NTM1-Modul Zwischenprüfung

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1 ZHAW, ASV, HS2008, 1 NTM1-Modul Zwischenprüfung Name: = 30 Punkte Vorname: 1: 2: 3: 4: 5: 6. Punkte: Note: Teilaufgaben sind möglichst unabhängig gehalten. Benutzen sie immer die Vorgaben! 25 Punkte genügen für die Note 6 Aufgabe 1: Freiraumausbreitung = 5 Punkte Folgendes 2.4 GHz Funkmodul soll zur LAN Datenübertragung zwischen 2 Häusern mit Sichtverbindung genutzt werden: Antennen mit Gewinn 7 db beidseitig Sendeleistung P = 100 mw Empfänger: Bandbreite 500 khz, minimales S/N 12 db, Rauschzahl 16 db a) Berechnen sie die Wellenlänge, die äquivalente Antennenfläche, die Sendeleistung in dbm und die EIRP in dbm b) Berechnen sie die Empfindlichkeit des Empfängers und die maximal verfügbare Freifelddämpfung der Strecke PL fs für die zugelassene EIRP von 20 dbm c) Eine Messung ergibt eine Pfaddämpfung PL = 100 db. Berechnen sie die erreichbare Distanz unter Annahme Freifeld-Dämpfung

2 ZHAW, ASV, HS2008, 2 Aufgabe 2: 2-Ray Path Model = 5 Punkte Auf einem Windkraftwerk in der Nordsee in einer Höhe von 60 m steht eine Sendeantenne, welche Messwerte der Generatoranlage an eine Sammelzentrale sendet. Die Empfangsantenne ist an der Küste in 100 m Höhe angebracht. Die Sendeleitung beträgt 10 mw, der Sendeantennen Gewinn 3 db (Rundstrahler) und beim Empfänger 6 db. Die zugeteilte Frequenz ist gleich 470 MHz. a) Bestimmen sie die Distanz bis zur letzten theoretischen Reflexion in Richtung Küste. Wie verläuft die Empfangsleistung danach qualitativ bis zur Küste unter Annahme vollständiger Reflexion? b) Bestimmen sie die Referenzfeldstärke in d = 10m (Freifeld), die Feldstärke und die Empfangsleistung in dbm in der 40 km entfernten Messstation d

3 ZHAW, ASV, HS2008, 3 Aufgabe 3: WLAN in der Automobilfertigung = 5 Punkte In einer Halle mit Metalldach und Einrichtung zur Autoproduktion wurden mit geeigneten Geräten einer Universität folgende typische Mehrweg-Ausbreitungsparameter bei 2.4 GHz gemessen: Relative delay (ns) Average relative Power (db) a) Bestimmen sie aus diesen für diese Umgebung den Mean Delay, den RMS Delay Spread und die Kohärenzbandbreite Bc db ns b) Formulieren sie kurz die Bedeutung und Konsequenz der Kohärenzbandbreite. c) In einer Diskussion bezeichnet ihre Chefin den Funkkanal bei 2.4 GHz als Flat Slow Fading. Welche beiden Eigenschaften charakterisieren diese Aussage? Für eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 m/s, welches wäre die tiefste Datenrate die noch unter diese Bezeichnung fällt?

4 ZHAW, ASV, HS2008, 4 Aufgabe 4: Indoor Link für Feuermelder = 5 Punkte In einem Verwaltungsgebäude unter Heimatschutz sollen drahtlose Feuermelder installiert werden um keine Leitung verlegen zu müssen. Der Link arbeitet bei 868 MHz und soll zuverlässig arbeiten. Aus Messungen haben sie einen Ausbreitungsexponenten n = 3.2 ermittelt und eine Dämpfung durch die Wände von 8 db/wand. a) Welcher Empfangspegel in dbm ergibt sich in der Referenzdistanz von 1 m wenn die Sendeleistung EIRP = 10 dbm beträgt und die Empfangsantenne 3 db Gewinn hat. Welcher Pegel kann in einer Distanz von 40 m noch erreicht werden. Welcher Pegel kann aus dem Raum, der durch 2 Wände getrennt in 40 m Distanz liegt, empfangen werden? b) Von einem Melder erhält man einen mittleren Empfangspegel von -70 dbm mit einer Standardabweichung σ = 12 db. Welchen Empfangspegel kann man in 90 % der Zeit erwarten und danach die Empfängersensitivität spezifizieren? n = 3.2 L wall = 8 db σ = 12 db

5 ZHAW, ASV, HS2008, 5 Aufgabe 5: Empfängerarchitektur = 5 Punkte In der europäischen Patentschrift EP von 1993 findet sich die abgebildete Architektur als Homodyne-Empfänger Vorschlag: a) Skizzieren sie die Spektren bei Tor 9 (Inphase) und Tor 21 (Quadrature) für ein Eingangsignal r(t) = cos(ωt) und für Quelle 11 s(t) = cos(ω 0 t), wenn gilt: ω 0 < ω. b) Ihre Chefin möchte dass sie ein Superheterodyn Empfänger entwickeln und erst ab ZF mit I/Q fahren. Das Empfangsband liegt bei 1700 MHz 1720 MHz, ZF Filter mit 20 MHz Bandbreite sind mit der Mittenfrequenz 380 MHz erhältlich. Welche LO-Frequenzen bieten sich an? Wo liegen jeweils die Spiegelfrequenzen? Wozu wird ein RF Filter nach der Antenne und vor dem LNA benötigt? Geben sie die Spezifikation des RF Filters (Filterstempel) an für die Wahl eines LO unterhalb Empfangsband

6 ZHAW, ASV, HS2008, 6 Aufgabe 6: Beugung = 5 Punkte Ein Weiler liegt hinter einer Hügelkuppe und wird nicht direkt ans GSM Netz (GSM 900 MHz) angeschlossen. Man hofft genügend Empfang durch die in der Nachbargemeinde platzierte Basisstation zu erhalten. Sie sollen kurz abschätzen ob dies berechtigt ist. 60 m 200 m 20 m 2000 m 2000 m a) Berechnen sie die Empfangsleistung in Distanz 4000 m für eine 400 W EIRP Basis an einem Handy mit Antennengewinn 0 db unter Annahme Freiraumausbreitung. b) Wie viel Zusatzdämpfung bringt der kantige Hügel mit sich? Ist ein Empfang mit einem handelsüblichen Handy mit Empfindlichkeit von -102 dbm möglich? c) Nachbarn der Basisstation wollen wissen ob der gesetzliche Grenzwert von 4 V/m eingehalten wird. Welche Feldstärke erwarten sie in 100 m Distanz von der Basis (Freiraum Annahme)?