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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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.  
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Planned in the early 1990s and available in Europe since 2004  $\rm UMTS$  (''Universal Mobile Telecommunications System'' )  is a so-called third-generation mobile communications system.  
  
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'').
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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'').
  
Die Standardisierung sieht im Wesentlichen zwei verschiedene Modi vor:
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The standardization essentially provides for two different modes:
*${\rm UTRA–FDD}$  (''UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex'' )  mit zwölf gepaarten Frequenzbändern für den Uplink  $(1920 - 1980 \ \rm MHz)$  und den Downlink  $(2110 - 2170 \ \rm MHz)$.
+
*${\rm UTRA\:FDD}$  (''UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex'' )  with twelve paired frequency bands for the uplink  $(1920 - 1980 \ \ \rm MHz)$  and the downlink  $(2110 - 2170 \ \ \rm MHz)$.
  
  
*${\rm UTRA–TDD}$  (''UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex'' )  stellt vier Kanäle im Frequenzband von  $1900 - 1920 \ \rm MHz$  bereit und einen weiteren bei  $2020 - 2025 \ \rm MHz$.
+
*${\rm UTRA\:TDD}$  (''UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex'' )  provides four channels in the frequency band of  $1900 - 1920 \ \rm MHz$  and another at  $2020 - 2025 \ \rm MHz$.
  
  
Für das Frequenzband  $2010 - 2020 \ \rm MHz$  gibt es derzeit noch keine Lizenz. Dieses ist aber ebenfalls für UTRA–TDD reserviert.
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There is currently no license for the band at  $2010 - 2020 \ \rm MHz$  . However, this is also reserved for UTRA TDD.
  
*Die Grafik zeigt schematisch die Frequenzbandbelegungen von UTRA–FDD (oben) und UTRA–TDD (unten).  
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*The diagram shows schematically the frequency band assignments of UTRA FDD (top) and UTRA TDD (bottom).  
*Man erkennt, dass sich die beiden Verfahren sowohl hinsichtlich des Vielfachzugriffs als auch bezüglich der Duplexrealisierung durchaus unterscheiden.
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*It can be seen that the two methods are quite different both in terms of multiple access and duplex implementation.
  
  
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''Hinweise:''
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Hints:
  
*Die Aufgabe gehört zum Kapitel  [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS|Allgemeine Beschreibung von UMTS]].
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*This exercise belongs to the chapter  [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_UMTS|"General Description of GSM"]].
*Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite  [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#Vollduplexverfahren|Vollduplexverfahren]]
+
*Reference is made in particular to the page  [[Examples_of_Communication_Systems/General_Description_of_UMTS#Full_duplex|"Full Duplex"]].
 
   
 
   
  
  
  
===Fragebogen===
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
  
{Welche der folgenden Aussagen sind zutreffend?
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{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 "uplink" and "downlink" separated in&nbsp; $\rm UTRA\:FDD$&nbsp;?
 
|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 "uplink" and "downlink" separated for&nbsp; $\rm UTRA\:TDD$&nbsp;?
 
|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; $\rm UTRA\:FDD$&nbsp;?
 
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|type="{}"}
 
$B_{\rm ges} \ = \ $ { 120 3% } $\ \rm MHz $
 
$B_{\rm ges} \ = \ $ { 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; $\rm UTRA\:FDD$&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; $\rm UTRA\:TDD$?
 
|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, only the&nbsp; $\rm FDD$ mode is used.
+ Der&nbsp; $\rm TDD$–Modus eignet sich vorwiegend für asymmetrische Dienste.
+
+ The&nbsp; $\rm TDD$ mode is mainly suitable for asymmetric services.
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
  

Revision as of 21:50, 29 January 2023

UTRA FDD and UTRA TDD

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

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:

  • ${\rm UTRA\:FDD}$  (UMTS Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex )  with twelve paired frequency bands for the uplink  $(1920 - 1980 \ \ \rm MHz)$  and the downlink  $(2110 - 2170 \ \ \rm MHz)$.


  • ${\rm UTRA\:TDD}$  (UMTS Terrestrial Radio Access Time Division Duplex )  provides four channels in the frequency band of  $1900 - 1920 \ \rm MHz$  and another at  $2020 - 2025 \ \rm MHz$.


There is currently no license for the band at  $2010 - 2020 \ \rm MHz$  . However, this is also reserved for UTRA TDD.

  • The diagram shows schematically the frequency band assignments of UTRA FDD (top) and UTRA TDD (bottom).
  • It can be seen that the two methods are quite different both in terms of multiple access and 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  $\rm UTRA\:FDD$ ?

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 for  $\rm UTRA\:TDD$ ?

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  $\rm UTRA\:FDD$ ?

$B_{\rm ges} \ = \ $

$\ \rm MHz $

5

What bandwidth does each user occupy in  $\rm UTRA\:FDD$  both uplink and downlink after bandspreading?

$B_{\rm user} \ = \ $

$ \ \rm MHz $

6

What is the bandwidth of each user at  $\rm UTRA\:TDD$?

$B_{\rm user} \ = \ $

$ \ \rm MHz $

7

which statements are true?

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


Solution

(1)  Richtig ist die Aussage 2:

  • Ein Vertreter der zweiten Mobilfunkgeneration ist GSM (Global System for Mobile Communications), das bereits seit Anfang der 1990er Jahre verfügbar ist und auf dem Modulationsverfahren GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) basiert.
  • Dagegen verwendet UMTS als Vielfachzugriffsverfahren CDMA (Code Division Multiple Access).
  • Das Mobilfunksystem der vierten Generation ist LTE (Long Term Evolution), das auf dem OFDM–Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplex) beruht. Die LTE–Einführung begann Anfang der 2010er Jahre.


(2)  Aus der Grafik auf der Angabenseite erkennt man, dass für $\rm UTRA–FDD$ die letzte Aussage zutrifft.


(3)  Richtig sind die Aussagen 1 und 2:

  • Gemäß der unteren Grafik erfolgt bei $\rm UTRA–FDD$ die Übertragung von Uplink und Downlink im gleichen Frequenzband.
  • Die Trennung geschieht per Zeitmultiplex.


(4)  Laut Angabe belegen Uplink und Downlink jeweils $60 \ {\rm MHz} \ \Rightarrow \ B_{\rm ges}\hspace{0.15cm}\underline{ = 120 \ \rm MHz}$.


(5)  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) 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.


(7)  Beide Aussagen sind richtig:

  • 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.
    Beispiele:   Surfen und Downloads im Internet.