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Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 4.5Z: About Spread Spectrum with UMTS"

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{{quiz-Header|Buchseite=Beispiele von Nachrichtensystemen/Nachrichtentechnische Aspekte von UMTS
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{{quiz-Header|Buchseite=Examples_of_Communication_Systems/Telecommunications_Aspects_of_UMTS
  
  
 
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[[File:P_ID1974__Bei_Z_4_5.png|right|frame|Quellensignal und Spreizsignal]]
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[[File:P_ID1974__Bei_Z_4_5.png|right|frame|Source signal and spread signal]]
Bei UMTS/CDMA wird die so genannte  &bdquo;Pseudo Noise&rdquo;–Modulation  angewandt&nbsp; (englisch:&nbsp; ''Direct Sequence Spread Spectrum'', <br>abgekürzt &nbsp;'''DS–SS'''):
+
With UMTS/CDMA,&nbsp; the so-called&nbsp; "Pseudo-noise modulation"&nbsp; is applied.&nbsp; Or:&nbsp; "Direct Sequence Spread Spectrum":
*Das rechteckförmige Digitalsignal&nbsp; q(t)&nbsp; wird dabei mit dem Spreizsignal&nbsp; c(t)&nbsp; multipliziert und ergibt das Sendesignal&nbsp; s(t).  
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*The rectangular digital signal&nbsp; q(t)&nbsp; is thereby multiplied by the spreading signal&nbsp; c(t)&nbsp; to give the transmitted signal&nbsp; s(t).
*Dieses ist um den Spreizfaktor&nbsp; $J$&nbsp; höherfrequenter als&nbsp; $q(t)$, und man spricht von ''Bandspreizung''.  
+
*Beim Empfänger wird das gleiche Spreizsignal&nbsp; c(t)&nbsp; phasensynchron zugesetzt und damit die Bandspreizung rückgängig gemacht  &nbsp; &rArr; &nbsp;   ''Bandstauchung''.
+
*This is higher in frequency than&nbsp; $q(t)$&nbsp; by the spreading factor&nbsp; $J$,&nbsp; and is referred to as&nbsp; "spread spectrum".  
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 +
*At the receiver,&nbsp; the same spreading signal&nbsp; c(t)&nbsp; is multiplied in phase synchronism,&nbsp; reversing the  spreading process&nbsp; &rArr; &nbsp; "despreading".
  
  
Die Grafik zeigt beispielhafte Signalverläufe für&nbsp; q(t)&nbsp; und&nbsp; c(t).  
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The graph shows example signal waveforms for&nbsp; q(t)&nbsp; and&nbsp; c(t).  
  
In der Teilaufgabe&nbsp; '''(5)'''&nbsp; wird nach Sendechips gefragt. Zum Beispiel bezeichnet das „Sendechip”&nbsp; s3&nbsp; den konstanten Signalwert von&nbsp; s(t)&nbsp; im Zeitintervall&nbsp; 2TC...3TC.
+
In the subtask&nbsp; '''(5)'''&nbsp; is asked about transmit chips. For example, the "transmit chip"&nbsp; s3&nbsp; denotes the constant signal value of&nbsp; s(t)&nbsp; in the time interval&nbsp; 2TC...3TC.
  
  
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''Hinweise:''
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Hints:
  
*Die Aufgabe bezieht sich meist auf die Seite&nbsp; [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Nachrichtentechnische_Aspekte_von_UMTS|Nachrichtentechnische Aspekte von UMTS]].  
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*This exercise mostly refers to the page&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Telecommunications_Aspects_of_UMTS|"Telecommunications Aspects of UMTS"]].  
*Zur Berechnung der Chipdauer&nbsp; TC&nbsp; wird auf die Theorieseite&nbsp; [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/UMTS–Netzarchitektur#Physikalische_Kan.C3.A4le|Physikalische Kanäle]]&nbsp; im Kapitel &bdquo;UMTS–Netzarchitektur&rdquo; verwiesen.  
+
*For calculation of chip duration&nbsp; TC&nbsp; reference is made to the theory page&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/UMTS_Network_Architecture#Physical_channels|"Physical channels"]]&nbsp; in the chapter "UMTS network architecture".  
*Dort findet man unter anderem die Information, dass auf dem so genannten&nbsp; ''Dedicated Physical Channel''&nbsp; ('''DPCH''' ) &nbsp;in zehn Millisekunden genau&nbsp; 152560 Chips übertragen werden.
+
*There you will find, among other things, the information that on the so-called&nbsp; ''Dedicated Physical Channel'''&nbsp; ('''DPCH''' ) &nbsp;in ten milliseconds exactly&nbsp; 152560 chips are transmitted.
 
   
 
   
  
  
  
===Fragebogen===
+
===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Welche Aussagen sind richtig?
+
{Which statements are correct?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Bei UMTS ist die Bitdauer&nbsp; TB&nbsp; fest vorgegeben.
+
- With UMTS, the bit duration&nbsp; TB&nbsp; is fixed.
+ Bei UMTS ist die Chipdauer&nbsp; TC&nbsp; fest vorgegeben.
+
+ For UMTS, the chip duration&nbsp; TC&nbsp; is fixed.
- Beide Größen hängen von den Kanalbedingungen ab.
+
- Both quantities depend on the channel conditions.
  
{Geben Sie die Chipdauer&nbsp; TC&nbsp; und die Chiprate&nbsp; RC&nbsp; im Downlink an.
+
{Specify the chip duration&nbsp; TC&nbsp; and chip rate&nbsp; RC&nbsp; in the downlink.
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
TC=  { 0.26 3% } \ \rm &micro; s
 
TC=  { 0.26 3% } \ \rm &micro; s
 
RC=  { 3.84 3% }  Mchip/s
 
RC=  { 3.84 3% }  Mchip/s
  
{Welcher Spreizfaktor ist aus der Grafik auf der Angabenseite ablesbar?
+
{What spreading factor can be read from the graph on the information page?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
J = { 4 }  
 
J = { 4 }  
  
{Welche Bitrate ergibt sich bei diesem Spreizfaktor?
+
{What is the bit rate at this spreading factor?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
RB =  { 960 3% }  kbit/s
 
RB =  { 960 3% }  kbit/s
  
{Welche Werte&nbsp; (±1)&nbsp; haben die „Chips” des Sendesignals&nbsp; s(t)?
+
{What are the values&nbsp; (±1)&nbsp; of the "chips" of the transmitted signal&nbsp; s(t)?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
s3 =  { -1.03--0.97 }
 
s3 =  { -1.03--0.97 }
Line 64: Line 66:
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
  
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist die  <u>Antwort 2</u>:
+
'''(1)'''&nbsp; Correct is the <u>answer 2</u>:
*Fest vorgegeben ist bei UMTS die Chipdauer TC, die in der Teilaufgabe (2) noch berechnet werden soll.  
+
*Fixed for UMTS is the chip duration&nbsp; TC, which is still to be calculated in the subtask '''(2)'''.  
Je größer der Spreizgrad J ist, desto größer ist die Bitdauer.
+
*The larger the spreading degree&nbsp; J&nbsp; is, the larger the bit duration is.
 
   
 
   
  
'''(2)'''&nbsp; Laut dem Hinweis auf der Angabenseite werden in zehn Millisekunden genau 152560=38400 Chips übertragen.  
+
 
*Damit beträgt die Chiprate $R_{\rm C} = 100 \cdot 38400 \ {\rm Chips/s} \hspace{0.15cm}\underline{= 3.84 \ \rm Mchip/s}$.  
+
'''(2)'''&nbsp; According to the note on the information page, exactly&nbsp; 152560=38400 chips are transferred in ten milliseconds.  
*Die Chipdauer ist der Kehrwert hierzu: $T_{\rm C} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 0.26 \ \rm \mu s}$.
+
*Thus the chip rate&nbsp; $R_{\rm C} = 100 \cdot 38400 \ {\rm chips/s} \hspace{0.15cm}\underline{= 3.84 \ \rm Mchip/s}$.  
 +
*The chip duration is the reciprocal of this: &nbsp; $T_{\rm C} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 0.26 \ \rm &micro; s}$.
 +
 
 +
 
 +
 
 +
'''(3)'''&nbsp; Each data bit consists of four spreading chips &nbsp; &rArr; &nbsp; $\underline{J = 4}$.
  
  
'''(3)'''&nbsp; Jedes Datenbit besteht aus vier Spreizchips &nbsp; &rArr; &nbsp; J=4_.
 
  
 +
'''(4)'''&nbsp; The bit rate is given by&nbsp; J=4&nbsp; to&nbsp; RB=960 kbit/s_.
 +
*With the maximum spreading factor for UMTS&nbsp; J = 512&nbsp;, on the other hand, the bit rate is only more&nbsp; 7.5 kbit/s.
  
'''(4)'''&nbsp; Die Bitrate ergibt sich mit J=4 zu RB=960 kbit/s_. Mit dem für UMTS maximalen Spreizfaktor J=512 beträgt die Bitrate dagegen nur mehr 7.5 kbit/s.
 
  
  
'''(5)'''&nbsp; Für das Sendesignal gilt s(t)=q(t)c(t). Die Chips s3 und s4 des Sendesignals gehören zum ersten Datenbit (q1=+1):
+
'''(5)'''&nbsp; For the transmitted signal&nbsp; s(t)=q(t)c(t).  
 +
*The chips&nbsp; s3&nbsp; and&nbsp; s4&nbsp; of the transmitted signal belong to the first data bit&nbsp; (q1=+1):
 
:s3=c3=1_,s4=c4=+1_.
 
:s3=c3=1_,s4=c4=+1_.
Dagegen sind die beiden weiteren gesuchten Sendechips dem zweiten Datenbit (q2=1) zuzuordnen:
+
*In contrast, the two other transmitting chips we are looking for are associated with the second data bit&nbsp; (q2=1)&nbsp; :
 
:s5=c5=c1=1_,s6=c6=c2=+1_.
 
:s5=c5=c1=1_,s6=c6=c2=+1_.
  
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[[Category:Aufgaben zu Beispiele von Nachrichtensystemen|^4.3 Nachrichtentechnische Aspekte
+
[[Category:Examples of Communication Systems: Exercises|^4.3 Telecommunications Aspects^]]
 
 
 
 
^]]
 

Latest revision as of 15:33, 5 March 2023

Source signal and spread signal

With UMTS/CDMA,  the so-called  "Pseudo-noise modulation"  is applied.  Or:  "Direct Sequence Spread Spectrum":

  • The rectangular digital signal  q(t)  is thereby multiplied by the spreading signal  c(t)  to give the transmitted signal  s(t).
  • This is higher in frequency than  q(t)  by the spreading factor  J,  and is referred to as  "spread spectrum".
  • At the receiver,  the same spreading signal  c(t)  is multiplied in phase synchronism,  reversing the spreading process  ⇒   "despreading".


The graph shows example signal waveforms for  q(t)  and  c(t).

In the subtask  (5)  is asked about transmit chips. For example, the "transmit chip"  s3  denotes the constant signal value of  s(t)  in the time interval  2TC...3TC.





Hints:

  • This exercise mostly refers to the page  "Telecommunications Aspects of UMTS".
  • For calculation of chip duration  TC  reference is made to the theory page  "Physical channels"  in the chapter "UMTS network architecture".
  • There you will find, among other things, the information that on the so-called  Dedicated Physical Channel  ('DPCH )  in ten milliseconds exactly  152560 chips are transmitted.



Questions

1

Which statements are correct?

With UMTS, the bit duration  TB  is fixed.
For UMTS, the chip duration  TC  is fixed.
Both quantities depend on the channel conditions.

2

Specify the chip duration  TC  and chip rate  RC  in the downlink.

TC= 

\ \rm µ s
R_{\rm C} \hspace{0.2cm} = \

\ \rm Mchip/s

3

What spreading factor can be read from the graph on the information page?

J \ = \

4

What is the bit rate at this spreading factor?

R_{\rm B} \ = \

\ \rm kbit/s

5

What are the values  (\pm 1)  of the "chips" of the transmitted signal  s(t)?

s_{3} \ = \

s_{4} \ = \

s_{5} \ = \

s_{6} \ = \


Solution

(1)  Correct is the answer 2:

  • Fixed for UMTS is the chip duration  T_{\rm C}, which is still to be calculated in the subtask (2).
  • The larger the spreading degree  J  is, the larger the bit duration is.


(2)  According to the note on the information page, exactly  15 \cdot 2560 = 38400 chips are transferred in ten milliseconds.

  • Thus the chip rate  R_{\rm C} = 100 \cdot 38400 \ {\rm chips/s} \hspace{0.15cm}\underline{= 3.84 \ \rm Mchip/s}.
  • The chip duration is the reciprocal of this:   T_{\rm C} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 0.26 \ \rm µ s}.


(3)  Each data bit consists of four spreading chips   ⇒   \underline{J = 4}.


(4)  The bit rate is given by  J = 4  to  R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 960 \ \rm kbit/s}.

  • With the maximum spreading factor for UMTS  J = 512 , on the other hand, the bit rate is only more  7.5 \ \rm kbit/s.


(5)  For the transmitted signal  s(t) = q(t) \cdot c(t).

  • The chips  s_{3}  and  s_{4}  of the transmitted signal belong to the first data bit  (q_{1} = +1):
s_3 = c_3 \hspace{0.15cm}\underline {= -1},\hspace{0.4cm}s_4 = c_4 \hspace{0.15cm}\underline {= +1}\hspace{0.05cm}.
  • In contrast, the two other transmitting chips we are looking for are associated with the second data bit  (q_{2} = -1)  :
s_5 = -c_5= -c_1 \hspace{0.15cm}\underline {= -1},\hspace{0.4cm}s_6 = -c_6= -c_2 \hspace{0.15cm}\underline {= +1}\hspace{0.05cm}.