0  can also be calculated by inserting the value  k=0  into the equation which is actually only valid for  k>0




Notes:



Questions

1

Which ECF value is exactly valid for  k=0?

φe(k=0) = 

 102

2

What is the value extrapolated from the given ECF for  k=0?

φe0 = 

 102

3

What result is obtained for the error correlation duration  DK  with the quantities  A  and  B defined in front?

DK=AB,
DK=1/AB,
DK=1/B1.

4

What is the correlation duration for the GE model at hand?

DK = 

5

Which statements are valid regarding the correlation duration  DK  of the GE model? Note the logarithmic ordinate for your answer.

DK  remains the same if  Pr(B|G)  and  Pr(G|B)  are interchanged.
DK  depends only on the sum  Pr(G|B)+Pr(B|G)
The red area in the graph is equal to the blue rectangular area.


Solution

(1)  The ECF value φe(k=0) always indicates the mean error probability pM, while the ECF limit for k is equal to p2M.

  • From the graph on the information section, one can read pM =0.01_.
  • In "Exercise 5.6Z", this value is calculated in a different way.


(2)  If we insert the parameter k=0 into the lower ECF equation, which is actually only valid for k>0, we obtain the extrapolation value we are looking for.

φe0 = p2M+(pBpM)(pMpG)=104+(0.10.01)(0.010.001)=104+0.090.0090.091102_.


(3)  According to the general definition equation, the following holds for the error correlation period

DK=1φe0p2Mk=1[φe(k)p2M].
  • With the expressions
A = (pBpM)(pMpG)=φe0p2M,
B = Pr(B|G)+Pr(G|B)
this equation can be written as follows:
DK=1/Ak=1A(1B)k=k=1(1B)k.
  • Using the summation formula of a geometric series, this gives the final result:
DK=1/B1=1Pr(B|G)+Pr(G|B)1.
  • So solution 3 is correct.


(4)  With Pr(B|G)=0.01 and Pr(G|B)=0.1 we get

DK=10.01+0.118.091_.


(5)  Only solution 1 is correct, as shown in the sample solutions to the last subtasks:

  • Thus the correlation term is fixed, for example:
  • With Pr(B|G)=0.1 and Pr(G|B)=0.01 we get the same DK=8.091 as with Pr(B|G)=0.01 and Pr(G|B)=0.1.
  • But now the mean error probability  pM9.1%  instead of  1%, respectively for  pG=0.001  and  pB=0.1.
  • The last statement is also false. This statement would only be true if  φe(k)  was plotted linearly and not logarithmically as here.