Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 2.14: Petersen Algorithm?"

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{{quiz-Header|Buchseite=Kanalcodierung/Fehlerkorrektur nach Reed–Solomon–Codierung}}
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{{quiz-Header|Buchseite=Channel_Coding/Error_Correction_According_to_Reed-Solomon_Coding}}
  
[[File: P_ID2580__KC_A_2_14_v1.png|right|frame|Schneller Algorithmus zur Decodierung von Reed–Solomon–Codes]]
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[[File: P_ID2580__KC_A_2_14_v1.png|right|frame|Chart from [Bos98]: <br>'''(1)''' &nbsp; Fast decoding algorithm for RS codes. <br>'''(2)''' &nbsp; It is therefore not the Petersen algorithm!]]
Im Theorieteil zu [[Kanalcodierung/Fehlerkorrektur_nach_Reed%E2%80%93Solomon%E2%80%93Codierung| Kapitel 2.5]] haben wir die Decodierung von Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes mit dem <i>Petersen&ndash;Algorithmus</i> behandelt.
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In the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/Error_Correction_According_to_Reed-Solomon_Coding|"Error Correction According to Reed-Solomon Coding"]]&nbsp; the decoding of Reed&ndash;Solomon codes with the&nbsp; "Petersen algorithm"&nbsp; was treated.
* Dessen Vorteil ist, dass die einzelnen Schritte nachvollziehbar sind.
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* Its advantage is that the individual steps are traceable.
* Sehr von Nachteil ist aber der immens hohe Decodieraufwand.
 
  
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* Very much of disadvantage is however the immensely high decoding expenditure.
  
Schon seit der Erfindung der Reed&ndash;Solomon&ndash;Codierung im Jahre 1960 beschäftigten sich viele Wissenschaftler und Ingenieure mit der Entwicklung möglichst schneller Algorithmen zur Reed&ndash;Solomon&ndash;Decodierung, und auch heute ist die <i>Algebraische Decodierung</i> noch ein hochaktuelles Forschungsgebiet.
 
  
In dieser Aufgabe sollen einige diesbezügliche Begriffe erklärt werden. Auf eine genaue Erklärung dieser Verfahren wurde in LNTwww verzichtet.
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Already since the invention of Reed&ndash;Solomon coding in 1960,&nbsp; many scientists and engineers were engaged in the development of algorithms for Reed&ndash;Solomon decoding as fast as possible,&nbsp; and even today&nbsp; "Algebraic Decoding"&nbsp; is still a highly topical field of research.
  
''Hinweise:''
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In this exercise,&nbsp; some related concepts will be explained.&nbsp; A detailed explanation of these procedures has been omitted in our&nbsp; "$\rm LNTwww $".
* Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel [[Kanalcodierung/Fehlerkorrektur_nach_Reed%E2%80%93Solomon%E2%80%93Codierung| Fehlerkorrektur nach Reed&ndash;Solomon&ndash;Codierung]].  
 
* Die obige Grafik aus [https://intern.lntwww.de/cgi-bin/extern/uni.pl?uno=hyperlink&due=entitaet&e_id=41798&hyperlink_typ=entitaet_verweis [Bos98]] zeigt das Flussdiagramm eines der bekanntesten Verfahren zur Decodierung von Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes. Um welchen Algorithmus es sich dabei handelt, wird in der Musterlösung zu dieser Aufgabe genannt.
 
  
  
  
===Fragebogen===
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Hints:
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* The exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/Error_Correction_According_to_Reed-Solomon_Coding| "Error Correction According to Reed-Solomon Coding"]].
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* The diagram shows the flowchart of one of the most popular methods for decoding Reed&ndash;Solomon codes.&nbsp; Which algorithm  is mentioned in the sample solution to this exercise.
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*The graphic was taken from the reference book [Bos98]: &nbsp; "Bossert, M.: Kanalcodierung. Stuttgart: B. G. Teubner, 1998".&nbsp; We thank the author Martin Bossert for the permission to use the graphic.
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===Questions===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Bei welchen Codes wird die Syndromdecodierung eingesetzt? Bei den
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{For which codes is syndrome decoding used? For
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ binären Blockcodes,
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+ binary block codes,
- Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes,
+
- Reed&ndash;Solomon codes,
- Faltungscodes.
+
- convolutional codes.
  
{Was ist beim Petersen&ndash;Algorithmus am aufwändigsten?
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{What is most complex in the Petersen algorithm?
|type="[]"}
+
|type="()"}
- Überprüfung, ob überhaupt (ein oder mehrere) Fehler vorliegen,
+
- Checking if there are&nbsp; $($one or more$)$&nbsp; errors at all,
+ die Lokalisierung der Fehler,
+
+ the localization of the errors,
- die Fehlerwertbestimmung.
+
- the determination of the error value.
  
{Welche Begriffe beziehen sich auf die Reed&ndash;Solomon&ndash;Decodierung?
+
{Which terms refer to Reed&ndash;Solomon decoding?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Der Berlekamp&ndash;Massey&ndash;Algorithmus,
+
+ The Berlekamp&ndash;Massey algorithm,
- der BCJR&ndash;Algorithmus,
+
- the BCJR algorithm,
+ der Euklidische Algorithmus,
+
+ the Euclidean algorithm,
+ Frequenzbereichsverfahren, basierend auf der DFT,
+
+ frequency domain methods based on the DFT,
- der Viterbi&ndash;Algorithmus.
+
- the Viterbi algorithm.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist die <u>Antwort 1</u>. Prinzipiell wäre ein Syndromdecoder auch bei Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes möglich, aber bei den hier üblichen großen Codewortlängen $n$ ergäben sich extrem lange Decodierzeiten. Bei Faltungscodes (diese arbeiten seriell) macht Syndromdecodierung gar keinen Sinn.
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'''(1)'''&nbsp; Correct is the&nbsp; <u>answer 1</u>:
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*In principle,&nbsp; a syndrome decoder would also be possible with Reed&ndash;Solomon codes,&nbsp; but with the large code word lengths&nbsp; $n$&nbsp; common here,&nbsp; extremely long decoding times would result.
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*For convolutional codes&nbsp; (these work serially)&nbsp; syndrome decoding makes no sense at all.
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'''(2)'''&nbsp; As can be seen from the discussion in the theory section,&nbsp; error localization involves by far the greatest effort &nbsp; &#8658; &nbsp; <u>Answer 2</u>.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Wie aus den Ausführungen im Theorieteil hervorgeht, ist die Fehlerlokalisierung mit dem weitaus größten Aufwand verbunden &nbsp;&#8658;&nbsp; <u>Antwort 2</u>.
 
  
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'''(3)'''&nbsp; Correct&nbsp; <u>answers 1, 3, and 4</u>:
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*These procedures are summarized in the&nbsp; [[Channel_Coding/Error_Correction_According_to_Reed-Solomon_Coding#Fast_Reed-Solomon_decoding| "Fast Reed&ndash;Solomon decoding"]]&nbsp; section.
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*The BCJR&ndash; and Viterbi algorithms,&nbsp; on the other hand,&nbsp; refer to [[Channel_Coding/Decoding_of_Convolutional_Codes|"Decoding of convolutional codes"]].
  
'''(3)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Antworten 1, 3 und 4</u>, die auf der Seite [[Kanalcodierung/Fehlerkorrektur_nach_Reed%E2%80%93Solomon%E2%80%93Codierung#Schnelle_Reed.E2.80.93Solomon.E2.80.93Decodierung| Schnelle Reed&ndash;Solomon&ndash;Decodierung]] kurz zusammengefasst sind. Der BCJR&ndash; und der Viterbi&ndash;Algorithmus beziehen sich dagegen auf die Decodierung von Faltungscodes &ndash; siehe [[Kanalcodierung/Decodierung_von_Faltungscodes|Kapitel 3.4]].
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*The graphic in the information section shows the Berlekamp&ndash;Massey algorithm&nbsp; $\rm (BMA)$.  
  
Die Grafik auf der Angabenseite zeigt den Berlekamp&ndash;Massey&ndash;Algorithus (BMA). Die Erklärung zu dieser Abbildung finden Sie in [https://intern.lntwww.de/cgi-bin/extern/uni.pl?uno=hyperlink&due=entitaet&e_id=41798&hyperlink_typ=entitaet_verweis [Bos98]] ab Seite 73.
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*The explanation of this figure can be found in the reference book [Bos98]: "Bossert, M.: Kanalcodierung. Stuttgart: B. G. Teubner, 1998" from page 73.
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
  
[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^2.5 Fehlerkorrektur nach Reed–Solomon–Codierung^]]
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[[Category:Channel Coding: Exercises|^2.5 Reed-Solomon Error Correction^]]

Latest revision as of 00:41, 13 November 2022

Chart from [Bos98]:
(1)   Fast decoding algorithm for RS codes.
(2)   It is therefore not the Petersen algorithm!

In the chapter  "Error Correction According to Reed-Solomon Coding"  the decoding of Reed–Solomon codes with the  "Petersen algorithm"  was treated.

  • Its advantage is that the individual steps are traceable.
  • Very much of disadvantage is however the immensely high decoding expenditure.


Already since the invention of Reed–Solomon coding in 1960,  many scientists and engineers were engaged in the development of algorithms for Reed–Solomon decoding as fast as possible,  and even today  "Algebraic Decoding"  is still a highly topical field of research.

In this exercise,  some related concepts will be explained.  A detailed explanation of these procedures has been omitted in our  "$\rm LNTwww $".



Hints:

  • The diagram shows the flowchart of one of the most popular methods for decoding Reed–Solomon codes.  Which algorithm is mentioned in the sample solution to this exercise.
  • The graphic was taken from the reference book [Bos98]:   "Bossert, M.: Kanalcodierung. Stuttgart: B. G. Teubner, 1998".  We thank the author Martin Bossert for the permission to use the graphic.


Questions

1

For which codes is syndrome decoding used? For

binary block codes,
Reed–Solomon codes,
convolutional codes.

2

What is most complex in the Petersen algorithm?

Checking if there are  $($one or more$)$  errors at all,
the localization of the errors,
the determination of the error value.

3

Which terms refer to Reed–Solomon decoding?

The Berlekamp–Massey algorithm,
the BCJR algorithm,
the Euclidean algorithm,
frequency domain methods based on the DFT,
the Viterbi algorithm.


Solution

(1)  Correct is the  answer 1:

  • In principle,  a syndrome decoder would also be possible with Reed–Solomon codes,  but with the large code word lengths  $n$  common here,  extremely long decoding times would result.
  • For convolutional codes  (these work serially)  syndrome decoding makes no sense at all.


(2)  As can be seen from the discussion in the theory section,  error localization involves by far the greatest effort   ⇒   Answer 2.


(3)  Correct  answers 1, 3, and 4:

  • The graphic in the information section shows the Berlekamp–Massey algorithm  $\rm (BMA)$.
  • The explanation of this figure can be found in the reference book [Bos98]: "Bossert, M.: Kanalcodierung. Stuttgart: B. G. Teubner, 1998" from page 73.