Avdeling for ingeniørutdanning Fag TELETEKNIKK Fagnr: SO653E Faglig veileder: K. H. NygArd, H. Fylling Gruppe(r): 2ET Dato: 16.08.01 Eksamenstid. fra-til: 0900_1400 Eksamensoppgaven består av Tillatte hjelpemidler: Antall sider: 4 (Inkludert denne) Alle skrevne og trykte hjelpemidler Antall oppgaver: 4 Antall vedlegg: 1 Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Innføring skal være med blå eller sort penn. Oppgavene teller like mye, fordel tiden fornuftig. Lykke til og god sommer! Side l av lsider
Oppgave 1 (25%) Post og Teletilsynet har gitt konsesjon til firmatet RSF Communications for uttesting av et mobilt radiosystem som skal anvende adaptive antenner i basestasjonene. Adaptive antenner er antenner der hovedlooben stiller seg inn etter hvor mobilstasjonen befinner seg. Slike antenner kan være aktuelle både for GSM og UMTS. Konsesjonen er gitt for et lite frekvensområde rundt 890 MHz og Post og Teltilsynet tillater maksimalt utstrålt effekt l W. Minste elektriske feltstyrke ved mobilstasjon er 0.5 my/m for tilfredsstillende mottaksforhold. Største direktivitet for den adaptive antennen på basestasjon er 14 db ved det gitte frekvensområde. Mobilstasjonenes antenne er en variant aven IJ4 dipol med største direktivitet 4 db og effektiv lengde på 0,871... Spørsmålene nedenfor er knyttet til dette radiosystemet. Den adaptive antennen skal tilkoples en koaksialkabel på 50.0. som kommer fra sender/mottaker (TRX). Antennens inngangsimpedans er imidlertid forskjellig fra 50.0. slik at vi må lage et tilpasningsnettverk mellom antenne og kabel. A) Vi bruker en slotted line for å bestemme antennens inngangsimpedans. Forklar hvordan vi kan bestemme antennes inngangsimpedans ved hjelp av slotted-line. Målingene gir en inngangsimpedans på 10 + j16 Q. Bruk det vedlagte Smith-kart til å bestemme verdiene til de andre målingene som ble utført for å få impedansen som gitt ovenfor. Slotted line er plassert slik at det er stigende tall på målelinjen fr! generator (sender) - O mm nærmest generator. Målelinjen er 500 mm lang. B) Vi skal lage et tilpasningsnettverk mellom kabel og antenne slik at det ikke blir refleksjoner mellom TRX og tilpasningsnettverket. Tilpasningsnettverket skal være av type enkel stub. Tilpasningsnettverket skal plasseres nærmest antennen Forklar hvorfor det er galt å plassere tilpasningsnettverket nærmest TRX. Bruk Smith-kartet til å bestemme lengdene i stubnettverket. Selve stub'en skal være kortsluttet i enden. Angi lengdene både i bølgelengde (A) og mm når kabelens relative permittivitet Er er 2,3. Ved frekvenser i mikrobølgeområdet vil det generelt være upraktisk å lage tilpasningsnettverk med stubtilpasning. Gjør rede for hvorfor denne påstanden kan være riktig. Der finnes alternativer til stubtilpasning. Gjør rede for ett slikt alternativt tilpasningsnettverk. D) Basestasjonens antenne har en maksimal direktivitet på 14 db. Elementene i antennen er en rekke halvbølge dipoler som er koplet sammen. Forklar hvordan det er mulig å øke direktiviteten når flere slike antenneelementer koples sammen. Tegn gjerne figur. E) Bestem største avstand mellom basestasjon og mobilstasjon. Basestasjonens antenne er plassert 28 m over bakken. Mobilstasjonens antenne skal være minst l m over bakken. Vi forutsetter at dekningsområdet til en basestasjon er flatt og ellers uten bygninger eller liknende som kan skape komplekse refleksjoner. Side 2 av 2sider
Oppgave 2 (25%) A) Vi tenker oss at en helt ny GSM telefon blir slått på for aller første gang med et gitt abonnement f. eks. fra Netcom. Forklar hva som foregår i mobilstasjonen (MS) umiddelbart etter at denne er slått på. Forklar i grove trekk hva som skjer opplink (UL) og nedlink (DL) mellom mobilstasjon (MS) og basestasjon (BTS) etter at vi har tastet inn SIM-kortets PIN-kode. B) GSM er et cellulært mobilt radiosystem i den forstand at kommunikasjon kan foregå mens MS beveger seg innenfor en celle eller fra en celle til en annen. Ofte blir kommunikasjonen bedre når MS har en viss fart. Det er imidlertid en øvre grense for hvor fort en MS har lov til å bevege seg. Forklar hva det er i GSMsystemet som begrenser hvor fort en MS kan bevege seg. Vi tenger utelukkende på signalering og ikke på begrepet 'konstant radiokanal'. D) E) Som nevnt i punkt B) ovenfor er GSM et cellulært system. Forklar hva i systemet som gjør at GSM blir cellulært. Forklar også hva som begrenser cellen størrelse. GPRS er en ny bærertjeneste innen GSM. Dette er en påstand du skal forklare riktigheten av. Du skal også gjøre rede for hensikten med denne tjenesten. GSM og Bluetooth bruker radiogrensesnittet (radioressursen) på ulike måter ved forbindelse mellom to parter i sine respektive nett slik at forbindelsen utnytter radioressursen mest mulig effektivt. Forklar kortfattet bruken av radiogrensesnittet for disse to systemene. Bruk gjeme en figur til å ledsage forklaringen. Side 3 av 3sider
Oppgave 3 (25%) For et eldre digitalt mobiltelefonsystem er båndbredde-effektiviteten 2 bitls/hz. Vi ser på radiogrensesnittet og abonnenter som befinner seg i utkanten av cellene. A) Finn minimum EJNo forhold i db som sikrer abonnentene i utkantene av cellene feilfri kommunikasjon. Mobiltelefonoperatøren ønsker å doble antallet brukere av det eksisterende nettverket. Vi forutsetter at dette er mulig ved bare å øke sendereffekten. B) Hvor mye mer effekt i db må basestasjonene og mobilstasjonene sende med for å opprettholde feilfri kommunikasjon? Hvilken symbolrate må radiokanalen ha når det er ønskelig at kanalkapasiteten er 4800 bitls? Systemet brukes også som data link. der informasjonen sendes i pakker med hastigheten 1200 bit på 2.4 ms. D) Hvilken informasjonsrate støttes av kanalen under pakkeskuren? Hva er radiokanalens informasjonsrate dersom pakkene bare kan sendes hvert 6rns? Oppgave 4 (25%) Et 4 khz sinusformet signal med effektivverdi på l V digitaliseres til et PCM-signal med ordlengde på 8 bit og overføres serielt (benevnt datasignal) på en 2-tråds kopperkabel. Vi antar at enere og nullere i datasignalet er like sannsynlige. A) Finn antall kvantiseringsbinn. kvantiseringsstøynivået (RMS) i volt og maksimalt (sinus) signavkvantiseringsstøy-forhold i db. B) Finn minimum samplingsfrekvens og nødvendig båndbredde for overføringskanalen (kopperkabelen) dersom denne kan antas ideell. Finn så båndbredden dersom det tas skritt for å minske intersymbolinterferensen ved bruk av cosinusavrundet ('raised cosine') filtrering med en avrullingsfaktor ('roll off factor') på 0.5. Vi antar så at det serielle datasignalet kodes før det sendes ut på overføringskanalen (kopperkabelen). Vi antar som før at enere og nullere i datasignalet er like sannsynlige. Vis hvordan datasekvensen 1000010000111 kodes i Bifase, AM! og HDB3. Anta polariteten på foregående symbol negativ og polariteten på foregående'violation pulse' positiv (før sekvensen). D) Finn båndbredden for linjekodene i pkt. C. Sammenlign med resultatene i pkt. B. Side 4 av 4sider
IMPEDANCE: OR ADfI.1ITTANCE COORDINATES