Difference between revisions of "Channel Coding/Some Basics of Algebra"

From LNTwww
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== Examples and Properties of Galois fields ==
+
== Examples and properties of Galois fields ==
 
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<br>
Wir überprüfen zunächst, ob für die binäre Zahlenmenge&nbsp; $Z_2 = \{0, 1\}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; $q=2$&nbsp; (gültig für den einfachen Binärcode) die auf der letzten Seite genannten acht Kriterien erfüllt werden, so dass man tatsächlich von "${\rm GF}(2)$" sprechen kann. Sie sehen nachfolgend die Additions&ndash; und Multiplikationstabelle:
+
We first check that for the binary number set&nbsp; $Z_2 = \{0, 1\}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; $q=2$&nbsp; (valid for the simple binary code) the eight criteria mentioned on the last page are met, so that we can indeed speak of "${\rm GF}(2)$". You can see the addition&ndash; and multiplication table below:
  
 
:$$Z_2 = \{0, 1\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition:      }  
 
:$$Z_2 = \{0, 1\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition:      }  
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                                                           0 & 0 & 1  \\  
 
                                                           0 & 0 & 1  \\  
 
                                                           1 & 1 & 0   
 
                                                           1 & 1 & 0   
\end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplikation:      }  
+
\end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplication:      }  
 
\left[ \begin{array}{c|cccccc} \cdot & 0 & 1 \\ \hline  
 
\left[ \begin{array}{c|cccccc} \cdot & 0 & 1 \\ \hline  
 
                                                           0 & 0 & 0  \\
 
                                                           0 & 0 & 0  \\
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$$
 
$$
  
Man erkennt aus dieser Darstellung:
+
One can see from this representation:
*Jedes Element der Additions&ndash; und der Multiplikationstabelle von&nbsp; $Z_2$&nbsp; ist wieder&nbsp; $z_0 = 0$&nbsp; oder&nbsp; $z_0 = 1$ &nbsp; &#8658; &nbsp; das Kriterium&nbsp; $\rm (A)$&nbsp; ist erfüllt.<br>
+
*Each element of the addition&ndash; and multiplication table of&nbsp; $Z_2$&nbsp; is again&nbsp; $z_0 = 0$&nbsp; or&nbsp; $z_0 = 1$ &nbsp; &#8658; &nbsp; the criterion&nbsp; $\rm (A)$&nbsp; is satisfied.<br>
  
*Die Menge&nbsp; $Z_2$&nbsp; enthält das Nullelement&nbsp; $(\hspace{-0.05cm}N_{\rm A} = z_0 = 0)$&nbsp; und das Einselement  $(\hspace{-0.05cm}N_{\rm M} = z_1 = 1)$ &nbsp; &#8658; &nbsp; die Kriterien&nbsp; $\rm (B)$&nbsp; und&nbsp; $\rm (C)$&nbsp; sind erfüllt.<br>
+
*The set&nbsp; $Z_2$&nbsp; contains the zero element&nbsp; $(\hspace{-0.05cm}N_{\rm A} = z_0 = 0)$&nbsp; and the one element $(\hspace{-0.05cm}N_{\rm M} = z_1 = 1)$&nbsp; &#8658; &nbsp; the criteria&nbsp; $\rm (B)$&nbsp; and&nbsp; $\rm (C)$&nbsp; are satisfied.<br>
  
*Die additiven Inversen&nbsp; ${\rm Inv_A}(0) = 0$&nbsp; und&nbsp; ${\rm Inv_A}(1) = -1 \ {\rm mod}\  2 = 1$&nbsp; existieren und gehören zu&nbsp; $Z_2$.  
+
*The additive inverses&nbsp; ${\rm Inv_A}(0) = 0$&nbsp; and&nbsp; ${\rm Inv_A}(1) = -1$&nbsp; exist and belong to&nbsp; $Z_2$.  
*Ebenso gibt es die multiplikative Inverse&nbsp; ${\rm Inv_M}(1) = 1$ &nbsp; &#8658; &nbsp; die Kriterien&nbsp; $\rm (D)$&nbsp; und&nbsp; $\rm (E)$&nbsp; sind erfüllt.<br>
+
*Similarly, the multiplicative inverse&nbsp; ${\rm Inv_M}(1) = 1$&nbsp; &#8658; &nbsp; criteria&nbsp; $\rm (D)$&nbsp; and&nbsp; $\rm (E)$&nbsp; are satisfied.<br>
  
*Die Gültigkeit des Kommutativgesetzes&nbsp; $\rm (F)$&nbsp; in der Menge&nbsp; $Z_2$&nbsp; erkennt man an der Symmetrie bezüglich der Tabellendiagonalen.  
+
*The validity of the commutative law&nbsp; $\rm (F)$&nbsp; in the set&nbsp; $Z_2$&nbsp; can be recognized by the symmetry with respect to the table diagonals.  
*Die Kriterien&nbsp; $\rm (G)$&nbsp; und&nbsp; $\rm (H)$&nbsp; werden hier ebenfalls erfüllt &nbsp; &#8658; &nbsp; alle acht Kriterien sind erfüllt &nbsp; &#8658; &nbsp; $Z_2 = \rm GF(2)$.<br>
+
*The criteria&nbsp; $\rm (G)$&nbsp; and&nbsp; $\rm (H)$&nbsp; are also satisfied here&nbsp; &#8658; &nbsp; all eight criteria are satisfied&nbsp; &#8658; &nbsp; $Z_2 = \rm GF(2)$.<br>
  
  
 
{{GraueBox|TEXT=   
 
{{GraueBox|TEXT=   
$\text{Beispiel 1:}$&nbsp;  Die Zahlenmenge&nbsp; $Z_3 = \{0, 1, 2\}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; $q = 3$&nbsp; erfüllt alle acht Kriterien und ist somit ein Galoisfeld&nbsp; $\rm GF(3)$:
+
$\text{Example 1:}$&nbsp;  The set of numbers&nbsp; $Z_3 = \{0, 1, 2\}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; $q = 3$&nbsp; satisfies all eight criteria and is thus a Galois field&nbsp; $\rm GF(3)$:
  
 
:$$Z_3 = \{0, 1, 2\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition:      }  
 
:$$Z_3 = \{0, 1, 2\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition:      }  
Line 120: Line 120:
 
                                                           1 & 1 & 2 & 0 \\  
 
                                                           1 & 1 & 2 & 0 \\  
 
                                                           2 & 2 & 0 & 1   
 
                                                           2 & 2 & 0 & 1   
\end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplikation:      }  
+
\end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplication:      }  
 
\left[ \begin{array}{c {{!}} cccccc} \cdot & 0 & 1  & 2\\ \hline  
 
\left[ \begin{array}{c {{!}} cccccc} \cdot & 0 & 1  & 2\\ \hline  
 
                                                           0 & 0 & 0 & 0 \\  
 
                                                           0 & 0 & 0 & 0 \\  
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{{GraueBox|TEXT=   
 
{{GraueBox|TEXT=   
$\text{Beispiel 2:}$&nbsp;  Dagegen ist die Zahlenmenge&nbsp; $Z_4 = \{0, 1, 2, 3\}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; $q = 4$&nbsp; kein Galoisfeld.  
+
$\text{Example 2:}$&nbsp;  In contrast, the set of numbers&nbsp; $Z_4 = \{0, 1, 2, 3\}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; $q = 4$&nbsp; is not a Galois field.  
*Der Grund hierfür ist, dass es hier zum Element&nbsp; $z_2 = 2$&nbsp; keine multiplikative Inverse gibt. Bei einem Galoisfeld müsste nämlich gelten: &nbsp; $2 \cdot {\rm Inv_M}(2) = 1$.
+
*The reason for this is that there is no multiplicative inverse to the element&nbsp; $z_2 = 2$&nbsp; here. For a Galois field it would have to be true: &nbsp; $2 \cdot {\rm Inv_M}(2) = 1$.
*In der Multiplikationstabelle gibt es aber in der dritten Zeile und dritten Spalte  $($jeweils gültig für den Multiplikanden&nbsp; $z_2 = 2)$&nbsp; keinen Eintrag mit "$1$".
+
*But in the multiplication table there is no entry with "$1$" in the third row and third column $($each valid for the multiplicand&nbsp; $z_2 = 2)$&nbsp;.
  
 
:$$Z_4 = \{0, 1, 2, 3\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition:      }  
 
:$$Z_4 = \{0, 1, 2, 3\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition:      }  
Line 140: Line 140:
 
                                                           2 & 2 & 3 & 0 & 1\\  
 
                                                           2 & 2 & 3 & 0 & 1\\  
 
                                                           3 & 3 & 0 & 1 & 2  
 
                                                           3 & 3 & 0 & 1 & 2  
\end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplikation:      }  
+
\end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplication:      }  
 
\left[ \begin{array}{c {{!}} cccccc} \cdot& 0 & 1  & 2 & 3\\ \hline  
 
\left[ \begin{array}{c {{!}} cccccc} \cdot& 0 & 1  & 2 & 3\\ \hline  
 
                                                           0 & 0 & 0 & 0 & 0\\  
 
                                                           0 & 0 & 0 & 0 & 0\\  
Line 151: Line 151:
  
 
{{BlaueBox|TEXT=   
 
{{BlaueBox|TEXT=   
$\text{Verallgemeinerung (vorerst ohne Beweis):}$
+
$\text{Generalization (without proof for now):}$
*Ein Galoisfeld&nbsp; ${\rm GF}(q)$&nbsp; kann in der hier beschriebenen Weise als&nbsp; [[Channel_Coding/Einige_Grundlagen_der_Algebra#Definition_und_Beispiele_eines_algebraischen_Rings| "Ring"]]&nbsp; von Integergrößen modulo&nbsp; $q$&nbsp; nur dann gebildet werden, wenn&nbsp; $q$&nbsp; eine Primzahl ist: &nbsp; <br> &nbsp; &nbsp; $q = 2$,&nbsp; $q = 3$,&nbsp; $q = 5$,&nbsp; $q = 7$,&nbsp; $q = 11$, ...<br>
+
*A Galois field&nbsp; ${\rm GF}(q)$&nbsp; can be formed in the manner described here as&nbsp; [[Channel_Coding/Some_Basics_of_Algebra#Definition_and_examples_of_an_algebraic_ring| "Ring"]]&nbsp; of integer sizes modulo&nbsp; $q$&nbsp; only if&nbsp; $q$&nbsp; is a prime number: &nbsp; <br> &nbsp; &nbsp; $q = 2$,&nbsp; $q = 3$,&nbsp; $q = 5$,&nbsp; $q = 7$,&nbsp; $q = 11$, ...<br>
  
*Kann man aber die Ordnung&nbsp; $q$&nbsp; in der Form&nbsp; $q = P^m$&nbsp; mit einer Primzahl&nbsp; $P$&nbsp; und ganzzahligem&nbsp; $m$&nbsp; ausdrücken, so lässt sich das Galoisfeld&nbsp; ${\rm GF}(q)$&nbsp; über einen&nbsp; [[Channel_Coding/Erweiterungskörper#Verallgemeinerte_Definition_eines_Erweiterungsk.C3.B6rpers|Erweiterungskörper]]&nbsp; finden.}}<br>
+
*But if the order&nbsp; $q$&nbsp; can be expressed in the form&nbsp; $q = P^m$&nbsp; with a prime&nbsp; $P$&nbsp; and integer&nbsp; $m$&nbsp;, the Galois field&nbsp; ${\rm GF}(q)$&nbsp; can be found via a&nbsp; [[Channel_Coding/Extension_Field#Generalized_Definition_of_an_Extension. C3.B6rpers|extension fields]]&nbsp; find.}}<br>
  
== Gruppe, Ring, Körper – algebraische Grundbegriffe ==
+
== Group, ring, field - basic algebraic concepts ==
 
<br>
 
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Auf den ersten Seiten sind bereits einige algebraische Grundbegriffe gefallen, ohne dass deren Bedeutungen genauer erläutert wurden. Dies soll nun in aller Kürze aus Sicht eines Nachrichtentechnikers nachgeholt werden, wobei wir uns vorwiegend auf die Darstellung in&nbsp; [Fri96]<ref name='Fri96'>Friedrichs, B.: ''Kanalcodierung – Grundlagen und Anwendungen in modernen Kommunikationssystemen.'' Berlin – Heidelberg: Springer, 1996.</ref>&nbsp; und&nbsp;  [KM+08]<ref name='KM+08'>Kötter, R.; Mayer, T.; Tüchler, M.; Schreckenbach, F.; Brauchle, J.: ''Channel Coding.'' Vorlesungsmanuskript, Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, TU München, 2008.</ref>&nbsp; beziehen. Zusammenfassend lässt sich sagen:<br>
+
On the first pages, some basic algebraic terms have already been mentioned, without their meanings having been explained in more detail. This is to be made up now in all shortness from view of a communication engineer, whereby we mainly refer to the representation in [Fri96].&nbsp; [Fri96]<ref name='Fri96'>Friedrichs, B.: ''Kanalcodierung – Grundlagen und Anwendungen in modernen Kommunikationssystemen.'' Berlin – Heidelberg: Springer, 1996.</ref>&nbsp; und&nbsp;  [KM+08]<ref name='KM+08'>Kötter, R.; Mayer, T.; Tüchler, M.; Schreckenbach, F.; Brauchle, J.: ''Channel Coding.'' Lecture manuscript, Chair of Communications Engineering, TU Munich, 2008.</ref>&nbsp;. To summarize:<br>
  
 
{{BlaueBox|TEXT=   
 
{{BlaueBox|TEXT=   
$\text{Definition:}$&nbsp;  Ein&nbsp; $\rm Galoisfeld$&nbsp; ${\rm GF}(q)$ ist ein ''Körper''&nbsp; (englisch: &nbsp;<i>Field</i>) mit einer begrenzten Anzahl&nbsp; $(q)$&nbsp; an Elementen &nbsp; &#8658; &nbsp; <i>endlicher Körper</i>. Jeder Körper ist wieder ein Sonderfall eines ''Rings''&nbsp; (gleichlautende englische Bezeichnung), der sich selbst wieder als Spezialfall einer ''Abelschen Gruppe''&nbsp; (englisch: &nbsp;<i>Abelian Group</i>) darstellen lässt.}}<br>
+
$\text{Definition:}$&nbsp;  A&nbsp; $\rm Galois field$&nbsp; ${\rm GF}(q)$ is a ''field'' with a finite number&nbsp; $(q)$&nbsp; of elements &nbsp; &#8658; &nbsp; <i>finite field</i>. Each field is again a special case of a ''ring'', which itself can be represented again as a special case of an ''Abelian group''.}}<br>
  
[[File:EN_KC_T_2_1_S2.png|right|frame|Algebraische Zusammenhänge zwischen Gruppe, Ring und Körper|class=fit]]
+
[[File:EN_KC_T_2_1_S2.png|right|frame|Algebraic relations between group, ring and field|class=fit]]
Die Grafik verdeutlicht schrittweise, wie sich aus einer Menge durch Definition von Additition, Multiplikation und Division innerhalb dieser Menge&nbsp; $\mathcal{M}$&nbsp; folgende untergeordnete Mengen ergeben:
+
The diagram illustrates step by step how the following subordinate sets arise from a set by definition of addition, multiplication and division within this set&nbsp; $\mathcal{M}$&nbsp; :
*Abelsche Gruppe&nbsp; $\mathcal{G}$&nbsp;  (englisch: &nbsp;<i>Field</i>&nbsp;) ,  
+
*Abelian group&nbsp; $\mathcal{G}$ ,  
*Ring&nbsp; $\mathcal{R}$,  
+
*ring&nbsp; $\mathcal{R}$,  
*Körper&nbsp; $\mathcal{K}$&nbsp;  (englisch: &nbsp;<i>Field</i> $\mathcal{F}$),
+
*field&nbsp; $\mathcal{F}$,
*endlicher Körper&nbsp; $\mathcal{F}_q$&nbsp; oder Galoisfeld&nbsp; ${\rm GF}(q)$.
+
*finite field&nbsp; $\mathcal{F}_q$&nbsp; or Galois field&nbsp; ${\rm GF}(q)$.
  
  
Auf den beiden nächsten Seiten werden die hier genannten algebraischen Begriffe genauer behandelt.  
+
On the next two pages, the algebraic terms mentioned here will be discussed in more detail.  
*Zum Verstehen der Reed&ndash;Solomon&ndash;Codes sind diese Kenntnisse allerdings nicht unbedingt erforderlich.  
+
*For understanding the Reed&ndash;Solomon codes, however, this knowledge is not absolutely necessary.  
*Sie könnten also direkt zum Kapitel&nbsp; [[Channel_Coding/Erweiterungskörper| Erweiterungskörper]]&nbsp; springen.<br>  
+
*So you could jump directly to the chapter&nbsp; [[Channel_Coding/Extension_Field| extension fields]]&nbsp;.<br>  
  
  
== Definition und  Beispiele einer algebraischen Gruppe ==
+
== Definition and examples of an algebraic group ==
 
<br>
 
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Für die allgemeinen Definitionen von Gruppe (und später Ring) gehen wir von einer Menge mit unendlich vielen Elementen aus:
+
For the general definitions of group (and later ring) we assume a set with infinitely many elements:
  
 
::<math>\mathcal{M} = \{\hspace{0.1cm}z_1,\hspace{0.1cm} z_2,\hspace{0.1cm} z_3 ,\hspace{0.1cm}\text{ ...} \hspace{0.1cm}\}\hspace{0.05cm}. </math>
 
::<math>\mathcal{M} = \{\hspace{0.1cm}z_1,\hspace{0.1cm} z_2,\hspace{0.1cm} z_3 ,\hspace{0.1cm}\text{ ...} \hspace{0.1cm}\}\hspace{0.05cm}. </math>
  
 
{{BlaueBox|TEXT=   
 
{{BlaueBox|TEXT=   
$\text{Definition:}$&nbsp;  Eine&nbsp; $\text{algebraische Gruppe}$&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$&nbsp; ist eine (beliebige) Teilmenge&nbsp; $\mathcal{G} &#8834; \mathcal{M}$&nbsp; zusammen mit einer zwischen allen Elementen definierten additiven Verknüpfung ("$+$"), allerdings nur dann, wenn die folgenden Eigenschaften zwingend erfüllt sind:
+
$\text{Definition:}$&nbsp;  A&nbsp; $\text{algebraic group}$&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$&nbsp; is an (arbitrary) subset&nbsp; $\mathcal{G} &#8834; \mathcal{M}$&nbsp; together with an additive linkage ("$+$") defined between all elements, but only if the following properties are necessarily satisfied:
*Für alle&nbsp; $z_i, z_j &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; gilt&nbsp; $(z_i + z_j) &#8712; \mathcal{G}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; <i>Closure</i>&ndash;Kriterium für&nbsp; "$+$".<br>
+
*For all&nbsp; $z_i, z_j &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; holds&nbsp; $(z_i + z_j) &#8712; \mathcal{G}$ &nbsp; &#8658; &nbsp; <i>Closure</i>&ndash;criterion for&nbsp; "$+$".<br>
*Es gibt stets ein hinsichtlich der Addition neutrales Element&nbsp; $N_{\rm A} &#8712; \mathcal{G}$, so dass für alle&nbsp; $z_i &#8712; \mathcal{G}$ gilt: &nbsp; $z_i +N_{\rm A} = z_i$. Bei einer Zahlengruppe ist&nbsp; $N_{\rm A} \equiv 0$.<br>
+
*There is always an element neutral with respect to addition&nbsp; $N_{\rm A} &#8712; \mathcal{G}$, so that for all&nbsp; $z_i &#8712; \mathcal{G}$ holds: &nbsp; $z_i +N_{\rm A} = z_i$. Given a group of numbers,&nbsp; $N_{\rm A} \equiv 0$.<br>
  
*Für alle&nbsp; $z_i &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; gibt es zudem ein hinsichtlich der Addition inverses Element&nbsp; ${\rm Inv_A}(z_i) &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; mit der Eigenschaft&nbsp; $z_i + {\rm Inv_A}(z_i)= N_{\rm A} $. <br>Bei einer Zahlengruppe ist&nbsp; ${\rm Inv_A}(z_i) =- z_i$.<br>
+
*For all&nbsp; $z_i &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; there is also an element inverse with respect to addition&nbsp; ${\rm Inv_A}(z_i) &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; with property&nbsp; $z_i + {\rm Inv_A}(z_i)= N_{\rm A} $. <br>For a group of numbers&nbsp; ${\rm Inv_A}(z_i) =- z_i$.<br>
  
*Für alle&nbsp; $z_i, z_j, z_k &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; gilt:&nbsp; $z_i + (z_j + z_k)= (z_i + z_j) + z_k$ &nbsp; &#8658; &nbsp; ''Assoziativgesetz''&nbsp; für&nbsp; "$+$".<br><br>
+
*For all&nbsp; $z_i, z_j, z_k &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; holds:&nbsp; $z_i + (z_j + z_k)= (z_i + z_j) + z_k$ &nbsp; &#8658; &nbsp; ''Associative law''&nbsp; for&nbsp; "$+$".<br><br>
  
Wird zusätzlich für alle&nbsp; $z_i, z_j &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; das ''Kommutativgesetz''&nbsp; $z_i + z_j= z_j + z_i$&nbsp; erfüllt, so spricht man von einer ''kommutativen Gruppe''&nbsp; oder einer ''Abelschen Gruppe'', benannt nach dem norwegischen Mathematiker&nbsp; [https://de.wikipedia.org/wiki/Niels_Henrik_Abel Niels Hendrik Abel].}}<br>
+
If in addition for all&nbsp; $z_i, z_j &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; the ''commutative law''&nbsp; $z_i + z_j= z_j + z_i$&nbsp; is satisfied, one speaks of a ''commutative group''&nbsp; or an ''Abelian group'', named after the Norwegian mathematician&nbsp; [https://en.wikipedia.org/wiki/Niels_Henrik_Abel Niels Hendrik Abel].}}<br>
  
 
{{GraueBox|TEXT=   
 
{{GraueBox|TEXT=   
$\text{Beispiele für algebraische Gruppen:}$
+
$\text{Examples of algebraic groups:}$
  
'''(1)'''&nbsp; Die <i>Menge der rationalen Zahlen</i> ist definiert als die Menge aller Quotienten&nbsp; $I/J$&nbsp; mit ganzen Zahlen&nbsp; $I$&nbsp; und&nbsp; $J &ne; 0$.  
+
'''(1)'''&nbsp; The <i>set of rational numbers</i> is defined as the set of all quotients&nbsp; $I/J$&nbsp; with integers&nbsp; $I$&nbsp; and&nbsp; $J &ne; 0$.  
:Diese Menge ist eine Gruppe&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$&nbsp; hinsichtlich der Addition, da
+
:This set is a group&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$&nbsp; with respect to addition, since
:*für alle&nbsp; $a &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; und&nbsp; $b &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; auch die Summe&nbsp; $a+b$&nbsp; wieder zu&nbsp; $\mathcal{G}$&nbsp; gehört,<br>
+
:*for all&nbsp; $a &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; and&nbsp; $b &#8712; \mathcal{G}$&nbsp; also the sum&nbsp; $a+b$&nbsp; belongs again to&nbsp; $\mathcal{G}$&nbsp;,<br>
:*das Assozitativgesetz gilt,<br>
+
:*the associative law applies,<br>
:*mit&nbsp; $ N_{\rm A} = 0$&nbsp; das neutrale Element der Addition in&nbsp; $\mathcal{G}$&nbsp; enthalten ist, und<br>
+
:*with&nbsp; $ N_{\rm A} = 0$&nbsp; the neutral element of the addition is contained in&nbsp; $\mathcal{G}$&nbsp; and<br>
:*es für jedes&nbsp; $a$&nbsp; die additive Inverse&nbsp; ${\rm Inv_A}(a) = -a$&nbsp; existiert.<br>
+
:*it exists for each&nbsp; $a$&nbsp; the additive inverse&nbsp; ${\rm Inv_A}(a) = -a$&nbsp;.<br>
:Da zudem das Kommutativgesetz erfüllt ist, handelt es sich um eine <i>Abelsche Gruppe</i>.<br>
+
:Since moreover the commutative law is fulfilled, it is an <i>Abelian group</i>.<br>
  
'''(2)'''&nbsp; Die <i>Menge der natürlichen Zahlen</i> &nbsp; &rArr; &nbsp; $\{0, 1, 2, \text{...}\}$&nbsp; ist hinsichtlich Addition keine algebraische Gruppe,  
+
'''(2)'''&nbsp; The <i>set of natural numbers</i> &nbsp; &rArr; &nbsp; $\{0, 1, 2, \text{...}\}$&nbsp; is not an algebraic group with respect to addition,  
:*da es für kein einziges Element&nbsp; $z_i$&nbsp; die additive Inverse&nbsp; ${\rm Inv_A}(z_i) = -z_i$&nbsp; gibt.<br>
+
:*since for no single element&nbsp; $z_i$&nbsp; there exists the additive inverse&nbsp; ${\rm Inv_A}(z_i) = -z_i$&nbsp;.<br>
  
'''(3)'''&nbsp; Die <i>begrenzte natürliche Zahlenmenge</i> &nbsp; &rArr; &nbsp; $\{0, 1, 2, \text{...}\hspace{0.05cm}, q-1\}$&nbsp; erfüllt dagegen dann die Bedingungen an eine Gruppe&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$,  
+
'''(3)'''&nbsp; The <i>bounded set of natural numbers</i> &nbsp; &rArr; &nbsp; $\{0, 1, 2, \text{...}\hspace{0.05cm}, q-1\}$&nbsp; on the other hand then satisfies the conditions on a group&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$,  
:*wenn man die Addition modulo&nbsp; $q$&nbsp; definiert.  
+
:*if one defines the addition modulo&nbsp; $q$&nbsp;.  
  
'''(4)'''&nbsp; Dagegen ist&nbsp; $\{1, 2, 3, \text{...}\hspace{0.05cm},q\}$&nbsp; keine Gruppe, da das neutrale Element der Addition&nbsp; $(N_{\rm A} = 0)$&nbsp; fehlt.}}<br>
+
'''(4)'''&nbsp; On the other hand, $\{1, 2, 3, \text{...}\hspace{0.05cm},q\}$&nbsp; is not a group because the neutral element of addition&nbsp; $(N_{\rm A} = 0)$&nbsp; is missing.}}<br>
  
== Definition and Examples of an Algebraic Ring ==
+
== Definition and examples of an algebraic ring ==
 
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Entsprechend der&nbsp; [[Channel_Coding/Einige_Grundlagen_der_Algebra#Gruppe.2C_Ring.2C_K.C3.B6rper_.E2.80.93_algebraische_Grundbegriffe |Übersichtsgrafik]]&nbsp; kommt man von der Gruppe&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$&nbsp; durch Definition einer zweiten Rechenoperation &ndash; der Multiplikation&nbsp; ("$\cdot$")&nbsp; &ndash; zum Ring&nbsp; $(\mathcal{R}, +, \cdot)$. Man benötigt hierfür also neben einer Additionstabelle auch eine Multiplikationstabelle.<br>
 
Entsprechend der&nbsp; [[Channel_Coding/Einige_Grundlagen_der_Algebra#Gruppe.2C_Ring.2C_K.C3.B6rper_.E2.80.93_algebraische_Grundbegriffe |Übersichtsgrafik]]&nbsp; kommt man von der Gruppe&nbsp; $(\mathcal{G}, +)$&nbsp; durch Definition einer zweiten Rechenoperation &ndash; der Multiplikation&nbsp; ("$\cdot$")&nbsp; &ndash; zum Ring&nbsp; $(\mathcal{R}, +, \cdot)$. Man benötigt hierfür also neben einer Additionstabelle auch eine Multiplikationstabelle.<br>

Revision as of 21:54, 22 August 2022

# OVERVIEW OF THE SECOND MAIN CHAPTER #


This chapter discusses the Reed-Solomon codes, invented in the early 1960s by  Irving Stoy Reed  and  Gustave Solomon . Unlike binary block codes, these are based on a Galois field  ${\rm GF}(2^m)$  with  $m > 1$. So they work with multilevel symbols instead of binary characters (bits).

Specifically, this chapter covers:

  • The basics of linear algebra:   set, group, ring, field, finite field,
  • the definition of extension fields   ⇒   ${\rm GF}(2^m)$  and the corresponding operations,
  • the meaning of irreducible polynomials and primitive elements,
  • the description and realization possibilities of a Reed-Solomon code,
  • the error correction of such a code at the binary ersaure channel (BEC),
  • the decoding using the Error Locator Polynomial   ⇒   Bounded Distance Decoding (BDD),
  • the block error probability of Reed-Solomon codes and typical applications.



Definition of a Galois field


Before we can turn to the description of Reed–Solomon codes, we need some basic algebraic notions. We begin with the properties of the Galois field  ${\rm GF}(q)$, named after the Frenchman  Évariste Galois, whose biography is rather unusual for a mathematician.

$\text{Definition:}$  A  $\rm Galois\:field$  ${\rm GF}(q)$  is a  finite field  with  $q$  elements  $z_0$,  $z_1$,  ... ,  $z_{q-1}$, if the eight statements listed below  $\rm (A)$  ...  $\rm (H)$  with respect to addition ("$+$") and multiplication ("$\cdot $") are true.

  • Addition and multiplication are to be understood here modulo  $q$ .
  • The  $\rm order$  $q$  indicates the number of elements of the Galois field

.


$\text{Criteria of a Galois field:}$ 

$\rm (A)$  ${\rm GF}(q)$  is closed $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Closure$:

\[\forall \hspace{0.15cm} z_i \in {\rm GF}(q),\hspace{0.15cm} z_j \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}(z_i + z_j)\in {\rm GF}(q),\hspace{0.15cm}(z_i \cdot z_j)\in {\rm GF}(q) \hspace{0.05cm}. \]

$\rm (B)$  There is a neutral element $N_{\rm A}$ with respect to addition, the so-called zero element. $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Identity \ for \ "\hspace{-0.05cm}+\hspace{0.05cm}"$:

\[\exists \hspace{0.15cm} z_j \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}z_i + z_j = z_i \hspace{0.25cm} \Rightarrow \hspace{0.25cm} z_j = N_{\rm A} = \text{ 0} \hspace{0.05cm}.\]

$\rm (C)$  There is a neutral element $N_{\rm M}$ with respect to multiplication, the so-called identity element $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Identity \ for \ "\hspace{-0.05cm}·\hspace{0.05cm}"$:

\[\exists \hspace{0.15cm} z_j \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}z_i \cdot z_j = z_i \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} z_j = N_{\rm M} = {1} \hspace{0.05cm}. \]

$\rm (D)$  For each  $z_i$  there exists an additive inverse   ${\rm Inv_A}(z_i)$ $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Inverse \ for \ "\hspace{-0.05cm}+\hspace{0.05cm}"$:

\[\forall \hspace{0.15cm} z_i \in {\rm GF}(q),\hspace{0.15cm} \exists \hspace{0.15cm} {\rm Inv_A}(z_i) \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}z_i + {\rm Inv_A}(z_i) = N_{\rm A} = {0} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm}\text{kurz:}\hspace{0.3cm} {\rm Inv_A}(z_i) = - z_i \hspace{0.05cm}. \]

$\rm (E)$  For each  $z_i$  except the zero element, there exists the multiplicative inverse   ${\rm Inv_M}(z_i)$ $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Inverse \ for \ "\hspace{-0.05cm}\cdot\hspace{0.05cm}"$:

\[\forall \hspace{0.15cm} z_i \in {\rm GF}(q),\hspace{0.15cm} z_i \ne N_{\rm A}, \hspace{0.15cm} \exists \hspace{0.15cm} {\rm Inv_M}(z_i) \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}z_i \cdot {\rm Inv_M}(z_i) = N_{\rm M} = {1}\hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm}\text{kurz:}\hspace{0.3cm} {\rm Inv_M}(z_i) = z_i^{-1} \hspace{0.05cm}. \]

$\rm (F)$  For addition and multiplication the commutative law applies in each case $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Commutative \ Law$:

\[\forall \hspace{0.15cm} z_i,\hspace{0.15cm} z_j \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}z_i + z_j = z_j + z_i ,\hspace{0.15cm}z_i \cdot z_j = z_j \cdot z_i \hspace{0.05cm}.\]

$\rm (G)$  For addition and multiplication, the associative law applies in each case $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Associative \ Law$:

\[\forall \hspace{0.15cm} z_i,\hspace{0.1cm} z_j ,\hspace{0.1cm} z_k \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}(z_i + z_j) + z_k = z_i + (z_j + z_k ),\hspace{0.15cm}(z_i \cdot z_j) \cdot z_k = z_i \cdot (z_j \cdot z_k ) \hspace{0.05cm}.\]

$\rm (H)$  For the combination "addition – multiplication" the distributive law is valid $\hspace{0.2cm}\Rightarrow \hspace{0.2cm}\rm Distributive \ Law$:

\[\forall \hspace{0.15cm} z_i,\hspace{0.15cm} z_j ,\hspace{0.15cm} z_k \in {\rm GF}(q)\text{:} \hspace{0.25cm}(z_i + z_j) \cdot z_k = z_i \cdot z_k + z_j \cdot z_k \hspace{0.05cm}.\]



Examples and properties of Galois fields


We first check that for the binary number set  $Z_2 = \{0, 1\}$   ⇒   $q=2$  (valid for the simple binary code) the eight criteria mentioned on the last page are met, so that we can indeed speak of "${\rm GF}(2)$". You can see the addition– and multiplication table below:

$$Z_2 = \{0, 1\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition: } \left[ \begin{array}{c|cccccc} + & 0 & 1 \\ \hline 0 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 0 \end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplication: } \left[ \begin{array}{c|cccccc} \cdot & 0 & 1 \\ \hline 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 1 \end{array} \right]\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}{\rm GF}(2) . $$

One can see from this representation:

  • Each element of the addition– and multiplication table of  $Z_2$  is again  $z_0 = 0$  or  $z_0 = 1$   ⇒   the criterion  $\rm (A)$  is satisfied.
  • The set  $Z_2$  contains the zero element  $(\hspace{-0.05cm}N_{\rm A} = z_0 = 0)$  and the one element $(\hspace{-0.05cm}N_{\rm M} = z_1 = 1)$  ⇒   the criteria  $\rm (B)$  and  $\rm (C)$  are satisfied.
  • The additive inverses  ${\rm Inv_A}(0) = 0$  and  ${\rm Inv_A}(1) = -1$  exist and belong to  $Z_2$.
  • Similarly, the multiplicative inverse  ${\rm Inv_M}(1) = 1$  ⇒   criteria  $\rm (D)$  and  $\rm (E)$  are satisfied.
  • The validity of the commutative law  $\rm (F)$  in the set  $Z_2$  can be recognized by the symmetry with respect to the table diagonals.
  • The criteria  $\rm (G)$  and  $\rm (H)$  are also satisfied here  ⇒   all eight criteria are satisfied  ⇒   $Z_2 = \rm GF(2)$.


$\text{Example 1:}$  The set of numbers  $Z_3 = \{0, 1, 2\}$   ⇒   $q = 3$  satisfies all eight criteria and is thus a Galois field  $\rm GF(3)$:

$$Z_3 = \{0, 1, 2\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition: } \left[ \begin{array}{c | cccccc} + & 0 & 1 & 2\\ \hline 0 & 0 & 1 & 2 \\ 1 & 1 & 2 & 0 \\ 2 & 2 & 0 & 1 \end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplication: } \left[ \begin{array}{c | cccccc} \cdot & 0 & 1 & 2\\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 1 & 2 \\ 2& 0 & 2 & 1 \end{array} \right]\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}{\rm GF}(3) . $$


$\text{Example 2:}$  In contrast, the set of numbers  $Z_4 = \{0, 1, 2, 3\}$   ⇒   $q = 4$  is not a Galois field.

  • The reason for this is that there is no multiplicative inverse to the element  $z_2 = 2$  here. For a Galois field it would have to be true:   $2 \cdot {\rm Inv_M}(2) = 1$.
  • But in the multiplication table there is no entry with "$1$" in the third row and third column $($each valid for the multiplicand  $z_2 = 2)$ .
$$Z_4 = \{0, 1, 2, 3\}\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{Addition: } \left[ \begin{array}{c | cccccc} + & 0 & 1 & 2 & 3\\ \hline 0 & 0 & 1 & 2 & 3\\ 1 & 1 & 2 & 3 & 0\\ 2 & 2 & 3 & 0 & 1\\ 3 & 3 & 0 & 1 & 2 \end{array} \right] \hspace{-0.1cm} ,\hspace{0.25cm}\text{Multiplication: } \left[ \begin{array}{c | cccccc} \cdot& 0 & 1 & 2 & 3\\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ 1 & 0 & 1 & 2 & 3\\ 2 & 0 & 2 & 0 & 2\\ 3 & 0 & 3 & 2 & 1 \end{array} \right]\hspace{0.25cm} \Rightarrow\hspace{0.25cm}\text{kein }{\rm GF}(4) . $$


$\text{Generalization (without proof for now):}$

  • A Galois field  ${\rm GF}(q)$  can be formed in the manner described here as  "Ring"  of integer sizes modulo  $q$  only if  $q$  is a prime number:  
        $q = 2$,  $q = 3$,  $q = 5$,  $q = 7$,  $q = 11$, ...
  • But if the order  $q$  can be expressed in the form  $q = P^m$  with a prime  $P$  and integer  $m$ , the Galois field  ${\rm GF}(q)$  can be found via a  extension fields  find.


Group, ring, field - basic algebraic concepts


On the first pages, some basic algebraic terms have already been mentioned, without their meanings having been explained in more detail. This is to be made up now in all shortness from view of a communication engineer, whereby we mainly refer to the representation in [Fri96].  [Fri96][1]  und  [KM+08][2] . To summarize:

$\text{Definition:}$  A  $\rm Galois field$  ${\rm GF}(q)$ is a field with a finite number  $(q)$  of elements   ⇒   finite field. Each field is again a special case of a ring, which itself can be represented again as a special case of an Abelian group.


Algebraic relations between group, ring and field

The diagram illustrates step by step how the following subordinate sets arise from a set by definition of addition, multiplication and division within this set  $\mathcal{M}$  :

  • Abelian group  $\mathcal{G}$ ,
  • ring  $\mathcal{R}$,
  • field  $\mathcal{F}$,
  • finite field  $\mathcal{F}_q$  or Galois field  ${\rm GF}(q)$.


On the next two pages, the algebraic terms mentioned here will be discussed in more detail.

  • For understanding the Reed–Solomon codes, however, this knowledge is not absolutely necessary.
  • So you could jump directly to the chapter  extension fields .


Definition and examples of an algebraic group


For the general definitions of group (and later ring) we assume a set with infinitely many elements:

\[\mathcal{M} = \{\hspace{0.1cm}z_1,\hspace{0.1cm} z_2,\hspace{0.1cm} z_3 ,\hspace{0.1cm}\text{ ...} \hspace{0.1cm}\}\hspace{0.05cm}. \]

$\text{Definition:}$  A  $\text{algebraic group}$  $(\mathcal{G}, +)$  is an (arbitrary) subset  $\mathcal{G} ⊂ \mathcal{M}$  together with an additive linkage ("$+$") defined between all elements, but only if the following properties are necessarily satisfied:

  • For all  $z_i, z_j ∈ \mathcal{G}$  holds  $(z_i + z_j) ∈ \mathcal{G}$   ⇒   Closure–criterion for  "$+$".
  • There is always an element neutral with respect to addition  $N_{\rm A} ∈ \mathcal{G}$, so that for all  $z_i ∈ \mathcal{G}$ holds:   $z_i +N_{\rm A} = z_i$. Given a group of numbers,  $N_{\rm A} \equiv 0$.
  • For all  $z_i ∈ \mathcal{G}$  there is also an element inverse with respect to addition  ${\rm Inv_A}(z_i) ∈ \mathcal{G}$  with property  $z_i + {\rm Inv_A}(z_i)= N_{\rm A} $.
    For a group of numbers  ${\rm Inv_A}(z_i) =- z_i$.
  • For all  $z_i, z_j, z_k ∈ \mathcal{G}$  holds:  $z_i + (z_j + z_k)= (z_i + z_j) + z_k$   ⇒   Associative law  for  "$+$".

If in addition for all  $z_i, z_j ∈ \mathcal{G}$  the commutative law  $z_i + z_j= z_j + z_i$  is satisfied, one speaks of a commutative group  or an Abelian group, named after the Norwegian mathematician  Niels Hendrik Abel.


$\text{Examples of algebraic groups:}$

(1)  The set of rational numbers is defined as the set of all quotients  $I/J$  with integers  $I$  and  $J ≠ 0$.

This set is a group  $(\mathcal{G}, +)$  with respect to addition, since
  • for all  $a ∈ \mathcal{G}$  and  $b ∈ \mathcal{G}$  also the sum  $a+b$  belongs again to  $\mathcal{G}$ ,
  • the associative law applies,
  • with  $ N_{\rm A} = 0$  the neutral element of the addition is contained in  $\mathcal{G}$  and
  • it exists for each  $a$  the additive inverse  ${\rm Inv_A}(a) = -a$ .
Since moreover the commutative law is fulfilled, it is an Abelian group.

(2)  The set of natural numbers   ⇒   $\{0, 1, 2, \text{...}\}$  is not an algebraic group with respect to addition,

  • since for no single element  $z_i$  there exists the additive inverse  ${\rm Inv_A}(z_i) = -z_i$ .

(3)  The bounded set of natural numbers   ⇒   $\{0, 1, 2, \text{...}\hspace{0.05cm}, q-1\}$  on the other hand then satisfies the conditions on a group  $(\mathcal{G}, +)$,

  • if one defines the addition modulo  $q$ .

(4)  On the other hand, $\{1, 2, 3, \text{...}\hspace{0.05cm},q\}$  is not a group because the neutral element of addition  $(N_{\rm A} = 0)$  is missing.


Definition and examples of an algebraic ring


Entsprechend der  Übersichtsgrafik  kommt man von der Gruppe  $(\mathcal{G}, +)$  durch Definition einer zweiten Rechenoperation – der Multiplikation  ("$\cdot$")  – zum Ring  $(\mathcal{R}, +, \cdot)$. Man benötigt hierfür also neben einer Additionstabelle auch eine Multiplikationstabelle.

$\text{Definition:}$  Ein  $\text{algebraischer Ring}$  $(\mathcal{R}, +, \cdot)$ ist eine Teilmenge  $\mathcal{R} ⊂ \mathcal{G} ⊂ \mathcal{M}$  zusammen mit zwei in dieser Menge definierten Rechenoperationen, der Addition  ("$+$")  und der Multiplikation  ("$·$"). Dabei müssen die folgenden Eigenschaften erfüllt werden:

  • Hinsichtlich der Addition ist der Ring  $(\mathcal{R}, +, \cdot)$  eine  Abelsche Gruppe  $(\mathcal{G}, +)$.
  • Zusätzlich gilt für alle  $z_i, z_j ∈ \mathcal{R}$  auch  $(z_i \cdot z_j) ∈ \mathcal{R}$   ⇒   Closure–Kriterium für "$\cdot$".
  • Es gibt stets auch ein hinsichtlich der Multiplikation neutrales Element  $N_{\rm M} ∈ \mathcal{R}$, so dass für alle  $z_i ∈ \mathcal{R}$  gilt:   $z_i \cdot N_{\rm M} = z_i$.
    Bei einer Zahlengruppe ist stets  $N_{\rm M} = 1$.
  • Für alle  $z_i, z_j, z_k ∈ \mathcal{R}$  gilt:   $z_i + (z_j + z_k)= (z_i + z_j) + z_k$   ⇒   Assoziativgesetz  für  "$\cdot $".
  • Für alle  $z_i, z_j, z_k ∈ \mathcal{R}$ gilt:   $z_i \cdot (z_j + z_k) = z_i \cdot z_j + z_i \cdot z_k$   ⇒   Distributivgesetz  für  "$\cdot $".


Weiter sollen die folgenden Vereinbarungen gelten:

  • Ein Ring  $(\mathcal{R}, +, \cdot)$  ist nicht notwendigerweise kommutativ. Gilt tatsächlich auch für alle Elemente  $z_i, z_j ∈ \mathcal{R}$  das Kommutativgesetz  $z_i \cdot z_j= z_j \cdot z_i$  hinsichtlich der Multiplikation, so spricht man in der Fachliteratur von einem  kommutativen Ring.
  • Existiert für jedes Element  $z_i ∈ \mathcal{R}$  mit Ausnahme von  $N_{\rm A}$  (neutrales Element der Addition, Nullelement) ein hinsichtlich der Multiplikation inverses Element  ${\rm Inv_M}(z_i)$, so dass  $z_i \cdot {\rm Inv_M}(z_i) = 1$  gilt, so liegt ein  Divisionsring  (englisch:   Division Ring) vor.
  • Der Ring ist  nullteilerfrei  (englisch: free of zero devisors), wenn aus  $z_i \cdot z_j = 0$  zwingend  $z_i = 0$  oder  $z_j = 0$  folgt. In der abstrakten Algebra ist ein Nullteiler eines Ringes ein vom Nullelement verschiedenes Element  $z_i$, falls es ein Element  $z_j \ne 0$  gibt, so dass das Produkt  $z_i \cdot z_j = 0$  ist.
  • Ein kommutativer nullteilerfreier Ring wird als  Integritätsring  oder  Integritätsbereich  (englisch:  Integral Domain) bezeichnet.

$\text{Fazit:}$ 

Vergleicht man die Definitionen von  Gruppe,  Ring (siehe oben), Körper  und  Galoisfeld, so erkennt man, dass ein Galoisfeld  ${\rm GF}(q)$

  • ein endlicher Körper (englisch:  Field ) mit  $q$  Elementen ist,
  • gleichzeitig als Commutative Division Ring  aufgefasst werden kann, und auch
  • einen Integritätsbereich (englisch: Integral Domain ) beschreibt.



Aufgaben zum Kapitel


Aufgabe 2.1: Gruppe, Ring, Körper

Aufgabe 2.1Z: Welche Tabellen beschreiben Gruppen?

Aufgabe 2.2: Eigenschaften von Galoisfeldern

Aufgabe 2.2Z: Galoisfeld GF(5)

Quellenverzeichnis

  1. Friedrichs, B.: Kanalcodierung – Grundlagen und Anwendungen in modernen Kommunikationssystemen. Berlin – Heidelberg: Springer, 1996.
  2. Kötter, R.; Mayer, T.; Tüchler, M.; Schreckenbach, F.; Brauchle, J.: Channel Coding. Lecture manuscript, Chair of Communications Engineering, TU Munich, 2008.