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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