Exam text content

ELT-41200 Langattoman tietoliikenteen perusteet
Ensimmäinen välikoe, 7.12.2016 / Jaakko Marttila

Mukana saa olla oma laskin. Koepaperin liitteenä on kaavakokoelma ja palautekysely. Vastata voit
suomeksi tai englanniksi.

Vastaa viiteen kysymykseen seuraavista kuudesta. Tehtävää 6 ei arvostella, jos vastaat kaikkiin!

1. — Selitä lyhyesti (muutamalla lauseella) seuraavat langattomaan tietoliikenteeseen liittyvät termit:

a. —antennivahvistus

b. —monitie-eteneminen
c. nopea häipyminen
d. modulaatio

e. kanavointi

f. monikäyttö

2. a) Vertaa lyhyesti keskenään taajuusalueita VLF (3-30 kHz) ja UHF (3003000 MHz) radiosignaalin
etenemisen = kannalta. Mainitse lisäksi, mitä oleellisia eroja kyseisillä taajuusalueilla on
tietoliikennejärjestelmien näkökulmasta. Voitaisiinko esimerkiksi UMTS-matkapuhelinjärjestelmä
toteuttaa VLF-taajuusalueella? Miksi?

b) Selitä, mitä tarkoitetaan kanavan koherenssiajalla ja koherenssikaistanleveydellä. Miten nämä liittyvät
termeihin Doppler-haje ja viivehaje. Miten kanavan aikaselektiivisyys ja taajuusselektiivisyys liittyvät
edellä mainittuihin suureisiin?

3. a) Oletetaan, että isotrooppisen säteilijän lähetysteho on 40 W, toimintataajuus on /= 2.4 GHz, ja linkin
pituus on 2 km. Mikä on isotrooppisen vastaanottoantennin havaitsema teho (dBm-arvona) olettaen (i)
vapaan — tilan vaimennus -mallin ja (ii) yksinkertaistetun etenemisvaimennusmallin, jonka
etenemisvaimennuksen eksponentti on 4?

b) Miksi kohdissa (i) ja (ii) käytetyt vaimennusmallit antavat eri tuloksen? Pohdi mallien realistisuutta.
Minkälaiset vaimennusmallit voisivat antaa tarkempia tuloksia?

4. = a) Mitä tarkoitetaan radiokanavan tehoviiveprofiililla? Laske RMS-viivehaje, kun tehoviiveprofiili on alla
esitetyn mukainen.

Suhteellinen teho [dB] 0 -6 -8
Suhteellinen viive [ns] 0 200 400

b) Onko kyseinen kanava taajuusselektiivinen LTE-järjestelmän (kaistanleveys 20 MHz) näkökulmasta?
Perustele vastauksesi.

5. a) Oletetaan langaton tietoliikennejärjestelmä, jossa datayhteys toimii toivotulla tavalla, mikäli
vastaanottimen signaalikohinasuhde on vähintään 14 dB. Linkin siirtonopeudeksi oletetaan 64 Mbit/s kun
käytössä on 16-0AM lisäkaistakertoimella 0.25. Toimintalämpötila on 20*C ja kohinaluku 0 dB. Radiotien
etenemisvaimennus 127 dB. Kuinka monta wattia pitää olla tukiaseman lähetysteho, jotta yhteys toimii?

b) LTE-järjestelmässä käytetään Suomessa taajuustason dupleksointia (FDD). Mitä tämä tarkoittaa? Mitä
muita dupleksointiperiaatteita on yleisessä käytössä langattomassa tietoliikenteessä?

6. a) Kuvaile MAC-protokolla Alohan toimintaperiaate. Kommentoi Alohan suorituskykyä (esim. tarjottu
datakuorma vs. isy) ja perustele lyhyesti, mistä se johtuu. Alohasta on myös olemassa kehittyneempi
versio. Mitä siinä tehdään toisin, jotta suorituskyky on alkuperäistä Alohaa parempi?

  

b) Selitä käsitteet piiloasemaongelma ja altistuneen aseman ongelma langattoman tietoliikenteen
yhteydessä.
ELT-41200 Basic Course on Wireless Communications
First Midterm Exam, 7.12.2016 / Jaakko Marttila

You can use your own calculator. A set of formulas and a feedback form is attached to the exam
paper. You can answer in English or Finnish.

Please answer to five guestions out of six. Problem 6 is not graded, if you answer all problems!

1. Explain briefly (with a couple of sentences) the following terms related to wireless communications:

 

antenna gain
multipath propagation
fast fading
modulation
multiplexing

multiple access

mono or

a) Compare briefly VLF (3-30 kHz) and UHF (300-3000 MHz) freguency ranges in terms of radio signal
propagation characteristics. In addition, mention what are the essential differences between these freguency
ranges from the communications systems point of view. Could, for example, UMTS mobile phone system
be implemented in the VLF freguency range? Why?

b) Explain the meanings of channel coherence time and channel coherence bandwidth. How are
these related to terms Doppler spread and delay spread? How are these aforementioned terms
related to the time selectivity and freguency selectivity of the channel?

a) Let's assume that the transmitted power of an isotropic radiator is 40 W, the operating freguency is
f=2.4 GHz, and the link distance is 2 km. What is the power (in dBm) observed by an isotropic reception
antenna when assuming (i) free-space loss model and (ii) simplified path loss model with propagation:
exponent of 4.

b) Why path loss models in (i) and (ii) give different results? Discuss how realistic these models are. What
kind of path loss models could give more accurate results?

a) What is meant by a power-delay profile of radio channel? Calculate the RMS delay spread, when the
power-delay profile is as described in the table below.

Relative power [dB] 0 -6 -8
Relative delay [ns] 0 200 400

b) Is this particular channel freguency selective from the LTE system (bandwidth 20 MHz) point of view?
Explain why.

a) Let?s assume a wireless communications system, whose data connection works properly with receiver
signal-to-noise ratio of 14 dB. The link transmission rate is assumed to be 64 Mbit/s when applying 16-
OAM with a roll-off factor 0.25. The operation temperature is 20*C and the noise figure 0 dB The radio
propagation path loss is 127 dB. How many watts should be the transmission power of the base station in
order to have a working connection?

b) LTE uses the freguency-division duplexing (FDD) in Finland. What does this mean? What other
duplexing technigues are commonly used in wireless communications?

a) Describe the basic principle of Aloha MAC protocol. Comment on the performance of Aloha (e.g.
offered load vs. throughput) and shortly give a reason for that. There is also an enhanced version of Aloha.
What is done differently in it in order to have better performance than in the original Aloha?

b) Explain the concepts of hidden node problem and exposed node problem in the context of wireless
communications.