Aufgaben:Exercise 3.3: Cellular Mobile Communications Systems - Revision history

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2021-03-23T12:37:53Z

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Guenter at 16:54, 20 January 2021

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Guenter at 15:27, 20 January 2021

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	*Black dots indicate base stations that are evenly distributed in this model at a distance of  $D = 10 \ \rm km$ .		*Black dots indicate base stations that are evenly distributed in this model at a distance of  $D = 10 \ \rm km$ .

	*The two violet dots in the upper left-hand corner indicate two mobile stations whose signals interfere with each other – see subtask '''(2)'''.		*The two violet dots in the upper left-hand corner indicate two mobile stations whose signals interfere with each other – <br>see subtask '''(2)'''.


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	''Notes:''		''Notes:''

	*The task belongs to the chapter  [[Mobile_Communications/~~Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS~~\|~~Gemeinsamkeiten von~~ GSM ~~und~~		*The task belongs to the chapter  [[Mobile_Communications/Similarities_Between_GSM_and_UMTS\|Similarities between GSM and UMTS]].
	UMTS]].		* In particular there are questions in this task concerning  [[Mobile_Communications/Similarities_Between_GSM_and_UMTS#Interference_power_and_cell_breathing\|Cell Breathing]]  and  [[Mobile_Communications/Similarities_Between_GSM_and_UMTS#Near-Far_effect\|Near–Far effect]].
	* In particular there are questions in this task concerning  [[Mobile_Communications/~~Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS~~#~~Interferenzleistung_und_Zellatmung~~\|~~Zellatmung~~]]  and  [[Mobile_Communications/~~Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS~~#Near~~.E2.80.93Far.E2.80.93Effekt~~\|~~Near–Far–Effekt~~]].


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	{What do you call the mutual interference of the marked violet mobile stations in the graphic?		{What do you call the mutual interference of the marked violet mobile stations in the graphic?
	\|type="()"}		\|type="()"}
	- Intra-cell interference		- Intra-cell interference.
	+ Inter-cell interference		+ Inter-cell interference.

	{What is the minimum distance between mobile stations of the same frequency?		{What is the minimum distance between mobile stations of the same frequency?
Line 47:		Line 46:
	$d_{\rm min} \ = \ $ { 5.77 3% } $\ \rm km$		$d_{\rm min} \ = \ $ { 5.77 3% } $\ \rm km$

	{What is ~~cell respiration~~?		{What is "Cell Breathing"?
	\|type="[]"}		\|type="[]"}
	+ The cell radius varies with the number of active subscribers.		+ The cell radius varies with the number of active subscribers.
	+ Cell ~~respiration~~ is used for UMTS.		+ Cell breathing is used for UMTS.

	{How can the ''Near-Far~~-Effect''~~ be counteracted?		{How can the "Near-Far effect" be counteracted?
	\|type="[]"}		\|type="[]"}
	+ Through a fast and precise power control.		+ Through a fast and precise power control.
	+ Through the use of so-called ~~multi~~-user ~~detectors~~.		+ Through the use of so-called "Multi-user Detectors".
	- The latter are only suitable for the uplink.		- The latter are only suitable for the uplink.

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	</quiz>		</quiz>

	===~~Sample solution~~===		===Solution===
	{{ML-Kopf}}		{{ML-Kopf}}

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2020-12-15T14:02:29Z

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	{{quiz-Header\|Buchseite=~~Mobile Kommunikation~~/~~Gemeinsamkeiten von GSM und UMTS~~		{{quiz-Header\|Buchseite=Mobile_Communications/Similarities_Between_GSM_and_UMTS

	}}		}}

Oezdemir at 12:42, 15 July 2020

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	''Hinweise:''		''Hinweise:''

	*Die Aufgabe gehört zum Kapitel  [[~~Mobile_Kommunikation~~/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS\|Gemeinsamkeiten von GSM und		*Die Aufgabe gehört zum Kapitel  [[Mobile_Communications/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS\|Gemeinsamkeiten von GSM und
	UMTS]].		UMTS]].
	* Insbesondere gibt es in dieser Aufgabe Fragen bezüglich  [[~~Mobile_Kommunikation~~/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Interferenzleistung_und_Zellatmung\|Zellatmung]]  und  [[~~Mobile_Kommunikation~~/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Near.E2.80.93Far.E2.80.93Effekt\|Near–Far–Effekt]].		* Insbesondere gibt es in dieser Aufgabe Fragen bezüglich  [[Mobile_Communications/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Interferenzleistung_und_Zellatmung\|Zellatmung]]  und  [[Mobile_Communications/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Near.E2.80.93Far.E2.80.93Effekt\|Near–Far–Effekt]].

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{{quiz-Header|Buchseite=Mobile Kommunikation/Gemeinsamkeiten von GSM und UMTS

}}

[[File:P_ID2220__Mob_A_3_3.png|right|frame|Zellulare Netzarchitektur]]

Ein Charakteristikum von GSM und UMTS gleichermaßen ist die ''zellulare Netzstruktur'', wobei für einfache Berechnungen die Zellen häufig durch Hexagone angenähert werden.

*Die Farben „Weiß”, „Gelb” und „Blau” in der Grafik stehen für unterschiedliche Frequenzen, wodurch der störende Einfluss von Interzellinterferenz vermindert werden kann.

*Schwarze Punkte kennzeichnen Basisstationen, die in diesem Modell im Abstand von  $D = 10 \ \rm km$  gleichmäßig verteilt sind.

*Die beiden violetten Punkte im linken oberen Teil kennzeichnen zwei mobile Teilnehmer, deren Signale miteinander interferieren – siehe Teilaufgabe '''(2)'''.

''Hinweise:''

*Die Aufgabe gehört zum Kapitel  [[Mobile_Kommunikation/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS|Gemeinsamkeiten von GSM und
UMTS]].
* Insbesondere gibt es in dieser Aufgabe Fragen bezüglich  [[Mobile_Kommunikation/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Interferenzleistung_und_Zellatmung|Zellatmung]]  und  [[Mobile_Kommunikation/Gemeinsamkeiten_von_GSM_und_UMTS#Near.E2.80.93Far.E2.80.93Effekt|Near–Far–Effekt]].

===Fragebogen===

<quiz display=simple>

{Gilt die gegebene idealisierte Zellstruktur eher
|type="()"}
+ für GSM,
- für UMTS?

{Wie nennt man die gegenseitige Beeinträchtigung der eingezeichneten violetten Mobilstationen in der Grafik?
|type="()"}
- Intrazellinterferenz,
+ Interzellinterferenz.

{Wie groß ist hier der minimale Abstand von Mobilstationen gleicher Frequenz?
|type="{}"}
$d_{\rm min} \ = \ $ { 5.77 3% } $\ \rm km$

{Was versteht man unter Zellatmung?
|type="[]"}
+ Der Zellenradius variiert mit der Anzahl aktiver Teilnehmer.
+ Zellatmung wird bei UMTS eingesetzt.

{Wie kann dem ''Near–Far–Effekt'' entgegengewirkt werden?
|type="[]"}
+ Durch eine schnelle und präzise Leistungsregelung.
+ Durch den Einsatz so genannter Multi–User–Detektoren.
- Letztere sind nur für den Uplink geeignet.

</quiz>

===Musterlösung===
{{ML-Kopf}}

'''(1)'''  Richtig ist der Lösungsvorschlag 1:
*Aus der Farbgebung der Grafik auf der Angabenseite erkennt man den Reuse–Faktor 3.
*Bei GSM benutzen benachbarte Zellen unterschiedliche Frequenzen.
*Bei dem auf CDMA basierenden UMTS–System wird dagegen in allen Zellen die gleiche Frequenz verwendet.

'''(2)'''  Richtig ist der Lösungsvorschlag 2:
*Es kommt zwischen den eingezeichneten Mobilstationen zu Interzellinterferenzen, da die Teilnehmer ''unterschiedlicher Zellen'' den gleichen Frequenzkanal nutzen.

[[File:P_ID2225__Mob_A_3_3b.png|right|frame|Minimaler Abstand gleicher Frequenzen]]
'''(3)'''  Die Skizze verdeutlicht den Rechengang bezüglich den „weißen Frequenzen”, wobei $d_{\rm min}$ durch den violetten Pfeil gegeben ist.
*Die Mobilstationen befinden sich dann in den Ecken der weißen Hexagone.

*Der rote (horizontale) Pfeil kennzeichnet den Abstand $D = 10 \ \rm km$ zweier Basisstationen.
*Aufgrund einfacher geometrischer Überlegungen erhält man:
:$$\tan(30^{\circ}) = \frac{d_{\rm min}/2}{D/2} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} d_{\rm min} = D \cdot \tan(30^{\circ}) \hspace{0.15cm} \underline {= 5.77\,{\rm km}}\hspace{0.05cm}.$$

'''(4)'''  Richtig sind beide Lösungsvorschläge:
*Nimmt bei UMTS die Anzahl der aktiven Teilnehmer signifikant zu, so wird der Zellenradius und damit auch die aktuelle Interferenzleistung verkleinert.
*Für die Versorgung der Mobilteilnehmer am Rande einer ausgelasteten Zelle springt dann eine weniger belastete Nachbarzelle ein.

'''(5)'''  Richtig sind die beiden ersten Lösungsvorschläge:
*Der ''Near–Far–''Effekt bezeichnet das Problem des Uplinks. Die Basisstation empfängt von einem weiter entfernten Nutzer ein sehr viel schwächeres Signal als von einem nahen Teilnehmer.
*Um so größer ist dann auch dessen Bitfehlerrate, da das Signal des entfernteren Teilnehmers durch den nahen Teilnehmer weitgehend verdeckt wird.
*Man kann den ''Near–Far–''Effekt zum Beispiel durch eine schnelle und präzise Leistungsregelung weitgehend ausgleichen, in dem der entferntere Teilnehmer mit größerer Leistung sendet.
*Allerdings bewirkt eine solche Leistungserhöhung auch größere Interferenzleistungen für alle anderen Nutzer, so dass stets ein Kompromiss gefunden werden muss.
*Durch den Einsatz so genannter ''Multi–User–Detektoren'' lässt sich der ''Near–Far–''Effekt auch bei einheitlicher Sendeleistung ausreichend gut kompensieren.
*Dieser Empfängertyp wird vorwiegend bei der Basisstation eingesetzt – also im Uplink.
*Er wird aber auch im Downlink benutzt, zum Beispiel, um den BCH– oder den Pilotkanal zu subtrahieren.

{{ML-Fuß}}

[[Category:Exercises for Mobile Communications|^3.2 Similarities between GSM and UMTS
^]]

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	*The two violet dots in the upper left-hand corner indicate two mobile stations whose signals interfere with each other – <br>see subtask '''(2)'''.		*The two violet dots in the upper left-hand corner indicate two mobile stations whose signals interfere with each other – <br>see subtask '''(2)'''.






Line 65:		Line 61:
	*From the coloring of the graphic on the data page you can see the reuse–factor 3.		*From the coloring of the graphic on the data page you can see the reuse–factor 3.
	*In GSM, adjacent cells use different frequencies.		*In GSM, adjacent cells use different frequencies.
	*In the CDMA-based UMTS~~–~~system, however, the same frequency is used in all cells.		*In the CDMA based UMTS system, however, the same frequency is used in all cells.



	'''(2)'''  Correct is the <u>solution 2</u>:		'''(2)'''  Correct is the <u>solution 2</u>:
	*Intercell interference occurs between the mobile stations shown, since the participants of ''different cells'' use the same frequency channel.		*Intercell interference occurs between the mobile stations shown, since the participants of "different cells" use the same frequency channel.



	[[File:P_ID2225__Mob_A_3_3b.png\|right\|frame\|Minimum distance of equal frequencies]]		[[File:P_ID2225__Mob_A_3_3b.png\|right\|frame\|Minimum distance of equal frequencies]]
	'''(3)'''  The sketch illustrates the calculation process with regard to the "white frequencies", where $d_{\rm min}$ is given by the purple arrow.		'''(3)'''  The sketch illustrates the calculation process with regard to the "white frequencies", where  $d_{\rm min}$  is given by the purple arrow.
	*The mobile stations are then located in the corners of the white hexagons.		*The mobile stations are then located in the corners of the white hexagons.

	*The red (horizontal) arrow marks the distance $D = 10 \ \rm km$ between two base stations.		*The red (horizontal) arrow marks the distance  $D = 10 \ \rm km$  between two base stations.
	*Based on simple geometric considerations, one obtains		*Based on simple geometric considerations, one obtains
	:$$\tan(30^{\circ}) = \frac{d_{\rm min}/2}{D/2} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} d_{\rm min} = D \cdot \tan(30^{\circ}) \hspace{0.15cm} \underline {= 5.77\,{\rm km}}\hspace{0.05cm}.$$		:$$\tan(30^{\circ}) = \frac{d_{\rm min}/2}{D/2} \hspace{0.3cm}\Rightarrow \hspace{0.3cm} d_{\rm min} = D \cdot \tan(30^{\circ}) \hspace{0.15cm} \underline {= 5.77\,{\rm km}}\hspace{0.05cm}.$$
Line 90:		Line 86:

	'''(5)'''  Correct are the <u>both first solutions</u>:		'''(5)'''  Correct are the <u>both first solutions</u>:
	*The ''Near-Far~~-''~~effect describes the problem of the uplink. The base station receives a much weaker signal from a farther away user than from a nearby subscriber.		*The Near-Far effect describes the problem of the uplink.  The base station receives a much weaker signal from a farther away user than from a nearby subscriber.
	*The bit error rate is then all the greater, since the signal of the farther party is largely obscured by the near party.		*The bit error rate is then all the greater, since the signal of the farther party is largely obscured by the near party.
	*The ''Near-Far'' effect can be largely compensated for, ~~for example,~~ by a fast and precise power control, in which the more distant subscriber transmits with greater power.		*The Near-Far effect can be largely compensated for, e.g. by a fast and precise power control, in which the more distant subscriber transmits with greater power.
	*However, such an increase in power also causes greater interference power for all other users, so that a compromise must always be found.		*However, such an increase in power also causes greater interference power for all other users, so that a compromise must always be found.
	*By using so-called multi-user detectors, the ~~near~~-~~far~~ effect can be compensated sufficiently well, even with uniform transmission power.		*By using so-called multi-user detectors, the Near-Far effect can be compensated sufficiently well, even with uniform transmission power.
	*This type of receiver is mainly used at the base station - in the uplink.		*This type of receiver is mainly used at the base station - in the uplink.  But it is also used in the downlink, for example to subtract the BCH or pilot channel.
	*But it is also used in the downlink, for example to subtract the BCH or pilot channel.

	{{ML-Fuß}}		{{ML-Fuß}}