Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 4.1: Different Duplex Methods for UMTS"

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{{quiz-Header|Buchseite=Beispiele von Nachrichtensystemen/Allgemeine Beschreibung von UMTS
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[[File:P_ID1930__Bei_A_4_1.png|right|frame|UTRA–FDD und UTRA–TDD]]
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[[File:P_ID1930__Bei_A_4_1.png|right|frame|UTRA-FDD and UTRA-TDD]]
Das Anfang der 1990er Jahre geplante und seit 2004 in Europa verfügbare  $\rm UMTS$  (''Universal Mobile Telecommunications System'' )  ist ein so genanntes Mobilfunksystem der dritten Generation.  
+
$\rm UMTS$  $($"Universal Mobile Telecommunications System"$)$  is a so-called  "third-generation mobile communications system",  planned in the early 1990s and available in Europe since 2004.  
  
Es verwendet in beiden Richtungen – ''Uplink''  und  ''Downlink'' – das Vielfachzugriffsverfahren  [[Modulation_Methods/Aufgaben_und_Klassifizierung#FDMA.2C_TDMA_und_CDMA|CDMA]]  (''Code Division Multiple Access'').
+
It uses in both directions,  uplink  and  downlink,  the multiple access method  [[Modulation_Methods/Tasks_and_Classification#FDMA.2C_TDMA.2C_and_CDMA|"CDMA"]]  $($"Code Division Multiple Access"$)$.  The standardization essentially provides for two different modes:
 +
*$\text{UTRA–FDD}$  $($"UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex"$)$  with twelve paired frequency bands for the uplink  $(1920 - 1980 \  \rm MHz)$  and the downlink  $(2110 - 2170 \  \rm MHz)$.
  
Die Standardisierung sieht im Wesentlichen zwei verschiedene Modi vor:
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*$\text{UTRA–TDD}$  $($"UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex"$)$  provides four channels in the frequency band of  $\rm 1900\ –1920\ MHz$  and another at  $2020\ – 2025\ \rm MHz$.
*${\rm UTRA–FDD}$  (''UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex'' )  mit zwölf gepaarten Frequenzbändern für den Uplink  $(1920 - 1980 \ \rm MHz)$  und den Downlink  $(2110 - 2170 \ \rm MHz)$.
 
  
  
*${\rm UTRA–TDD}$  (''UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex'' )  stellt vier Kanäle im Frequenzband von  $1900 - 1920 \ \rm MHz$  bereit und einen weiteren bei  $2020 - 2025 \ \rm MHz$.
+
The band at  $2010 - 2020 \rm MHz$  is also reserved for UTRA–TDD.
 
 
 
 
Für das Frequenzband  $2010 - 2020 \ \rm MHz$  gibt es derzeit noch keine Lizenz. Dieses ist aber ebenfalls für UTRA–TDD reserviert.
 
 
 
*Die Grafik zeigt schematisch die Frequenzbandbelegungen von UTRA–FDD (oben) und UTRA–TDD (unten).
 
*Man erkennt, dass sich die beiden Verfahren sowohl hinsichtlich des Vielfachzugriffs als auch bezüglich der Duplexrealisierung durchaus unterscheiden.
 
 
 
  
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*The diagram shows schematically the frequency band assignments of UTRA-FDD (top) and UTRA-TDD (bottom).
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*The two methods are quite different both in terms of multiple access and of duplex implementation.
  
  
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<u>Hints:</u>
  
''Hinweise:''
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*This exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_UMTS|"General Description of GSM"]].
  
*Die Aufgabe gehört zum Kapitel&nbsp; [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS|Allgemeine Beschreibung von UMTS]].
+
*Reference is made in particular to the page&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_UMTS#Full_duplex|"Full Duplex"]].
*Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite&nbsp; [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#Vollduplexverfahren|Vollduplexverfahren]]
 
 
   
 
   
  
  
  
===Fragebogen===
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Welche der folgenden Aussagen sind zutreffend?
+
{Which of the following statements are true?
 
|type="()"}
 
|type="()"}
- UMTS ist ein Mobilfunksystem der zweiten Generation.
+
- UMTS is a second-generation mobile communications system.
+ UMTS ist ein Mobilfunksystem der dritten Generation.
+
+ UMTS is a third-generation mobile communications system.
- UMTS ist ein Mobilfunksystem der vierten Generation.
+
- UMTS is a fourth-generation mobile communications system.
  
{Wie werden „Uplink” und „Downlink” bei&nbsp; $\rm UTRA–FDD$&nbsp; getrennt?
+
{How are&nbsp; "uplink"&nbsp; and&nbsp; "downlink"&nbsp; separated in&nbsp; UTRA&ndash;FDD?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Die Daten werden zeitlich getrennt übertragen.
+
- The data is transmitted separately in time.
- Die Daten werden im gleichen Frequenzband übertragen.
+
- The data is transmitted in the same frequency band.
+ Die Daten werden in gepaarten Frequenzbändern übertragen.
+
+ The data is transmitted in paired frequency bands.
  
{Wie werden „Uplink” und „Downlink” bei&nbsp; $\rm UTRA–TDD$&nbsp; getrennt?
+
{How are&nbsp; "uplink"&nbsp; and&nbsp; "downlink"&nbsp; separated in&nbsp; UTRA&ndash;TDD?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ Die Daten werden zeitlich getrennt übertragen.
+
+ The data are transmitted separately in time.
+ Die Daten werden im gleichen Frequenzband übertragen.
+
+ The data is transmitted in the same frequency band.
- Die Daten werden in gepaarten Frequenzbändern übertragen.
+
- The data is transmitted in paired frequency bands.
  
{Wie groß ist die für&nbsp; $\rm UTRA–FDD$&nbsp; insgesamt zugewiesene Bandbreite?
+
{What is the total bandwidth allocated for&nbsp; UTRA&ndash;FDD?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$B_{\rm ges} \ = \ $ { 120 3% } $\ \rm MHz $
+
$B_{\rm total} \ = \ $ { 120 3% } $\ \rm MHz $
  
{Welche Bandbreite belegt bei&nbsp; $\rm UTRA–FDD$&nbsp; jeder Nutzer nach der Bandspreizung sowohl im Uplink als auch im Downlink?
+
{What bandwidth does each user occupy in&nbsp; <u>UTRA&ndash;FDD</u>&nbsp; $($both uplink and downlink after bandspreading$)$?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$B_{\rm user} \ = \ $ { 5 3% } $ \ \rm MHz $
 
$B_{\rm user} \ = \ $ { 5 3% } $ \ \rm MHz $
  
{Wie groß ist die Bandbreite eines jeden Nutzers bei&nbsp; $\rm UTRA–TDD$?
+
{What is the bandwidth of each user at&nbsp; <u>UTRA&ndash;TDD</u>?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
$B_{\rm user} \ = \ ${ 5 3% } $ \ \rm MHz $
 
$B_{\rm user} \ = \ ${ 5 3% } $ \ \rm MHz $
  
{Welche Aussagen treffen zu?
+
{Which statements are true?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ In Europa wird ausschließlich der&nbsp; $\rm FDD$–Modus verwendet.
+
+ In Europe,&nbsp; only the&nbsp; FDD mode is used.
+ Der&nbsp; $\rm TDD$–Modus eignet sich vorwiegend für asymmetrische Dienste.
+
+ The  TDD mode is mainly suitable for asymmetric services.
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
  
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist die <u>Aussage 2</u>:  
+
'''(1)'''&nbsp; Correct is the&nbsp; <u>statement 2</u>:  
*Ein Vertreter der zweiten Mobilfunkgeneration ist [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_GSM|GSM]] (''Global System for Mobile Communications''), das bereits seit Anfang der 1990er Jahre verfügbar ist und auf dem Modulationsverfahren [[Modulation_Methods/Nichtlineare_digitale_Modulation#GMSK_.E2.80.93_Gaussian_Minimum_Shift_Keying|GMSK]] (''Gaussian Minimum Shift Keying'') basiert.  
+
*A representative of second-generation mobile communications is&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_GSM|"GSM"]]&nbsp; ("Global System for Mobile Communications"'),&nbsp; which has been available since the early 1990s and is based on the modulation method [[Modulation_Methods/Non-Linear_Digital_Modulation#GMSK_.E2.80.93_Gaussian_Minimum_Shift_Keying|"GMSK"]]&nbsp; ("Gaussian Minimum Shift Keying").
*Dagegen verwendet UMTS als Vielfachzugriffsverfahren [[Modulation_Methods/Aufgaben_und_Klassifizierung#FDMA.2C_TDMA_und_CDMA|CDMA]] (''Code Division Multiple Access'').
+
*Das Mobilfunksystem der vierten Generation ist [[Mobile_Communications/Allgemeines_zum_Mobilfunkstandard_LTE|LTE]] (''Long Term Evolution''), das auf dem [[Modulation_Methods/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM|OFDM–Verfahren]] (''Orthogonal Frequency Division Multiplex'') beruht. Die LTE–Einführung begann Anfang der 2010er Jahre.
+
*In contrast,&nbsp; UMTS uses as multiple access method&nbsp; [[Modulation_Methods/Tasks_and_Classification#FDMA.2C_TDMA.2C_and_CDMA|"CDMA"]]&nbsp; (Code Division Multiple Access).
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*The fourth-generation mobile communications system is&nbsp; [[Mobile_Communications/General_Information_on_the_LTE_Mobile_Communications_Standard|"LTE"]]&nbsp; ("Long Term Evolution"),&nbsp; which is based on the&nbsp; [[Modulation_Methods/General_Description_of_OFDM|"OFDM method"]]&nbsp; ("Orthogonal Frequency Division Multiplex").&nbsp; The LTE rollout began in the early 2010s.
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'''(2)'''&nbsp; From the graph on the statement page,&nbsp; you can see that for UTRA&ndash;FDD,&nbsp; the&nbsp; <u>last statement</u>&nbsp; is true.
  
  
'''(2)'''&nbsp; Aus der Grafik auf der Angabenseite erkennt man, dass für $\rm UTRA–FDD$ die <u>letzte Aussage</u> zutrifft.
+
 
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'''(3)'''&nbsp; Correct are the&nbsp; <u>statements 1 and 2</u>:
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*According to the diagram below,&nbsp; in UTRA&ndash;FDD the uplink and downlink are transmitted in the same frequency band.
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*The separation is done by time division multiplexing.
  
  
  
'''(3)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Aussagen 1 und 2</u>:
+
'''(4)'''&nbsp; According to the specification,&nbsp; uplink and downlink occupy&nbsp; $60 \ {\rm MHz}$&nbsp; each &nbsp; $ \Rightarrow \ B_{\rm total}\hspace{0.15cm}\underline{ = 120 \ \rm MHz}$.
*Gemäß der unteren Grafik erfolgt bei $\rm UTRA–FDD$ die Übertragung von Uplink und Downlink im gleichen Frequenzband.  
 
*Die Trennung geschieht per Zeitmultiplex.
 
  
  
  
'''(4)'''&nbsp; Laut Angabe belegen Uplink und Downlink jeweils $60 \ {\rm MHz} \  \Rightarrow  \ B_{\rm ges}\hspace{0.15cm}\underline{ = 120 \ \rm MHz}$.
+
'''(5)'''&nbsp; In each case&nbsp; $B_{\rm user} \hspace{0.15cm}\underline{ = 5 \ \rm MHz}$,&nbsp; both in uplink and downlink.
  
 +
* This value is obtained by dividing the respective total bandwidth for uplink and downlink&nbsp; $(60 \ \rm MHz)$&nbsp; by the number of channels&nbsp; $(12)$.
  
  
'''(5)'''&nbsp; Es gilt jeweils $B_{\rm user} \hspace{0.15cm}\underline{ = 5 \ \rm MHz}$, sowohl im Uplink als auch im Downlink.
 
* Dieser Wert ergibt sich, wenn man die jeweilige gesamte Bandbreite für Uplink und Downlink  $(60 \ \rm MHz)$ durch die Anzahl der Kanäle $(12)$ dividiert.
 
  
 +
'''(6)'''&nbsp;Here again&nbsp; $B_{\rm user} \hspace{0.15cm} \underline{= 5 \ \rm MHz}$,&nbsp; but now this bandwidth must be divided between uplink and downlink by TDMA.
  
  
'''(6)'''&nbsp;Hier gilt wiederum $B_{\rm user} \hspace{0.15cm} \underline{= 5 \ \rm MHz}$, wobei aber nun diese Bandbreite per TDMA zwischen Uplink und Downlink aufgeteilt werden muss.
 
  
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'''(7)'''&nbsp; <u>Both statements are correct</u>:
 +
*There are no plans to offer&nbsp; TDD mode in Europe.
  
 +
*For asymmetric service,&nbsp; the data volume in the downlink is significantly larger than in the uplink.
  
'''(7)'''&nbsp; <u>Beide Aussagen sind richtig</u>:
+
*Here,&nbsp; the TDD mode would make sense.&nbsp; Examples: &nbsp; Surfing,&nbsp; downloads on the Internet.  
*Es ist nicht geplant, den $\rm TDD$–Modus in Europa anzubieten.
 
*Bei asymmetrischem Dienst ist das Datenvolumen im Downlink deutlich größer als im Uplink. Hier würde $\rm TDD$–Modus Sinn machen.<br>Beispiele: &nbsp; Surfen und Downloads im Internet.  
 
  
 
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[[Category:Aufgaben zu Beispiele von Nachrichtensystemen|^4.1 Allgemeine Beschreibung von UMTS
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[[Category:Examples of Communication Systems: Exercises|^4.1 General Description of UMTS
 
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Latest revision as of 15:39, 3 February 2023

UTRA-FDD and UTRA-TDD

$\rm UMTS$  $($"Universal Mobile Telecommunications System"$)$  is a so-called  "third-generation mobile communications system",  planned in the early 1990s and available in Europe since 2004.

It uses in both directions,  uplink  and  downlink,  the multiple access method  "CDMA"  $($"Code Division Multiple Access"$)$.  The standardization essentially provides for two different modes:

  • $\text{UTRA–FDD}$  $($"UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex"$)$  with twelve paired frequency bands for the uplink  $(1920 - 1980 \ \rm MHz)$  and the downlink  $(2110 - 2170 \ \rm MHz)$.
  • $\text{UTRA–TDD}$  $($"UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex"$)$  provides four channels in the frequency band of  $\rm 1900\ –1920\ MHz$  and another at  $2020\ – 2025\ \rm MHz$.


The band at  $2010 - 2020 \rm MHz$  is also reserved for UTRA–TDD.

  • The diagram shows schematically the frequency band assignments of UTRA-FDD (top) and UTRA-TDD (bottom).
  • The two methods are quite different both in terms of multiple access and of duplex implementation.



Hints:



Questions

1

Which of the following statements are true?

UMTS is a second-generation mobile communications system.
UMTS is a third-generation mobile communications system.
UMTS is a fourth-generation mobile communications system.

2

How are  "uplink"  and  "downlink"  separated in  UTRA–FDD?

The data is transmitted separately in time.
The data is transmitted in the same frequency band.
The data is transmitted in paired frequency bands.

3

How are  "uplink"  and  "downlink"  separated in  UTRA–TDD?

The data are transmitted separately in time.
The data is transmitted in the same frequency band.
The data is transmitted in paired frequency bands.

4

What is the total bandwidth allocated for  UTRA–FDD?

$B_{\rm total} \ = \ $

$\ \rm MHz $

5

What bandwidth does each user occupy in  UTRA–FDD  $($both uplink and downlink after bandspreading$)$?

$B_{\rm user} \ = \ $

$ \ \rm MHz $

6

What is the bandwidth of each user at  UTRA–TDD?

$B_{\rm user} \ = \ $

$ \ \rm MHz $

7

Which statements are true?

In Europe,  only the  FDD mode is used.
The TDD mode is mainly suitable for asymmetric services.


Solution

(1)  Correct is the  statement 2:

  • A representative of second-generation mobile communications is  "GSM"  ("Global System for Mobile Communications"'),  which has been available since the early 1990s and is based on the modulation method "GMSK"  ("Gaussian Minimum Shift Keying").
  • In contrast,  UMTS uses as multiple access method  "CDMA"  (Code Division Multiple Access).
  • The fourth-generation mobile communications system is  "LTE"  ("Long Term Evolution"),  which is based on the  "OFDM method"  ("Orthogonal Frequency Division Multiplex").  The LTE rollout began in the early 2010s.


(2)  From the graph on the statement page,  you can see that for UTRA–FDD,  the  last statement  is true.


(3)  Correct are the  statements 1 and 2:

  • According to the diagram below,  in UTRA–FDD the uplink and downlink are transmitted in the same frequency band.
  • The separation is done by time division multiplexing.


(4)  According to the specification,  uplink and downlink occupy  $60 \ {\rm MHz}$  each   $ \Rightarrow \ B_{\rm total}\hspace{0.15cm}\underline{ = 120 \ \rm MHz}$.


(5)  In each case  $B_{\rm user} \hspace{0.15cm}\underline{ = 5 \ \rm MHz}$,  both in uplink and downlink.

  • This value is obtained by dividing the respective total bandwidth for uplink and downlink  $(60 \ \rm MHz)$  by the number of channels  $(12)$.


(6) Here again  $B_{\rm user} \hspace{0.15cm} \underline{= 5 \ \rm MHz}$,  but now this bandwidth must be divided between uplink and downlink by TDMA.


(7)  Both statements are correct:

  • There are no plans to offer  TDD mode in Europe.
  • For asymmetric service,  the data volume in the downlink is significantly larger than in the uplink.
  • Here,  the TDD mode would make sense.  Examples:   Surfing,  downloads on the Internet.