Übung zu Drahtlose Kommunikation. 3. Übung

Übung zu Drahtlose Kommunikation 3. Übung 05.11.2012

Einführung Aufgabe 1 2. Übungsblatt Abgabe: Sonntag, 12 Uhr https://svn.uni-koblenz.de/vnuml/drako/wise2012/exercises http://svn.uni-koblenz.de/~vnuml/drako/uebung/ Abgabe über SVN-Repository https://svn.uni-koblenz.de/vnuml/drako/wise2012/ gruppenname solutions (read/write) workspace (read/write) corrections 3. Übung Drahtlose Kommunikation 2

Aufgabe 1 a) Warum ist die Regulierung der Frequenzbänder wichtig? Warum ist die internationale Verfügbarkeit eines einheitlichen ISM-Bandes von großer Bedeutung? b) Warum werden von der ITU-R nur niedrige Frequenzen reguliert, solche bis zu mehreren hundert GHz und nicht auch höhere Frequenzen im Bereich einiger THz? 3. Übung Drahtlose Kommunikation 3

Aufgabe 1 a) Warum ist die Regulierung der Frequenzbänder wichtig? Warum ist die internationale Verfügbarkeit eines einheitlichen ISM-Bandes von großer Bedeutung? Die ITU-R ist eine Untergruppe der ITU die speziell nur für die drahtlose Kommunikation zuständig ist und die Frequenzregulierung der drahtlosen Kommunikation auf internationalem Level. Industrial, Scientific and Medical Band (ISM) Hauptsächlich die Satellitenkommunikation fordert weltweit einheitliche Standards. b) Warum werden von der ITU-R nur niedrige Frequenzen reguliert, solche bis zu mehreren hundert GHz und nicht auch höhere Frequenzen im Bereich einiger THz? Noch höhere Frequenzen sind insbesondere dann interessant, sobald hohe Datenraten übertragen werden sollen. Allerdings leiden diese Funkverbindungen auch sehr stark unter Abschattungseffekten. 3. Übung Drahtlose Kommunikation 4

Aufgabe 1 Industrial, Scientific and Medical Band (ISM) ISM-Frequenzen sind international zur Nutzung durch Hochfrequenzgeräte zugewiesen. Frequenzbereiche - für Hochfrequenz-Geräte die in Industrie, Wissenschaft, Medizin, häuslichen und ähnlichen Bereichen genutzt werden können. Entsprechende ISM-Geräte benötigen nur eine allgemeine Zulassung. Bsp: Funkenerosionsmaschinen, Mikrowellenherde oder Kurzwellenbestrahlungen in der Medizin 3. Übung Drahtlose Kommunikation 5

Aufgabe 1 Durch die Vollzugsordnung für den Funkdienst (VO Funk) ausgewiesene ISM-Bänder Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/ism-band 3. Übung Drahtlose Kommunikation 6

Was sind grundlegende Unterschiede der Regulierung in Europa im Vergleich zu den USA? Was sind die Konsequenzen? Damit die weltweite Koordinierung, teilweise gegen nationale Interessen, überhaupt eine Chance auf Erfolg hat, wurde die Welt in drei Regionen aufgeteilt. Innerhalb dieser Regionen sind dann wieder nationale Organisationen für eine weitere Regulierung zuständig. FCC in den USA und CEPT in Europa. Da in den USA bereits einige Frequenzbänder durch andere belegt waren, sind nun die einzelnen Standards nicht überall gleich. Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications (CEPT) Europäische Konferenz der Verwaltungen für Post und Telekommunikation) Federal Communications Commission (FCC) 3. Übung Drahtlose Kommunikation 7

Aufgabe 2 a) Berechnen Sie jeweils die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle mit einer Frequenz von 2.4 GHz und 5 GHz. λ = c f Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/wellenlänge Frequenz: 2.4 GHz λ = 3 108 [ m s] = 0,125 m = 12,5 cm 2.4 10 9 [ 1 s] Frequenz: 5 GHz λ = 3 108 [ m s] 5 10 9 [ 1 s] = 0,06 m = 6 cm 3. Übung Drahtlose Kommunikation 8

Aufgabe 2 b) Der Abstand der Intensitätsmaxima einer reflektierten Welle beträgt 1,46 cm. Wie groß sind Wellenlänge und Frequenz der Mikrowelle? λ = c f λ = 2 0,0146 = 0,0292 Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/wellenlänge f = 3 108 [ m s] 0,0292 m 10,274 GHz 3. Übung Drahtlose Kommunikation 9

Aufgabe 3 Erläutern Sie mit wenigen Worten die Begriffe Antennengewinng (Antenna Gain) und Öffnungswinkel (Bündelbreite/ beam width). Der Antennengewinn bezieht sich auf eine Referenzantenne wie z.b. auf eine Isotrope Antenne oder eine Dipol Antenne. Die dazugehörige Bezugsgröße ist die Feldstärke in Empfangsrichtung zur Feldstärke der Referenzantenne. Beim Öffnungswinkel handelt es sich um den Winkel in dem die Antenne die Hälfte Ihrer maximalen Sendeleistung abstrahlt. Alternativ kann man auch sagen das der Öffnungswinkel der Winkel ist an dem die Antennenfeldstärke um 3 db abgenommen hat. 3. Übung Drahtlose Kommunikation 10

Aufgabe 3 3. Übung Drahtlose Kommunikation 11

Aufgabe 4 Gegeben ist ein Signal, welches mit 50 KW gesendet wird. Die verwendete Antenne besitzt einen Antennengewinn (antenna gain) von 25 db. Welche Sendeausgangsleistung wird mit dieser Antenne erreicht? Entlogarithmieren: 10 25/10 = 316,228 50 000 W * 316,228 = 15 811 400 W 15,8 MW 3. Übung Drahtlose Kommunikation 12

Aufgabe 5 Zwischen dem Antennengewinn, der Wellenlänge λ und einer kreisförmigen Nutzfläche A mit dem Wirkungsgrad e a besteht folgender Zusammenhang. 3. Übung Drahtlose Kommunikation 13

Aufgabe 5 Bestimmen Sie den Antennengewinn G (in db) einer Parabolantenne mit einem Durchmesser von 0,5m und einen effektiven Wirkungsgrad von 60% die in einem 4 GHz Satelliten-Frequenzband arbeitet. Wiederholen für 11 GHz und 1m Parabolantenne Gegeben: e a = 0,6 d = 0,5 m f = 4 * 10 9 Hz c = 3 * 10 8 d = 0,5m d = 1m f = 4 GHz 263 = 24 db 1052 = 30 db f = 11 GHz 1990 = 33 db 7960 = 39 db 3. Übung Drahtlose Kommunikation 14

Übungsblatt 2 Berechnen Sie das Fernfeld für eine Antenne mit einer Länge von 1 Meter und welche mit einer Sendefrequenz von 900 MHz betrieben wird. 3. Übung Drahtlose Kommunikation 15

Übungsblatt 2 Gegeben ist eine Antenne von 1 m Länge und 50 Watt Antennengewinn, die im 900 MHz Frequenzband betrieben wird. Welche Leistung kommt bei einem Empfänger in 100 Meter Entfernung an? 3. Übung Drahtlose Kommunikation 16

Übungsblatt 2 Ein Mobilgerät befindet sich 5 km entfernt von der Basisstation und verwendet eine λ/4- Monopolantenne mit einem Antennengewinn von 2,55 db zum Empfang. Die Elektrische Feldstärke E wurde in 1 km Entfernung mit 10-3 v/m gemessen. Als Trägerfrequenz wird das 900 MHz Band verwendet. 1) Welche Länge und welche Antennenwirkfläche besitzt die Antenne des Mobilgerätes? 2) Welche Empfangsleistung liegt am Mobilgerät nach dem Two Ray Ground Reflection Model an, wenn der Sendemast der Basisstation 50 m hoch ist und die Empfangsantenne des Mobilgerätes 1,5 m über dem Boden ist? 3. Übung Drahtlose Kommunikation 17

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