Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 2.16: Bounded Distance Decoding: Decision Regions"

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{{quiz-Header|Buchseite=Kanalcodierung/Fehlerwahrscheinlichkeit und Anwendungsgebiete}}
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{{quiz-Header|Buchseite=Channel_Coding/Error_Probability_and_Areas_of_Application}}
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[[File:EN_KC_A_2_16.png|right|frame|Two coding space schemes]]
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We assume a block code of length  $n$  with symbols  $c_i ∈ {\rm GF}(2^m)$  that can correct up to  $t$  symbols. 
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*Each possible received word  $\underline{y}_i$  can then be viewed as a point in a high-dimensional space.
  
[[File: P_ID2583__KC_A_2_16neu.png|right|frame|Zwei unterschiedliche Codierraumschemata|]]
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*Assuming the basis  ${\rm GF}(2) = \{0, \, 1\}$  the dimension is  $n \cdot m$.
Wir gehen von einem Blockcode der Länge $n$ mit Symbolen $c_i ∈ {\rm GF}(2^m)$ aus, der bis zu $t$ Symbole korrigieren kann. Jedes mögliche Empfangswort $\underline{y}_i$ kann dann als ein Punkt in einem hochdimensionalen Raum angesehen werden. Geht man von der Basis ${\rm GF}(2) = \{0, \, 1\}$ aus, so beträgt die Dimension $n \cdot m$.
 
  
Die Grafik zeigt einen solchen Raum in stark vereinfachender 2D–Darstellung. Die Abbildung ist wie folgt zu interpretieren:
 
* Gesendet wurde der rote Punkt $\underline{c}_j$. Alle rot umrandeten Punkte $\underline{y}_i$ in einer Hyperkugel um diesen Punkt $\underline{c}_j$ mit dem Parameter $t$ als Radius können korrigiert werden. Mit der Nomenklatur gemäß der [[Kanalcodierung/Fehlerwahrscheinlichkeit_und_Anwendungsgebiete#Blockfehlerwahrscheinlichkeit_f.C3.BCr_RSC_und_BDD|Grafik]] im Theorieteil gilt dann $\underline{z}_i = \underline{c}_j$  ⇒  „Die Fehlerkorrektur ist erfolgreich”.
 
  
* Bei sehr vielen Symbolfehlern kann $\underline{c}_j$ in einen blauen (oder weißblauen) Punkt $\underline{y}_j$ verfälscht werden, der zur Hyperkugel eines anderen Codewortes $\underline{c}_{k ≠ j}$ gehört. In diesem Fall trifft der Decoder eine falsche Entscheidung  ⇒  „Das Empfangswort $\underline{y}_j$ wird falsch decodiert”.
+
The diagram shows such spaces in  schematic two-dimensional representation.  The illustration is to be interpreted as follows:
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# The red dot&nbsp; $\underline{c}_j$&nbsp; was sent.&nbsp; All red outlined points&nbsp; $\underline{y}_i$&nbsp; in a hypersphere around this point&nbsp; $\underline{c}_j$&nbsp; with the parameter&nbsp; $t$&nbsp; as radius can be corrected.&nbsp; Using the nomenclature according to the&nbsp; [[Channel_Coding/Error_Probability_and_Areas_of_Application#Block_error_probability_for_RSC_and_BDD|$\rm graph$]]&nbsp; in the theory section,&nbsp; then&nbsp; $\underline{z}_i = \underline{c}_j$ &nbsp; <br>&#8658; &nbsp; "Error correction is successful".
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# For very many symbol errors,&nbsp; $\underline{c}_j$&nbsp; may be falsified into a blue&nbsp; $($or white-blue$)$&nbsp; dot&nbsp; $\underline{y}_j$&nbsp; belonging to the hypersphere of another code word&nbsp; $\underline{c}_{k &ne; j}$.&nbsp; In this case the decoder makes a wrong decision &nbsp; <br>&#8658; &nbsp; "The received word&nbsp; $\underline{y}_j$&nbsp; is decoded incorrectly".
 +
# Finally,&nbsp; as in the sketch below,&nbsp; there may be yellow dots that do not belong to any hypersphere &nbsp; <br>&#8658; &nbsp; "The received word&nbsp; $\underline{y}_j$&nbsp; is not decodable".
  
* Schließlich kann es wie in der unteren Skizze auch noch gelbe Punkte geben, die zu keiner Hyperkugel gehören &nbsp;&#8658;&nbsp; &bdquo;Das Empfangswort $\underline{y}_j$ ist nicht decodierbar&rdquo;.
 
  
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In this exercise you are to decide which of the two code space schemes is suitable for describing
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* [[Channel_Coding/Examples_of_Binary_Block_Codes#Hamming_Codes|"Bounded Distance Decoding  of Hamming codes"]],&nbsp; resp.
  
In dieser Aufgabe sollen Sie entscheiden, welches der beiden Coderaumschemata geeignet ist zur Beschreibung der
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* [[Channel_Coding/Error_Probability_and_Areas_of_Application#Block_error_probability_for_RSC_and_BDD|"Bounded Distance Decoding by Reed&ndash;Solomon codes"]].
* [[Kanalcodierung/Beispiele_bin%C3%A4rer_Blockcodes#Hamming.E2.80.93Codes|BDD&ndash;Decodierung von Hamming&ndash;Codes]] bzw.
 
* [[Kanalcodierung/Fehlerwahrscheinlichkeit_und_Anwendungsgebiete#Blockfehlerwahrscheinlichkeit_f.C3.BCr_RSC_und_BDD|BDD&ndash;Decodierung von Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes]].
 
  
  
''Hinweis:''
 
* Die Aufgabe ergänzt die Thematik des Kapitels [[Kanalcodierung/Fehlerwahrscheinlichkeit_und_Anwendungsgebiete|Fehlerwahrscheinlichkeit und Anwendungsgebiete]] und soll signifikante Unterschiede bei der Decodierung von Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes und Hamming&ndash;Codes verdeutlichen.
 
  
  
  
===Fragebogen===
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<u>Hints:</u>
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* The exercise complements the topic of the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/Error_Probability_and_Areas_of_Application|"Error Probability and Application Areas"]].
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* It is intended to illustrate significant differences in decoding Reed&ndash;Solomon codes and Hamming codes.
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 +
 
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===Questions===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welches Codierraumschema trifft für die Hamming&ndash;Codes zu?
+
{Which coding space scheme applies to the Hamming codes?
 
|type="()"}
 
|type="()"}
+ Codierraumschema <b>A</b>,
+
+ Coding space scheme &nbsp;$\rm A$,
- Codierraumschema <b>B</b>.
+
- Coding space scheme &nbsp;$\rm B$.
  
{Welche Aussage gilt für die Wahrscheinlichkeit, dass bei Hamming&ndash;Codierung ein Empfangswort $\underline{y}$ nicht decodiert werden kann?
+
{Which statement is true for the probability that a received word&nbsp; $\underline{y}$&nbsp; cannot be decoded with Hamming coding?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Die Wahrscheinlichkeit ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \ ist \ nicht \ decodierbar)$ ist exakt $0$.
+
+ The probability&nbsp; ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$&nbsp; is exactly zero.
- ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \ ist \ nicht \ decodierbar)$ ist ungleich $0$, aber vernachlässigbar.  
+
- ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$&nbsp; is nonzero,&nbsp; but negligible.  
- Es gilt ${\rm Pr}(\underline{y} {\rm \ ist \ nicht \ decodierbar}) > {\rm Pr}(\underline{y} \rm \ wird \ falsch \ decodiert)$.
+
- It holds &nbsp; ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable) > {\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} incorrectly \hspace{0.15cm} decoded)$.
  
{Welches Codierraumschema trifft für die Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes zu?
+
{Which coding space scheme applies to the Reed&ndash;Solomon codes?
 
|type="()"}
 
|type="()"}
- Codierraumschema <b>A</b>,
+
- Coding space scheme &nbsp;$\rm A$,
+ Codierraumschema <b>B</b>.
+
+ Coding space scheme &nbsp;$\rm B$.
  
{Welche Aussage gilt für die Wahrscheinlichkeit, dass ein Empfangswort $\underline{y}$ nach Reed&ndash;Solomon&ndash;Codierung nicht decodiert werden kann?
+
{Which statement applies to the probability that a received word&nbsp; $\underline{y}$&nbsp; cannot be decoded after Reed&ndash;Solomon coding?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Die Wahrscheinlichkeit ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \ ist \ nicht \ decodierbar)$ ist exakt $0$.
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- The probability &nbsp; ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$ &nbsp; is exactly zero.
- ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \ ist \ nicht \ decodierbar)$ ist ungleich $0$, aber vernachlässigbar.  
+
- ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$&nbsp; is nonzero,&nbsp; but negligible.  
+ Es gilt ${\rm Pr}(\underline{y} {\rm \ ist \ nicht \ decodierbar}) > {\rm Pr}(\underline{y} \rm \ wird \ falsch \ decodiert)$.
+
+ It holds &nbsp; ${\rm Pr}(\underline{y} {\rm \ is \ not \ decodable}) > {\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} incorrectly \hspace{0.15cm} decoded)$.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Das Codierraumschema <b>A</b> beschreibt einen perfekten Code. Da jeder Hamming&ndash;Code $(n, \, k, \, 3)$ ein perfekter Code ist, gilt <u>Antwort 1</u>. Bei diesen gibt es insgesamt $2^n$ mögliche Empfangsworte $\underline{y}_i$, die bei der Syndromdecodierung einem von $2^k$ möglichen Codeworten $\underline{c}_j$ zugeordnet werden. Aufgrund der HC&ndash;Eigenschaft $d_{\rm min} = 3$ haben alle Kugeln im $n$&ndash;dimensionalen Raum den Radius $t = 1$. In allen Kugeln gibt es somit $2^{n-k}$ Punkte, zum Beispiel
+
'''(1)'''&nbsp; Correct is&nbsp; <u>solution 1</u>,&nbsp; since the coding space scheme &nbsp;$\rm A$&nbsp; describes a perfect code and each Hamming code&nbsp; $(n, \, k, \, 3)$&nbsp; is a perfect code:
* <span style="color: rgb(204, 0, 0);"><b>HC (7, 4, 3)</b></span>: Einen Punkt für die fehlerfreie Übertragung und sieben Punkte für einen Bitfehler &nbsp;&#8658;&nbsp; $1 + 7 = 8 = 2^3 = 2^{7-4}$.
+
*For any Hamming code&nbsp; $(n, \, k, \, 3)$,&nbsp; there are a total of&nbsp; $2^n$&nbsp; possible received words&nbsp; $\underline{y}_i$,&nbsp; which are assigned to one of&nbsp; $2^k$&nbsp; possible code words&nbsp; $\underline{c}_j$&nbsp; during syndrome decoding.
* <span style="color: rgb(204, 0, 0);"><b>HC (15, 11, 3)</b></span>: Auch hier wieder einen Punkt für die fehlerfreie Übertragung und nun 15 Punkte für einen Bitfehler &nbsp;&#8658;&nbsp; $1 + 15 = 16 = 2^4 = 2^{15-11}$.
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*Because of the Hamming code property&nbsp; $d_{\rm min} = 3$,&nbsp; all spheres in the&nbsp; $n$&ndash;dimensional space have radius&nbsp; $t = 1$.&nbsp; Thus in all spheres there are&nbsp; $2^{n-k}$ points.
  
 +
:* $\text{HC (7, 4, 3)}$: &nbsp; One point for error-free transmission and seven points for one bit error &nbsp; &#8658; &nbsp; $1 + 7 = 8 = 2^3 = 2^{7-4}$.
 +
:* $\text{HC (15, 11, 3)}$: &nbsp; One point for error-free transmission and now fifteen points for one bit error &nbsp; &#8658; &nbsp; $1 + 15 = 16 = 2^4 = 2^{15-11}$.
  
''Hinweis:'' Da der Hamming&ndash;Code ein Binärcode ist, hat hier der Coderaum die Dimension $n$.
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<u>Note:</u> &nbsp; Since the Hamming code is a binary code,&nbsp; here the code space has the dimension&nbsp; $n$.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig ist <u>Antwort 1</u>. Im grauen Bereich außerhalb von &bdquo;Kugeln&rdquo; gibt es bei einem perfekten Code keinen einzigen Punkt, wie die Rechnung zur Teilaufgabe (1) gezeigt hat.
 
  
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'''(2)'''&nbsp; Correct is&nbsp; <u>answer 1</u>:
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*In the gray area outside&nbsp; "spheres"&nbsp; there is not a single point in a perfect code.
  
'''(3)'''&nbsp; Die Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes werden durch das Codierraumschema <b>B</b> beschrieben &nbsp;&#8658;&nbsp; <u>Antwort 2</u>. Hier gibt es zahlreiche gelbe Punkte im grauen Bereich, also Punkte die bei <i>Bounded Distance Decoding</i> (BDD) keiner Kugel zugeordnet werden können.
+
*This was also shown in the calculation for subtask&nbsp; '''(1)'''.  
  
Betrachten wir beispielweise den $\rm RSC \, (7, \, 3, \, 5)_8$ mit den Codeparametern $n = 7, \, k = 3$ und $t = 2$, so gibt es hier insgesamt $8^7 = 2097152$ Punkte und $8^3 = 512$ Hyperkugeln. Wäre dieser Code perfekt, so müsste es also innerhalb jeder Kugel $8^4 = 4096$ Punkte geben. Es gilt aber:
+
 
:$${\rm Pr(\underline{\it y}_{\it i} \hspace{0.15cm}liegt\hspace{0.15cm} innerhalb\hspace{0.15cm} der\hspace{0.15cm} roten\hspace{0.15cm} Kugel)}  
+
 
= {\rm Pr}(f \le t) =$$
+
'''(3)'''&nbsp; The Reed&ndash;Solomon codes are described by the coding space scheme &nbsp;$\rm B$&nbsp; &nbsp; &#8658; &nbsp; <u>Answer 2</u>.
:$$= {\rm Pr}(f = 0)+ {\rm Pr}(f = 1)+{\rm Pr}(f = 2) =1 + {7 \choose 1} \cdot 7 + {7 \choose 2} \cdot 7^2 = 1079  
+
*Here there are numerous yellow points in the gray area,&nbsp; i.e. points that cannot be assigned to any sphere in&nbsp; "Bounded Distance Decoding".
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 +
*For example,&nbsp; if we consider the &nbsp; $\rm RSC \, (7, \, 3, \, 5)_8$ &nbsp; with code parameters&nbsp; $n = 7, \, k = 3$,&nbsp; and&nbsp; $t = 2$,&nbsp; there are a total of&nbsp; $8^7 = 2097152$&nbsp; points and&nbsp; $8^3 = 512$&nbsp; hyperspheres here.  
 +
 
 +
*If this code were perfect,&nbsp; then there should be&nbsp; $8^4 = 4096$&nbsp; points within each sphere.&nbsp; However,&nbsp; it holds:
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:$${\rm Pr}(\underline{\it y}_{\it i} {\rm \hspace{0.1cm}lies\hspace{0.1cm} within\hspace{0.1cm} the\hspace{0.1cm} red\hspace{0.1cm} sphere)}  
 +
= {\rm Pr}(f \le t) = {\rm Pr}(f = 0)+ {\rm Pr}(f = 1)+{\rm Pr}(f = 2) =1 + {7 \choose 1} \cdot 7 + {7 \choose 2} \cdot 7^2 = 1079  
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
  
Für ${\rm Pr}(f = 1)$ ist berücksichtigt, dass es &bdquo;$7 \rm \ über \ 1$&rdquo; $= 7$ Fehlerpositionen geben kann, und für jede Fehlerposition auch 7 unterschiedliche Fehlerwerte. Entsprechendes ist auch für ${\rm Pr}(f = 2)$ berücksichtigt.
+
*For&nbsp; ${\rm Pr}(f = 1)$&nbsp; it is considered that there can be&nbsp; "$7 \rm \ over \ 1$" $= 7$&nbsp; error positions,&nbsp; and for each error position also seven different error values.&nbsp; The same is considered for&nbsp; ${\rm Pr}(f = 2)$.
  
  
'''(4)'''&nbsp; Richtig ist hier die <u>Antwort 3</u>. Ein Punkt im grauen Niemandsland wird mit weniger Symbolfehlern erreicht als ein Punkt in einer anderen Hyperkugel. Für lange Codes wird in der Literatur eine obere Schranke für die Verfälschungswahrscheinlichkeit angegeben:
+
 
:$${\rm Pr(\underline{\it y}_{\it i} \hspace{0.15cm}wird\hspace{0.15cm} falsch\hspace{0.15cm} decodiert)}
+
'''(4)'''&nbsp; Correct is&nbsp; <u>answer 3</u>:
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*A point in gray no-man's land is reached with fewer symbol errors than a point in another hypersphere.
 +
 +
*For long codes,&nbsp; an upper bound on the error probability is given in the literature:
 +
 
 +
:$${\rm Pr}(\underline{y} {\rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} incorrectly \hspace{0.15cm} decoded})  
 
= {\rm Pr}(\underline{z} \ne \underline{c}) \le \frac{1}{t\hspace{0.05cm}!}
 
= {\rm Pr}(\underline{z} \ne \underline{c}) \le \frac{1}{t\hspace{0.05cm}!}
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
\hspace{0.05cm}.$$
 
+
*For the ${\rm RSC} \, (225, \, 223, \, 33)_{256} \ \Rightarrow \ t = 16$ &nbsp; &rArr; &nbsp; this upper bound yields the value&nbsp; $1/(16!) < 10^{-14}$.
Für den $\rm RSC \, (225, \, 223, \, 33)_{256} \ \Rightarrow \ t = 16$ liefert diese obere Schranke den Wert $1/(16!) < 10^{-14}$.
 
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
  
[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^2.6 RSC&ndash;Fehlerwahrscheinlichkeit^]]
+
[[Category:Channel Coding: Exercises|^2.6 Block Error Probability of RS Codes^]]

Latest revision as of 16:31, 23 January 2023

Two coding space schemes

We assume a block code of length  $n$  with symbols  $c_i ∈ {\rm GF}(2^m)$  that can correct up to  $t$  symbols. 

  • Each possible received word  $\underline{y}_i$  can then be viewed as a point in a high-dimensional space.
  • Assuming the basis  ${\rm GF}(2) = \{0, \, 1\}$  the dimension is  $n \cdot m$.


The diagram shows such spaces in schematic two-dimensional representation.  The illustration is to be interpreted as follows:

  1. The red dot  $\underline{c}_j$  was sent.  All red outlined points  $\underline{y}_i$  in a hypersphere around this point  $\underline{c}_j$  with the parameter  $t$  as radius can be corrected.  Using the nomenclature according to the  $\rm graph$  in the theory section,  then  $\underline{z}_i = \underline{c}_j$  
    ⇒   "Error correction is successful".
  2. For very many symbol errors,  $\underline{c}_j$  may be falsified into a blue  $($or white-blue$)$  dot  $\underline{y}_j$  belonging to the hypersphere of another code word  $\underline{c}_{k ≠ j}$.  In this case the decoder makes a wrong decision  
    ⇒   "The received word  $\underline{y}_j$  is decoded incorrectly".
  3. Finally,  as in the sketch below,  there may be yellow dots that do not belong to any hypersphere  
    ⇒   "The received word  $\underline{y}_j$  is not decodable".


In this exercise you are to decide which of the two code space schemes is suitable for describing



Hints:

  • It is intended to illustrate significant differences in decoding Reed–Solomon codes and Hamming codes.


Questions

1

Which coding space scheme applies to the Hamming codes?

Coding space scheme  $\rm A$,
Coding space scheme  $\rm B$.

2

Which statement is true for the probability that a received word  $\underline{y}$  cannot be decoded with Hamming coding?

The probability  ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$  is exactly zero.
${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$  is nonzero,  but negligible.
It holds   ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable) > {\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} incorrectly \hspace{0.15cm} decoded)$.

3

Which coding space scheme applies to the Reed–Solomon codes?

Coding space scheme  $\rm A$,
Coding space scheme  $\rm B$.

4

Which statement applies to the probability that a received word  $\underline{y}$  cannot be decoded after Reed–Solomon coding?

The probability   ${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$   is exactly zero.
${\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} not \hspace{0.15cm} decodable)$  is nonzero,  but negligible.
It holds   ${\rm Pr}(\underline{y} {\rm \ is \ not \ decodable}) > {\rm Pr}(\underline{y} \rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} incorrectly \hspace{0.15cm} decoded)$.


Solution

(1)  Correct is  solution 1,  since the coding space scheme  $\rm A$  describes a perfect code and each Hamming code  $(n, \, k, \, 3)$  is a perfect code:

  • For any Hamming code  $(n, \, k, \, 3)$,  there are a total of  $2^n$  possible received words  $\underline{y}_i$,  which are assigned to one of  $2^k$  possible code words  $\underline{c}_j$  during syndrome decoding.
  • Because of the Hamming code property  $d_{\rm min} = 3$,  all spheres in the  $n$–dimensional space have radius  $t = 1$.  Thus in all spheres there are  $2^{n-k}$ points.
  • $\text{HC (7, 4, 3)}$:   One point for error-free transmission and seven points for one bit error   ⇒   $1 + 7 = 8 = 2^3 = 2^{7-4}$.
  • $\text{HC (15, 11, 3)}$:   One point for error-free transmission and now fifteen points for one bit error   ⇒   $1 + 15 = 16 = 2^4 = 2^{15-11}$.

Note:   Since the Hamming code is a binary code,  here the code space has the dimension  $n$.


(2)  Correct is  answer 1:

  • In the gray area outside  "spheres"  there is not a single point in a perfect code.
  • This was also shown in the calculation for subtask  (1).


(3)  The Reed–Solomon codes are described by the coding space scheme  $\rm B$    ⇒   Answer 2.

  • Here there are numerous yellow points in the gray area,  i.e. points that cannot be assigned to any sphere in  "Bounded Distance Decoding".
  • For example,  if we consider the   $\rm RSC \, (7, \, 3, \, 5)_8$   with code parameters  $n = 7, \, k = 3$,  and  $t = 2$,  there are a total of  $8^7 = 2097152$  points and  $8^3 = 512$  hyperspheres here.
  • If this code were perfect,  then there should be  $8^4 = 4096$  points within each sphere.  However,  it holds:
$${\rm Pr}(\underline{\it y}_{\it i} {\rm \hspace{0.1cm}lies\hspace{0.1cm} within\hspace{0.1cm} the\hspace{0.1cm} red\hspace{0.1cm} sphere)} = {\rm Pr}(f \le t) = {\rm Pr}(f = 0)+ {\rm Pr}(f = 1)+{\rm Pr}(f = 2) =1 + {7 \choose 1} \cdot 7 + {7 \choose 2} \cdot 7^2 = 1079 \hspace{0.05cm}.$$
  • For  ${\rm Pr}(f = 1)$  it is considered that there can be  "$7 \rm \ over \ 1$" $= 7$  error positions,  and for each error position also seven different error values.  The same is considered for  ${\rm Pr}(f = 2)$.


(4)  Correct is  answer 3:

  • A point in gray no-man's land is reached with fewer symbol errors than a point in another hypersphere.
  • For long codes,  an upper bound on the error probability is given in the literature:
$${\rm Pr}(\underline{y} {\rm \hspace{0.15cm} is \hspace{0.15cm} incorrectly \hspace{0.15cm} decoded}) = {\rm Pr}(\underline{z} \ne \underline{c}) \le \frac{1}{t\hspace{0.05cm}!} \hspace{0.05cm}.$$
  • For the ${\rm RSC} \, (225, \, 223, \, 33)_{256} \ \Rightarrow \ t = 16$   ⇒   this upper bound yields the value  $1/(16!) < 10^{-14}$.