NTM1-Modul Schlussprüfung

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1 ZHAW, NTM1, HS, 1 NTM1-Modul Schlussprüfung 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: Bit Error Rate für FSK Link = 5 Punkte Ein Funk basierter Alarmmelder verwendet FSK mit einer Datenrate von 40 kbit/s und muss eine Fehlerrate von 10-3 einhalten um die Zulassung mit der Angabe der Sensitivität S min = -102 dbm zu erhalten. Antennen mit Gewinn 3 db beidseitig Sendeleistung P = 10 mw Frequenz f 0 = 434 MHz a) Welches E b /N 0 benötigt man mindestens für einen FSK Empfänger gemäss Fig. aufgebaut mit Tonfiltern /Enveloppendetektion? (BER Graphik verwenden) Welche minimale Bandbreite dürfen die Filter aufweisen, welches S/N stellt sich ein? Welche Rauschzahl darf der Empfänger maximal haben? b) Bestimmen sie die theoretische Reichweite in einer bebauten Umgebung mit Ausbreitungsexponent n = 3 (Wählen sie als Referenzdistanz do = 10 m) c) Welche Fehlerrate hat der Empfänger wenn die Filterbandbreiten 100 khz betragen und am Empfangsort E b /N 0 = 12 db beträgt? (Linear in BER Formel einsetzen). Fig.

2 ZHAW, NTM1, HS, 2 Aufgabe 2: Mobilfunk in der City = 5 Punkte Eine GSM Basisstation befindet sich auf einem Gebäude der Höhe h1 = 23 m. Die Leistung beträgt 2000 W EIRP. Frequenz 900 MHz. a) In 200 m Abstand befindet sich ein Kindergarten. Welche Feldstärke wirkt dort unter Annahme Freifeldausbreitung? b) Auf der Gegenseite wird ein Hochhaus der Höhe h2 = 40 m errichtet, welche die Geschäftsstrasse dahinter abdeckt. Der Abstand Sender - Hochhaus betrage 100 m, derjenige vom Hochhaus zur Strasse 50 m. Um wieviel db wird die bisherige Funkleistung auf der Geschäftsstrasse in Höhe des Users h3 = 2 m herabgesetzt? c) Reflexionen an weiter entfernten Gebäuden führen zu Mehrwegausbreitung. Es wird ein RMS Delay Spread von 180 ns gemessen. Welche Bandbreite darf das Signal somit annehmen und wie heisst der Begriff dafür? Geben sie ein Zahlenbeispiel dafür, wie sie OFDM als Modulation in einem System mit massiv erhöhter Datenrate und 10 MHz verfügbarer Bandbreite einsetzen würden. Welche Form von Small Scale Fading liegt für den GSM Kanal (B CH = 200 khz, R CH = 270 kbit/s) vor, wenn max. 40 Hz Dopplershift gemessen werden? Fig. Situation

3 ZHAW, NTM1, HS, 3 Aufgabe 3: PSK Satellitenverbindung = 5 Punkte Eine bestehende 10 MBit/s Verbindung zu einem Satelliten wird von BPSK auf 32-PSK umgerüstet um höhere Datenraten zu übertragen. Die Filter können nicht ausgewechselt werden und damit bleibt die Bandbreite konstant. a) Wieviel mal mehr Leistung braucht es für 32 PSK um dieselbe Bitfehlerrate einhalten zu können? Wieviel mehr Leistung pro Bit ergibt sich? Welche Datenrate und welche Symbolrate ist bei der neuen Verbindung verfügbar? Wieviel mehr Bandbreite bräuchte man für dieselbe Datenrate mit BPSK? Wieviel mehr Leistung für dieselbe BER wäre nötig? b) In einer zweiten Modifikation möchten man die Fehlerrate von 10-2 auf 10-5 verbessern. Welche Sendeleistung in Watt und dbm wird benötigt, wenn vorher für die 32-PSK 500 W ausreichend waren? (Arbeiten sie mit der BPSK Kurve) Fig. BER Graphik

4 ZHAW, NTM1, HS, 4 Aufgabe 4: Kabelverbindung Basisband = 5 Punkte In einer speziellen Datenübertragung über Kabel sollen anstelle rechteckförmiger Impulse etwas komplexere Symbole übertragen werden. Dies dient für Synchronisationszwecke und zur Takteinstellung. a) Gegeben ist das in Abb. 1 dargestellte digitale Übertragungssystem. Was wird durch die Verwendung eines Matched Filters maximiert. Wo und wann wird im Blockschaltbild wird dazu diese Grösse betrachtet? b) Zeichnen Sie zu dem in Abb. 2 dargestellten Sendefilter das entsprechende Matched Filter h(t). Klare Achsenbeschriftung. c) Wie gross wird der Ausgangswert des Matched Filter zum Zeitpunkt T? d) Für die Wahl eines Sendefilters mit Rechteckimpulsantwort der Dauer T und das entsprechende Matched Filter gebe man die Nyquist Impulsform p(t) an. Wie realisiert man das Matched Filter? Erfüllt die Form von p(t) beide Nyquist-Kriterien (Begründung) p (t) Abb. 1.: Blockbild Abb. 2: Sendefilter

5 ZHAW, NTM1, HS, 5 Aufgabe 5: Direct Sequence Spread Spectrum = 5 Punkte In einer industriellen Umgebung mit schmalbandigen Störung durch einen Mikrowellenofen bei GHz sollen sie eine robuste Funkverbindung erstellen. Ihre Chefin will dazu DSSS einsetzen. Das ETSI erlaubt maximal 100 mw Sendeleistung. Die nutzbare Bandbreite beträgt 40 MHz. Die Modulation ist BPSK, die Datenrate beträgt 100 kbit/s. Die Antennengewinne betragen G t = G r = 6 db. a) Wie gross ist die Empfangsleistung in dbm in 40 m Abstand unter Annahme Freifeldausbreitung b) Welche maximale Länge für die m-sequenz können sie noch verwenden und wieviel Processing Gain bekommen sie dafür, wenn sie für die Null zu Null Bandbreite das ganze Nutzband verwenden? Skizzieren sie einen möglichen Generator dafür. c) Welchen Störpegel in dbm können sie am Empfangsort tolerieren, wenn der DSSS Nutzsignalpegel Pr = -66 dbm beträgt, wenn sie eine PN-Sequenz der Länge m = 255 einsetzen und ein (S/J) out = 8 db am Entscheider benötigen? Was würde der Störer bewirken, wenn sie sich für Frequency Hopping mit 255 Kanälen entscheiden? DSSS Link Microwave Oven Fig. Situation DSSS

6 ZHAW, NTM1, HS, 6 Aufgabe 6: Empfängerarchitektur = 5 Punkte Sie haben die abgebildete Architektur als Chip zur Verfügung, müssen aber die Filter extern selber spezifizieren und zufügen. Folgende Design Angaben: - Empfangsband MHz (Mittenfrequenzen) - Kanalbandbreite 25 khz - Signalbandbreite 20 khz - Störsignale bei 200 MHz und bei 250 MHz a) Bestimmen sie die möglichen LO Frequenzbereiche und das Frequenzraster des Synthesizers für die Wahl der IF = 10.7 MHz. Bestimmen sie die entsprechenden RF Filter Spezifikationen bezüglich Durchlass- und Sperrbereich-Frequenzen. Bestimmen sie analog die IF Filter Spezifikation für die Wahl IF = 10.7 MHz. b) Ziehen sie als Alternative eine billigere Direct Conversion Architektur in Betracht. Bestimmen sie den LO-Bereich und die RF Filter Spezifikation. Wie wird das Problem der Spiegelfrequenz gelöst? Welche Probleme mit dem LO-Signal treten auf und müssen beachtet werden? Fig. Architekturen