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Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 5.5Z: About the Rake Receiver"

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{{quiz-Header|Buchseite=Modulationsverfahren/BER der PN–Modulation
+
{{quiz-Header|Buchseite=Modulation_Methods/Error_Probability_of_Direct-Sequence_Spread_Spectrum_Modulation
 
}}
 
}}
  
[[File:P_ID1888__Mod_Z_5_5.png|right|frame|Zweiwegekanal <br>& RAKE]]
+
[[File:EN_Mod_Z_5_5.png|right|frame|Two-way channel <br>& rake receiver]]
Die Grafik zeigt einen Zweiwegekanal (gelbe Hinterlegung). Die entsprechende Beschreibungsgleichung lautet:
+
The diagram shows a two-way channel&nbsp; (yellow background).&nbsp; The corresponding descriptive equation is:
 
:r(t)=0.6s(t)+0.4s(tτ).
 
:r(t)=0.6s(t)+0.4s(tτ).
Die Verzögerung auf dem Nebenpfad sei &nbsp;τ = 1 \ \rm &micro; s. Darunter gezeichnet ist die Struktur eines RAKE–Empfängers (grüne Hinterlegung) mit den allgemeinen Koeffizienten &nbsp;K, &nbsp;h_0, &nbsp;h_1, &nbsp;τ_0&nbsp; und &nbsp;τ_1.
+
Let the delay on the secondary path be &nbsp;τ = 1 \ \rm &micro; s.&nbsp;  
  
Der RAKE–Empfänger hat die Aufgabe, die Energie der beiden Signalpfade zu bündeln und dadurch die Entscheidung sicherer zu machen. Die gemeinsame Impulsantwort von Kanal und RAKE–Empfänger kann in der Form
+
Drawn below is the structure of a rake receiver&nbsp; (green background)&nbsp; with general coefficients &nbsp;K, &nbsp;h_0, &nbsp;h_1, &nbsp;τ_0&nbsp; and &nbsp;τ_1.
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 +
*The purpose of the rake receiver is to combine the energy of the two signal paths,&nbsp; making the decision more reliable.&nbsp;
 +
 
 +
*The combined impulse response of the channel&nbsp; (German:&nbsp; "Kanal" &nbsp; &rArr; &nbsp; subscript "K")&nbsp; and the rake receiver can be expressed in the form
 
:h_{\rm KR}(t) = A_0 \cdot \delta (t ) + A_1 \cdot \delta (t - \tau) + A_2 \cdot \delta (t - 2\tau)
 
:h_{\rm KR}(t) = A_0 \cdot \delta (t ) + A_1 \cdot \delta (t - \tau) + A_2 \cdot \delta (t - 2\tau)
angegeben werden, allerdings nur dann, wenn die RAKE–Koeffizienten &nbsp;h_0, &nbsp;h_1, &nbsp;τ_0&nbsp; und &nbsp;τ_1&nbsp; geeignet gewählt werden. Der Hauptanteil von &nbsp;h_{\rm KR}(t)&nbsp; soll bei &nbsp;t = τ&nbsp; liegen.
+
:but only if the rake coefficients &nbsp;h_0, &nbsp;h_1, &nbsp;τ_0&nbsp; and &nbsp;τ_1&nbsp; are appropriately chosen.&nbsp;
 
+
*The main part of &nbsp;h_{\rm KR}(t)&nbsp; is supposed to be at &nbsp;t = τ.&nbsp;  
Die Konstante &nbsp;K&nbsp; ist so zu wählen, dass die Amplitude des Hauptpfads &nbsp;A_1 = 1&nbsp; ist:
+
*The constant &nbsp;K&nbsp; is to be chosen so that the amplitude of the main path &nbsp;A_1 = 1&nbsp;:
 
:K= \frac{1}{h_0^2 + h_1^2}.
 
:K= \frac{1}{h_0^2 + h_1^2}.
Gesucht sind außer den geeigneten RAKE–Parametern auch die Signale &nbsp;r(t)&nbsp; und &nbsp;b(t), wenn &nbsp;s(t)&nbsp; ein Rechteck der Höhe &nbsp;s_0 = 1&nbsp; und der Breite &nbsp;T = \ \rm 5 &micro; s&nbsp; ist.
+
Apart from the rake parameters,&nbsp; the signals &nbsp;r(t)&nbsp; and &nbsp;b(t) are sought when&nbsp;s(t)&nbsp; is a rectangle of height &nbsp;s_0 = 1&nbsp; and width &nbsp;T = \ \rm 5 &micro; s.&nbsp;
  
  
  
  
 
+
Notes:  
''Hinweise:''
+
*The exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Modulation_Methods/Error_Probability_of_Direct-Sequence_Spread_Spectrum_Modulation|Error Probability of Direct-Sequence Spread Spectrum Modulation]].
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel&nbsp; [[Modulationsverfahren/Fehlerwahrscheinlichkeit_der_PN%E2%80%93Modulation|Fehlerwahrscheinlichkeit der PN-Modulation]].
+
*Reference is made in particular to the section&nbsp; [[Modulation_Methods/Error_Probability_of_Direct-Sequence_Spread_Spectrum_Modulation#Principle_of_the_rake_receiver |Principle of the rake receiver]].  
*Bezug genommen wird insbesondere auf den Abschnitt&nbsp; [[Modulationsverfahren/Fehlerwahrscheinlichkeit_der_PN–Modulation#Prinzip_des_RAKE.E2.80.93Empf.C3.A4ngers |Prinzip des RAKE-Empfängers]].  
 
 
   
 
   
  
  
===Fragebogen===
+
===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Welche Aussagen gelten für die Kanalimpulsantwort &nbsp;h_{\rm K}(t)?
+
{Which statements are valid for the channel impulse response &nbsp;h_{\rm K}(t)?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ h_{\rm K}(t)&nbsp; besteht aus zwei Diracfunktionen.
+
+ h_{\rm K}(t)&nbsp; consists of two Dirac delta functions.
- h_{\rm K}(t)&nbsp; ist komplexwertig.
+
- h_{\rm K}(t)&nbsp; is complex-valued.
- h_{\rm K}(t)&nbsp; ist eine mit der Verzögerungszeit &nbsp;\tau&nbsp; periodische Funktion.
+
- h_{\rm K}(t)&nbsp; is a function periodic with delay time &nbsp;\tau.&nbsp;  
  
{Welche Aussagen gelten für den Kanalfrequenzgang &nbsp;H_{\rm K}(f)?
+
{Which statements are true for the channel frequency response &nbsp;H_{\rm K}(f)?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Es gilt &nbsp;H_{\rm K}(f = 0) = 2.
+
- H_{\rm K}(f = 0) = 2&nbsp; is true.
+ H_{\rm K}(f)&nbsp; ist komplexwertig.
+
+ H_{\rm K}(f)&nbsp; is complex-valued.
+ |H_{\rm K}(f)|&nbsp; ist eine mit der Frequenz &nbsp;1/τ&nbsp; periodische Funktion.
+
+ |H_{\rm K}(f)|&nbsp; is a function periodic with frequency &nbsp;1/τ.&nbsp;  
  
{Setzen Sie &nbsp;K = 1, &nbsp;h_0 = 0.6&nbsp; und &nbsp;h_1 = 0.4. <br>Bestimmen Sie die Verzögerungen &nbsp;τ_0&nbsp; und &nbsp;τ_1, damit die &nbsp;h_{\rm KR}(t)–Gleichung mit &nbsp;A_0 = A_2&nbsp; erfüllt wird.
+
{Set &nbsp;K = 1, &nbsp;h_0 = 0.6&nbsp; and &nbsp;h_1 = 0.4.&nbsp; Determine the delays &nbsp;τ_0&nbsp; and &nbsp;τ_1 so that the &nbsp;h_{\rm KR}(t) equation is satisfied with &nbsp;A_0 = A_2.&nbsp;  
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
τ_0 \ = \   { 1 3% } \ \rm &micro; s
 
τ_0 \ = \   { 1 3% } \ \rm &micro; s
 
τ_1 \ = \ { 0. } \ \rm &micro; s
 
τ_1 \ = \ { 0. } \ \rm &micro; s
  
{Welcher Wert ist für die Konstante &nbsp;K&nbsp; zu wählen?
+
{What value should be chosen for the constant &nbsp;K?&nbsp;
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
K  \ = \ { 1.923 3% }  
 
K  \ = \ { 1.923 3% }  
  
{Welche Aussagen gelten für die Signale &nbsp;r(t)&nbsp; und &nbsp;b(t)?
+
{Which statements are valid for the signals &nbsp;r(t)&nbsp; and &nbsp;b(t)?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Der Maximalwert von &nbsp;r(t)&nbsp; ist &nbsp;1.
+
+ The maximum value of &nbsp;r(t)&nbsp; is &nbsp;1.
- Die Breite von &nbsp;r(t)&nbsp; ist &nbsp;7 \ &micro; s.
+
- The width of &nbsp;r(t)&nbsp; is &nbsp;7 \ &micro; s.
- Der Maximalwert von &nbsp;b(t)&nbsp; ist &nbsp;1.
+
- The maximum value of &nbsp;b(t)&nbsp; is &nbsp;1.
+ Die Breite von &nbsp;b(t)&nbsp; ist &nbsp;7 \ &micro; s.
+
+ The width of &nbsp;b(t)&nbsp; is &nbsp;7 \ &micro; s.
  
  
Line 62: Line 65:
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
+
'''(1)'''&nbsp; <u>Solution 1</u> is correct:
*Die Impulsantwort h_{\rm K}(t) ergibt sich als das Empfangssignal r(t), wenn am Eingang ein Diracimpuls anliegt &nbsp; ⇒ &nbsp;  s(t) = δ(t). Daraus folgt:
+
*The impulse response&nbsp; h_{\rm K}(t)&nbsp; is obtained as the received signal&nbsp; r(t)&nbsp; when there is a Dirac delta pulse at the input &nbsp; ⇒ &nbsp;  s(t) = δ(t).&nbsp; It follows that:
: h_(t) = 0.6 \cdot \delta (t ) + 0.4 \cdot \delta (t - \tau) \hspace{0.05cm}.
+
:$$ h_{\rm K}(t) = 0.6 \cdot \delta (t ) + 0.4 \cdot \delta (t - \tau) \hspace{0.05cm}.$$
 +
 
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 2 und 3</u>:
+
'''(2)'''&nbsp; <u>Solutions 2 and 3</u>&nbsp; are correct:
*Der Kanalfrequenzgang $H_{\rm K}((f)$ ist definitionsgemäß die Fouriertransformierte der Impulsantwort $h_{\rm K}((t)$. Mit dem Verschiebungssatz ergibt sich hierfür:
+
*By definition,&nbsp; the channel frequency response&nbsp; H_{\rm K}(f)&nbsp; is the Fourier transform of the impulse response&nbsp; h_{\rm K}(t).&nbsp; With the shift theorem this results in:
 
:H_{\rm K}(f) = 0.6 + 0.4 \cdot {\rm e}^{ \hspace{0.03cm}{\rm j} \hspace{0.03cm} \cdot \hspace{0.03cm}2 \pi f \tau}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} H_{\rm K}(f= 0) = 0.6 + 0.4 = 1 \hspace{0.05cm}.
 
:H_{\rm K}(f) = 0.6 + 0.4 \cdot {\rm e}^{ \hspace{0.03cm}{\rm j} \hspace{0.03cm} \cdot \hspace{0.03cm}2 \pi f \tau}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} H_{\rm K}(f= 0) = 0.6 + 0.4 = 1 \hspace{0.05cm}.
*Der erste Lösungsvorschlag ist dementsprechend falsch im Gegensatz zu den beiden anderen: $H_{\rm K}((f)$ ist komplexwertig und der Betrag ist periodisch mit 1/τ, wie die nachfolgende Rechnung zeigt:
+
*Accordingly,&nbsp; the first proposed solution is incorrect in contrast to the other two:  
:|H_{\rm K}(f)|^2  =  \left [0.6 + 0.4 \cdot \cos(2 \pi f \tau) \right ]^2 + \left [ 0.4 \cdot \sin(2 \pi f \tau) \right ]^2 = \left [0.6^2 + 0.4^2 \cdot \left ( \cos^2(2 \pi f \tau) + \sin^2(2 \pi f \tau)\right ) \right ] +  2 \cdot 0.6 \cdot 0.4 \cdot \cos(2 \pi f \tau)
+
#&nbsp;  H_{\rm K}(f) is complex-valued and
*Für f = 0 ist |H_{\rm K}(f)| = 1. Im jeweiligen Frequenzabstand 1/τ wiederholt sich dieser Wert.
+
#&nbsp;the magnitude is periodic with&nbsp; 1/τ,&nbsp; as the following calculation shows:
 +
:$$|H_{\rm K}(f)|^2  =  \left [0.6 + 0.4 \cdot \cos(2 \pi f \tau) \right ]^2 + \left [ 0.4 \cdot \sin(2 \pi f \tau) \right ]^2 = \left [0.6^2 + 0.4^2 \cdot \left ( \cos^2(2 \pi f \tau) + \sin^2(2 \pi f \tau)\right ) \right ] +  2 \cdot 0.6 \cdot 0.4 \cdot \cos(2 \pi f \tau).$$
 +
*For&nbsp; f = 0,&nbsp;&nbsp; |H_{\rm K}(f)| = 1.&nbsp; This value is repeated in the respective frequency spacing&nbsp; 1/τ.&nbsp;
 +
 
  
  
'''(3)'''&nbsp; Wir setzen zunächst vereinbarungsgemäß K = 1. Insgesamt kommt man über vier Wege von s(t) zum Ausgangssignal b(t). Um die vorgegebene h_{\rm KR}(t)–Gleichung zu erfüllen, muss entweder τ_0 = 0 gelten oder τ_1 = 0. Mit τ_0 = 0 erhält man für die Impulsantwort:
+
 
 +
'''(3)'''&nbsp; We first set&nbsp; K = 1 as agreed.  
 +
*Altogether we get from&nbsp; s(t)&nbsp; to the output signal&nbsp; b(t) via four paths.  
 +
*To satisfy the given&nbsp; h_{\rm KR}(t) equation, either&nbsp; τ_0 = 0&nbsp; must hold or&nbsp; τ_1 = 0.&nbsp; With&nbsp; τ_0 = 0&nbsp; we obtain for the impulse response:
 
:h_{\rm KR}(t)  =  0.6 \cdot h_0 \cdot \delta (t ) + 0.4 \cdot h_0 \cdot \delta (t - \tau) +  0.6 \cdot h_1 \cdot \delta (t -\tau_1) + 0.4 \cdot h_1 \cdot \delta (t - \tau-\tau_1) \hspace{0.05cm}.
 
:h_{\rm KR}(t)  =  0.6 \cdot h_0 \cdot \delta (t ) + 0.4 \cdot h_0 \cdot \delta (t - \tau) +  0.6 \cdot h_1 \cdot \delta (t -\tau_1) + 0.4 \cdot h_1 \cdot \delta (t - \tau-\tau_1) \hspace{0.05cm}.
*Um die „Hauptenergie” auf einen Zeitpunkt bündeln zu können, müsste dann τ_1 = τ gewählt werden. Mit h_0 = 0.6 und h_1 = 0.4 erhält man dann A_0 ≠ A_2:
+
*To be able to focus the&nbsp; "main energy"&nbsp; at a certain time point,&nbsp; τ_1 = τ&nbsp; would have to be chosen.&nbsp;
 +
* With&nbsp; h_0 = 0.6&nbsp; and&nbsp; h_1 = 0.4,&nbsp; we then obtain&nbsp; A_0 ≠ A_2:
 
:h_{\rm KR}(t) = 0.36 \cdot \delta (t ) +0.48 \cdot \delta (t - \tau) + 0.16 \cdot \delta (t - 2\tau)\hspace{0.05cm}.
 
:h_{\rm KR}(t) = 0.36 \cdot \delta (t ) +0.48 \cdot \delta (t - \tau) + 0.16 \cdot \delta (t - 2\tau)\hspace{0.05cm}.
*Dagegen ergibt sich mit h_0 = 0.6, h_1 = 0.4, τ_0 = τ und τ_1 = 0:
+
*In contrast, with&nbsp; h_0 = 0.6,&nbsp; h_1 = 0.4,&nbsp; τ_0 = τ&nbsp; and&nbsp; τ_1 = 0:
 
:h_{\rm KR}(t)  =  0.6 \cdot h_0 \cdot \delta (t - \tau ) + 0.4 \cdot h_0 \cdot \delta (t - 2\tau) +  0.6 \cdot h_1 \cdot \delta (t) + 0.4 \cdot h_1 \cdot \delta (t - \tau)=  0.24 \cdot \delta (t ) +0.52 \cdot \delta (t - \tau) + 0.24 \cdot \delta (t - 2\tau) \hspace{0.05cm}.
 
:h_{\rm KR}(t)  =  0.6 \cdot h_0 \cdot \delta (t - \tau ) + 0.4 \cdot h_0 \cdot \delta (t - 2\tau) +  0.6 \cdot h_1 \cdot \delta (t) + 0.4 \cdot h_1 \cdot \delta (t - \tau)=  0.24 \cdot \delta (t ) +0.52 \cdot \delta (t - \tau) + 0.24 \cdot \delta (t - 2\tau) \hspace{0.05cm}.
Hier ist die Zusatzbedingung A_0 = A_2 erfüllt. Somit lautet das gesuchte Ergebnis:
+
*Here,&nbsp; the additional condition&nbsp; A_0 = A_2&nbsp; is satisfied.&nbsp; Thus,&nbsp; the result we are looking for is:
:$$ \underline{\tau_0 = \tau = 1\,{\rm \mu s} \hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}\tau_1 =0} \hspace{0.05cm}.$$
+
:$$ \underline{\tau_0 = \tau = 1\,{\rm &micro; s} \hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}\tau_1 =0} \hspace{0.05cm}.$$
  
'''(4)'''&nbsp; Für den Normierungsfaktor muss gelten:
+
 
 +
 
 +
'''(4)'''&nbsp; The following must apply to the normalization factor:
 
:K= \frac{1}{h_0^2 + h_1^2} = \frac{1}{0.6^2 + 0.4^2} = \frac{1}{0.52} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 1.923} \hspace{0.05cm}.
 
:K= \frac{1}{h_0^2 + h_1^2} = \frac{1}{0.6^2 + 0.4^2} = \frac{1}{0.52} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 1.923} \hspace{0.05cm}.
Damit erhält man für die gemeinsame Impulsantwort (es gilt 0.24/0.52 = 6/13):
+
*This gives for the common impulse response&nbsp; $(it holds&nbsp; 0.24/0.52 = 6/13)$:
 
: h_{\rm KR}(t) = \frac{6}{13} \cdot \delta (t ) + 1.00 \cdot \delta (t - \tau) + \frac{6}{13} \cdot \delta (t - 2\tau)\hspace{0.05cm}.
 
: h_{\rm KR}(t) = \frac{6}{13} \cdot \delta (t ) + 1.00 \cdot \delta (t - \tau) + \frac{6}{13} \cdot \delta (t - 2\tau)\hspace{0.05cm}.
  
'''(5)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Aussagen 1 und 4</u>, wie die folgende Grafik zeigt:
 
*Für das Empfangssignal r(t) und für das RAKE–Ausgangssignal b(t) gilt:
 
:r(t)  =  0.6 \cdot s(t) + 0.4 \cdot s (t - 1\,{\rm \mu s})\hspace{0.05cm},
 
:b(t)  = \frac{6}{13} \cdot s(t) + 1.00 \cdot s (t - 1\,{\rm \mu s}) + \frac{6}{13} \cdot s (t - 2\,{\rm \mu s}) \hspace{0.05cm}.
 
*Die Überhöhung des Ausgangssignals  &nbsp; ⇒  &nbsp; b(t) > 1 ist auf den Normierungsfaktor K = 25/13 zurückzuführen.
 
*Mit K = 1 wäre der Maximalwert von b(t) tatsächlich 1.
 
  
[[File:P_ID1902__Mod_Z_5_5e.png|center|frame|Signale zur Verdeutlichung des RAKE–Empfängers]]
+
 
 +
[[File:P_ID1902__Mod_Z_5_5e.png|right|frame|Signals to illustrate the rake receiver]]
 +
'''(5)'''&nbsp; <u>Statements 1 and 4</u> are correct, as shown in the diagram:
 +
*For the received signal&nbsp; r(t)&nbsp;  holds:
 +
:r(t)  =  0.6 \cdot s(t) + 0.4 \cdot s (t - 1\,{\rm &micro; s})\hspace{0.05cm},
 +
*and for the rake output signal&nbsp; b(t):
 +
:b(t)  = \frac{6}{13} \cdot s(t) + 1 \cdot s (t - 1\,{\rm &micro; s}) + \frac{6}{13} \cdot s (t - 2\,{\rm &micro; s}) \hspace{0.05cm}.
 +
*The overshoot of the output signal  &nbsp; ⇒  &nbsp; b(t) > 1&nbsp; is due to the normalization factor&nbsp; K = 25/13.&nbsp;
 +
*With&nbsp; K = 1,&nbsp; the maximum value of&nbsp; b(t)&nbsp; would actually be&nbsp; 1.
  
 
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[[Category:Aufgaben zu Modulationsverfahren|^5.4 BER der PN–Modulation^]]
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[[Category:Modulation Methods: Exercises|^5.4 BER of the PN Modulation^]]

Latest revision as of 17:03, 7 February 2023

Two-way channel
& rake receiver

The diagram shows a two-way channel  (yellow background).  The corresponding descriptive equation is:

r(t) =0.6 \cdot s(t) + 0.4 \cdot s (t - \tau) \hspace{0.05cm}.

Let the delay on the secondary path be  τ = 1 \ \rm µ s

Drawn below is the structure of a rake receiver  (green background)  with general coefficients  K,  h_0,  h_1,  τ_0  and  τ_1.

  • The purpose of the rake receiver is to combine the energy of the two signal paths,  making the decision more reliable. 
  • The combined impulse response of the channel  (German:  "Kanal"   ⇒   subscript "K")  and the rake receiver can be expressed in the form
h_{\rm KR}(t) = A_0 \cdot \delta (t ) + A_1 \cdot \delta (t - \tau) + A_2 \cdot \delta (t - 2\tau)
but only if the rake coefficients  h_0,  h_1,  τ_0  and  τ_1  are appropriately chosen. 
  • The main part of  h_{\rm KR}(t)  is supposed to be at  t = τ
  • The constant  K  is to be chosen so that the amplitude of the main path  A_1 = 1 :
K= \frac{1}{h_0^2 + h_1^2}.

Apart from the rake parameters,  the signals  r(t)  and  b(t) are sought when s(t)  is a rectangle of height  s_0 = 1  and width  T = \ \rm 5 µ s



Notes:


Questions

1

Which statements are valid for the channel impulse response  h_{\rm K}(t)?

h_{\rm K}(t)  consists of two Dirac delta functions.
h_{\rm K}(t)  is complex-valued.
h_{\rm K}(t)  is a function periodic with delay time  \tau

2

Which statements are true for the channel frequency response  H_{\rm K}(f)?

H_{\rm K}(f = 0) = 2  is true.
H_{\rm K}(f)  is complex-valued.
|H_{\rm K}(f)|  is a function periodic with frequency  1/τ

3

Set  K = 1,  h_0 = 0.6  and  h_1 = 0.4.  Determine the delays  τ_0  and  τ_1 so that the  h_{\rm KR}(t) equation is satisfied with  A_0 = A_2

τ_0 \ = \

\ \rm µ s
τ_1 \ = \

\ \rm µ s

4

What value should be chosen for the constant  K

K \ = \

5

Which statements are valid for the signals  r(t)  and  b(t)?

The maximum value of  r(t)  is  1.
The width of  r(t)  is  7 \ µ s.
The maximum value of  b(t)  is  1.
The width of  b(t)  is  7 \ µ s.


Solution

(1)  Solution 1 is correct:

  • The impulse response  h_{\rm K}(t)  is obtained as the received signal  r(t)  when there is a Dirac delta pulse at the input   ⇒   s(t) = δ(t).  It follows that:
h_{\rm K}(t) = 0.6 \cdot \delta (t ) + 0.4 \cdot \delta (t - \tau) \hspace{0.05cm}.


(2)  Solutions 2 and 3  are correct:

  • By definition,  the channel frequency response  H_{\rm K}(f)  is the Fourier transform of the impulse response  h_{\rm K}(t).  With the shift theorem this results in:
H_{\rm K}(f) = 0.6 + 0.4 \cdot {\rm e}^{ \hspace{0.03cm}{\rm j} \hspace{0.03cm} \cdot \hspace{0.03cm}2 \pi f \tau}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} H_{\rm K}(f= 0) = 0.6 + 0.4 = 1 \hspace{0.05cm}.
  • Accordingly,  the first proposed solution is incorrect in contrast to the other two:
  1.   H_{\rm K}(f) is complex-valued and
  2.  the magnitude is periodic with  1/τ,  as the following calculation shows:
|H_{\rm K}(f)|^2 = \left [0.6 + 0.4 \cdot \cos(2 \pi f \tau) \right ]^2 + \left [ 0.4 \cdot \sin(2 \pi f \tau) \right ]^2 = \left [0.6^2 + 0.4^2 \cdot \left ( \cos^2(2 \pi f \tau) + \sin^2(2 \pi f \tau)\right ) \right ] + 2 \cdot 0.6 \cdot 0.4 \cdot \cos(2 \pi f \tau).
  • For  f = 0,   |H_{\rm K}(f)| = 1.  This value is repeated in the respective frequency spacing  1/τ



(3)  We first set  K = 1 as agreed.

  • Altogether we get from  s(t)  to the output signal  b(t) via four paths.
  • To satisfy the given  h_{\rm KR}(t) equation, either  τ_0 = 0  must hold or  τ_1 = 0.  With  τ_0 = 0  we obtain for the impulse response:
h_{\rm KR}(t) = 0.6 \cdot h_0 \cdot \delta (t ) + 0.4 \cdot h_0 \cdot \delta (t - \tau) + 0.6 \cdot h_1 \cdot \delta (t -\tau_1) + 0.4 \cdot h_1 \cdot \delta (t - \tau-\tau_1) \hspace{0.05cm}.
  • To be able to focus the  "main energy"  at a certain time point,  τ_1 = τ  would have to be chosen. 
  • With  h_0 = 0.6  and  h_1 = 0.4,  we then obtain  A_0 ≠ A_2:
h_{\rm KR}(t) = 0.36 \cdot \delta (t ) +0.48 \cdot \delta (t - \tau) + 0.16 \cdot \delta (t - 2\tau)\hspace{0.05cm}.
  • In contrast, with  h_0 = 0.6h_1 = 0.4τ_0 = τ  and  τ_1 = 0:
h_{\rm KR}(t) = 0.6 \cdot h_0 \cdot \delta (t - \tau ) + 0.4 \cdot h_0 \cdot \delta (t - 2\tau) + 0.6 \cdot h_1 \cdot \delta (t) + 0.4 \cdot h_1 \cdot \delta (t - \tau)= 0.24 \cdot \delta (t ) +0.52 \cdot \delta (t - \tau) + 0.24 \cdot \delta (t - 2\tau) \hspace{0.05cm}.
  • Here,  the additional condition  A_0 = A_2  is satisfied.  Thus,  the result we are looking for is:
\underline{\tau_0 = \tau = 1\,{\rm µ s} \hspace{0.05cm},\hspace{0.2cm}\tau_1 =0} \hspace{0.05cm}.


(4)  The following must apply to the normalization factor:

K= \frac{1}{h_0^2 + h_1^2} = \frac{1}{0.6^2 + 0.4^2} = \frac{1}{0.52} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 1.923} \hspace{0.05cm}.
  • This gives for the common impulse response  (it holds  0.24/0.52 = 6/13):
h_{\rm KR}(t) = \frac{6}{13} \cdot \delta (t ) + 1.00 \cdot \delta (t - \tau) + \frac{6}{13} \cdot \delta (t - 2\tau)\hspace{0.05cm}.


Signals to illustrate the rake receiver

(5)  Statements 1 and 4 are correct, as shown in the diagram:

  • For the received signal  r(t)  holds:
r(t) = 0.6 \cdot s(t) + 0.4 \cdot s (t - 1\,{\rm µ s})\hspace{0.05cm},
  • and for the rake output signal  b(t):
b(t) = \frac{6}{13} \cdot s(t) + 1 \cdot s (t - 1\,{\rm µ s}) + \frac{6}{13} \cdot s (t - 2\,{\rm µ s}) \hspace{0.05cm}.
  • The overshoot of the output signal   ⇒   b(t) > 1  is due to the normalization factor  K = 25/13
  • With  K = 1,  the maximum value of  b(t)  would actually be  1.