Aufgaben:Aufgabe 3.3: Zellulare Mobilfunksysteme: Unterschied zwischen den Versionen
Aus LNTwww
(12 dazwischenliegende Versionen von 3 Benutzern werden nicht angezeigt) | |||
Zeile 6: | Zeile 6: | ||
[[Datei:P_ID2220__Mob_A_3_3.png|right|frame|Zellulare Netzarchitektur]] | [[Datei:P_ID2220__Mob_A_3_3.png|right|frame|Zellulare Netzarchitektur]] | ||
− | Ein Charakteristikum von GSM und UMTS gleichermaßen ist die | + | Ein Charakteristikum von GSM und UMTS gleichermaßen ist die zellulare Netzstruktur, wobei für einfache Berechnungen die Zellen häufig durch Hexagone angenähert werden. |
− | Die Farben „Weiß”, „Gelb” und „Blau” in der Grafik stehen für unterschiedliche Frequenzen, wodurch der störende Einfluss von | + | *Die Farben „Weiß”, „Gelb” und „Blau” in der Grafik stehen für unterschiedliche Frequenzen, wodurch der störende Einfluss von Interzellinterferenz vermindert werden kann. |
− | Schwarze Punkte | + | *Schwarze Punkte kennzeichnen Basisstationen, die in diesem Modell im Abstand von $D = 10 \ \rm km$ gleichmäßig verteilt sind. |
− | Die beiden violetten Punkte im linken oberen Teil kennzeichnen zwei mobile Teilnehmer, deren Signale miteinander interferieren | + | *Die beiden violetten Punkte im linken oberen Teil kennzeichnen zwei mobile Teilnehmer, deren Signale miteinander interferieren – siehe Teilaufgabe '''(2)'''. |
− | |||
− | Die Aufgabe | + | |
− | UMTS]]. Insbesondere gibt es in dieser Aufgabe Fragen bezüglich Zellatmung und | + | |
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ''Hinweise:'' | ||
+ | |||
+ | *Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Mobile_Kommunikation/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS|Gemeinsamkeiten von GSM und | ||
+ | UMTS]]. | ||
+ | * Insbesondere gibt es in dieser Aufgabe Fragen bezüglich [[Mobile_Kommunikation/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Interferenzleistung_und_Zellatmung|Zellatmung]] und [[Mobile_Kommunikation/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Near.E2.80.93Far.E2.80.93Effekt|Near–Far–Effekt]]. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
===Fragebogen=== | ===Fragebogen=== | ||
Zeile 25: | Zeile 36: | ||
{Gilt die gegebene idealisierte Zellstruktur eher | {Gilt die gegebene idealisierte Zellstruktur eher | ||
− | |type=" | + | |type="()"} |
+ für GSM, | + für GSM, | ||
- für UMTS? | - für UMTS? | ||
{Wie nennt man die gegenseitige Beeinträchtigung der eingezeichneten violetten Mobilstationen in der Grafik? | {Wie nennt man die gegenseitige Beeinträchtigung der eingezeichneten violetten Mobilstationen in der Grafik? | ||
− | |type=" | + | |type="()"} |
- Intrazellinterferenz, | - Intrazellinterferenz, | ||
+ Interzellinterferenz. | + Interzellinterferenz. | ||
− | {Wie groß ist der minimale Abstand von Mobilstationen gleicher Frequenz? | + | {Wie groß ist hier der minimale Abstand von Mobilstationen gleicher Frequenz? |
|type="{}"} | |type="{}"} | ||
$d_{\rm min} \ = \ $ { 5.77 3% } $\ \rm km$ | $d_{\rm min} \ = \ $ { 5.77 3% } $\ \rm km$ | ||
Zeile 43: | Zeile 54: | ||
+ Zellatmung wird bei UMTS eingesetzt. | + Zellatmung wird bei UMTS eingesetzt. | ||
− | {Wie kann dem | + | {Wie kann dem Near–Far–Effekt entgegengewirkt werden? |
|type="[]"} | |type="[]"} | ||
+ Durch eine schnelle und präzise Leistungsregelung. | + Durch eine schnelle und präzise Leistungsregelung. | ||
Zeile 54: | Zeile 65: | ||
{{ML-Kopf}} | {{ML-Kopf}} | ||
− | '''(1)''' Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 1</u> | + | '''(1)''' Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 1</u>: |
+ | *Aus der Farbgebung der Grafik auf der Angabenseite erkennt man den Reuse–Faktor $3$. | ||
+ | *Bei GSM benutzen benachbarte Zellen unterschiedliche Frequenzen. | ||
+ | *Bei dem auf CDMA basierenden UMTS–System wird dagegen in allen Zellen die gleiche Frequenz verwendet. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | '''(2)''' Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>: | ||
+ | *Es kommt zwischen den eingezeichneten Mobilstationen zu Interzellinterferenzen, da die Teilnehmer ''unterschiedlicher Zellen'' den gleichen Frequenzkanal nutzen. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | [[Datei:P_ID2225__Mob_A_3_3b.png|right|frame|"Abstand" gleicher Frequenzen]] | ||
+ | '''(3)''' Die Skizze verdeutlicht den Rechengang bezüglich den „weißen Frequenzen”, wobei $d_{\rm min}$ durch den violetten Pfeil gegeben ist. | ||
+ | *Die Mobilstationen befinden sich dann in den Ecken der weißen Hexagone. | ||
+ | |||
+ | *Der rote (horizontale) Pfeil kennzeichnet den Abstand $D = 10 \ \rm km$ zweier Basisstationen. | ||
+ | *Aufgrund einfacher geometrischer Überlegungen erhält man: | ||
+ | :$$\tan(30^{\circ}) = \frac{d_{\rm min}/2}{D/2} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} d_{\rm min} = D \cdot \tan(30^{\circ}) \hspace{0.15cm} \underline {= 5.77\,{\rm km}}\hspace{0.05cm}.$$ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | '''(4)''' Richtig sind <u>beide Lösungsvorschläge</u>: | ||
+ | *Nimmt bei UMTS die Anzahl der aktiven Teilnehmer signifikant zu, so wird der Zellenradius und damit auch die aktuelle Interferenzleistung verkleinert. | ||
+ | *Für die Versorgung der Mobilteilnehmer am Rande einer ausgelasteten Zelle springt dann eine weniger belastete Nachbarzelle ein. | ||
+ | |||
− | |||
− | '''( | + | '''(5)''' Richtig sind die <u>beiden ersten Lösungsvorschläge</u>: |
− | '' | + | *Der ''Near–Far–''Effekt bezeichnet das Problem des Uplinks. Die Basisstation empfängt von einem weiter entfernten Nutzer ein sehr viel schwächeres Signal als von einem nahen Teilnehmer. |
− | '' | + | *Um so größer ist dann auch dessen Bitfehlerrate, da das Signal des entfernteren Teilnehmers durch den nahen Teilnehmer weitgehend verdeckt wird. |
− | '' | + | *Man kann den ''Near–Far–''Effekt zum Beispiel durch eine schnelle und präzise Leistungsregelung weitgehend ausgleichen, in dem der entferntere Teilnehmer mit größerer Leistung sendet. |
+ | *Allerdings bewirkt eine solche Leistungserhöhung auch größere Interferenzleistungen für alle anderen Nutzer, so dass stets ein Kompromiss gefunden werden muss. | ||
+ | *Durch den Einsatz so genannter ''Multi–User–Detektoren'' lässt sich der ''Near–Far–''Effekt auch bei einheitlicher Sendeleistung ausreichend gut kompensieren. | ||
+ | *Dieser Empfängertyp wird vorwiegend bei der Basisstation eingesetzt – also im Uplink. | ||
+ | *Er wird aber auch im Downlink benutzt, zum Beispiel, um den BCH– oder den Pilotkanal zu subtrahieren. | ||
{{ML-Fuß}} | {{ML-Fuß}} |
Aktuelle Version vom 20. Februar 2021, 12:59 Uhr
Ein Charakteristikum von GSM und UMTS gleichermaßen ist die zellulare Netzstruktur, wobei für einfache Berechnungen die Zellen häufig durch Hexagone angenähert werden.
- Die Farben „Weiß”, „Gelb” und „Blau” in der Grafik stehen für unterschiedliche Frequenzen, wodurch der störende Einfluss von Interzellinterferenz vermindert werden kann.
- Schwarze Punkte kennzeichnen Basisstationen, die in diesem Modell im Abstand von $D = 10 \ \rm km$ gleichmäßig verteilt sind.
- Die beiden violetten Punkte im linken oberen Teil kennzeichnen zwei mobile Teilnehmer, deren Signale miteinander interferieren – siehe Teilaufgabe (2).
Hinweise:
- Die Aufgabe gehört zum Kapitel Gemeinsamkeiten von GSM und UMTS.
- Insbesondere gibt es in dieser Aufgabe Fragen bezüglich Zellatmung und Near–Far–Effekt.
Fragebogen
Musterlösung
(1) Richtig ist der Lösungsvorschlag 1:
- Aus der Farbgebung der Grafik auf der Angabenseite erkennt man den Reuse–Faktor $3$.
- Bei GSM benutzen benachbarte Zellen unterschiedliche Frequenzen.
- Bei dem auf CDMA basierenden UMTS–System wird dagegen in allen Zellen die gleiche Frequenz verwendet.
(2) Richtig ist der Lösungsvorschlag 2:
- Es kommt zwischen den eingezeichneten Mobilstationen zu Interzellinterferenzen, da die Teilnehmer unterschiedlicher Zellen den gleichen Frequenzkanal nutzen.
(3) Die Skizze verdeutlicht den Rechengang bezüglich den „weißen Frequenzen”, wobei $d_{\rm min}$ durch den violetten Pfeil gegeben ist.
- Die Mobilstationen befinden sich dann in den Ecken der weißen Hexagone.
- Der rote (horizontale) Pfeil kennzeichnet den Abstand $D = 10 \ \rm km$ zweier Basisstationen.
- Aufgrund einfacher geometrischer Überlegungen erhält man:
- $$\tan(30^{\circ}) = \frac{d_{\rm min}/2}{D/2} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} d_{\rm min} = D \cdot \tan(30^{\circ}) \hspace{0.15cm} \underline {= 5.77\,{\rm km}}\hspace{0.05cm}.$$
(4) Richtig sind beide Lösungsvorschläge:
- Nimmt bei UMTS die Anzahl der aktiven Teilnehmer signifikant zu, so wird der Zellenradius und damit auch die aktuelle Interferenzleistung verkleinert.
- Für die Versorgung der Mobilteilnehmer am Rande einer ausgelasteten Zelle springt dann eine weniger belastete Nachbarzelle ein.
(5) Richtig sind die beiden ersten Lösungsvorschläge:
- Der Near–Far–Effekt bezeichnet das Problem des Uplinks. Die Basisstation empfängt von einem weiter entfernten Nutzer ein sehr viel schwächeres Signal als von einem nahen Teilnehmer.
- Um so größer ist dann auch dessen Bitfehlerrate, da das Signal des entfernteren Teilnehmers durch den nahen Teilnehmer weitgehend verdeckt wird.
- Man kann den Near–Far–Effekt zum Beispiel durch eine schnelle und präzise Leistungsregelung weitgehend ausgleichen, in dem der entferntere Teilnehmer mit größerer Leistung sendet.
- Allerdings bewirkt eine solche Leistungserhöhung auch größere Interferenzleistungen für alle anderen Nutzer, so dass stets ein Kompromiss gefunden werden muss.
- Durch den Einsatz so genannter Multi–User–Detektoren lässt sich der Near–Far–Effekt auch bei einheitlicher Sendeleistung ausreichend gut kompensieren.
- Dieser Empfängertyp wird vorwiegend bei der Basisstation eingesetzt – also im Uplink.
- Er wird aber auch im Downlink benutzt, zum Beispiel, um den BCH– oder den Pilotkanal zu subtrahieren.