Exam text content

10 1og d x N

ELT-41200 Langattoman tietoliikenteen perusteet (000 m W
Tentti ja toinen välikoe, 28.2.2017 / Jaakko Marttila

Mukana saa olla oma laskin. Koepaperin liitteenä on kaavakokoelma. Vastata voit suomeksi tai
englanniksi. Tätä tenttipaperia ei tarvitse palauttaa.

Vastaa joko tenttiin tai välikokeeseen, mutta älä molempiin!
Tentti: kysymykset 1-5
Välikoe: kysymykset 3-7

1.

a) Oletetaan, että isotrooppisen säteilijän lähetysteho on 40 W, toimintataajuus on /=2.4 GHz, ja linkin
pituus on 2 km. Vastaanottimessa on isotrooppinen antenni. Mikä etenemisvaimennus dB-lukuna
olettaen (i) vapaan tilan vaimennusmallin ja (i) yksinkertaistetun vaimennusmallin, jonka
etenemisvaimennuksen eksponentti on 4 10 metrin etäisyydestä lähtien?

b) Miksi kohdissa (1) ja (i) käytetyt vaimennusmallit antavat eri tuloksen? Pohdi mallien realistisuutta.
Minkälaiset vaimennusmallit voisivat antaa tarkempia tuloksia?

a) Oletetaan matkapuhelinjärjestelmä, jossa puheyhteys toimii, mikäli matkapuhelimen vastaanottama
tehotaso on vähintään -106 dBm. Kuinka monta wattia pitää olla tukiaseman lähetysteho, jotta
puheyhteys toimii? Tukiaseman kaapelihäviöt ovat 4 dB, tukiaseman antennivahvistus on 5 dBi ja
etenemisvaimennus radiotiellä on 149dB. Oleta matkapuhelimen kaapelihäviöiksi 2dB ja
antennivahvistukseksi 0 dBi.

b) Mitkä tekijät vaikuttavat radiotien vaimennukseen lähettimen ja vastaanottimen pysyessä
paikoillaan? Mitä hyötyä ja/tai haittaa (7) pienestä tai (ii) suuresta radiotien vaimennuksesta on
järjestelmälle?

Selitä lyhyesti (muutamalla lauseella) seuraavat langattomaan tietoliikenteeseen liittyvät käsitteet:
a) samankanavan häiriö
b) linkkibudjetti ja linkkibudjetin tasapainottaminen
c) kova ja pehmeä solunvaihto
d) satunnaispääsyprosessi (random access procedure)
€) verkkovierailu (roaming)
9) kolmiomittaus (trilateration)

Vertaile langattomien lähiverkkojen (WLAN) ja matkaviestinverkkojen ominaisuuksia, ottaen
huomioon mm. seuraavat näkökulmat: verkon peitto ja kapasiteetti, kustannukset, taajuusalueet,
liikkuvuus (mobiliteetti). Mitä yhteisiä piirteitä näillä tekniikoilla on, ja mitkä ovat keskeisiä eroja? Ota
huomioon sekä radiorajapinta että runkoverkko.

Selitä, miten seuraavilla menetelmillä/parametreilla voidaan vaikuttaa langattoman solukkoverkon
peittoon ja kapasiteettiin: (1) solun koko, (ii) tukiaseman antennikorkeus, (iii) sektorointi, (iv) tukiasema-
antennin suuntaaminen alaviistoon. Oleta, että operaattorilla on käytettävissään tietty kiinteä
taajuuskaista ja kiinteä määrä liikennekanavia. Tarkastele asiaa erityisesti saman kanavan häiriön
kannalta eli mikä on ko. häiriön merkitys peitolle ja kapasiteetille sekä miten ko. menetelmät vaikuttavat
ko. häiriöön. Ota huomioon myös taajuuksien (tai radioresurssien) uudelleenkäyttökerroin.

a) Kuinka monesta eri GPS-satelliitista tarvitaan signaali paikannusratkaisun muodostamiseen?
Perustele vastauksesi. Mitä hyötyä saadaan, jos satelliittisignaaleita on käytettävissä enemmän kuin
minimimäärä?

b) Kuvaile jokin soluverkkopohjainen paikannusmenetelmä ja vertaa sitä satelliittipaikannukseen.

a) Kerro tehonsäädön merkityksestä solukkoverkoissa.

b) Mitä muita oleellisia toimintoja (tehonsäädön lisäksi) tarvitaan radioresurssien hallintaan solukko-
verkoissa?
ELT-41200 Basic Course on Wireless Communications
Exam and second midterm exam, 28.2.2017 / 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. This exam paper does not have to be returned.

Please answer to ihe exam or midterm exam, but not both!
Exam: guestions 1-5
Midterm exam: guestions 3-7

1. a) Let's assume that the transmitted power of an isotropic radiator is 40 W, the operating freguency is
f=2.1 GHz, and the link distance is 2 km. Isotropic antenna is used in the receiver. What is the
propagation loss in dB when assuming (1) free-space loss model and (ir) simplified path loss model with
propagation exponent of 4 starting from distance of 10 meters.

b) Why path loss models in (1) and (ii) give different results? Discuss how realistic these models are.
What kind of path loss models could give more accurate results?

2. a) Let's assume a mobile phone system, which has a working speech connection, if the received power
level of the mobile phone is at least -106 dBm. How many watts should be the transmission power of
the base station in order to have a working speech connection? Base station feeder losses are 4 dB, base
station antenna gain is 5 dBi and the propagation loss on the radio path is 149 dB. Assume that the
feeder losses at the mobile phone are 2 dB and the antenna gain of the mobile is 0 dBi.

b) What factors affect the propagation loss on the radio path, when the transmitter and the receiver are
stationary? What advantage and/or disadvantage (1) low or (ii) high propagation loss on the radio path
brings for the system?

3. Explain briefly (couple of sentences) the following terms related to wireless communications:
a) co-channel interference
b) link budget and balancing a link budget
c) hard and soft handover
d) random access procedure
e) roaming
f) trilateration

4. Compare the properties of wireless local area networks (WLANS) and cellular mobile networks, taking
into account, e.g, the following point-of-views: network coverage and capacity, network costs,
fregueny ranges and mobility. What is common in these technologies and what are the main differences?
Take into account both the radio access network and the core network.

5. Explain, how the following methods/parameters can be used for controlling the coverage and capacity
of a cellular network: (i) cell size, (ii) base station antenna height, (iii) sectoring, (iv) base station
antenna downtilt. Assume that the operator has a fixed freguency band with a fixed number of traffic
channels. Discuss the issue considering especially the co-channel interference, i.e., what is the effect of
this interference on the coverage and capacity, and how the methods/parameters affect this interference.
Discuss also the significance of freguency (or radio resource) reuse factor in this context.

6. a) How many satellite signals are needed for obtaining a navigation solution? Explain why. Explain also
the benefits, if more than the minimum number of satellites is visible.

b) Describe one cellular-based positioning method and compare it with satellite positioning.
7. — a) Discuss about the significance of power control in cellular networks.

b) What other essential functions (in addition to power control) are reguired for radio resource
management in cellular networks?

 
ELT-41200 Langattoman tietoliikenteen perusteet (Basic Course on Wireless Communications)

Liite tenttiin (sivu 1/2) — Appendix for the exam (page 1/2)

 

 

> = n A, 4-2 6=1(2) P,y[dBm]=—-198.6+1010g,, 7+1010g,, B+ NF,,
4TR An G

, 1 2ah,h, N d, V

L=32.4+20108,g dr + 2010810 Juuz TR n? (20hcha n (3) Pya)= ry 4] %

L=4+ B108,o(fy,) -13-82108 0 (h,)+[C— 6.55 108 (h, ]] 108,9 (di) K

L=L,4+20108,,d+Y,FAF(f)+Y WAF(w)

SI w=1

 

P,(d) = P, (dy) 101 108,5 (d/d,)+ € 13

 

 

 

 

 

 

 

— P/(d,)+10n10g,,(d/d,) n Ov
Pow = P(Pa(d) < Prjn) =1—0| —10—2—2——t—— 2) = et dt
= PPC ) of 0 00) = j
IV 1.5 1 < 2
Jo = 70050 S(f)= , PDXKO a S 204) P(r)
1-4) Py ta av 10
a fmy|1— -
J
fl )= en farlo)=sernr Kohoja jä (=)
* Pro a o? Tan o? "o?
S 24,7, AT
s(0= Ya (mpl-nT) T=4,1,0 =1e" T=4,Ne ole"
n=0

Continued on other side >
ELT-41200 Langattoman tietoliikenteen perusteet (Basic Course on Wireless Communications)

Liite tenttiin (sivu 2/2) — Appendix for the exam (page 2/2)

C= MKN = MS N = +ij+ j? 0=3- BN

 

a: xi) 0 (0)

SIR= SIR=-—-! -2-

-n -n J J 6
X: Xn

JA

 

           
  
 
 
 
 
 
 
 
 
  
  

 

 
 
   

 

 

C/C! AC
A, = = , A=UA, Pr[blocking] = LOT Pr[delay > 0]= — 2 s7
A hour YAI 4 +011-4)+ EN
1=0 C) Gu!
PG=1010g,,| < psi p, =C(ty-t)=r+cN
R, X ju&P; dä,
Aut A < (N aocTt
Ngoc = n = 21= Ssinpoc (1) = Sign| sin naps
Je e
Erlang B capacity with 1%, 2%, 3% and 5% blocking
[cas [| 156 J 29 J] 3% [ s% | [css [ 17 [ 2wx [ 3%x [ 55% |]
[1 | 001 ] 002 J 003 J 0.05 |
13.70 14.90
[24 | 1530 | 16.60 | 17.60 | 19.00 |
25 16.10 17.50 18.50
17.00 18.40 19.40
[s | 343 | 3.63 | 399 [ 455 ] [ 28 | 18:60 | 2020 | 2120 | 2250 |
[| |[ 378 |] 434 [ 475 | 537 |]
[10 | 446 | sos | 5ss3 [| 622 ] [ 30 J 2030 ] 2190 | 23.10 | 2430 |
7.14
[| 13 | 661 | 740 | 797 [ 33 | 2290 24.60
3.80 23.80 25.50
[ 16 | sss 9.83 10.50 36 25.50 27.30 60 30.70
11.40
[18 |] 1040 | 1150 | 1220 [38 | 2730 29.20
[9 | 120 | 1230 | 13.10
14.00 [40 | 29.00 | 3100 | 3240 | 34.60 |