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Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 3.3Z: GSM 900 and GSM 1800"

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{{quiz-Header|Buchseite=Beispiele von Nachrichtensystemen/Funkschnittstelle
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{{quiz-Header|Buchseite=Examples_of_Communication_Systems/Radio_Interface
 
}}  
 
}}  
  
[[File:P_ID1225__Bei_Z_3_3.png|right|frame|GSM 900 und \rm $GSM \ 1800$]]
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[[File:EN_Bei_Z_3_3.png|right|frame|GSM 900  and  $\rm GSM \ 1800$ ]]
Der seit 1992 in Europa etablierte Mobilfunkstandard GSM (''Global System for Mobile Communications'') nutzt Frequenz– und Zeitmultiplex, um mehreren Nutzern die Kommunikation in einer Zelle zu ermöglichen.
+
The mobile communications standard  GSM  ("Global System for Mobile Communications")  established in Europe since 1992 uses frequency and time division multiplexing to enable multiple users to communicate in one cell.
  
Im Folgenden sind wichtige Kenngrößen des in der Grafik dargestellten Systems GSM 900 in etwas vereinfachter Form angegeben.
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The following are important characteristics of the system  GSM 900  shown in the diagram in somewhat simplified form.
*Das Frequenzband des Uplinks (die Verbindung von der Mobil– zur Basisstation) liegt zwischen $890\ \rm MHz$ und $915 \ \rm  MHz$.
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*The frequency band of the uplink  $(theconnectionfromthemobilestationtothebasestation)$ is between  890 MHz  and  915 MHz.
*Unter Berücksichtigung der Guard–Bänder an den beiden Enden steht somit für den Uplink eine Gesamtbandbreite von 24.8 MHz zur Verfügung.
 
*Dieses Band wird von insgesamt KF Teilkanälen (''Radio Frequency Channels'') genutzt, die mit jeweiligem Frequenzabstand 200 kHz nebeneinander liegen. Die Nummerierung geschieht mit der Laufvariablen kF.
 
*Der Frequenzbereich für den Downlink (die Verbindung von der Basis– zur Mobilstation) liegt um den Duplexabstand $45 \ \rm MHz$ oberhalb des Uplinks und ist ansonsten in gleicher Weise wie dieser aufgebaut.
 
*Jeder dieser FDMA–Teilkanäle wird gleichzeitig von KT=8 Teilnehmern im Zeitmultiplex (''Time Division Multiple Access'', TDMA) genutzt.
 
  
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*Taking into account the guard bands at both ends,  a total bandwidth of  24.8 MHz  is thus available for the uplink.
  
Das System GSM 1800 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, jedoch mit folgenden Unterschieden:
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*This band is used by a total of  $K_{\rm F}$  subchannels  $("Radio Frequency Channels"),  which are adjacent to each other with respective frequency spacing  200 \ \rm kHz$.  The numbering is done with the variable  $k_{\rm F}$.
*Der Frequenzbereich des Uplinks liegt zwischen $1710 \ \rm MHz$ und $1785 \ \rm MHz$.
 
*Der Duplexabstand beträgt $95 \ \rm MHz$.
 
  
 +
*The frequency range for the downlink  (the connection from the base station to the mobile station)  is located around the duplex spacing  45 \ \rm MHz  above the uplink and is otherwise structured in the same way as the latter.
  
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*Each of these FDMA subchannels is used simultaneously by  K_{\rm T} = 8  subscribers in time division multiple access  (TDMA).
  
''Hinweise:''
 
  
*Diese Aufgabe gehört zum Kapitel  [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Funkschnittstelle|Funkschnittstelle]].
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The GSM 1800 system is structured in a similar way,  but with following differences:
*Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Funkschnittstelle#Realisierung_von_FDMA_und_TDMA|Realisierung von FDMA und TDMA]]
+
*The frequency range of the uplink is between  1710 \ \rm MHz  and  1785 \ \rm MHz.
*Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.
 
  
 +
*The duplex spacing is  95 \ \rm MHz.
  
  
===Fragebogen===
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<u>Hints:</u>
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*This exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Radio_Interface|"Radio Interface"]].
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*Reference is made in particular to the section&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Radio_Interface#Realization_of_FDMA_and_TDMA|"Realization of FDMA and TDMA"]].
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Wieviele Teilkanäle entstehen beim \rm GSM \ 900 durch Frequenzmultiplex?
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{How many subchannels are created in the&nbsp; \rm GSM \ 900&nbsp; system by frequency division multiplexing?
 
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K_{\rm F} \ = \ { 124 3% }
 
K_{\rm F} \ = \ { 124 3% }
  
{Wieviele Frequenzkanäle gibt es beim \rm GSM \ 1800?
+
{How many frequency channels are there in the&nbsp; \rm GSM \ 1800&nbsp; system?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
K_{\rm F} \ = \ { 374 3% }
 
K_{\rm F} \ = \ { 374 3% }
  
{Welche Mittenfrequenz benutzt der Frequenzkanal mit der Nummer k_{\rm F} = 200 im Downlink des \rm GSM \ 1800?
+
{What center frequency&nbsp; f_{\rm M}&nbsp; is used by the frequency channel numbered&nbsp; k_{\rm F} = 200&nbsp; in the downlink of&nbsp; \rm GSM \ 1800?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
f_{\rm M}  \ = \ { 1845 3% } \ \rm MHz
 
f_{\rm M}  \ = \ { 1845 3% } \ \rm MHz
  
{Wieviele Teilnehmer K können beim \rm GSM \ 1800 gleichzeitig aktiv sein?
+
{How many subscribers&nbsp; $(K)$&nbsp; can be active at the&nbsp; \rm GSM \ 1800&nbsp; at the same time?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
K \ = \ { 2992 3% }
 
K \ = \ { 2992 3% }
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</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Aus der Gesamtbandbreite von 25 \ {\rm MHz} (800 ... 915 \ \rm MHz), den beiden Schutzbereichen von je 100 \ \rm kHz an den Rändern und dem Kanalabstand 200 \ \rm kHz ergibt sich:
+
'''(1)'''&nbsp; From the total bandwidth of&nbsp; $25 \ {\rm MHz}\ (800 \text{...} 915 \ \rm MHz)$,&nbsp;
:$$K_{\rm F} ({\rm GSM \hspace{0.15cm}900}) = \frac{ 914.9 \,{\rm MHz}- 890.1 \,{\rm MHz}}{0.2 \,{\rm MHz}} \hspace{0.15cm} \underline {= 124}\hspace{0.05cm}.$$
+
*the two guard bands of&nbsp; 100 \ \rm kHz&nbsp; each at the edges,&nbsp; and
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*the channel spacing&nbsp; 200 \ \rm kHz,&nbsp; we get for&nbsp; \rm GSM \ 900:
 +
:$$K_{\rm F} = \frac{ 914.9 \,{\rm MHz}- 890.1 \,{\rm MHz}}{0.2 \,{\rm MHz}} \hspace{0.15cm} \underline {= 124}\hspace{0.05cm}.$$
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'''(2)'''&nbsp; At&nbsp; \rm GSM \ 1800,&nbsp; a bandwidth of 75 \ \rm MHz&nbsp; is now available in each direction.
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*Taking into account the two guard bands and the same channel spacing&nbsp; 200 \ \rm kHz,&nbsp; we obtain here:
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:$$K_{\rm F} = \frac{ 75 \,{\rm MHz}- 0.2 \,{\rm MHz}}{0.2 \,{\rm MHz}} \hspace{0.15cm} \underline {= 374}\hspace{0.05cm}.$$
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'''(2)'''&nbsp; Beim GSM 1800 steht nun in jeder Richtung eine Bandbreite von 75 \ \rm MHz zur Verfügung. Unter Berücksichtigung der beiden Schutzbänder und des gleichen Kanalabstandes 200 \ \rm kHz erhält man hier:
 
:K_{\rm F} ({\rm GSM \hspace{0.15cm}1800}) = \frac{ 75 \,{\rm MHz}- 0.2 \,{\rm MHz}}{0.2 \,{\rm MHz}} \hspace{0.15cm} \underline {= 374}\hspace{0.05cm}.
 
  
'''(3)'''&nbsp; Beim GSM $1800$ beginnt der Uplink bei 1710 \ \rm MHz und der Downlink bei
+
'''(3)'''&nbsp; For&nbsp; $\rm GSM \ 1800$,&nbsp; the uplink starts at&nbsp; 1710 \ \rm MHz&nbsp; and the downlink starts at
:$$1710 \,{\rm MHz}\,\,({\rm Uplink})+ 95 \,{\rm MHz}\,\,({\rm Duplexabstand}) ={1805 \,{\rm MHz}} \hspace{0.05cm}.$$
+
:$$1710 \,{\rm MHz}\,\,({\rm uplink})+ 95 \,{\rm MHz}\,\,({\rm duplex\:spacing}) ={1805 \,{\rm MHz}} \hspace{0.05cm}.$$
Der erste Downlink–Kanal ($k_{\rm F} = 1$) liegt um die Mittenfrequenz f_{\rm M} = 1805.2 \ \rm MHz, der Kanal mit der Nummer k_{\rm F} = 200 um den Frequenzabstand $199 \cdot 0.2 \ \rm MHz$ höher:
+
*The first downlink channel&nbsp; $(k_{\rm F} = 1)$&nbsp; is higher by the center frequency&nbsp; f_{\rm M} = 1805.2 \ \rm MHz,
 +
 +
*the channel numbered&nbsp; k_{\rm F} = 200&nbsp; is higher by the frequency&nbsp; 199 \cdot 0.2 \rm MHz:
 
:f_{\rm M} (k_{\rm F} = 200) \hspace{0.15cm} \underline { = {1845 \,{\rm MHz}}} \hspace{0.05cm}.
 
:f_{\rm M} (k_{\rm F} = 200) \hspace{0.15cm} \underline { = {1845 \,{\rm MHz}}} \hspace{0.05cm}.
  
'''(4)'''&nbsp; Mit dem Ergebnis aus (2) und K_{\rm T} = 8 erhält man:
+
 
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'''(4)'''&nbsp; Using the result of subtask&nbsp; '''(2)'''&nbsp; and&nbsp; K_{\rm T} = 8,&nbsp; we obtain:
 
:K ({\rm GSM \hspace{0.15cm}1800}) = 374 \cdot 8 \hspace{0.15cm} \underline { = 2992}\hspace{0.05cm}.
 
:K ({\rm GSM \hspace{0.15cm}1800}) = 374 \cdot 8 \hspace{0.15cm} \underline { = 2992}\hspace{0.05cm}.
  
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[[Category:Aufgaben zu Beispiele von Nachrichtensystemen|^3.2 Funkschnittstelle^]]
+
[[Category:Examples of Communication Systems: Exercises|^3.2 Radio Interface^]]

Latest revision as of 15:27, 11 January 2023

\rm GSM \ 900  and  \rm GSM \ 1800

The mobile communications standard  \rm GSM  ("Global System for Mobile Communications")  established in Europe since 1992 uses frequency and time division multiplexing to enable multiple users to communicate in one cell.

The following are important characteristics of the system  \rm GSM \ 900  shown in the diagram in somewhat simplified form.

  • The frequency band of the uplink  (the connection from the mobile station to the base station) is between  890\ \rm MHz  and  915 \ \rm MHz.
  • Taking into account the guard bands at both ends,  a total bandwidth of  24.8 \ \rm MHz  is thus available for the uplink.
  • This band is used by a total of  K_{\rm F}  subchannels  ("Radio Frequency Channels"),  which are adjacent to each other with respective frequency spacing  200 \ \rm kHz.  The numbering is done with the variable  k_{\rm F}.
  • The frequency range for the downlink  (the connection from the base station to the mobile station)  is located around the duplex spacing  45 \ \rm MHz  above the uplink and is otherwise structured in the same way as the latter.
  • Each of these FDMA subchannels is used simultaneously by  K_{\rm T} = 8  subscribers in time division multiple access  (TDMA).


The GSM 1800 system is structured in a similar way,  but with following differences:

  • The frequency range of the uplink is between  1710 \ \rm MHz  and  1785 \ \rm MHz.
  • The duplex spacing is  95 \ \rm MHz.


Hints:



Questions

1

How many subchannels are created in the  \rm GSM \ 900  system by frequency division multiplexing?

K_{\rm F} \ = \

2

How many frequency channels are there in the  \rm GSM \ 1800  system?

K_{\rm F} \ = \

3

What center frequency  f_{\rm M}  is used by the frequency channel numbered  k_{\rm F} = 200  in the downlink of  \rm GSM \ 1800?

f_{\rm M} \ = \

\ \rm MHz

4

How many subscribers  (K)  can be active at the  \rm GSM \ 1800  at the same time?

K \ = \


Solution

(1)  From the total bandwidth of  25 \ {\rm MHz}\ (800 \text{...} 915 \ \rm MHz)

  • the two guard bands of  100 \ \rm kHz  each at the edges,  and
  • the channel spacing  200 \ \rm kHz,  we get for  \rm GSM \ 900:
K_{\rm F} = \frac{ 914.9 \,{\rm MHz}- 890.1 \,{\rm MHz}}{0.2 \,{\rm MHz}} \hspace{0.15cm} \underline {= 124}\hspace{0.05cm}.


(2)  At  \rm GSM \ 1800,  a bandwidth of 75 \ \rm MHz  is now available in each direction.

  • Taking into account the two guard bands and the same channel spacing  200 \ \rm kHz,  we obtain here:
K_{\rm F} = \frac{ 75 \,{\rm MHz}- 0.2 \,{\rm MHz}}{0.2 \,{\rm MHz}} \hspace{0.15cm} \underline {= 374}\hspace{0.05cm}.


(3)  For  \rm GSM \ 1800,  the uplink starts at  1710 \ \rm MHz  and the downlink starts at

1710 \,{\rm MHz}\,\,({\rm uplink})+ 95 \,{\rm MHz}\,\,({\rm duplex\:spacing}) ={1805 \,{\rm MHz}} \hspace{0.05cm}.
  • The first downlink channel  (k_{\rm F} = 1)  is higher by the center frequency  f_{\rm M} = 1805.2 \ \rm MHz,
  • the channel numbered  k_{\rm F} = 200  is higher by the frequency  199 \cdot 0.2 \rm MHz:
f_{\rm M} (k_{\rm F} = 200) \hspace{0.15cm} \underline { = {1845 \,{\rm MHz}}} \hspace{0.05cm}.


(4)  Using the result of subtask  (2)  and  K_{\rm T} = 8,  we obtain:

K ({\rm GSM \hspace{0.15cm}1800}) = 374 \cdot 8 \hspace{0.15cm} \underline { = 2992}\hspace{0.05cm}.