Aufgaben:Aufgabe 3.1: Analyse eines Faltungscodierers: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:P_ID2588__KC_A_3_1_neu.png|right|frame|Vorgegebener Faltungscodierer]]
 
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Wir betrachten den nebenstehenden Faltungscodierer und gehen von folgender Informationssequenz:
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Wir betrachten den skizzierten Faltungscodierer und gehen von folgender Informationssequenz aus:
:$$\underline{\it u} =  \big( 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm}...  \big )\hspace{0.05cm}.$$
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:$$\underline{\it u} =  \big( 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm}\text{...}   \big )\hspace{0.05cm}.$$
  
 
Diese Sequenz wird auf drei Stränge aufgeteilt:
 
Diese Sequenz wird auf drei Stränge aufgeteilt:
:$$\underline{\it u}^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm}  \big( 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} ...   \big )\hspace{0.05cm},$$
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:$$\underline{\it u}^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm}  \big( 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} \text{...\big )\hspace{0.05cm},$$
:$$\underline{\it u}^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm}  \big( 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} ...  \big )\hspace{0.05cm},$$
+
:$$\underline{\it u}^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm}  \big( 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm}\text{...}   \big )\hspace{0.05cm},$$
:$$\underline{\it u}^{(3)} \hspace{-0.15cm} \ =  \hspace{-0.15cm}  \big( 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} ...   \big )\hspace{0.05cm}.$$
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:$$\underline{\it u}^{(3)} \hspace{-0.15cm} \ =  \hspace{-0.15cm}  \big( 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm}\text{...\big )\hspace{0.05cm}.$$
  
Die zum Zeitpunkt $i$ am Coder anliegenden Bits werden mit $u_i^{\rm (1)}$, $u_i^{\rm (2)}$ und $u_i^{\rm (3)}$ bezeichnet. Beispielsweise gilt $u_1^{\rm (1)} = 0$, $u_2^{\rm (2)} = 1$ sowie $u_3^{\rm (3)} = 1$.
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Die zum Zeitpunkt  $i$  am Coder anliegenden Bits werden mit  $u_i^{\rm (1)}$,  $u_i^{\rm (2)}$  und  $u_i^{\rm (3)}$  bezeichnet.  Beispielsweise gilt  $u_1^{\rm (1)} = 0$,  $u_2^{\rm (2)} = 1$  sowie  $u_3^{\rm (3)} = 1$.
  
 
In dieser Aufgabe sollen ermittelt werden:
 
In dieser Aufgabe sollen ermittelt werden:
* die Anzahl $k$ der pro Codierschritt verarbeiteten Informationsbits,
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* die Anzahl  $k$  der pro Codierschritt verarbeiteten Informationsbits,
* die Anzahl $n$ der pro Codierschritt ausgegebenen Codebits,
 
* die Gedächtnisordnung (oder kurz: das Gedächtnis) $m$,
 
* die Gesamteinflusslänge (oder kurz: Einflusslänge) $\nu$.
 
  
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* die Anzahl  $n$  der pro Codierschritt ausgegebenen Codebits,
  
Außerdem sollen Sie für die angegebene Informationssequenz $\underline {u}$ die Codesymbole $x_i^{(1)}$, $x_i^{(2)}$, $x_i^{(3)}$, $x_i^{(4)}$ für die Taktzeitpunkte $i = 1$ und $i = 3$ bestimmen. Dabei ist vorauszusetzen, dass alle Speicherelemente zu Beginn mit Nullen belegt waren.
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* die Gedächtnisordnung  $($oder kurz:  das Gedächtnis$)$  $m$,
  
''Hinweise:''
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* die Gesamteinflusslänge  $($oder kurz:  Einflusslänge$)$  $\nu$.
* Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel [[Kanalcodierung/Grundlagen_der_Faltungscodierung| Grundlagen der Faltungscodierung]].
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* Der Vollständigkeit halber werden hier auch die Codebits zum Taktschritt $i = 2$ angegeben:
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Außerdem sollen Sie für die angegebene Informationssequenz  $\underline {u}$  die Codesymbole  $x_i^{(1)}$,  $x_i^{(2)}$,  $x_i^{(3)}$  und  $x_i^{(4)}$  für die Taktzeitpunkte  $i = 1$  und  $i = 3$  bestimmen. Dabei ist vorauszusetzen, dass alle Speicherelemente zu Beginn mit Nullen belegt waren.
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<u>Hinweise:</u>
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* Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel&nbsp; [[Kanalcodierung/Grundlagen_der_Faltungscodierung| "Grundlagen der Faltungscodierung"]].
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* Der Vollständigkeit halber werden hier auch die Codebits zum Taktschritt&nbsp; $i = 2$&nbsp; angegeben:
 
:$$x_2^{(1)} = 1  \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_2^{(2)} = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}
 
:$$x_2^{(1)} = 1  \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_2^{(2)} = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}
 
x_2^{(3)} = 0 ,\hspace{0.4cm}x_2^{(4)} = 0 \hspace{0.05cm}.$$
 
x_2^{(3)} = 0 ,\hspace{0.4cm}x_2^{(4)} = 0 \hspace{0.05cm}.$$
  
# Diese letzte Angabe wird zur Lösung der Aufgabe allerdings nicht benötigt.
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* Diese letzte Angabe wird zur Lösung der Aufgabe allerdings nicht benötigt.
* Sollte die Eingabe des Zahlenwertes &bdquo;0&rdquo; erforderlich sein, so geben Sie bitte &bdquo;0.&rdquo; ein.
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===Fragebogen===
 
===Fragebogen===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Wie lauten die Codeparameter $k$ und $n$?
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{Wie lauten die Codeparameter&nbsp; $k$&nbsp; und&nbsp; $n$?
 
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$k \ = \ ${ 3 3% }
 
$k \ = \ ${ 3 3% }
 
$n \ = \ ${ 4 3% }
 
$n \ = \ ${ 4 3% }
  
{Wie groß sind die Gedächtnisordnung $m$ und die Gesamteinflusslänge $\nu$?
+
{Wie groß sind die Gedächtnisordnung&nbsp; $m$&nbsp; und die Gesamteinflusslänge&nbsp; $\nu$?
 
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$m \ = \ ${ 2 3% }
 
$m \ = \ ${ 2 3% }
 
$\nu \ = \ ${ 3 3% }
 
$\nu \ = \ ${ 3 3% }
  
{Wie lauten die vier Codebits im ersten Codierschritt ($i = 1$)?
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{Wie lauten die vier Codebits im ersten Codierschritt&nbsp; $(i = 1)$?
 
|type="{}"}
 
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$x_1^{(1)} \ = \ ${ 0 3% }
 
$x_1^{(1)} \ = \ ${ 0 3% }
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$x_1^{(4)} \ = \ ${ 0 3% }
 
$x_1^{(4)} \ = \ ${ 0 3% }
  
{Wie lauten die Codebits im dritten Codierschritt ($i = 3$)?
+
{Wie lauten die vier Codebits im dritten Codierschritt&nbsp; $(i = 3)$?
 
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$x_3^{(1)} \ = \ ${ 1 3% }
 
$x_3^{(1)} \ = \ ${ 1 3% }
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===Musterlösung===
 
===Musterlösung===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Zu jedem Takt werden $\underline {k = 3}$ neue Informationsbits verarbeitet und $\underline {n = 4}$ Codebits ausgegeben.
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'''(1)'''&nbsp; Zu jedem Takt werden&nbsp; $\underline {k = 3}$&nbsp; neue Informationsbits verarbeitet und&nbsp; $\underline {n = 4}$&nbsp; Codebits ausgegeben.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Wir bezeichnen hier die Einflusslängen der Informationssequenzen $\underline{u}^{(j)}$ mit $\nu_j$, wobei $1 &#8804; j &#8804; k = 3$ zu setzen ist. Dann gilt:
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'''(2)'''&nbsp; Wir bezeichnen hier die Einflusslängen der Informationssequenzen &nbsp; $\underline{u}^{(j)}$ &nbsp; mit&nbsp; $\nu_j$,&nbsp; wobei&nbsp; $1 &#8804; j &#8804; k = 3$&nbsp; zu setzen ist.&nbsp; Dann gilt:
:$$\nu_1  \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 0 \hspace{0.15cm}{\rm (f\ddot{u}r \hspace{0.15cm}die \hspace{0.15cm}erste \hspace{0.15cm}Sequenz \hspace{0.15cm}ist \hspace{0.15cm}kein \hspace{0.15cm}Schieberegister \hspace{0.15cm}n\ddot{o}tig)}\hspace{0.05cm},$$
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:$$\nu_1  \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 0 \hspace{0.15cm}{\rm (f\ddot{u}r \hspace{0.15cm}die \hspace{0.15cm}erste \hspace{0.15cm}Sequenz \hspace{0.15cm}ist \hspace{0.15cm}kein \hspace{0.15cm}Schieberegister \hspace{0.15cm}n\ddot{o}tig)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}
:$$\nu_2  \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}\nu_3 = 2\hspace{0.05cm}.$$
+
\nu_2  \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}\nu_3 = 2\hspace{0.05cm}.$$
  
Die Gedächtnisordnung $m$ (oder kurz: das Gedächtnis) des Coders ist durch das längste Schieberegister gegeben &nbsp;&#8658;&nbsp; $\underline {m = 2}$. Die Gesamteinflusslänge (oder kurz: Einflusslänge) entspricht der Anzahl der Speicherelemente der gesamten Codiererschaltung &nbsp;&#8658;&nbsp; $\underline {\nu = 3}$.
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*Die Gedächtnisordnung&nbsp; $m$&nbsp; $($oder kurz:&nbsp; das Gedächtnis$)$&nbsp; des Coders ist durch das längste Schieberegister gegeben &nbsp; &#8658; &nbsp; $\underline {m = 2}$.
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*Die Gesamteinflusslänge&nbsp; $($oder kurz:&nbsp; Einflusslänge$)$&nbsp; entspricht der Anzahl der Speicherelemente der gesamten Codiererschaltung &nbsp; &#8658; &nbsp; $\underline {\nu = 3}$.
  
  
'''(3)'''&nbsp; [[Datei:P_ID2623__KC_A_3_1_neu.png|right|frame|Vorgegebener Faltungscoder]] Allgemein gilt für die $n = 4$ Codebits zum Schritt $i$:
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[[Datei:P_ID2623__KC_A_3_1_neu.png|right|frame|Vorgegebener Faltungscodierer]]  
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'''(3)'''&nbsp; Allgemein gilt für die&nbsp; $n = 4$&nbsp; Codebits zum Schritt&nbsp; $i$:
 
:$$x_i^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)}  \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_i^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)}  \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_i^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} + u_{i}^{(2)} + u_{i-1}^{(2)} + u_{i-1}^{(3)} \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_i^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} + u_{i}^{(2)} + u_{i-1}^{(2)} + u_{i-1}^{(3)} \hspace{0.05cm},$$
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:$$x_i^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} + u_{i}^{(2)} + u_{i}^{(3)}+ u_{i-2}^{(3)}\hspace{0.05cm}.$$
 
:$$x_i^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} + u_{i}^{(2)} + u_{i}^{(3)}+ u_{i-2}^{(3)}\hspace{0.05cm}.$$
  
Im ersten Codierschritt sind alle Speicherelemente mit Nullen belegt. Deshalb kann man für $i = 1$ auf alle Bits mit den Indizes $i&ndash;1$ bzw. $i \, &ndash;2$ verzichten. Entsprechend der Angabe soll weiter gelten: $u_1^{(1)} = 0$, $u_1^{(2)} = 1$, $u_1^{(3)} = 1$. Damit erhält man durch Modulo&ndash;2&ndash;Addition:
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*Im ersten Codierschritt sind alle Speicherelemente mit Nullen belegt.
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*Deshalb kann man für&nbsp; $i = 1$&nbsp; auf alle Bits mit den Indizes &nbsp; $i \, &ndash;1$ &nbsp; bzw. &nbsp; $i \, &ndash;2$ &nbsp; verzichten.
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*Entsprechend der Angabe soll weiter gelten:&nbsp; $u_1^{(1)} = 0$,&nbsp; $u_1^{(2)} = 1$,&nbsp; $u_1^{(3)} = 1$.
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*Damit erhält man durch Modulo&ndash;2&ndash;Addition:
 
:$$x_1^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} \hspace{0.15cm}\underline {=0}  \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_1^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} \hspace{0.15cm}\underline {=0}  \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_1^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} + u_{1}^{(2)} = 0+1 \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_1^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} + u_{1}^{(2)} = 0+1 \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},$$
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'''(4)'''&nbsp; Im Codierschritt $i = 3$ lauten die Informationsbits:
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'''(4)'''&nbsp; Im Codierschritt&nbsp; $i = 3$&nbsp; lauten die Informationsbits:
 
:$$u_i^{(1)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(1)} = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(1)} = 0\hspace{0.05cm},$$
 
:$$u_i^{(1)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(1)} = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(1)} = 0\hspace{0.05cm},$$
 
:$$u_i^{(2)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(2)} = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(2)} = 1\hspace{0.05cm},$$
 
:$$u_i^{(2)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(2)} = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(2)} = 1\hspace{0.05cm},$$
 
:$$u_i^{(3)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(3)} = 0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(3)} = 1\hspace{0.05cm},$$
 
:$$u_i^{(3)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(3)} = 0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(3)} = 1\hspace{0.05cm},$$
  
woraus sich folgende Codebits ergeben:
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:woraus sich folgende Codebits ergeben:
:$$x_3^{(1)} \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(2)} = 1+0+1+0\hspace{0.15cm}\underline {=0}\hspace{0.05cm},$$
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:$$x_3^{(1)} \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(2)} = 1+0+1+0\hspace{0.15cm}\underline {=0}\hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(3)}= 0+1+1+1 \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(4)} = 1+0+1+1\hspace{0.15cm}\underline {=1}\hspace{0.05cm}.$$
:$$x_3^{(3)}= 0+1+1+1 \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(4)} = 1+0+1+1\hspace{0.15cm}\underline {=1}\hspace{0.05cm}.$$
 
  
Die Codebits im Codierschritt $i = 2$ wurden bereits auf der Angabenseite genannt. Hier folgt noch die Herleitung:
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&rArr; &nbsp; Die Codebits im Codierschritt&nbsp; $i = 2$&nbsp; wurden bereits auf der Angabenseite genannt.&nbsp; Hier folgt noch die Herleitung:
 
:$$x_2^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} = 1 \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_2^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} = 1 \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_2^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} + u_{2}^{(2)} + u_{1}^{(2)} + u_{1}^{(3)} = 1+1+1+1 = 0 \hspace{0.05cm},$$
 
:$$x_2^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} + u_{2}^{(2)} + u_{1}^{(2)} + u_{1}^{(3)} = 1+1+1+1 = 0 \hspace{0.05cm},$$
Zeile 99: Zeile 115:
 
:$$x_2^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} + u_{2}^{(2)} + u_{2}^{(3)}+ u_{0}^{(3)}= 1+1+0+(0) = 0\hspace{0.05cm}.$$
 
:$$x_2^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} + u_{2}^{(2)} + u_{2}^{(3)}+ u_{0}^{(3)}= 1+1+0+(0) = 0\hspace{0.05cm}.$$
  
Somit beginnt die Codesequenz $\underline {x}$ (nach dem Multiplexing) mit $(0100, 1000, 1011, \ ...)$. Die Gruppierung wurde hier nur aus Gründen der Übersichtlichkeit vorgenommen.
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*Somit beginnt die Codesequenz&nbsp; $\underline {x}$&nbsp; $($nach dem Multiplexing$)$ &nbsp;mit&nbsp; $(0100, 1000, 1011, \ \text{...})$.  
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*Die Gruppierung wurde hier nur aus Gründen der Übersichtlichkeit vorgenommen.
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
 
[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^3.1 Grundlagen der Faltungscodierung^]]
 
[[Category:Aufgaben zu  Kanalcodierung|^3.1 Grundlagen der Faltungscodierung^]]

Aktuelle Version vom 6. November 2022, 18:21 Uhr

Vorgegebener Faltungscodierer

Wir betrachten den skizzierten Faltungscodierer und gehen von folgender Informationssequenz aus:

$$\underline{\it u} = \big( 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm}\text{...} \big )\hspace{0.05cm}.$$

Diese Sequenz wird auf drei Stränge aufgeteilt:

$$\underline{\it u}^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} \big( 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} \text{...} \big )\hspace{0.05cm},$$
$$\underline{\it u}^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} \big( 1,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm}\text{...} \big )\hspace{0.05cm},$$
$$\underline{\it u}^{(3)} \hspace{-0.15cm} \ = \hspace{-0.15cm} \big( 1,\hspace{0.05cm} 0,\hspace{0.05cm} 1,\hspace{0.05cm}\text{...} \big )\hspace{0.05cm}.$$

Die zum Zeitpunkt  $i$  am Coder anliegenden Bits werden mit  $u_i^{\rm (1)}$,  $u_i^{\rm (2)}$  und  $u_i^{\rm (3)}$  bezeichnet.  Beispielsweise gilt  $u_1^{\rm (1)} = 0$,  $u_2^{\rm (2)} = 1$  sowie  $u_3^{\rm (3)} = 1$.

In dieser Aufgabe sollen ermittelt werden:

  • die Anzahl  $k$  der pro Codierschritt verarbeiteten Informationsbits,
  • die Anzahl  $n$  der pro Codierschritt ausgegebenen Codebits,
  • die Gedächtnisordnung  $($oder kurz:  das Gedächtnis$)$  $m$,
  • die Gesamteinflusslänge  $($oder kurz:  Einflusslänge$)$  $\nu$.


Außerdem sollen Sie für die angegebene Informationssequenz  $\underline {u}$  die Codesymbole  $x_i^{(1)}$,  $x_i^{(2)}$,  $x_i^{(3)}$  und  $x_i^{(4)}$  für die Taktzeitpunkte  $i = 1$  und  $i = 3$  bestimmen. Dabei ist vorauszusetzen, dass alle Speicherelemente zu Beginn mit Nullen belegt waren.



Hinweise:

  • Der Vollständigkeit halber werden hier auch die Codebits zum Taktschritt  $i = 2$  angegeben:
$$x_2^{(1)} = 1 \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_2^{(2)} = 0 \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm} x_2^{(3)} = 0 ,\hspace{0.4cm}x_2^{(4)} = 0 \hspace{0.05cm}.$$
  • Diese letzte Angabe wird zur Lösung der Aufgabe allerdings nicht benötigt.



Fragebogen

1

Wie lauten die Codeparameter  $k$  und  $n$?

$k \ = \ $

$n \ = \ $

2

Wie groß sind die Gedächtnisordnung  $m$  und die Gesamteinflusslänge  $\nu$?

$m \ = \ $

$\nu \ = \ $

3

Wie lauten die vier Codebits im ersten Codierschritt  $(i = 1)$?

$x_1^{(1)} \ = \ $

$x_1^{(2)} \ = \ $

$x_1^{(3)} \ = \ $

$x_1^{(4)} \ = \ $

4

Wie lauten die vier Codebits im dritten Codierschritt  $(i = 3)$?

$x_3^{(1)} \ = \ $

$x_3^{(2)} \ = \ $

$x_3^{(3)} \ = \ $

$x_3^{(4)} \ = \ $


Musterlösung

(1)  Zu jedem Takt werden  $\underline {k = 3}$  neue Informationsbits verarbeitet und  $\underline {n = 4}$  Codebits ausgegeben.


(2)  Wir bezeichnen hier die Einflusslängen der Informationssequenzen   $\underline{u}^{(j)}$   mit  $\nu_j$,  wobei  $1 ≤ j ≤ k = 3$  zu setzen ist.  Dann gilt:

$$\nu_1 \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 0 \hspace{0.15cm}{\rm (f\ddot{u}r \hspace{0.15cm}die \hspace{0.15cm}erste \hspace{0.15cm}Sequenz \hspace{0.15cm}ist \hspace{0.15cm}kein \hspace{0.15cm}Schieberegister \hspace{0.15cm}n\ddot{o}tig)}\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm} \nu_2 \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}\nu_3 = 2\hspace{0.05cm}.$$
  • Die Gedächtnisordnung  $m$  $($oder kurz:  das Gedächtnis$)$  des Coders ist durch das längste Schieberegister gegeben   ⇒   $\underline {m = 2}$.
  • Die Gesamteinflusslänge  $($oder kurz:  Einflusslänge$)$  entspricht der Anzahl der Speicherelemente der gesamten Codiererschaltung   ⇒   $\underline {\nu = 3}$.


Vorgegebener Faltungscodierer

(3)  Allgemein gilt für die  $n = 4$  Codebits zum Schritt  $i$:

$$x_i^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} \hspace{0.05cm},$$
$$x_i^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} + u_{i}^{(2)} + u_{i-1}^{(2)} + u_{i-1}^{(3)} \hspace{0.05cm},$$
$$x_i^{(3)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(2)} + u_{i}^{(3)}+ u_{i-1}^{(2)} + u_{i-2}^{(3)} \hspace{0.05cm},$$
$$x_i^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{i}^{(1)} + u_{i}^{(2)} + u_{i}^{(3)}+ u_{i-2}^{(3)}\hspace{0.05cm}.$$
  • Im ersten Codierschritt sind alle Speicherelemente mit Nullen belegt.
  • Deshalb kann man für  $i = 1$  auf alle Bits mit den Indizes   $i \, –1$   bzw.   $i \, –2$   verzichten.
  • Entsprechend der Angabe soll weiter gelten:  $u_1^{(1)} = 0$,  $u_1^{(2)} = 1$,  $u_1^{(3)} = 1$.
  • Damit erhält man durch Modulo–2–Addition:
$$x_1^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} \hspace{0.15cm}\underline {=0} \hspace{0.05cm},$$
$$x_1^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} + u_{1}^{(2)} = 0+1 \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},$$
$$x_1^{(3)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(2)} + u_{1}^{(3)}= 1 + 1 \hspace{0.15cm}\underline {=0}\hspace{0.05cm},$$
$$x_1^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{1}^{(1)} + u_{1}^{(2)} + u_{1}^{(3)}= 0+1+1\hspace{0.15cm}\underline {=0}\hspace{0.05cm}.$$


(4)  Im Codierschritt  $i = 3$  lauten die Informationsbits:

$$u_i^{(1)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(1)} = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(1)} = 0\hspace{0.05cm},$$
$$u_i^{(2)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(2)} = 1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(2)} = 1\hspace{0.05cm},$$
$$u_i^{(3)} \hspace{-0.2cm} \ = \ \hspace{-0.2cm}1\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-1}^{(3)} = 0\hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}u_{i-2}^{(3)} = 1\hspace{0.05cm},$$
woraus sich folgende Codebits ergeben:
$$x_3^{(1)} \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(2)} = 1+0+1+0\hspace{0.15cm}\underline {=0}\hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(3)}= 0+1+1+1 \hspace{0.15cm}\underline {=1} \hspace{0.05cm},\hspace{0.4cm}x_3^{(4)} = 1+0+1+1\hspace{0.15cm}\underline {=1}\hspace{0.05cm}.$$

⇒   Die Codebits im Codierschritt  $i = 2$  wurden bereits auf der Angabenseite genannt.  Hier folgt noch die Herleitung:

$$x_2^{(1)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} = 1 \hspace{0.05cm},$$
$$x_2^{(2)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} + u_{2}^{(2)} + u_{1}^{(2)} + u_{1}^{(3)} = 1+1+1+1 = 0 \hspace{0.05cm},$$
$$x_2^{(3)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(2)} + u_{2}^{(3)}+ u_{1}^{(2)} + u_{0}^{(3)} = 1+0+1+(0) = 0\hspace{0.05cm},$$
$$x_2^{(4)} \hspace{-0.15cm} \ = \ \hspace{-0.15cm} u_{2}^{(1)} + u_{2}^{(2)} + u_{2}^{(3)}+ u_{0}^{(3)}= 1+1+0+(0) = 0\hspace{0.05cm}.$$
  • Somit beginnt die Codesequenz  $\underline {x}$  $($nach dem Multiplexing$)$  mit  $(0100, 1000, 1011, \ \text{...})$.
  • Die Gruppierung wurde hier nur aus Gründen der Übersichtlichkeit vorgenommen.