Per il quesito 3 la soluzione la possiamo tralasciare in quanto basta scrivere pari pari tutti i procedimenti che stanno sul libro. Esaminiamo il quesito 4.
A
Come sappiamo, dato che i segnali sono 2, la probabilità di errore per bit e per simbolo sono uguali; inoltre i segnali sono equiprobabili, per cui:
$Pb(gamma_b,alpha) = 1/2( p(e|s_1) + p(e|s2) )$
$P(e|s1) = 1/sqrt(piN_0) int_{-oo}^{alpha sqrt(Eb)} e^(-(r-sqrt(Eb))^2/(N_0))dr = 1/sqrt(2pi) int_{-oo}^{(alpha-1)sqrt(2gamma_
} e^(-(x^2)/2)dx = $
$= 1/sqrt(2pi) int_{(1-alpha)sqrt(2gamma_
}^{oo} e^(-(x^2)/2)dx$
Dove nell'ultimo passaggio ho invertito segni degli estremi e verso d'integrazione, lasciando invariato il risultato. Tutti i passaggi relativi al cambio di variabile da r ad x li ho tralasciati in quanto piuttosto banali. Alla fine ci esce:
$P(e|s1) = Q((1-alpha)sqrt(2gamma_
)$
Allo stesso modo ricaviamo:
$P(e|s2) = 1/sqrt(piN_0) int_{alpha sqrt(Eb)}^{oo} e^(-(r+sqrt(Eb))^2/(N_0))dr = 1/sqrt(2pi) int_{(alpha+1)sqrt(2gamma_
}^{oo} e^(-(x^2)/2)dx = Q((1+alpha)sqrt(2gamma_
)$
quindi
$Pb(gamma_b,alpha) = 1/2 Q((1-alpha)sqrt(2gamma_
) + 1/2 Q((1+alpha)sqrt(2gamma_
)$
B
La funzione Q è una funzione positiva e decrescente, pertanto al crescere di $gamma_b$, ossia dell'energia dei due segnali, quindi la loro distanze, entrambe le Q che concorrono alla Pb decrescono.
$lim_{gamma_b rightarrow oo} Pb(gamma_b,alpha) = 1/2 * 0 + 1/2 * 0$
$lim_{gamma_b rightarrow 0} Pb(gamma_b,alpha) = 1/2 Q(0) + 1/2 Q(0) = 1/4 + 1/4 = 1/2$
C
La funzione Q ha un andamento decrescente e parabolico. Al crescere di $alpha$, si nota che $Q((1-alpha)sqrt(2gamma_
)$ cresce mentre $Q((1+alpha)sqrt(2gamma_
)$ decresce.
Questi due valori quindi si spostano lungo il grafico della funzione Q (il grafico si dovrebbe trovare sul libro), quello crescente verso sinistra e quello decrescente verso destra. Quello crescente cresce più velocemente di quanto decresce il decrescente (scusate lo scioglilingua). Perciò si può affermare che al crescere di $alpha$ la probabilità d'errore aumenta (questo è anche giustificabile intuitivamente andando a guardare la costellazione e la soglia)
$lim_{alpha rightarrow oo} Pb(gamma_b,alpha) = 1/2 Q(oo) + 1/2 Q(-oo) = 1/2 Q(oo) + 1/2 - 1/2 Q(oo) = 1/2$
Il penultimo passaggio proviene dalle proprietà della funzione Q.
$lim_{alpha rightarrow 0} Pb(gamma_b,alpha) = 1/2 Q(sqrt(2gamma_
) + 1/2 Q(sqrt(2gamma_
) = Q(sqrt(2gamma_
)$
che è proprio la probabilità d'errore del PAM binario antipodale quando la soglia è 0 (cioè quando si adotta un ricevitore ottimo).