Exercise 4.5Z: About Spread Spectrum with UMTS

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Quellensignal und Spreizsignal

Bei UMTS/CDMA wird die so genannte „Pseudo Noise”–Modulation (englisch: Direct Sequence Spread Spectrum, abgekürzt DS–SS) angewandt:

• Das rechteckförmige Digitalsignal $q(t)$ wird dabei mit dem Spreizsignal $c(t)$ multipliziert und ergibt das Sendesignal $s(t)$.
• Dieses ist um den Spreizfaktor $J$ höherfrequenter als $q(t)$, und man spricht von Bandspreizung.
• Beim Empfänger wird das gleiche Spreizsignal $c(t)$ phasensynchron zugesetzt und damit die Bandspreizung rückgängig gemacht   ⇒   Bandstauchung.

Die Grafik zeigt beispielhafte Signalverläufe von $q(t)$ und $c(t)$. In Teilaufgabe (5) wird nach Sendechips gefragt. Zum Beispiel bezeichnet das „Sendechip” $s_{3}$ den konstanten Signalwert von $s(t)$ im Zeitintervall $2 T_{\rm C} ... 3 T_{\rm C}$.

Hinweise:

• Die Aufgabe bezieht sich meist auf Nachrichtentechnische Aspekte von UMTS.
• Zur Berechnung der Chipdauer $T_{\rm C}$ wird auf die Theorieseite Physikalische Kanäle im Kapitel „UMTS–Netzarchitektur” verwiesen.
• Dort findet man unter anderem die Information, dass auf dem so genannten Dedicated Physical Channel (DPCH ) in zehn Millisekunden genau $15 \cdot 2560$ Chips übertragen werden.
• Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.

Fragebogen

1

Welche Aussagen sind richtig?

	Bei UMTS ist die Bitdauer $T_{\rm B}$ fest vorgegeben.
	Bei UMTS ist die Chipdauer $T_{\rm C}$ fest vorgegeben.
	Beide Größen hängen von den Kanalbedingungen ab.

2

Geben Sie die Chipdauer $T_{\rm C}$ und die Chiprate $R_{\rm C}$ im Downlink an.

$T_{\rm C} \hspace{0.28cm} = \ $ $\ \rm µ s$

$R_{\rm C} \hspace{0.2cm} = \ $ $\ \rm Mchip/s$

3

Welcher Spreizfaktor ist aus der Grafik auf der Angabenseite ablesbar?

$J \ = \ $

4

Welche Bitrate ergibt sich bei diesem Spreizfaktor?

$R_{\rm B} \ = \ $ $\ \rm kbit/s$

5

Welche Werte $(\pm 1)$ haben die „Chips” des Sendesignals $s(t)$?

$s_{3} \ = \ $

$s_{4} \ = \ $

$s_{5} \ = \ $

$s_{6} \ = \ $

Musterlösung

Solution

(1)  Richtig ist die Antwort 2:

• Fest vorgegeben ist bei UMTS die Chipdauer $T_{\rm C}$, die in der Teilaufgabe (2) noch berechnet werden soll.

Je größer der Spreizgrad $J$ ist, desto größer ist die Bitdauer.

(2)  Laut dem Hinweis auf der Angabenseite werden in zehn Millisekunden genau $15 \cdot 2560 = 38400$ Chips übertragen.

• Damit beträgt die Chiprate $R_{\rm C} = 100 \cdot 38400 \ {\rm Chips/s} \hspace{0.15cm}\underline{= 3.84 \ \rm Mchip/s}$.
• Die Chipdauer ist der Kehrwert hierzu: $T_{\rm C} \hspace{0.15cm}\underline{\approx 0.26 \ \rm \mu s}$.

(3)  Jedes Datenbit besteht aus vier Spreizchips   ⇒   $\underline{J = 4}$.

(4)  Die Bitrate ergibt sich mit $J = 4$ zu $R_{\rm B} \hspace{0.15cm}\underline{= 960 \ \rm kbit/s}$. Mit dem für UMTS maximalen Spreizfaktor $J = 512$ beträgt die Bitrate dagegen nur mehr $7.5 \ \rm kbit/s$.

(5)  Für das Sendesignal gilt $s(t) = q(t) \cdot c(t)$. Die Chips $s_{3}$ und $s_{4}$ des Sendesignals gehören zum ersten Datenbit $(q_{1} = +1)$:

$$s_3 = c_3 \hspace{0.15cm}\underline {= -1},\hspace{0.4cm}s_4 = c_4 \hspace{0.15cm}\underline {= +1}\hspace{0.05cm}.$$

Dagegen sind die beiden weiteren gesuchten Sendechips dem zweiten Datenbit $(q_{2} = -1)$ zuzuordnen:

$$s_5 = -c_5= -c_1 \hspace{0.15cm}\underline {= -1},\hspace{0.4cm}s_6 = -c_6= -c_2 \hspace{0.15cm}\underline {= +1}\hspace{0.05cm}.$$