Aufgaben:Aufgabe 3.1Z: Faltungscodes der Rate 1/2: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | [[Datei:P_ID2589__KC_Z_3_1.png|right|frame|Zwei Faltungscodes der Rate 1/2]] | + | [[Datei:P_ID2589__KC_Z_3_1.png|right|frame|Zwei Faltungscodes der Rate $1/2$]] |
| − | Die Grafik zeigt zwei Faltungscodierer der Rate $R = 1/2$. Am Eingang liegt die Informationssequenz $\underline {u} = (u_1, u_2, \ \text{...} \ , u_i, \ \text{...}$ | + | Die Grafik zeigt zwei Faltungscodierer der Rate $R = 1/2$. |
| + | *Am Eingang liegt die Informationssequenz $\underline {u} = (u_1, u_2, \ \text{...} \ , u_i, \ \text{...})$ an. | ||
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| + | *Hieraus werden durch Modulo–2–Operationen die beiden Sequenzen erzeugt: | ||
:$$\underline{\it x}^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(1)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(1)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} | :$$\underline{\it x}^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(1)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(1)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} | ||
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| − | x_i^{(2)} \hspace{0.05cm}, \text{...} \hspace{0.05cm} \big )$$ | + | x_i^{(2)} \hspace{0.05cm}, \text{...} \hspace{0.05cm} \big ).$$ |
| − | + | Die Sequenzen $x_i^{(j)}$ mit $j = 1$ bzw. $j = 2$ können außer von $u_i$ auch von früheren Info–Bits $u_{i-1}, \ \text{...} \ , u_{i-m}$ abhängen. | |
| + | *Man bezeichnet $m$ als das Gedächtnis und $\nu = m + 1$ als die Einflusslänge des Codes bzw. des Codierers. | ||
| + | *Die betrachteten Coder $\rm A$ und $\rm B$ unterscheiden sich hinsichtlich dieser Größen. | ||
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| − | * Die Aufgabe bezieht sich auf das | + | |
| − | *In der Grafik nicht dargestellt ist das Multiplexen der beiden Teilsequenzen $\underline {x}^{(1)}$ und $\underline {x}^{(2)}$ zur resultierenden Codesequenz $\underline {x} = (x_1^{(1)}, x_1^{(2)}, x_2^{(1)}, x_2^{(2)}, \ \text{...})$ | + | Hinweise: |
| − | *In den Teilaufgaben (3) bis (5) sollen Sie den jeweiligen Beginn der | + | * Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel [[Kanalcodierung/Grundlagen_der_Faltungscodierung| "Grundlagen der Faltungscodierung"]]. |
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| + | *In der Grafik nicht dargestellt ist das Multiplexen der beiden Teilsequenzen $\underline {x}^{(1)}$ und $\underline {x}^{(2)}$ zur resultierenden Codesequenz | ||
| + | :$$\underline {x} = (x_1^{(1)}, x_1^{(2)}, x_2^{(1)}, x_2^{(2)}, \ \text{...}).$$ | ||
| + | *In den Teilaufgaben '''(3)''' bis '''(5)''' sollen Sie den jeweiligen Beginn der Sequenze $\underline {x}^{(1)}, \underline{x}^{(2)}$ und $\underline{x}$ ermitteln, wobei von der Informationssequenz $\underline{u} = (1, 0, 1, 1, 0, 0, \ \text{...})$ auszugehen ist. | ||
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===Fragebogen=== | ===Fragebogen=== | ||
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| − | {In welchen Codeparametern unterscheiden sich | + | {In welchen Codeparametern unterscheiden sich Coder $\rm A$ und Coder $\rm B$? |
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| − | - $k$: Anzahl der pro Codierschritt verarbeiteten Informationsbits, | + | - $k$: Anzahl der pro Codierschritt verarbeiteten Informationsbits, |
| − | - $n$: Anzahl der pro Codierschritt ausgegebenen Codebits, | + | - $n$: Anzahl der pro Codierschritt ausgegebenen Codebits, |
| − | + $m$: Gedächtnisordnung des Codes bzw. des Coders, | + | + $m$: Gedächtnisordnung des Codes bzw. des Coders, |
| − | + $\nu$: Einflusslänge des Codes. | + | + $\nu$: Einflusslänge des Codes. |
| − | {Welcher Coder weist das Gedächtnis $m = 2$ auf? | + | {Welcher Coder weist das Gedächtnis $m = 2$ auf? |
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| − | - Coder A, | + | - Coder $\rm A$, |
| − | + Coder B. | + | + Coder $\rm B$. |
| − | {Wie lautet die Teilcodesequenz $\underline {x}^{(1)}$ von | + | {Wie lautet die Teilcodesequenz $\underline {x}^{(1)}$ von Coder $\rm B$ für $\underline {u} = (1, 0, 1, 1, 0, 0, \ \text{...})$? |
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+ $\underline {x}^{(1)} = (1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, \ ...)$, | + $\underline {x}^{(1)} = (1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, \ ...)$, | ||
- $\underline {x}^{(1)} = (1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, \ ...)$. | - $\underline {x}^{(1)} = (1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, \ ...)$. | ||
| − | {Wie lautet die Teilcodesequenz $\underline{x}^{(2)}$ von | + | {Wie lautet die Teilcodesequenz $\underline{x}^{(2)}$ von Coder $\rm B$ für $\underline {u} = (1, 0, 1, 1, 0, 0, \ \text{...})$ |
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- $\underline{x}^{(2)} = (1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, \ \text{...})$, | - $\underline{x}^{(2)} = (1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, \ \text{...})$, | ||
+ $\underline{x}^{(2)} = (1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, \ \text{...})$. | + $\underline{x}^{(2)} = (1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, \ \text{...})$. | ||
| − | {Wie beginnt die gesamte Codesequenz $\underline {x}$ von | + | {Wie beginnt die gesamte Codesequenz $\underline {x}$ von von Coder $\rm B$ nach Multiplexing? |
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+ $\underline {x} = (1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, \ \text{...})$, | + $\underline {x} = (1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, \ \text{...})$, | ||
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===Musterlösung=== | ===Musterlösung=== | ||
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| − | '''(1)''' Für beide Coder gilt $k = 1$ und $n = 2$. Das Gedächtnis $m$ und die Einflusslänge $\nu$ sind unterschiedlich ⇒ <u>Antworten 3 und 4</u>. | + | '''(1)''' Für beide Coder gilt $k = 1$ und $n = 2$. |
| + | *Das Gedächtnis $m$ und die Einflusslänge $\nu$ sind unterschiedlich ⇒ <u>Antworten 3 und 4</u>. | ||
| − | '''(2)''' Das Schieberegister von Coder | + | '''(2)''' Das Schieberegister von Coder $\rm A$ beinhaltet zwar zwei Speicherzellen. |
| − | [[Datei:P_ID2599__KC_Z_3_1b.png| | + | Da aber $x_i^{(1)} = u_i$ ist und $x_i^{(2)} = u_i + u_{i-1}$ außer vom aktuellen Informationsbit $u_i$ nur noch vom unmittelbar vorherigen Bit $u_{i-1}$ beeinflusst wird, ist |
| + | [[Datei:P_ID2599__KC_Z_3_1b.png|right|frame|Äquivalente Coder–Darstellungen]] | ||
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| + | *das Gedächtnis $m = 1$, und | ||
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| + | *die Einflusslänge $\nu = m + 1 = 2$. | ||
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| + | Die Grafik zeigt die beiden Coder in anderer Darstellung, wobei die „Gedächtnis–Speicherzellen” gelb hinterlegt sind. | ||
| + | *Beim Coder $\rm A$ gibt es nur einen solchen Speicher ⇒ $m = 1$. | ||
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| + | *Dagegen gilt für den Coder $\rm B$ tatsächlich $m = 2$ und $\nu = 3$. Richtig ist demnach der <u>Lösungsvorschlag 2</u>. | ||
| − | '''(3)''' Für den oberen Ausgang von Coder B gilt allgemein: | + | |
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| + | '''(3)''' Für den oberen Ausgang von Coder $\rm B$ gilt allgemein: | ||
:$$x_i^{(1)} = u_{i} + u_{i-1}+ u_{i-2} \hspace{0.05cm}.$$ | :$$x_i^{(1)} = u_{i} + u_{i-1}+ u_{i-2} \hspace{0.05cm}.$$ | ||
| − | Unter Berücksichtigung der Vorbelegung ( | + | *Unter Berücksichtigung der Vorbelegung $(u_0 = u_{-1} = 0)$ erhält man mit den obigen Angaben: |
| − | :$$x_1^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1} + u_{0}+ u_{-1} = 1+0+0 = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{ | + | :$$x_1^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1} + u_{0}+ u_{-1} = 1+0+0 = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{1cm}x_2^{(1)} = u_{2} + u_{1}+ u_{0} = 0+1+0 = 1\hspace{0.05cm},$$ |
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| − | :$$x_5^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{5} + u_{4}+ u_{3} \hspace{0.25cm}= 0+1+1 = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{ | + | :$$x_5^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{5} + u_{4}+ u_{3} \hspace{0.25cm}= 0+1+1 = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{1cm}x_6^{(1)} = u_{6} + u_{5}+ u_{4} = 0+0+1 = 1\hspace{0.05cm},$$ |
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| + | *Richtig ist somit der <u>Lösungsvorschlag 1</u>. | ||
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| + | *Der zweite Lösungsvorschlag ⇒ $\underline {x}^{(1)} = \underline {u}$ würde dagegen nur bei einem systematischen Code gelten (der hier nicht vorliegt). | ||
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| − | '''(4)''' Analog zur Teilaufgabe (3) erhält man mit $x_i^{(2)} = u_i + u_{i–2}$: | + | '''(4)''' Analog zur Teilaufgabe '''(3)''' erhält man mit $x_i^{(2)} = u_i + u_{i–2}$: |
:$$x_1^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 1+0 = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}x_2^{(2)} = 0+0 = 0\hspace{0.05cm}, | :$$x_1^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 1+0 = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}x_2^{(2)} = 0+0 = 0\hspace{0.05cm}, | ||
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| + | *Richtig ist demnach der <u>Lösungsvorschlag 2</u>. | ||
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| − | '''(5)''' Für die (gesamte) Codesequenz kann man formal schreiben: | + | '''(5)''' Für die (gesamte) Codesequenz kann man formal schreiben: |
| − | :$$\underline{\it x} = \big( \hspace{0.05cm}\underline{\it x}_1\hspace{0.05cm}, \hspace{0.05cm} \underline{\it x}_2\hspace{0.05cm}, \hspace{0.05cm}...\hspace{0.05cm} \underline{\it x}_i \hspace{0.05cm}, ... | + | :$$\underline{\it x} = \big( \hspace{0.05cm}\underline{\it x}_1\hspace{0.05cm}, \hspace{0.05cm} \underline{\it x}_2\hspace{0.05cm}, \hspace{0.05cm}\text{...}\hspace{0.05cm} \underline{\it x}_i \hspace{0.05cm}, \text{...} \hspace{0.05cm} \big )\hspace{0.05cm}, \hspace{0.3cm} \underline{\it x}_i = \big( x_i^{(1)}\hspace{0.05cm}, x_i^{(2)} \big) |
| − | \hspace{0.4cm}\Rightarrow \hspace{0.4cm} \underline{\it x} = \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(1)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(1)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_1^{(2)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(2)}\hspace{0.01cm}, \hspace{0.05cm} ... | + | \hspace{0.4cm}\Rightarrow \hspace{0.4cm} \underline{\it x} = \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(1)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(1)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_1^{(2)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(2)}\hspace{0.01cm}, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} \big )\hspace{0.05cm}. $$ |
| − | Ein Vergleich mit den Lösungen der Aufgaben (3) und (4) zeigt die Richtigkeit von <u>Lösungsvorschlag 1</u>. | + | *Ein Vergleich mit den Lösungen der Aufgaben '''(3)''' und '''(4)''' zeigt die Richtigkeit von <u>Lösungsvorschlag 1</u>. |
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[[Category:Aufgaben zu Kanalcodierung|^3.1 Grundlagen der Faltungscodierung^]] | [[Category:Aufgaben zu Kanalcodierung|^3.1 Grundlagen der Faltungscodierung^]] | ||
Aktuelle Version vom 8. November 2022, 10:38 Uhr
Zwei Faltungscodes der Rate $1/2$
Die Grafik zeigt zwei Faltungscodierer der Rate $R = 1/2$.
- Am Eingang liegt die Informationssequenz $\underline {u} = (u_1, u_2, \ \text{...} \ , u_i, \ \text{...})$ an.
- Hieraus werden durch Modulo–2–Operationen die beiden Sequenzen erzeugt:
- $$\underline{\it x}^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(1)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(1)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} x_i^{(1)} \hspace{0.05cm},\text{...} \hspace{0.05cm} \big )\hspace{0.05cm},$$
- $$\underline{\it x}^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(2)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(2)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm}\text{...} \hspace{0.05cm},\hspace{0.05cm} x_i^{(2)} \hspace{0.05cm}, \text{...} \hspace{0.05cm} \big ).$$
Die Sequenzen $x_i^{(j)}$ mit $j = 1$ bzw. $j = 2$ können außer von $u_i$ auch von früheren Info–Bits $u_{i-1}, \ \text{...} \ , u_{i-m}$ abhängen.
- Man bezeichnet $m$ als das Gedächtnis und $\nu = m + 1$ als die Einflusslänge des Codes bzw. des Codierers.
- Die betrachteten Coder $\rm A$ und $\rm B$ unterscheiden sich hinsichtlich dieser Größen.
Hinweise:
- Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel "Grundlagen der Faltungscodierung".
- In der Grafik nicht dargestellt ist das Multiplexen der beiden Teilsequenzen $\underline {x}^{(1)}$ und $\underline {x}^{(2)}$ zur resultierenden Codesequenz
- $$\underline {x} = (x_1^{(1)}, x_1^{(2)}, x_2^{(1)}, x_2^{(2)}, \ \text{...}).$$
- In den Teilaufgaben (3) bis (5) sollen Sie den jeweiligen Beginn der Sequenze $\underline {x}^{(1)}, \underline{x}^{(2)}$ und $\underline{x}$ ermitteln, wobei von der Informationssequenz $\underline{u} = (1, 0, 1, 1, 0, 0, \ \text{...})$ auszugehen ist.
Fragebogen
Musterlösung
(1) Für beide Coder gilt $k = 1$ und $n = 2$.
- Das Gedächtnis $m$ und die Einflusslänge $\nu$ sind unterschiedlich ⇒ Antworten 3 und 4.
(2) Das Schieberegister von Coder $\rm A$ beinhaltet zwar zwei Speicherzellen.
Da aber $x_i^{(1)} = u_i$ ist und $x_i^{(2)} = u_i + u_{i-1}$ außer vom aktuellen Informationsbit $u_i$ nur noch vom unmittelbar vorherigen Bit $u_{i-1}$ beeinflusst wird, ist
Äquivalente Coder–Darstellungen
- das Gedächtnis $m = 1$, und
- die Einflusslänge $\nu = m + 1 = 2$.
Die Grafik zeigt die beiden Coder in anderer Darstellung, wobei die „Gedächtnis–Speicherzellen” gelb hinterlegt sind.
- Beim Coder $\rm A$ gibt es nur einen solchen Speicher ⇒ $m = 1$.
- Dagegen gilt für den Coder $\rm B$ tatsächlich $m = 2$ und $\nu = 3$. Richtig ist demnach der Lösungsvorschlag 2.
(3) Für den oberen Ausgang von Coder $\rm B$ gilt allgemein:
- $$x_i^{(1)} = u_{i} + u_{i-1}+ u_{i-2} \hspace{0.05cm}.$$
- Unter Berücksichtigung der Vorbelegung $(u_0 = u_{-1} = 0)$ erhält man mit den obigen Angaben:
- $$x_1^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1} + u_{0}+ u_{-1} = 1+0+0 = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{1cm}x_2^{(1)} = u_{2} + u_{1}+ u_{0} = 0+1+0 = 1\hspace{0.05cm},$$
- $$x_3^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{3} + u_{2}+ u_{1} \hspace{0.25cm}= 1+0+1 = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{1cm}x_4^{(1)} = u_{4} + u_{3}+ u_{2} = 1+1+0 = 0\hspace{0.05cm},$$
- $$x_5^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{5} + u_{4}+ u_{3} \hspace{0.25cm}= 0+1+1 = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{1cm}x_6^{(1)} = u_{6} + u_{5}+ u_{4} = 0+0+1 = 1\hspace{0.05cm},$$
- $$x_7^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} x_8^{(1)} = \text{...} \hspace{0.05cm}= 0 \hspace{0.05cm}.$$
- Richtig ist somit der Lösungsvorschlag 1.
- Der zweite Lösungsvorschlag ⇒ $\underline {x}^{(1)} = \underline {u}$ würde dagegen nur bei einem systematischen Code gelten (der hier nicht vorliegt).
(4) Analog zur Teilaufgabe (3) erhält man mit $x_i^{(2)} = u_i + u_{i–2}$:
- $$x_1^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 1+0 = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}x_2^{(2)} = 0+0 = 0\hspace{0.05cm}, \hspace{0.2cm}x_3^{(3)} = 1+1 = 0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}x_4^{(2)} = 1+0 = 1 \hspace{0.05cm},$$
- $$x_5^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 0+1 = 1\hspace{0.05cm}, \hspace{0.2cm}x_6^{(2)} = 0+1 = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm} x_7^{(2)} = x_8^{(2)} = \text{...} \hspace{0.05cm}= 0 \hspace{0.05cm}.$$
- Richtig ist demnach der Lösungsvorschlag 2.
(5) Für die (gesamte) Codesequenz kann man formal schreiben:
- $$\underline{\it x} = \big( \hspace{0.05cm}\underline{\it x}_1\hspace{0.05cm}, \hspace{0.05cm} \underline{\it x}_2\hspace{0.05cm}, \hspace{0.05cm}\text{...}\hspace{0.05cm} \underline{\it x}_i \hspace{0.05cm}, \text{...} \hspace{0.05cm} \big )\hspace{0.05cm}, \hspace{0.3cm} \underline{\it x}_i = \big( x_i^{(1)}\hspace{0.05cm}, x_i^{(2)} \big) \hspace{0.4cm}\Rightarrow \hspace{0.4cm} \underline{\it x} = \big( \hspace{0.05cm}x_1^{(1)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(1)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_1^{(2)}\hspace{0.01cm},\hspace{0.05cm} x_2^{(2)}\hspace{0.01cm}, \hspace{0.05cm} \text{...} \hspace{0.05cm} \big )\hspace{0.05cm}. $$
- Ein Vergleich mit den Lösungen der Aufgaben (3) und (4) zeigt die Richtigkeit von Lösungsvorschlag 1.
