Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 1.13Z: Binary Erasure Channel Decoding again"

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{{quiz-Header|Buchseite=Kanalcodierung/Decodierung linearer Blockcodes
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{{quiz-Header|Buchseite=Channel_Coding/Decoding_of_Linear_Block_Codes}}
  
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[[File:P_ID2541__KC_Z_1_13.png|right|frame|Code table of the  $\rm HC (7, 4, 3)$]]
  
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We consider as in the  [[Aufgaben:Exercise_1.13:_Binary_Erasure_Channel_Decoding|"Exercise 1. 13"]]  the decoding of a  [[Channel_Coding/Examples_of_Binary_Block_Codes#Hamming_Codes|"Hamming Codes"]]  after transmission over an erasure channel   ⇒   [[Channel_Coding/Channel_Models_and_Decision_Structures#Binary_Erasure_Channel_. E2.80.93_BEC|"Binary Erasure Channel"]]  $\rm (BEC)$.
  
[[File:P_ID2541__KC_Z_1_13.png|right|frame|Codetabelle des vorgegebenen Hamming–Codes]]
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The  $(7, 4, 3)$-Hamming code is fully described by the adjacent code table  $\underline{u}_{i} → \underline{x}_{i}$  which can be used to find all solutions.
  
Wir betrachten wieder wie in der vorherigen Aufgabe die Decodierung eines [[Kanalcodierung/Beispiele_binärer_Blockcodes#Hamming.E2.80.93Codes|Hamming–Codes]] nach der Übertragung über einen Auslöschungskanal ⇒ [[Kanalcodierung/Kanalmodelle_und_Entscheiderstrukturen#Binary_Erasure_Channel_.E2.80.93_BEC|Binary Erasure Channel]] (abgekürzt BEC).
 
Der (7, 4, 3)–Hamming–Code wird durch die nebenstehende Codetabelle $\underline{u}_{i} → \underline{x}_{i}$ vollständig beschrieben, anhand derer alle Lösungen gefunden werden können.
 
  
  
  
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Hints:
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* This exercise belongs to the chapter  [[Channel_Coding/Decodierung_linearer_Blockcodes|"Decoding of Linear Block Codes"]].
  
''Hinweis'' :  
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* In contrast to  [[Aufgaben:Exercise_1.13:_Binary_Erasure_Channel_Decoding|"Exercise 1.13"]]  the solution is here not to be found formally, but intuitively.
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Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel [[Kanalcodierung/Decodierung_linearer_Blockcodes|Decodierung linearer Blockcodes]]. Im Gegensatz zur [[Aufgaben:1.13_BEC–Decodierung|Aufgabe 1.13]] soll hier die Lösung nicht streng formal, sondern eher intuitiv gefunden werden.
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===Questions===
 
 
===Fragebogen===
 
 
 
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
 
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What is the minimum distance&nbsp; $\ d_{\rm min}$&nbsp; of the present code?
 
 
 
 
Wie groß ist die minimale Distanz des vorliegenden Codes?
 
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$\ d_{\rm min}$ = { 3 3% }
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$\ d_{\rm min} \ = \ $ { 3 }
 
 
{Ist der Code systematisch?
 
|type="[]"}
 
+ JA.
 
- NEIN.
 
  
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{Is the code systematic?
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|type="()"}
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+ YES.
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- NO.
  
{Bis zu wie vielen ''Erasures'' ist die erfolgreiche Decodierung gewährleistet?
+
{Up to how many erasures&nbsp; $($maximum number:&nbsp; $e_{\rm max})$&nbsp; is successful decoding guaranteed?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$\ e_{\ max}$ = { 2 3% }
+
$\ e_{\rm max} \ = \ $ { 2 }
  
{Wie lautet das gesendete Informationswort <u>''u''</u> für $\underline{y} = (1, 0, {\rm E}, {\rm E}, 0, 1, 0)$?
+
{The received word is&nbsp; $\underline{y} = (1, 0, {\rm E}, {\rm E}, 0, 1, 0)$.&nbsp; What is the sent information word&nbsp; $\underline{u}$?
|type="[]"}
+
|type="()"}
 
- $\underline{u} = (1, 0, 0, 0),$
 
- $\underline{u} = (1, 0, 0, 0),$
+ $\underline{u}= (1, 0, 0, 1),$
+
+ $\underline{u} = (1, 0, 0, 1),$
 
- $\underline{u} = (1, 0, 1, 0),$
 
- $\underline{u} = (1, 0, 1, 0),$
 
- $\underline{u} = (1, 0, 1, 1).$
 
- $\underline{u} = (1, 0, 1, 1).$
  
{Welche der nachfolgenden Empfangsworte können decodiert werden?
+
{Which of the following received words can be decoded?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
 
+ $\underline{y}_{\rm A }= (1, 0, 0, 1, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}),$
 
+ $\underline{y}_{\rm A }= (1, 0, 0, 1, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}),$
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</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Betrachtet wird der (7, 4, 3)–Hamming–Code. Dementsprechend ist die minimale Distanz $d_{\rm min} \underline{= 3}$.
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'''(1)'''&nbsp; The&nbsp; $(7, 4, 3)$&nbsp; Hamming code is considered here.&nbsp; Accordingly,&nbsp; the minimum distance is&nbsp; $d_{\rm min} \ \underline{= 3}$.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Die ersten $k = 4$ Bit eines jeden Codewortes <u>''x''</u> stimmen mit dem Informationswort u überein. Richtig ist somit <u>JA</u>.
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'''(2)'''&nbsp; The first&nbsp; $k = 4$&nbsp; bits of each code word&nbsp; $\underline{x}$&nbsp; match the information word&nbsp; $\underline{u}$.&nbsp; Correct is therefore&nbsp; <u>YES</u>.
  
  
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'''(3)'''&nbsp;  If no more than&nbsp; $e_{\rm max} = d_{\rm min}- 1 \ \ \underline{ = 2}$&nbsp; bits are erased,&nbsp; decoding is possible with certainty.
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*Each code word differs from every other in at least three bit positions.
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*With only two erasures,&nbsp; therefore,&nbsp; the code word can be reconstructed in any case.
  
  
'''(3)'''&nbsp;  Es können bis zu $e_{\rm max} = d_{\rm min} – 1 \underline{ = 2}$ Bit ausgelöscht sein, damit eine Decodierung mit Sicherheit möglich ist. Jedes Codewort unterscheidet sich von jedem anderen in mindestens drei Bitpositionen. Bei nur zwei Auslöschungen kann deshalb das Codewort in jedem Fall rekonstruiert werden.
 
  
  
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'''(4)'''&nbsp;  In the code table,&nbsp; one finds a single code word starting with&nbsp; "$10$"&nbsp; and ending with&nbsp; "$010$",&nbsp; namely $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$.&nbsp;
  
'''(4)'''&nbsp; In der Tabelle auf der Angabenseite findet man ein einziges Codewort, das mit „10” beginnt und mit „010” endet, nämlich $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$. Da es sich um einen systematischen Code handelt, beschreiben die ersten $k = 4$ Bit das Informationswort $\underline{u} = (1, 0, 0, 1)$ ⇒ <u>Antwort 2</u>.
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*Since this is a systematic code,&nbsp; the first&nbsp; $k = 4$&nbsp; bits describe the information word&nbsp; $\underline{u} = (1, 0, 0, 1)$ &nbsp; &nbsp; <u>answer 2</u>.
  
  
'''(5)'''&nbsp;  Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 2</u>.
 
  
* $\underline{y}_{\rm D} = (1, 0, {\rm E},  {\rm E},  {\rm E},  {\rm E}, 0)$ kann nicht decodiert werden, da weniger als $k = 4$ Bit (Anzahl der Informationsbit) ankommen.
+
'''(5)'''&nbsp;  Correct are the&nbsp; <u>suggested solutions 1 and 2</u>.
  
*$\underline{y}_{\rm C} = ( {\rm E},  {\rm E},  {\rm E}, 1, 0, 1, 0)$ ist ebenfalls nicht decodierbar, da sowohl $\underline{x} = (0, 1, 1, 1, 0, 1, 0)$ als auch $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$ als mögliches Ergebnis in Frage kommen.
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* $\underline{y}_{\rm D} = (1, 0, {\rm E},  {\rm E},  {\rm E}, {\rm E}, 0)$&nbsp; cannot be decoded because less than&nbsp; $k = 4$&nbsp; bits&nbsp; (number of information bits)&nbsp; arrive.
  
*$\underline{y}_{\rm B} = ( {\rm E},  {\rm E}, 0,  {\rm E}, 0, 1, 0)$ ist dagegen decodierbar, da von allen 16 möglichen Codeworten nur $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$ mit $\underline{y}_{\rm B}$ in den (richtigen) Bitpositionen 3, 5, 6 und 7 übereinstimmt.
+
*$\underline{y}_{\rm C} = ( {\rm E},  {\rm E},  {\rm E}, 1, 0, 1, 0)$&nbsp; is not decodable because&nbsp;  $\underline{x} = (0, 1, 1, 1, 0, 1, 0)$&nbsp; and &nbsp; $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$&nbsp; are possible outcomes.
  
*$\underline{y}_{\rm A} = (1, 0, 0, 1, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E})$ ist decodierbar. Es fehlen nur die $m = 3$ Prüfbit. Damit liegt das Informationswort $\underline{u} = (1, 0, 0, 1)$ ebenfalls fest (systematischer Code).
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*$\underline{y}_{\rm B} = ( {\rm E}, {\rm E}, 0,  {\rm E}, 0, 1, 0)$&nbsp; is decodable,&nbsp; since of the 16 possible code words only&nbsp; $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$&nbsp; matches&nbsp; $\underline{y}_{\rm B}$&nbsp; in positions 3, 5, 6, 7.
  
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*$\underline{y}_{\rm A} = (1, 0, 0, 1, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E})$&nbsp; is decodable.&nbsp; Only the&nbsp; $m = 3$&nbsp; parity bits are missing.&nbsp; Thus,&nbsp; the information word&nbsp; $\underline{u} = (1, 0, 0, 1)$&nbsp; is also fixed&nbsp; (systematic code).
 
{{ML-Fuß}}
 
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[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^1.5 Decodierung linearer Blockcodes
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[[Category:Channel Coding: Exercises|^1.5 Linear Block Code Decoding
  
  
 
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Latest revision as of 19:00, 1 November 2022

Code table of the  $\rm HC (7, 4, 3)$

We consider as in the  "Exercise 1. 13"  the decoding of a  "Hamming Codes"  after transmission over an erasure channel   ⇒   "Binary Erasure Channel"  $\rm (BEC)$.

The  $(7, 4, 3)$-Hamming code is fully described by the adjacent code table  $\underline{u}_{i} → \underline{x}_{i}$  which can be used to find all solutions.



Hints:

  • In contrast to  "Exercise 1.13"  the solution is here not to be found formally, but intuitively.


Questions

1

What is the minimum distance  $\ d_{\rm min}$  of the present code?

$\ d_{\rm min} \ = \ $

2

Is the code systematic?

YES.
NO.

3

Up to how many erasures  $($maximum number:  $e_{\rm max})$  is successful decoding guaranteed?

$\ e_{\rm max} \ = \ $

4

The received word is  $\underline{y} = (1, 0, {\rm E}, {\rm E}, 0, 1, 0)$.  What is the sent information word  $\underline{u}$?

$\underline{u} = (1, 0, 0, 0),$
$\underline{u} = (1, 0, 0, 1),$
$\underline{u} = (1, 0, 1, 0),$
$\underline{u} = (1, 0, 1, 1).$

5

Which of the following received words can be decoded?

$\underline{y}_{\rm A }= (1, 0, 0, 1, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}),$
$\underline{y}_{\rm B} = ({\rm E}, {\rm E }, 0, {\rm E}, 0, 1, 0),$
$\underline{y}_{\rm C} = ({\rm E}, {\rm E}, {\rm E}, 1, 0, 1, 0),$
$\underline{y}_{\rm D} = (1, 0, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}, 0).$


Solution

(1)  The  $(7, 4, 3)$  Hamming code is considered here.  Accordingly,  the minimum distance is  $d_{\rm min} \ \underline{= 3}$.


(2)  The first  $k = 4$  bits of each code word  $\underline{x}$  match the information word  $\underline{u}$.  Correct is therefore  YES.


(3)  If no more than  $e_{\rm max} = d_{\rm min}- 1 \ \ \underline{ = 2}$  bits are erased,  decoding is possible with certainty.

  • Each code word differs from every other in at least three bit positions.
  • With only two erasures,  therefore,  the code word can be reconstructed in any case.



(4)  In the code table,  one finds a single code word starting with  "$10$"  and ending with  "$010$",  namely $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$. 

  • Since this is a systematic code,  the first  $k = 4$  bits describe the information word  $\underline{u} = (1, 0, 0, 1)$   ⇒  answer 2.


(5)  Correct are the  suggested solutions 1 and 2.

  • $\underline{y}_{\rm D} = (1, 0, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}, 0)$  cannot be decoded because less than  $k = 4$  bits  (number of information bits)  arrive.
  • $\underline{y}_{\rm C} = ( {\rm E}, {\rm E}, {\rm E}, 1, 0, 1, 0)$  is not decodable because  $\underline{x} = (0, 1, 1, 1, 0, 1, 0)$  and   $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$  are possible outcomes.
  • $\underline{y}_{\rm B} = ( {\rm E}, {\rm E}, 0, {\rm E}, 0, 1, 0)$  is decodable,  since of the 16 possible code words only  $\underline{x} = (1, 0, 0, 1, 0, 1, 0)$  matches  $\underline{y}_{\rm B}$  in positions 3, 5, 6, 7.
  • $\underline{y}_{\rm A} = (1, 0, 0, 1, {\rm E}, {\rm E}, {\rm E})$  is decodable.  Only the  $m = 3$  parity bits are missing.  Thus,  the information word  $\underline{u} = (1, 0, 0, 1)$  is also fixed  (systematic code).