Aufgabe 4.1: Verschiedene Duplexverfahren bei UMTS

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UTRA–FDD und UTRA–TDD

Das Anfang der 1990er Jahre geplante und seit 2004 in Europa verfügbare UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ist ein sog. Mobilfunksystem der 3. Generation. Es verwendet in beiden Richtungen – Uplink und Downlink – das Vielfachzugriffsverfahren CDMA (Code Division Multiple Access). Die Standardisierung sieht im Wesentlichen zwei verschiedene Modi vor:

• $\color{red}{\rm UTRA–FDD}$ (UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex) mit zwölf gepaarten Frequenzbändern für den Uplink ($1920 – 1980 \ \rm MHz$) und den Downlink ($2110 – 2170 \ \rm MHz$).
• $\color{red}{\rm UTRA–TDD}$ (UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex) stellt vier Kanäle im Frequenzband von $1900 – 1920 \ \rm MHz$ bereit und einen weiteren bei $2020 – 2025 \ \rm MHz$.

Für das Frequenzband zwischen $2010$ und $2020 \ \rm MHz$ gibt es derzeit noch keine Lizenz. Dieses ist aber ebenfalls für UTRA–TDD reserviert.

Die Grafik zeigt schematisch die Frequenzbandbelegungen von UTRA–FDD (oben) und UTRA–TDD (unten). Man erkennt, dass sich die beiden Verfahren sowohl hinsichtlich des Vielfachzugriffs als auch bezüglich der Duplexrealisierung durchaus unterscheiden.

Hinweis:

Die Aufgabe bezieht sich auf Allgemeine Beschreibung von UMTS.

Fragebogen

1

Welche der nachfolgenden Aussagen sind zutreffend?

	UMTS ist ein Mobilfunksystem der zweiten Generation.
	UMTS ist ein Mobilfunksystem der dritten Generation.
	UMTS ist ein Mobilfunksystem der vierten Generation.

2

Wie werden „Uplink” und „Downlink” bei UTRA–FDD getrennt?

	Die Daten werden zeitlich getrennt übertragen.
	Die Daten werden im gleichen Frequenzband übertragen.
	Die Daten werden in gepaarten Frequenzbändern übertragen.

3

Wie werden „Uplink” und „Downlink” bei UTRA–TDD getrennt?

	Die Daten werden zeitlich getrennt übertragen.
	Die Daten werden im gleichen Frequenzband übertragen.
	Die Daten werden in gepaarten Frequenzbändern übertragen.

4

Wie groß ist die für UTRA–FDD insgesamt zugewiesene Bandbreite?

${\rm FDD}: B_{\rm ges} \ = \ $ $\ \rm MHz $

5

Welche Bandbreite belegt hierbei jeder Nutzer nach der Bandspreizung sowohl im Uplink als auch im Downlink?

${\rm FDD}: B_{\rm user} \ = \ $ $ \ \rm MHz $

6

Wie groß ist die Bandbreite eines jeden Nutzers bei UTRA–TDD?

${\rm TDD}: B_{\rm user} \ = \ $ $ \ \rm MHz $

7

Welche Aussagen treffen zu?

	In Europa wird der FDD–Modus verwendet.
	Der TDD–Modus eignet sich für asymmetrische Dienste.

Musterlösung

Musterlösung

(1)  Richtig ist die Aussage 2. Ein Vertreter der zweiten Mobilfunkgeneration ist GSM (Global System for Mobile Communications), das bereits seit Anfang der 1990er Jahre verfügbar ist und auf dem Modulationsverfahren GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) basiert. Dagegen verwendet UMTS als Vielfachzugriffsverfahren CDMA (Code Division Multiple Access).

Das Mobilfunksystem der vierten Generation wird LTE (Long Term Evolution) sein, das auf dem OFDM–Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplex) beruht. Die LTE–Einführung begann Anfang der 2010er Jahre.

(2)  Aus der oberen Grafik (Angabenseite) erkennt man, dass für UTRA–FDD die letzte Aussage zutrifft.

(3)  Gemäß der unteren Grafik erfolgt bei UTRA–TDD die Übertragung von Uplink und Downlink im gleichen Frequenzband. Die Trennung geschieht per Zeitmultiplex $\Rightarrow$ Aussagen 1 und 2.

(4)  Laut Angabe belegen Uplink und Downlink jeweils $60 \ {\rm MHz} \Rightarrow B_{\rm ges} = 120 \ \rm MHz$.

(5)  Es gilt jeweils $B_{user} \underline{ = 5 \ \rm MHz}$, sowohl im Uplink als auch im Downlink. Dieser Wert ergibt sich, wenn man die jeweilige Bandbreite ($60 \ \rm MHz$) durch die Anzahl der Kanäle ($12$) dividiert.

(6) Hier gilt wiederum $B_{\rm user} \underline{= 5 \ \rm MHz}$, wobei aber nun diese Bandbreite per TDMA zwischen Uplink und Downlink aufgeteilt werden muss.

(7)  Beide Aussagen sind richtig. Bei einem asymmetrischen Dienst ist das Datenvolumen des Downlinks deutlich größer als der des Uplinks. Beispiel: Surfen und Downloads im Internet.