Aufgaben:Exercise 5.6Z: Single-Carrier and Multi-Carrier System: Difference between revisions

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{{quiz-Header|Buchseite=Modulationsverfahren/Allgemeine Beschreibung von OFDM
{{quiz-Header|Buchseite=Modulation_Methods/General_Description_of_OFDM
}}
}}


[[File:P_ID1660__Z_5_6.png|rightframe|frame|Vorgegebene Signalraumzuordnungen|]]
[[File:P_ID1660__Z_5_6.png|right|frame|Signal space assignments for  $\rm SC$  (above),   $\rm MC$  (bottom)]]
In dieser Aufgabe soll ein Vergleich zwischen
In this exercise, a comparison is to be made between
*einem Einträgersystem ($N = 1$) und
*a single-carrier  $\rm (SC)$  system  $(N = 1)$,   and
*einem Mehrträgersystem mit $N = 32$ Trägern erfolgen. Für beide Übertragungssysteme wird jeweils eine Datenbitrate von $R_{\rm B} = 1 \ \rm Mbit/s$ gefordert.
*a multi-carrier  $\rm (MC)$  system with  $N = 32$  carriers.  


Die Grafik zeigt die verwendeten Signalraumzuordnungen für den Fall von ''Single–Carrier'' (SC) bzw. ''Multi–Carrier'' (MC).


For both transmission systems  (see diagram),  a data bit rate of  $R_{\rm B} = 1 \ \rm Mbit/s$  is required in each case.


''Hinweise:''
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel [[Modulationsverfahren/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM|Allgemeine Beschreibung von OFDM]].
*Bezug genommen wird auch auf das Kapitel    [[Modulationsverfahren/Quadratur%E2%80%93Amplitudenmodulation|Quadratur-Amplitudenmodulation]].
*Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.




===Fragebogen===
 
Notes:
*The exercise belongs to the chapter  [[Modulation_Methods/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM|General Description of OFDM]].
*Reference is also made to the chapter     [[Modulation_Methods/Quadratur%E2%80%93Amplitudenmodulation|Quadrature Amplitude Modulation]].
 
 
===Questions===


<quiz display=simple>
<quiz display=simple>
{Welches Mapping verwendet das Einträgersystem?
{Which mapping does the single-carrier system use?
|type="[]"}
|type="()"}
- ASK,
- ASK,
+ BPSK,
+ BPSK,
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- 16-QAM
- 16-QAM


{Welches Mapping verwendet das Mehrträgersystem?
{Which mapping does the multi-carrier system use?
|type="[]"}
|type="()"}
- ASK,
- ASK,
- BPSK,
- BPSK,
Line 34: Line 37:
+ 16-QAM
+ 16-QAM


{Berechnen Sie die Symboldauer $T_{\rm SC}$ des Einträgersystems.
{Calculate the symbol duration &nbsp;$T_{\rm SC}$&nbsp; of the single-carrier system.
|type="{}"}
|type="{}"}
$T_{\rm SC} \ = \ $ { 1 3% } $\ \rm μs$
$T_{\rm SC} \ = \ $ { 1 3% } $\ \rm &micro; s$


{Berechnen Sie die Symboldauer $T_{\rm MC}$ des Mehrträgersystems.
{Calculate the symbol duration &nbsp;$T_{\rm MC}$&nbsp; of the multi-carrier system.
|type="{}"}
|type="{}"}
$T_{\rm SC} \ = \ $ { 128 3% } $\ \rm μs$
$T_{\rm MC} \ = \ $ { 128 3% } $\ \rm &micro; s$


{Welche der folgenden Aussagen treffen zu?
{Which of the following statements is true?
|type="[]"}
|type="()"}
- Die Impulsinterferenzen sind unabhängig von der Symboldauer $T$.
- The intersymbol interferences are independent of the symbol duration &nbsp;$T$.
+ Die Impulsinterferenzen nehmen mit steigender Symboldauer $T$ ab.
+ The intersymbol interferences decrease with increasing symbol duration &nbsp;$T$.&nbsp;
- Die Impulsinterferenzen nehmen mit steigender Symboldauer $T$zu.
- The intersymbol interferences increase with increasing symbol duration &nbsp;$T$.&nbsp;




</quiz>
</quiz>


===Musterlösung===
===Solution===
{{ML-Kopf}}
{{ML-Kopf}}
'''1.''' Aus der Grafik auf der Angabenseite erkennt man sofort, dass das Einträgersystem auf BPSK basiert ⇒  Lösungsvorschlag 2.
'''(1)'''&nbsp;  From the diagram on the front page,&nbsp; it is immediately apparent that the single-carrier system is based on&nbsp; "binary phase modulation"&nbsp; $\rm (BPSK)$&nbsp; ⇒  &nbsp;<u>solution 2</u>.
 
 
'''(2)'''&nbsp;  In contrast,&nbsp; the multi-carrier system is based on&nbsp; $\rm 16–QAM$ &nbsp; ⇒  &nbsp; <u>solution 4</u>.
 
 
'''(3)'''&nbsp;  In general,&nbsp; for an OFDM system with&nbsp; $N$&nbsp; carriers&nbsp; and&nbsp; $M$&nbsp; signal space points,&nbsp; the symbol duration is:
:$$T = N \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(M) \cdot T_{\rm{B}}.$$
*Because of &nbsp;$R_{\rm{B}} = 1 \ \rm Mbit/s$,&nbsp; the bit duration for BPSK is equal to&nbsp; $T_{\rm{B}} = 1 \ \rm &micro; s$.
*From this,&nbsp; the symbol duration of the single-carrier system with&nbsp; $N = 1$&nbsp; and&nbsp; $M = 2$&nbsp; is:
:$$ T_{\rm{SC}} = 1 \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(2) \cdot T_{\rm{B}}\hspace{0.15cm}\underline {= 1\,\,{\rm &micro; s}}.$$


'''2.'''  Dagegen basiert das Mehrträgersystem auf 16–QAM  ⇒  Lösungsvorschlag 3.


'''3.''' Allgemein gilt bei einem System mit N Trägern und M Signalraumpunkten für die Symboldauer:
'''(4)'''&nbsp;  Similarly,&nbsp; for the multi-carrier system with&nbsp; $N = 32$&nbsp; and&nbsp; $M = 16$,&nbsp; we obtain:
$$T = N \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(M) \cdot T_{\rm{B}}.$$
:$$T_{\rm{MC}} = 32 \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(16) \cdot T_{\rm{B}}\hspace{0.15cm}\underline {= 128\,\,{\rm &micro; s}}.$$
Wegen $R_B = 1 Mbit/s$ ist die Bitdauer bei der BPSK gleich $T_B = 1 μs$. Daraus ergibt sich für die Symboldauer des Einträgersystems mit N = 1 und M = 2:
$$ T_{\rm{SC}} = 1 \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(2) \cdot T_{\rm{B}}\hspace{0.15cm}\underline {= 1\,\,{\rm \mu s}}.$$


'''4.''' In gleicher Weise erhält man für das Mehrträgersystem mit N = 32 und M = 16:
$$T_{\rm{MC}} = 32 \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(16) \cdot T_{\rm{B}}\hspace{0.15cm}\underline {= 128\,\,{\rm \mu s}}.$$


'''5.'''  Bei großer Symboldauer ist der relative Anteil, der vom Vorgängersymbol ins betrachtete Symbol hineinreicht und damit Impulsinterferenzen (ISI) bewirkt, kleiner als bei kleiner Symboldauer. Richtig ist demzufolge der Lösungsvorschlag 2.
'''(5)'''&nbsp; <u>Solution 2</u>&nbsp; is correct because:
*At large symbol duration,&nbsp; the relative fraction extending from the predecessor symbol into the symbol under consideration and thus causing intersymbol interference&nbsp; $\rm (ISI)$&nbsp; is smaller than at small symbol duration.


{{ML-Fuß}}
{{ML-Fuß}}
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[[Category:Aufgaben zu Modulationsverfahren|^5.5 Allgemeine Beschreibung von OFDM^]]
[[Category:Modulation Methods: Exercises|^5.5 General Description of OFDM^]]
[[de:Aufgaben:Aufgabe 5.6Z: Einträger–und Mehrträgersystem]]

Latest revision as of 17:53, 16 March 2026

Signal space assignments for  $\rm SC$  (above),  $\rm MC$  (bottom)

In this exercise, a comparison is to be made between

  • a single-carrier  $\rm (SC)$  system  $(N = 1)$,  and
  • a multi-carrier  $\rm (MC)$  system with  $N = 32$  carriers.


For both transmission systems  (see diagram),  a data bit rate of  $R_{\rm B} = 1 \ \rm Mbit/s$  is required in each case.



Notes:


Questions

1 Which mapping does the single-carrier system use?

ASK,
BPSK,
4-QAM
16-QAM

2 Which mapping does the multi-carrier system use?

ASK,
BPSK,
4-QAM,
16-QAM

3 Calculate the symbol duration  $T_{\rm SC}$  of the single-carrier system.

$T_{\rm SC} \ = \ $ $\ \rm µ s$

4 Calculate the symbol duration  $T_{\rm MC}$  of the multi-carrier system.

$T_{\rm MC} \ = \ $ $\ \rm µ s$

5 Which of the following statements is true?

The intersymbol interferences are independent of the symbol duration  $T$.
The intersymbol interferences decrease with increasing symbol duration  $T$. 
The intersymbol interferences increase with increasing symbol duration  $T$. 


Solution

(1)  From the diagram on the front page,  it is immediately apparent that the single-carrier system is based on  "binary phase modulation"  $\rm (BPSK)$  ⇒  solution 2.


(2)  In contrast,  the multi-carrier system is based on  $\rm 16–QAM$   ⇒   solution 4.


(3)  In general,  for an OFDM system with  $N$  carriers  and  $M$  signal space points,  the symbol duration is:

$$T = N \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(M) \cdot T_{\rm{B}}.$$
  • Because of  $R_{\rm{B}} = 1 \ \rm Mbit/s$,  the bit duration for BPSK is equal to  $T_{\rm{B}} = 1 \ \rm µ s$.
  • From this,  the symbol duration of the single-carrier system with  $N = 1$  and  $M = 2$  is:
$$ T_{\rm{SC}} = 1 \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(2) \cdot T_{\rm{B}}\hspace{0.15cm}\underline {= 1\,\,{\rm µ s}}.$$


(4)  Similarly,  for the multi-carrier system with  $N = 32$  and  $M = 16$,  we obtain:

$$T_{\rm{MC}} = 32 \cdot {\rm{log}_2}\hspace{0.04cm}(16) \cdot T_{\rm{B}}\hspace{0.15cm}\underline {= 128\,\,{\rm µ s}}.$$


(5)  Solution 2  is correct because:

  • At large symbol duration,  the relative fraction extending from the predecessor symbol into the symbol under consideration and thus causing intersymbol interference  $\rm (ISI)$  is smaller than at small symbol duration.