HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Transkript

1 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Målform: Bokmål Eksamensdato: Varighet/eksamenstid: Emnekode: Emnenavn: TELE3004 Trådløs kommunikasjon Klasse(r): 3EE 3EI Studiepoeng: 10 Faglærer(e): (navn og telefonnr på eksamensdagen) Stein Øvstedal, tel , Stig Petersen tel Kontaktperson(adm.) (fylles ut ved behov kun ved kursemner) Hjelpemidler: Oppgavesettet består av: (antall oppgaver og antall sider inkl. forside) Vedlegg består av: (antall sider) Kalkulator HP30S eller Citizen: SR70, SR70X, skriveog tegnesaker. 5 oppgaver, 6 sider (med framsida) 1 side Merknad: Oppgaveteksten kan beholdes av studenter som sitter eksamenstiden ut. NB! Les gjennom hele oppgavesettet før du begynner arbeidet, og disponer tiden. Dersom noe virker uklart i oppgavesettet, skal du gjøre dine egne antagelser og forklare dette i besvarelsen. Lykke til!

2 Oppgave 1 (ca. 0 %) a) Hva er, og hva tilbyr, et lag i en protokollstakk? b) Hvilke egenskaper defineres vanligvis av fysisk lag i en trådløs protokoll? c) Hva er multiple medium aksessmetoder, og hva brukes de til? d) Forklar prinsippene for TDMA. e) Forklar prinsippene for FDMA. f) Hva er CDMA? Forklar kort hvordan radiospekteret brukes i tid og frekvens. g) Nevn to metoder for å lage spredt spekter (CDMA). h) Hva er interferens og hvordan oppstår det? i) Hva er støy? j) Hva kan skje med et radiosystem som blir utsatt for støy og interferens? k) Hvorfor er,4 GHz et populært frekvensbånd? l) Hvilke egenskaper ved radiokommunikasjon påvirkes av valg av frekvens (lav, høy)? m) Forklar hva vi mener med 3-dB båndbredden for ei antenne. n) Forklar hovedprinsippet til ei parabolantenne (sett navn på elementene). o) Hvilke to parametre bestemmer strekningsdempningen (bølgeutbredelse)? p) Forklar begrepet bitfletting («interleaving»). q) Forklar begrepet antenneforsterkning (vinning, «gain»). r) Hva er QPSK? Forklar. Oppgave (ca. 5 %) a) Tegn blokkdiagram av en dobbelsuperheterodynmottaker. Du skal lage en mottaker (dobbelsuperheterodyn) for mobiltelefoni med fast inngangsfilter. Filteret dekker frekvensbåndet (1805 MHz MHz). 1. lokaloscillatorfrekvensen (LO) (innstillbar) ligger over mottakerfrekvensen.. LO-frekvens ligger lavere enn signalet fra 1.mellomfrekvens (MF). Det skal være en mottaker med to mellomfrekvenser. De to mellomfrekvensfiltrene har senterfrekvens på henholdsvis 170 MHz og 10,7 MHz. Krav til minimum speilfrekvensdempning er 60 db. b) Skriv på blokkskjemaet de nødvendige frekvenser (oscillator-, speil- og filterfrekvenser mm) i mottakeren når den er innstilt til 1850 MHz. Hva er mottakerens speilfrekvenser? c) Tegn filterkarakteristikken for inngangsfilteret slik at speilfrekvensdempningen akkurat er lik kravet ved den mest ugunstige speilfrekvensen. Anta et symmetrisk båndpassfilter. Skriv på frekvenser og nivåer. Kommenter resultatet. d) Skisser karakteristikken til. mellomfrekvensfilter. Anta +/ 00 khz båndbredde ( 6dB). Anta 60 db båndbredde på +/ 400 khz. Angi frekvensene. e) Ofte kan det være gunstig å benytte to mellomfrekvenser. Hva oppnår vi i første mellomfrekvenstrinn, og hva oppnår vi i andre mellomfrekvenstrinn?

3 Oppgave 3 (ca. 0 %) a) Fortell om egenskapene til det fysiske laget til IEEE Forklar to av metodene for vurdering av ledig kanal (clear channel assessment) som kan benyttes av IEEE Hvilke nettverkstopologier støttes av IEEE ? Lag en enkel skisse for hver av topologiene. b) Hva er formålet med WirelessHART og ISA100.11a? Hvilken egenskap er det som gjør at WirelessHART og ISA100.11a er mer robust mot støy og interferens enn ZigBee og 6LoWPAN? Hvilke(n) multippel aksessmetode(r) bruker WirelessHART og ISA100.11a? Nevn to forskjeller mellom WirelessHART og ISA100.11a. Hva mener man med trådløs instrumentering? c) Vi har et WirelessHART-nettverk som skissert nedenfor, med 5 noder og en nettverksadministrator. Pilene i figuren representerer linker som er definert. Linkene er to-veis, dvs. at det f.eks. er en link for kommunikasjon fra A til B, og en for B til A. Gitt at systemet har to tilgjengelige kanaler, hva er minimum antall tidsluker man trenger for å få plass til alle linkene? Illustrer fordelingen av linker i en tabell med kanal og tidsluker. Bruk gjerne bokstaven N for nettverksadministratoren. Oppgave 4 (ca. 10 %) En sender med senderfrekvens på,4 GHz (i et trådløst nett) har en sendereffekt på 1 mw. Mottakeren har en følsomhet på 100 dbm. S/N antas lik 10 db. Anta at vi har ei antennevinning på 3 db både på sender og mottaker. Mottakerbåndbredden er MHz. a) Hvor lang avstand kan vi teoretisk kommunisere på i åpent lende? Utfør beregningen. b) På grunn av støy måler du kortere rekkevidde. Du måler støygulvet til 70 dbm med 00 khz båndbredde. Hva blir da det laveste signalet som kan mottas? c) Hva blir da teoretisk rekkevidde med denne støyen? Dersom du ikke har funnet støyeffekten i forrige spørsmål kan du anta en støyeffekt. 3

4 Oppgave 5 (ca. 5 %) Velg for hvert delspørsmål det alternativ som synes mest riktig. Dersom du velger feil vil det bli trukket en tredjedel av det et rett svar gir. «Vet ikke» gir 0 poeng. Sammenlagt poengsum i oppgave 5 kan ikke bli negativ. Skriv svaret ditt på gjennomslagsarket. a) Hva er formålet med 6LoWPAN? 1. Industrielle anvendelser.. Økt datarate. 3. IPv6 trafikk. 4. Lengre rekkevidde. b) Hvor mange lag er det i OSI-modellen? c) Hvor mange dbm er 100 mw? d) Hvor mange mw er 13 dbm? 1. 0,05. 0, e) På hvilken frekvens opererer Bluetooth? MHz. 868 MHz 3.,4 GHz 4. 5 GHz f) Hva er båndbredden på en kanal i Bluetooth? 1. 1 MHz. MHz 3. 5 MHz 4. 0 MHz g) Hvor mange slaver kan det maksimalt være i et Bluetooth piconett?

5 h) På hvilken frekvens opererer IEEE 80.11n? 1.,4 GHz. 5 GHz 3.,4 GHz og 5 GHz GHz i) Hva er båndbredden på en kanal i IEEE 80.11b/g? 1. 1 MHz. MHz 3. 5 MHz 4. 0 MHz j) Hvordan kan man få to kopier av samme datapakke i et sensornettverk? 1. Både data og kvittering kommer frem ok.. Data kommer frem ok, kvitteringen blir tapt. 3. Data blir tapt, kvitteringen kommer frem ok. 4. Både data og kvitteringen blir tapt. k) Hva er lengden på en tidsluke i WirelessHART? µs. 1 ms ms ms l) Maksimal rekkevidde for WiMax er inntil m. 5 km km km m) En RFID «tag» uten batteri kalles En passiv «tag».. En aktiv «tag». 3. En semi-passiv «tag». 4. En semi-aktiv «tag». n) I GSM-systemet er det en systembegrensning for maksimal rekkevidde gitt av 1. transmisjonstidsforsinkelsen. basis-/mobil-stasjons sendereffekt 3. bitraten 4. polarisasjonsdreiingen o) For å få refleksjoner fra ionosfæren vil denne frekvensen kunne være gunstig: 1. 3 MHz. 30 MHz MHz 4. 3 GHz 5

6 p) Du måler 100 mv/m fra ei antenne i avstand 10 m. På 1000 m måler du mv/m µv/m µv/m 4. 0,01 µv/m q) Du måler 10µW/m fra ei antenne i avstand 10 m. På 1 km måler du ,0 µw/m. 0,1 µw/m 3. 0,01 µw/m 4. 0,001 µw/m r) Sammenligner vi en foldet dipol med en enkel dipol har en enkel dipol. 1. lavere impedans. høyere impedans 3. ca samme impedans 4. 3 db større antennevinning s) Ei dipolantenne 1. er ei isotrop antenne (tilnærmet). er ei smalbåndet antenne 3. er ei bredbåndet antenne 4. er antenne med sirkulær polarisasjon t) En PLL syntetisator (faselåst) brukes fordi.. 1. den har bedre frekvensoppløsning enn en DDS (direkte digital syntese). den svinger seg raskere inn ved frekvensendring enn en DDS 3. den går høyere i frekvens enn en DDS 4. den har en mer stabil frekvens enn en DDS 6

7 Eksamensvedlegg OPPGITTE FORMLER: l R[ Ω ] =, der A er ledertverrsnitt, l er lengde, σ er ledningsevne, alt i SI enheter A σ Ledningsevne kobber: σ = 5, S/m. Støy: Termisk støy i motstander = 4 k T R B un n Boltzmanns konstant k=1, J/K Støyfaktor: F 1 F 3 1 F 4 1 Friis ' formel F Tot = F G A1 G A1 G A G A1 G A G A3 Frittromsimpedansen / free space impedance E Z0 = = 10 π Ω = 377 Ω, H Φ = B A, B = µ H, d Ui ( t) = Φ dt, µ0 = 4π10-7 H/m, ε0 = 8, F/m I = H ds Indusert spenning i en spole med N vindinger og areal A som omsluttes av fluksen Φ = µ0 µr H A: = Φ Frittromsutbredelse: Forhold mellom mottatt og utsendt effekt: = Lyshastighet: c = m/s ( π ) 3 db lobebredde i grader for apertureantenner med diameter D: BW-3dB = 70 λ/d For ei antenne gjelder: A eff G λ = 4π ψ sin( n ) Gruppefaktoren (arrayfaktor) AF( ϕ) = ψ n sin( ) π Der ψ = s cosϕ + α (tilleggsforsinkelse α) λ, n = antall element. 7