Post on 30-Aug-2019
Grundlagen des Mobilfunks: Mundliche Prufung
Philipp Wille
Kapitel 1
Aufgabe 1: Entwicklung des Mobilfunks
A: Start: 1958Art: analog160 MHzVerbindungsaufbau nur von der Mobilstationkein Handover80% Flachendeckung1971 11.000 Teilnehmer
B: Start: 1972Art: analog160 MHzVerbindungsaufbau auch aus dem Festnetz bei bekanntem Aufenthaltsort1979 13.000 Teilnehmer
C: Start: 1989Art: analog450 MHzHandover moglichdigitale Signalisierungautomatische Lokalisierung der MS98% FlachendeckungDatendienste (Fax, Datex-P, Modem, Email)1996 600.000 Teilnehmerbis 2000 im Einsatz
D: Start: 1992D1, D2voll digitalGSM 900 MHzautomatische Lokalisierungmit Handoverzellular aufgebautRoaming in Europa
E: Start: 1994GSM 1800 MHz (E-Plus)kleinere ZellenEnde 1997 98% der Bevolkerung erreicht
F? 2004 erste UMTS Netze in Deutschland
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Aufgabe 2: Mobilfunksysteme
Infrastrukturbasierte Netze
- keine direkte Kommunikation zwischen Teilnehmern
- Kommunikation findet zwischen zwei Dratlosgeraten (MS) und einem Access Point (BS) statt
- Vorhandensein einer Infrastruktur ist Vorraussetzung
- geringe Flexibilitat
- Steuerung des Medienzugriffs durch die Infrastruktur
- Zugang zu anderen Netzen
- Weiterleitung von Daten zwischen Netzen ist moglich
- Komplexitat des Endgerats ist relativ gering
- Beispiele: GSM, UMTS
Ad-Hoc-Netze
- keine Infrastruktur notig
- Endgerate konnen direkt untereinander kommunizieren
- kein Zugangspunkt zur Steuerung des Medienzugriffs notig
- Komplexitat des Endgerats ist hoher
- großtmogliche Flexibilitat
- Beispiel: Bluetooth
Aufgabe 3: Formen der Mobilitat
Mobilitat des Endgerats
- Freie Bewegung im Versorgungsgebiet
- Erreichbarkeit an jedem Ort
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Mobilitat des Teilnehmers
- Ubertragbarkeit der SIM Karte
- Behalten der Rufnummer
Grade der Mobilitat
- Heimbereich
- Regional/Lokal
- National
- International
- Global
Aufgabe 4: Technische Voraussetzungen der Mobilitat
- Sicherstellung der Funkversorgung
- Aufrechterhaltung der Verbindung (Handover)
- automatische Lokalisierung (Roaming)
Aufgabe 5: Zellulares Prinzip
- Zellen modelliert als Hexagone
- Benachbarte Zellen haben unterschiedliche Frequenzen
- Frequenzwiederholabstand D
Aufgabe 6: Signal-Storabstand
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Aufgabe 7: Cluster
- kann alle Frequenzen besitzen
- keine Mehrfachverwendung von Frequenzen
- Frequenzwiederholabstand D und Clustergroße k
- Signalstorabstand C/I und Clustergroße k
Sektorisierung
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Aufgabe 8: Verkehrstheorie
Anzahl der Frequenzen in einer Zelle
Der Verkehrswert A [Erlang]
- Beispiel: Wenn ein Kanal eine Stunde lang beobachtet wird und davon 30 min lang belegtist, dann hat er einen Verkehrswert A von 0,5 Erl.
- Die Erlang-Blockierungs-Gleichung mit Angebot A und Blockierwahrscheinlichkeit B
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Kapitel 2
Aufgabe 1: Die Antenne
Aufgabe 2: Ausbreitungsmechanismen
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Aufgabe 3: Freiraumausbreitung
Aufgabe 4: Reflexion und Transmission
Bodenreflexion und Zweistrahltheorie
Breakpoint (siehe Ubungsaufgaben)
- Dual-Slope-Ansatz erlautern konnen!
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Aufgabe 5: Streuung
Aufgabe 6: Beugung
Aufgabe 7: Okumura-Hata-Modell
(siehe Ubungsaufgaben!)
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Aufgabe 8: Leistungsbilanz
Sonstige Verluste:
- Leistungsverluste (Kabel)
- Impedanzfehlanpassung
Sonstige Gewinne:
- Diversitat
- Antennenvorverstarker
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Aufgabe 9: Schwund und Mehrwegeausbreitung
- langsamer Schwund (Gebaude) und schneller Schwund (Mehrwegeausbreitung)
Schwunduberlagerung:
- kontruktive und destruktive Interferenz (Uberlagerung)
Mehrwegeausbreitung:
Achtung! Ausgelassen: Gauß-, Rayleigh- und Riceverteilung!
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Aufgabe 10: Diversitat
Diversitatsverfahren:
- Diversitatsverfahren sind Verfahren zur Ausmittlung von Pegeleinbruchen (und Storungen)
- Zeitdiversitat: Daten werden in Blocke zerlegt, die zeitlich nacheinander ubertragen werden
- Frequenzdiversitat: Ausmittlung durch große Ubertragungsbreite und Frequenzsprungverfah-ren
- Antennendiversitat: Empfang des Signals von mehreren Antennen
Diversitatsarten:
- Richtungsdiversitat: Mehrwegesignal von der MS trifft bei der BS unter verschiedenen Rich-tungen und mit verschiedenem Fadingverhalten ein. Intelligente Antennen empfangen dieSignale und kombinieren sie spater.
- Polarisationsdiversitat: Bei Streuprozessen verandert sich die Polarisationsrichtung. Einge-setzt in urbanen Zentren.
- Raumdiversitat: Empfang uber x (meist 2) raumlich getrennte Antennen und Kombinationdes Signals.
Zusammenfuhrungsverfahren:
- Auswahlverfahren: Wahl des Signals mit den besten Empfangsbedingungen
- Kombinationsverfahren: Gewichtung der Signale gemaß ihrer Bitfehlerrate
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Kapitel 3
Aufgabe 1: Grundsatzliche Anforderungen an die Funkubertragung
- Sprachubertragung mit einer Datenrate von ca. 10 kbit/s und Bitfehlerrate < 10−3
- Datenubertragung mit Datenraten bis zu mehreren Mbit/s und Bitfehlerrate < 10−6
- Gewahrleistung einer hohen Nutzdatenrate bei geringer Bitfehlerrate, hoher Storfestigkeitund unter Verwendung eines moglischst geringen Frequenzspektrums
Aufgabe 2: Aufbau
Aufgabe 3: Storquellen
- Empfangerrauschen (zufallige termische Bewegungen der Elektronen in Empfangerbauelementen)
- Gleich- und Nachbarkanalstorungen (Interferenz zwischen benachbarten/gleichen Frequen-zen)
- Mehrwegeausbreitung
Aufgabe 4: Nutz- und Storleistungsverhaltnis
- Abkurzung C/I (carrier-to-interference-ratio)
- Die Storfestigkeit eines Verfahrens ist C/Imin, das benotigt wird um die gewunschte Bitfeh-lerrate zu erreichen. Er wird ohne Berucksichtigung des Kurzzeitfadings ermittelt.
Aufgabe 5: Methoden zum Fehlerschutz
- Vorwartsfehlerkorrektur (Fehlerkorrigierende Codes => Korrektur durch den Empfanger)
- Automatic Repeat Request ARQ (Fehlererkennende Codes => Neuanforderung fehlerhafterPakete)
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- Mischformen (Hybride ARQs)
- Interleaving
Vorwartsfehlerkorrektur:
- lineare Blockcodes: Mitubertragung von redundanten Bits. Gut gegen Bundelfehler.
- Faltungscodes: Gedachtnisbehafteter Code. Codewort hangt von vorangegangenen ab. Ein-zelfehler.
ARQ:
- Als fehlerhaft erkannte Blocke werden erneut angefordert (aber nicht verbessert!)
- Unkalkulierbare Verzogerungen durch Wiederholungen => kein Einsatz bei Sprachubertragung
- Datendurchsatz nimmt zu
- Ruckkanal zwischen Empfanger und Sender zum Senden eines (negative) Acknowledgements
Send-And-Wait ARQ-Protokoll
- Es wird immer erst auf eine Bestatigung gewartet
Go-back-N ARQ-Protokoll
- Es wird nicht erst auf eine Bestatigung gewartet. Alle Pakete nach NAK werden erneutgesendet.
Selective-Reject ARQ-Protokoll
- Detailliertere ACK-Meldung, die beinhaltet, welche Pakete korrekt ubertragen wurden.
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Interleaving
- Aufgrund des schnellen Fadings treten oft Bundelfehler auf.
- Das Umsortieren vor dem Senden und nach dem Empfangen beim Interleaving erzeugt Ein-zelfehler.
Aufgabe 6: Signalspreizung
- Ein Signal wird durch Signalspreizung in die Lange gezogen und so bis unter das Rauschengelegt. Dadurch wird es weniger storungsanfallig und ist außerdem schlechter abhorbar.
- Ein RAKE-Empfanger entspreizt das Signal.
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Kapitel 4
Aufgabe 1: Multiplexverfahren
- Frequency Division Multiple Access (FDMA)
- Aufteilung des gesamten Spektrums in Teilbander (Frequenztrager)
- Time Division Multiple Access (TDMA)
- Aufteilung des Frequenztragers in N aufeinanderfolgende Zeitschlitze
- Senden und Empfangen uber eine Antenne ohne Duplexfilter
- Code Division Multiple Access (CDMA)
- Alle Teilnehmer senden gleichzeitig auf der selben Frequenz
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- Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)
- Mehrfachzugriffsverfahren, bei dem Subtrager auf die einzelnen Teilnehmer verteilt werden.
- Space Division Multiple Access (SDMA)
- Einsatz in allen Systemen zur raumlich getrennten Mehrfachverwendung von Funkkanalen.
- FDMA / TDMA Kombination bei GSM
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Aufgabe 2: Zufallszugriffsverfahren
Zuteilungsverfahren mit zentraler Steuerung
- Gut fur kleine Anzahl Slaves (Bluetooth)
Wettbewerbsverfahren
- Stationen greifen zu beliebigen Zeitpunkten zu (Kollisionen moglich!)
Reservierungsverfahren
- Kombination aus zentraler Steuerung und Wettbewerbsverfahren
- Bewerbungsphase: Anforderung eines Kanals (GSM: Random Access CHannel)
- Ubertragungsphase: Erfolgreiche MS bekommt einen Ubertragungskanal exklusiv zugeteilt.
Zugriffsregelung am RACH
- klassisches ALOHA: Senden zu beliebigen Zeiten, kollidierte Pakete zu zufalliger Zeit erneut.
- slotted ALOHA: Unkoordinierte Zugriffsversuche mit fester Datenpaketlange. Bei NAK er-neut.
- Carrier Sense Multiple Access: Abhoren; wenn frei dann senden.
- Packet Reservation Multiple Access: BS sagt den MSs welche Zeitschlitze belegt sind. Dannwissen die MSs ob es sich lohnt, senden zu wollen.
Aufgabe 3: Kanalvergabestrategien
- Feste Kanalzuweisung: Jede Zelle erhalt einen Satz fester Frequenzen (z.B. GSM).
- Dynamische Kanalzuweisung: Jede Zelle kann im Prinzip jeden Funkkanal benutzen (z.B.DECT).
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Kapitel 5
Aufgabe 1: GSM Systemarchitektur
- BSC steuert 10-100 BSs. Entscheidet uber Handover und Sendeleistungsregelung. BeinhaltetTRAU
- Transcoding Rate Adaption Unit wandelt GSM- auf ISDN-Signal um.
- Mobile Switching Centre baut gezielt eine Verbindung zw. 2 Benutzern auf.
- Gateway-MSC ist ein Ubergang vom GSM-Netz zu einem anderen Netz dar.
- Home Location Register ist die Datenbasis mit den Teilnehmerdaten.
- Visitor Location Register halt die Teilnehmerdaten von Besuchern.
- Operation and Maintennance Centre ist zustandig fur
- Betriebs- und Wartungsarbeiten
- Konfiguration der Netzelemente
- Software-Management
- Sammlung von Daten zur Netzgute
- Teilnehmerverwaltung (Neueinrichten, Gebuhrenabrechnung)
- Authentication Centre (wie der Name schon sagt)
- Equipment Identification Register verwaltet die Registriernummern der MSs
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Aufgabe 2: Sicherheit in GSM
Aufgabe 3: Kanale in GSM
- Unterscheidung in Physikalische, Transport und Logische Kanale
Transportkanale
- Frequency Correction Burst: Frequenzsyncronisierung einer MS.
- Syncronisation Burst: Syncronisation der MS mit der BS.
- Dummy Burst: Wird ausgestrahlt, wenn es keine anderen Bursts zu senden gibt.
- Access Burst: Verwendung fur wahlfreien Zugriff.
Logische Kanale
- Es wird zwischen Dedicated Channels (je ein fester Benutzer) und Common Channels unter-schieden
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- Traffic CHannel: Ubertragung von Sprache, Daten und Fax.
- Broadcast Common Control CHannel: Kanalkonfig, Zellerkennung
- Frequency Correction CHannel: Fur die Frequenzsynchronisation der MS.
- Synchronisation CHannel: Informationen zur Identifizierung der BS.
- Paging CHannel: Wird von BS benutzt um im Falle eines Rufes die MS zu erreichen.
- Random Access CHannel: MS: Anforderung eines Signalisierungskanals.
- Access Grant CHannel: Zuweisung eines SDCCH (SMS) oder TCH (Sprache).
- Stand-alone Dedicated Control CHannel: Rufaufbau, SMS
- Slow Associated Control CHannel: Synchronisierung, Kanalvermessung
- Fast Associated Control CHannel: Handover anstelle TCH (Stealmode)
Aufgabe 4: Zustande der MS
- Idle: Abhoren des PCH, Zellneuwahl, Location Update
- Dedicated: Kanalmessung, Handover, Power Control, Radio Link Failure Procedure
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Aufgabe 5: Power Control
- Verlangert die Batterielaufzeit
- Entscheidungsalgorithmen sind nicht standardisiert
Aufgabe 6: Handover
- Ubergabe einer bestehenden Verbindung an eine neue Basisstation
- zwingende und netzplanerische Grunde, wie kein Empfang oder moglicher besserer Empfang
- Power Budget Handover: Wenn RXLEVmin erreicht ist wird ubergeben, ohne RXLEV: Ping-Pong.
Aufgabe 7: GPRS
ab Seite 296
Aufgabe 8: UMTS
- sehr große Variation von Diensten
- gefordertes Bitfehlerratenspektrum reicht von 0% (E-Commerce) bis 3% (Sprachubertragung)
Qualaty-of-Service (QoS) Klassen:
- Conversational Class: zeitliche Abfolge bleibt erhalten, kurze Verzogerungszeiten (Sprache)
- Streaming Class: zeitliche Abfolge bleibt erhalten, kurze Zwischenspeicherung (IRadio)
- Interactive Class: Reihenfolge ist unerheblich, hohe Datenintegritat gefordert (Web-Browsing)
- Background Class: keine spezielle Ankunftszeit, hohe Datenintegritat (Email)
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- Die RNCs sind untereinander vernetzt, das ist wichtig fur den Soft-Handover (! = GSM)
UMTS KanaleSteuerkanale
- Synchronisation Control CHannel: Infos uber Konfiguration des BCCH.
- Broadcast Control CHannel: Systeminformationen im DL.
- Paging Control CHannel: Paging im DL.
- Dedicated Control CHannel: bidirektional, Steuerinfo zwischen UE und Netz
- Common Control CHannel: Wie DCCH nur Verwendung bei Cell Reselection
Verkehrskanale
- Dedicated Traffic CHannel: Nutzkanal fur UL und DL
- Common Traffic CHannel: unidirektionaler Punkt-zu-Mehrwege-Kanal fur DL.
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Logische Kanale
- Zusatzl. Kanale fur Opportunity Driven Multiple Access, Repeater
- Durch die Repeater kann die Sendeleistung der BS reduziert werden und die Inteferencenimmt ab
Transportkanale fur FDD
- kein TDMA-Verfahren
- Dedicated CHannel, nur dem UE zugeteilter Kanal
physikalische Kanale
- FDD- und TDD-Modus besitzen eine CDMA-Komponente
- TDD bietet zusatzliche Unterteilung jedes Tragers in 15 Zeitschlitze => flexibler aufteilbarzwischen UL und DL
- Jede physikalische Verbindung hat einen DPCCH (Signalisierungskanal) und mehrere DPDCHs.
Spreizung durch Scrambling-Codes
- Sowohl fur DL als auch fur UL
- Eine UE kann bis zu 6 Verbindungen gleichzeitig betreiben.
Zellsuche:
- Es gibt uber 512 verschiedene Scrambling-Code-Gruppen => Zelle in großem Raum unique.
1 Sync auf die Zellzeitschlitzstruktur mit dem Primary Synchronisation Code
2 Sync auf Rahmentakt mit Secondary-Synchronisation Code
3 Prufung, welcher der 8 ubrig gebliebenen Codes den besten Korrelationsempfang liefert.
- RACH Prozedur auch bei UMTS moglich
- Nah-Fern-Problem: Losung, man schreibt Power Control verbindlich vor!
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Inner-Loop / Outer-Loop Power Control
Soft Handover
- UE hat am Zellrand gleich Verbindung zu mehreren Zellen.
- nur moglich, wenn alle Zellen dieselbe Frequenz haben.
- Aus Soft Handover folgt Makrodiversitat, die einen Gewinn einbringt.
- Gehoren zwei Zellen zur gleichen Node-B spricht man von softer Handover.
- Beim Soft-Handover liegt ein active set vor, dass alle aktiven Zellen beinhaltet.
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