Aufgaben:Aufgabe 4.4: Zur Modulation bei LTE: Unterschied zwischen den Versionen
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− | *Im sendernahen Gebiet $\rm A$ herrschen üblicherweise die besten Empfangsbedingungen vor. Hier kann das Modulationsverfahren 64–QAM verwendet werden, das bei idealen Bedingungen den höchsten Durchsatz ermöglicht, aber bei sinkendem SNR auch am meisten degradiert. | + | *Im sendernahen Gebiet $\rm A$ herrschen üblicherweise die besten Empfangsbedingungen vor. Hier kann das Modulationsverfahren 64–QAM verwendet werden, das bei idealen Bedingungen den höchsten Durchsatz ermöglicht, aber bei sinkendem SNR auch am meisten degradiert. |
− | *Für das senderferne Gebiet $\rm C$ ist dagegen die 64–QAM nicht geeignet. Hier verwendet man besser das niederststufigste Modulationsverfahren 4–QAM. | + | *Für das senderferne Gebiet $\rm C$ ist dagegen die 64–QAM nicht geeignet. Hier verwendet man besser das niederststufigste Modulationsverfahren 4–QAM. |
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[[Datei:P_ID3157__LTE_A_4_4b_version1.png|right|frame|Durchsatz der QAM–Varianten]] | [[Datei:P_ID3157__LTE_A_4_4b_version1.png|right|frame|Durchsatz der QAM–Varianten]] | ||
'''(2)''' Zu vergleichen sind hier die beiden mit „$2 \ \rm bit/Symbol$” und „$4 \ \rm bit/Symbol$” beschrifteten Kurven. | '''(2)''' Zu vergleichen sind hier die beiden mit „$2 \ \rm bit/Symbol$” und „$4 \ \rm bit/Symbol$” beschrifteten Kurven. | ||
− | *Der Schnittpunkt liegt bei $10 \cdot {\rm lg \ SNR_{1}}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 15 \ \rm dB}$. | + | *Der Schnittpunkt liegt bei $10 \cdot {\rm lg \ SNR_{1}}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 15 \ \rm dB}$ (rote Markierung). |
− | * Daraus folgt direkt: Die 16–QAM führt nur | + | * Daraus folgt direkt: Die 16–QAM führt nur für $10 \cdot {\rm lg \ SNR} > 15 \ \rm dB$ zu einem größeren Durchsatz als die 4–QAM. |
− | '''(3)''' Das Ergebnis $10 \cdot {\rm lg \ SNR_{2}}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 22 \ \rm dB}$ ergibt sich aus dem Schnittpunkt der beiden Kurven „$4 \ \rm bit/Symbol$” und „$6 \ \rm bit/Symbol$”. | + | '''(3)''' Das Ergebnis $10 \cdot {\rm lg \ SNR_{2}}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 22 \ \rm dB}$ ergibt sich aus dem Schnittpunkt der beiden Kurven <br> „$4 \ \rm bit/Symbol$” und „$6 \ \rm bit/Symbol$” (blaue Markierung). |
− | '''(4)''' Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass mit 4–QAM ( | + | '''(4)''' Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass mit 4–QAM $(2 \ \rm bit/Symbol)$ der Durchsatz (nahezu) Null ist. |
*Die QPSK ist bei diesem Vergleich identisch mit der 4–QAM und somit ebenfalls ungeeignet. | *Die QPSK ist bei diesem Vergleich identisch mit der 4–QAM und somit ebenfalls ungeeignet. | ||
− | *Besser wäre ''Binary Phase Shift Keying'' (BPSK), was der untersten Kurve „$1 \ \rm bit/Symbol$” | + | *Besser wäre hier ''Binary Phase Shift Keying'' $\rm (BPSK)$, was der untersten Kurve „$1 \ \rm bit/Symbol$” entspricht <br>⇒ <u>Lösungsvorschlag 1</u>. |
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Version vom 25. September 2020, 14:25 Uhr
Bei LTE wählt der Scheduler je nach Beschaffenheit der Umgebung und Entfernung des Teilnehmers zur Basisstation das passende Modulationsverfahren aus. In dieser Aufgabe betrachten wir verschiedene QAM–Verfahren, nämlich:
- $\rm 4–QAM$ mit $b\text{ = 2 bit/Symbol}$,
- $\rm 16–QAM$ mit $b\text{ = 4 bit/Symbol}$,
- $\rm 64–QAM$ mit $b\text{ = 6 bit/Symbol}$.
Rein formal lassen sich diese Verfahren als „$b^{2}$–QAM” bezeichnen.
- Rechts dargestellt sind die Signalraumkonstellationen für 16–QAM und 64–QAM angegeben. Die gelben Punkte alleine kennzeichnen jeweils die 4–QAM.
- Das untere Diagramm aus [MG08] zeigt für verschiedene $b$–Werte den Durchsatz abhängig vom Signal–zu–Stör–Abstand ⇒ $10 \cdot {\rm lg \ SNR}$.
- Man erkennt, dass bei sehr gutem Kanal $($also sehr großem $\rm SNR)$ der Durchsatz näherungsweise proportional zu $b$ ist.
Hinweise:
- Die Aufgabe gehört zum Kapitel Bitübertragungsschicht bei LTE.
- Bezug genommen wird insbesondere auf die Seiten Modulation bei LTE sowie das vierte Kapitel
Digitale Modulationsverfahren im Buch „Modulationsverfahren”. - Die in der obigen Skizze eingezeichneten Gebiete $\rm A$, $\rm B$ und $\rm C$ sollen in der Teilaufgabe (1) den Modulationsverfahren 4–QAM, 16–QAM und 64–QAM zugeordnet werden.
- Der Literaturhinweis [MG08] bezieht sich auf:
Myung, H.; Goodman, D.: Single Carrier FDMA – A New Air Interface for Long Term Evolution.
West Sussex: John Wiley & Sons, 2008.
Fragebogen
Musterlösung
(1) Richtig ist nur der Lösungsvorschlag 2:
- Im sendernahen Gebiet $\rm A$ herrschen üblicherweise die besten Empfangsbedingungen vor. Hier kann das Modulationsverfahren 64–QAM verwendet werden, das bei idealen Bedingungen den höchsten Durchsatz ermöglicht, aber bei sinkendem SNR auch am meisten degradiert.
- Für das senderferne Gebiet $\rm C$ ist dagegen die 64–QAM nicht geeignet. Hier verwendet man besser das niederststufigste Modulationsverfahren 4–QAM.
(2) Zu vergleichen sind hier die beiden mit „$2 \ \rm bit/Symbol$” und „$4 \ \rm bit/Symbol$” beschrifteten Kurven.
- Der Schnittpunkt liegt bei $10 \cdot {\rm lg \ SNR_{1}}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 15 \ \rm dB}$ (rote Markierung).
- Daraus folgt direkt: Die 16–QAM führt nur für $10 \cdot {\rm lg \ SNR} > 15 \ \rm dB$ zu einem größeren Durchsatz als die 4–QAM.
(3) Das Ergebnis $10 \cdot {\rm lg \ SNR_{2}}\hspace{0.15cm}\underline{ \approx 22 \ \rm dB}$ ergibt sich aus dem Schnittpunkt der beiden Kurven
„$4 \ \rm bit/Symbol$” und „$6 \ \rm bit/Symbol$” (blaue Markierung).
(4) Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass mit 4–QAM $(2 \ \rm bit/Symbol)$ der Durchsatz (nahezu) Null ist.
- Die QPSK ist bei diesem Vergleich identisch mit der 4–QAM und somit ebenfalls ungeeignet.
- Besser wäre hier Binary Phase Shift Keying $\rm (BPSK)$, was der untersten Kurve „$1 \ \rm bit/Symbol$” entspricht
⇒ Lösungsvorschlag 1.