Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 3.6: FDMA, TDMA and CDMA"

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{{quiz-Header|Buchseite=Mobile Kommunikation/Die Charakteristika von UMTS
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{{quiz-Header|Buchseite=Mobile_Communications/Characteristics_of_UMTS
 
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[[File:EN_Mob_A_3_7.png|right|frame|Schaubilder für FDMA, <br>TDMA und CDMA]]
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[[File:EN_Mob_A_3_7.png|right|frame|Charts for FDMA, <br>TDMA und CDMA]]
Die Grafik verdeutlicht das Prinzip von
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The diagrams illustrate the principle of
*''Frequency Division Multiple Access'' (FDMA),
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*Frequency Division Multiple Access&nbsp; $\rm (FDMA)$,
*''Time Division Multiple Access'' (TDMA), und
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*Time Division Multiple Access&nbsp; $\rm (TDMA)$,&nbsp; and
*''Code Division Multiple Access'' (CDMA).
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*Code Division Multiple Access&nbsp; $\rm (CDMA)$.
  
  
Bei den hier aufgeführten Vielfachzugriffsverfahren geht man davon aus, dass es mehrere Sender–Empfänger–Paare gibt, die sich ein Übertragungsmedium selbständig aufteilen.
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The multiple access methods listed here are based on the assumption that there are several transmitter&ndash;receiver pairs that share a transmission medium independently.
  
Dagegen spricht man von Multiplexing, wenn am Anfang der Übertragung ein Multiplexer (MUX) mehrere Signale bündelt und am Ende ein Demultiplexer (DEMUX) das gemeinsame Signal wieder auftrennt. In diesem Fall verwendet man abkürzend FDM, TDM und CDM – also ''Frequency (Time, Code) Division Multiplexing''.
+
On the other hand, multiplexing occurs when a multiplexer&nbsp; $\rm (MUX)$&nbsp; bundles several signals at the beginning of transmission and a demultiplexer&nbsp; $\rm (DEMUX)$&nbsp; splits the common signal at the end.&nbsp; In this case, FDM, TDM and CDM are abbreviated to&nbsp; "Frequency (Time, Code) Division Multiplexing".
  
In der Aufgabe ist gefragt, welche dieser Verfahren (FDMA/FDM, TDMA/TDM, CDMA/CDM) einige der heute wichtigsten Kommunikationssysteme (GSM, UMTS, DSL) nutzen.
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The task is to determine which of these methods (FDMA/FDM, TDMA/TDM, CDMA/CDM) is used by some of today's most important communications systems (GSM, UMTS, DSL).
  
  
  
''Hinweise:''
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''Notes:''
  
*Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel [[Mobile_Kommunikation/Die_Charakteristika_von_UMTS|Die Charakteristika von UMTS]].
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*This task refers to the chapter [[Mobile_Communications/Characteristics_of_UMTS|Characteristics of UMTS]].
 
   
 
   
*Hinweise zu den hier betrachteten Kommunikationssystemen finden Sie unter den folgenden Links:<br>
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*Notes on the communication systems considered here can be found under the following links:<br>
::[[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_GSM#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_DRITTEN_HAUPTKAPITEL_.23|GSM]] (''Global System for Mobile Communications''),
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#&nbsp;[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_GSM#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_DRITTEN_HAUPTKAPITEL_.23|GSM]]&nbsp; (Global System for Mobile Communications),
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#&nbsp;[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_VIERTEN_HAUPTKAPITEL_.23|UMTS]]&nbsp; (Universal Mobile Communications Systems),
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#&nbsp;[[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_DSL#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_ZWEITEN_HAUPTKAPITEL_.23|DSL]]&nbsp; (Digital Subscriber Line).
  
::[[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_UMTS#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_VIERTEN_HAUPTKAPITEL_.23|UMTS]] (''Universal Mobile Communications Systems''),
 
  
::[[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_DSL#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_ZWEITEN_HAUPTKAPITEL_.23|DSL]] (''Digital Subscriber Line'').
 
  
  
 
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===Questionnaire===
 
 
===Fragebogen===
 
  
 
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{Was bezeichnen FDMA, TDMA und CDMA?
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{What do FDMA, TDMA and CDMA mean?
 
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- Modulationsverfahren,
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- Modulation methods,
+ Vielfachzugriffsverfahren,
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+ Multiple access methods,
- Entzerrungsverfahren.
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- Equalization procedures.
  
{Welche dieser Verfahren sind nur bei Digitalsystemen anwendbar?
+
{Which of these procedures are only applicable to digital systems?
 
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- FDMA/FDM,
 
- FDMA/FDM,
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+ CDMA/CDM.
 
+ CDMA/CDM.
  
{Welche Technik(en) nutzt der europäische 2G–Mobilfunkstandard GSM?
+
{What technology(ies) does the European 2G mobile radio standard GSM use?
 
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+ FDMA/FDM,
 
+ FDMA/FDM,
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- CDMA/CDM.
 
- CDMA/CDM.
  
{Welche Technik(en) nutzt UMTS (3G) innerhalb eine 5 MHz–Bandes?
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{Which technology(ies) uses UMTS (3G) within a 5 MHz band?
 
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- FDMA/FDM,
 
- FDMA/FDM,
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+ CDMA/CDM.
 
+ CDMA/CDM.
  
{Welche Technik(en) nutzt das „schnelle Internet” (DSL)?
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{What technology(ies) uses the "Fast Internet" (DSL)?
 
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+ FDMA/FDM,
 
+ FDMA/FDM,
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</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
  
'''(1)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 2</u>:
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'''(1)'''&nbsp; Correct is the <u>solution 2</u>:
*FDMA, TDMA und CDMA sind Vielfachzugriffsverfahren oder auch Multiplextechniken,  
+
*FDMA, TDMA and CDMA are multiple access or multiplexing techniques,  
*die man dann allerdings mit FDM, TDM und CDM abkürzt: &nbsp; ''Frequency (Time, Code) Division Multiplexing''.  
+
*which are then, however, abbreviated as FDM, TDM and CDM: &nbsp; "Frequency (Time, Code) Division Multiplexing"'.  
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'''(2)'''&nbsp; Correct are the <u>solutions 2 and 3</u>:
 +
*FDMA/FDM can also be used in analog systems, of which classical broadcasting (since the 1930s) is an example.
  
'''(2)'''&nbsp; Nur die <u>beiden letzten Lösungsvorschläge</u> sind richtig:
 
*FDMA/FDM ist auch bei analogen Systemen anwendbar, wofür die klassische Rundfunkübertragung (seit den 1930er Jahren) ein Beispiel ist.
 
  
  
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'''(3)'''&nbsp; Correct are the <u>solutions 1 and 2</u>:
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*At mobile radio standard&nbsp; [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_GSM#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_DRITTEN_HAUPTKAPITEL_.23|GSM]],&nbsp; FDMA and TDMA are used.
  
'''(3)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 2</u>:
+
*In the so-called "D-band"&nbsp; (uplink from&nbsp; $890$&nbsp; to&nbsp; $915 \ \rm MHz$, downlink from&nbsp; $935$&nbsp; to&nbsp; $960 \ \rm MHz$), there are&nbsp; $124$&nbsp; FDMA channels of&nbsp; $200 \ \rm kHz$,&nbsp; taking into account the guard bands of&nbsp; $100 \ \rm kHz$&nbsp; at the upper and lower end of the range in each direction.
*Beim Mobilfunkstandard [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_GSM#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_DRITTEN_HAUPTKAPITEL_.23|GSM]] werden FDMA und TDMA genutzt.
+
*In the "E-band"&nbsp; (uplink: $1710 - 1785 \ \rm MHz$,&nbsp; downlink: $1805 - 1880 \ \rm MHz$),&nbsp; $374$&nbsp; FDMA channels can be used.
*Im so genannten D–Band (Uplink von $890$ bis $915 \ \rm MHz$, Downlink von $935$ bis $960 \ \rm MHz$) gibt es unter Berücksichtigung der Guard–Bänder von je $100 \ \rm kHz$ am oberen und unteren Bereichsende in jeder Richtung $124$ FDMA–Kanäle zu je $200
+
*Time Division Multiple Access (TDMA) can be used to provide eight users additionally in each frequency band.&nbsp; A TDMA frame has a length of&nbsp; $4.615 \ \rm ms$, so that time slots of&nbsp; $0.577 \ \ \rm ms$&nbsp; duration are available for each user in this time interval.
\ \rm kHz$.  
 
*Im E–Band (Uplink: $1710 1785 \ \rm MHz$, Downlink: $1805 1880 \ \rm MHz$) sind $374$ FDMA–Kanäle nutzbar.
 
*Mit Zeitmultiplex (TDMA) können in jedem Frequenzband zusätzlich $8$ Teilnehmer versorgt werden. Ein TDMA–Rahmen hat die Länge $4.615 \ \rm ms$, so dass für jeden Teilnehmer in diesem zeitlichen Abstand Zeitschlitze von $0.577 \ \rm ms$ Dauer zur Verfügung stehen.
 
  
  
  
'''(4)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 2 und 3</u>:
 
*Die in Deutschland ausschließlich eingesetzte UMTS–Variante ''UMTS Terrestrial Radio Access–Frequency Division Duplex'' ('''UTRA–FDD''') besteht aus je $12$ gepaarten Uplink– und Downlink–Frequenzbändern zu je $5 \ \rm MHz$ Bandbreite
 
** zwischen $1920 \ \rm MHz$ und $1980 \ \rm MHz$ (Uplink) bzw.
 
** zwischen $2110 \ \rm MHz$ und $2170 \ \rm MHz$ (Downlink).
 
*Man könnte also durchaus von einem FDMA–System sprechen. Allerdings werden die verschiedenen $5 \ \rm MHz$–Bänder von anderen Netzbetreibern genutzt.
 
*Betrachtet man dagegen ein $5 \ \rm MHz$–Band für sich, so besitzt UMTS keine FDMA–Komponente. In jedem der Bänder wird stattdessen '''CDMA''' eingesetzt, so dass in jedem Frequenzband gleichzeitig bis zu $512$ Teilnehmer aktiv sein können. Und in gewissem Umfang auch '''TDMA''' (Zeitschlitze, Rahmen, TTI).
 
  
 +
'''(4)'''&nbsp; Correct are  <u>the solutions 2 and 3</u>:
 +
*The UMTS variant "UMTS Terrestrial Radio Access&nbsp;-&nbsp;Frequency Division Duplex"&nbsp; $\text{(UTRA-FDD)}$&nbsp; used exclusively in Germany consists of&nbsp; $12$&nbsp; paired uplink and downlink frequency bands of&nbsp; $5 \ \rm MHz$&nbsp; bandwidth each,
 +
** between $1920 \ \rm MHz$ and $1980 \ \rm MHz$ (uplink) or
 +
** between $2110 \ \rm MHz$ and $2170 \ \rm MHz$ (downlink).
 +
*So you could definitely speak of an&nbsp; $\rm FDMA$&nbsp; system.&nbsp; However, the various&nbsp; $5 \ \rm MHz$&nbsp; bands are used by other network operators.
 +
*If, on the other hand, one considers a&nbsp; $5 \ \rm MHz$&nbsp; band on its own, UMTS does not have an FDMA component.&nbsp; In each of the bands,&nbsp; $\rm CDMA$&nbsp; is implemented instead, so that up to&nbsp; $512$&nbsp; users can be active simultaneously in each frequency band.&nbsp; And to some extent&nbsp; $\rm TDMA$&nbsp; (time slots, frames, TTI) is also used.
  
  
'''(5)'''&nbsp; Richtig ist der <u>Lösungsvorschlag 1</u>:
 
*Für schnelle Internetanbindungen wird heutzutage üblicherweise [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Allgemeine_Beschreibung_von_DSL#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_ZWEITEN_HAUPTKAPITEL_.23|DSL]] (''Digital Subscriber Line'') eingesetzt.
 
*Dieses basiert auf [[Modulationsverfahren/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM#Das_Prinzip_von_OFDM_.E2.80.93_Systembetrachtung_im_Zeitbereich|OFDM]] (''Orthogonal Frequency Division Multiplexing''), was eine FDM–Variante ist.
 
*Die einzelnen Spektren sind dabei allerdings nicht getrennt, sondern überlappen sich.
 
*Aufgrund der Orthogonalität kommt es trotzdem nicht zu gegenseitiger Beeinflussung.
 
  
 +
'''(5)'''&nbsp; Only  <u>solution 1</u> is correct:
 +
*For "Fast Internet" connections nowadays, it is common to use&nbsp;  [[Examples_of_Communication_Systems/Allgemeine_Beschreibung_von_DSL#.23_.C3.9CBERBLICK_ZUM_ZWEITEN_HAUPTKAPITEL_.23|$\rm DSL$]]&nbsp; ("Digital Subscriber Line").
 +
*This is based on&nbsp;  [[Modulation_Methods/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM#Das_Prinzip_von_OFDM_.E2.80.93_Systembetrachtung_im_Zeitbereich|$\rm OFDM$]]&nbsp;  ("Orthogonal Frequency Division Multiplexing"), which is an FDM version.
 +
*The individual spectra are not separated, however, but overlap.&nbsp; There is still no mutual influence due to the orthogonality.
  
 
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[[Category:Exercises for Mobile Communications|^3.4 Characteristics of UMTS^]]
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[[Category:Mobile Communications: Exercises|^3.4 Characteristics of UMTS^]]

Latest revision as of 14:38, 23 March 2021

Charts for FDMA,
TDMA und CDMA

The diagrams illustrate the principle of

  • Frequency Division Multiple Access  $\rm (FDMA)$,
  • Time Division Multiple Access  $\rm (TDMA)$,  and
  • Code Division Multiple Access  $\rm (CDMA)$.


The multiple access methods listed here are based on the assumption that there are several transmitter–receiver pairs that share a transmission medium independently.

On the other hand, multiplexing occurs when a multiplexer  $\rm (MUX)$  bundles several signals at the beginning of transmission and a demultiplexer  $\rm (DEMUX)$  splits the common signal at the end.  In this case, FDM, TDM and CDM are abbreviated to  "Frequency (Time, Code) Division Multiplexing".

The task is to determine which of these methods (FDMA/FDM, TDMA/TDM, CDMA/CDM) is used by some of today's most important communications systems (GSM, UMTS, DSL).


Notes:

  • Notes on the communication systems considered here can be found under the following links:
  1.  GSM  (Global System for Mobile Communications),
  2.  UMTS  (Universal Mobile Communications Systems),
  3.  DSL  (Digital Subscriber Line).



Questionnaire

1

What do FDMA, TDMA and CDMA mean?

Modulation methods,
Multiple access methods,
Equalization procedures.

2

Which of these procedures are only applicable to digital systems?

FDMA/FDM,
TDMA/TDM,
CDMA/CDM.

3

What technology(ies) does the European 2G mobile radio standard GSM use?

FDMA/FDM,
TDMA/TDM,
CDMA/CDM.

4

Which technology(ies) uses UMTS (3G) within a 5 MHz band?

FDMA/FDM,
TDMA/TDM,
CDMA/CDM.

5

What technology(ies) uses the "Fast Internet" (DSL)?

FDMA/FDM,
TDMA/TDM,
CDMA/CDM.


Solution

(1)  Correct is the solution 2:

  • FDMA, TDMA and CDMA are multiple access or multiplexing techniques,
  • which are then, however, abbreviated as FDM, TDM and CDM:   "Frequency (Time, Code) Division Multiplexing"'.


(2)  Correct are the solutions 2 and 3:

  • FDMA/FDM can also be used in analog systems, of which classical broadcasting (since the 1930s) is an example.


(3)  Correct are the solutions 1 and 2:

  • At mobile radio standard  GSM,  FDMA and TDMA are used.
  • In the so-called "D-band"  (uplink from  $890$  to  $915 \ \rm MHz$, downlink from  $935$  to  $960 \ \rm MHz$), there are  $124$  FDMA channels of  $200 \ \rm kHz$,  taking into account the guard bands of  $100 \ \rm kHz$  at the upper and lower end of the range in each direction.
  • In the "E-band"  (uplink: $1710 - 1785 \ \rm MHz$,  downlink: $1805 - 1880 \ \rm MHz$),  $374$  FDMA channels can be used.
  • Time Division Multiple Access (TDMA) can be used to provide eight users additionally in each frequency band.  A TDMA frame has a length of  $4.615 \ \rm ms$, so that time slots of  $0.577 \ \ \rm ms$  duration are available for each user in this time interval.



(4)  Correct are the solutions 2 and 3:

  • The UMTS variant "UMTS Terrestrial Radio Access - Frequency Division Duplex"  $\text{(UTRA-FDD)}$  used exclusively in Germany consists of  $12$  paired uplink and downlink frequency bands of  $5 \ \rm MHz$  bandwidth each,
    • between $1920 \ \rm MHz$ and $1980 \ \rm MHz$ (uplink) or
    • between $2110 \ \rm MHz$ and $2170 \ \rm MHz$ (downlink).
  • So you could definitely speak of an  $\rm FDMA$  system.  However, the various  $5 \ \rm MHz$  bands are used by other network operators.
  • If, on the other hand, one considers a  $5 \ \rm MHz$  band on its own, UMTS does not have an FDMA component.  In each of the bands,  $\rm CDMA$  is implemented instead, so that up to  $512$  users can be active simultaneously in each frequency band.  And to some extent  $\rm TDMA$  (time slots, frames, TTI) is also used.


(5)  Only solution 1 is correct:

  • For "Fast Internet" connections nowadays, it is common to use  $\rm DSL$  ("Digital Subscriber Line").
  • This is based on  $\rm OFDM$  ("Orthogonal Frequency Division Multiplexing"), which is an FDM version.
  • The individual spectra are not separated, however, but overlap.  There is still no mutual influence due to the orthogonality.