Lösungen zu den Lernzieltests des Kapitel 19
Zu 1: Siehe Kap. 19.1.2. – 19.1.4.
Zu 2: S. Kap. 19.1.2.
Zu 3: S. Kap. 19.1.1.
Zu 4: S. Ende von Kap. 19.1.2 und Kap. 19.1.7.
Zu 5: S. Kap. 19.1.5.
Zu 6: S. Kap. 19.1.6.
Zu 7: Anzahl Frequenzträger: 7,2 MHz (Gesamt) / 0,2 MHz (Trägerabstand) = 36.
Zu 8: Mobilstation kann abwechselnd senden, empfangen und Nachbarbasisstationen vermessen; bei hochratigen Diensten werden Zeitschlitze gebündelt, so dass wenig Zeit für Nachbarzellmessungen verbleibt.
Zu 9: Die Anzahl errechnet sich wie folgt – Funkkanäle: 4 Träger ∙ 8 Zeitschlitze = 32, nur etwa 30 für Sprachübertragung, der Rest für organisatorische Zwecke.
Zu 10: Siehe Kapitel 19.2.1.
Zu 11: Transcoding and Rate Adaption Unit: Umwandlung von ISDN-Sprachcodierung auf GSM-Sprachcodierung und umgekehrt.
Zu 12: Wegesuche auf der Festnetzseite, Suchmeldung, Zuweisung eines Signalisierungskanals, Prüfung der Zugangsberechtigung, Mitteilung über gewünschten Dienst, Zuteilung eines Nutzkanals.
Zu 13: MS1 → BS → BSC → MSC → BSC → BS → MS2.
Zu 14: Betriebs- und Wartungszentrale: Erkennung/Behebung von Fehlern, Konfiguration der Netzelemente, Software-Management, Statistiken zur Netzgüte, Teilnehmerverwaltung.
Zu 15: Vorteile: Weniger Störungen für andere Verbindungen, weniger Elektrosmog, weniger Energieverbrauch, Träger mit BCCH benötigt konstante Sendeleistung, darf also nicht geregelt werden.
Zu 16: Zwingende Gründe (zu geringer Pegel), netzplanerische Gründe (bessere, z.B. weniger frequentierte Zelle).
Zu 17: Siehe Tabelle 19.1.
Zu 18: Carrier Aggregation: Bündelung mehrerer Träger – auch aus unterschiedlichen Frequenzbändern, um die Datenrate zu steigern.
Zu 19: Siehe Kapitel 19.3.5.
Zu 20: Siehe Merksatz auf Seite 706.
Zu 21: Siehe Bild 19.19.
Zu 22: Siehe Tabelle 19.8.
Zu 23: An einem eNodeB-Standort: 3 Sektoren mit jeweils 3 Frequenzträger ergibt 9 Funkzellen mit dementsprechend 9 Cell Identiers (CI).
Zu 24: Siehe Kapitel 19.3.6.
Zu 25: Der Zellwechsel erfolgt bei LTE auf Basis gemessener Pegel- und Qualitätswerte (RSRP, RSRQ) der bedienenden und der Nachbarzellen. Ferner können Zellen mit Prioritäten versehen werden (siehe Kap. 19.3.7).
Zu 26: Die Sprachübertragung funktioniert bei LTE nach dem Prinzip der Paketvermittlung (VoIP).
Zu 27: Wichtige Merkmale der Übertragungstechnik bei LTE: OFDM mit Unterträgern zu 15 kHz, Einteilung in Resource Blocks der Dauer 1 ms – 12 Unterträger mit jeweils 14 OFDM-Symbolen (siehe Kap. 19.3.2).
Zu 28: Dynamische Zuteilung der Ressourcen (Resource Blocks) im Millisekundentakt durch eNodeB nach verschiedenen Kriterien und Absicherung durch ein Hybrides ARQ-Verfahren mit bis zu 8 parallelen Prozessen (siehe Kap. 19.17).
Zu 29: Zuteilung eines Ressource Blocks für 1 ms (Dauer eines Subframes).
Zu 30: Datenraten und Frequenzbandbreiten bei LTE für folgende Konstellationen
a.) QPSK, Code-Rate ½, 50 Resource Blocks, kein MIMO
12 · 14 Symbole pro Resource Block (RB) der Dauer 1 ms und Bandbreite 180 kHz
davon 12 · 14 – 8 Symbole für Nutzdatenübertragung (8 für Reference Symbols)
rnb = (2 Bits pro Symb. · Code-Rate ½) · 160 Symb. pro RB · 50 RB / 1 ms = 8 Mbit/s
Bandbreite = 50 · 180 kHz = 9 MHz -> nominell: 10 MHz-Träger
b.) 16-QAM, Code-Rate 3/4, 50 Resource Blocks, kein MIMO
rnb = (4 Bits pro Symb. · Code-Rate 3/4) · 160 Symb. pro RB · 50 RB / 1 ms = 24 Mbit/s
Bandbreite = 50 · 180 kHz = 9 MHz -> nominell: 10 MHz-Träger
c.) 256-QAM, Code-Rate 3/4, 100 Resource Blocks, kein MIMO
rnb = (8 Bits pro Symb. · Code-Rate 3/4) · 160 Symb. pro RB · 100 RB / 1 ms = 96 Mbit/s
Bandbreite = 100 · 180 kHz = 18 MHz -> nominell: 20 MHz-Träger
d.) 256-QAM, Code-Rate 3/4, 100 Resource Blocks, 2×2-MIMO
Doppelte Datenrate gegenüber c) wegen 2×2-MIMO.
Zu 31: siehe Merksatz auf Seite 699
Zu 32: Um bei LTE im DL 300 Mbit/s zu erzielen, benötigt man einen 20-MHz-Träger, 4×4-MIMO, eine 64-QAM mit Code-Rate ¾ (vgl. Aufgabe 19.30). Im Bereich der Digitalen Dividende (bei 800 MHz) stehen den deutschen Betreibern im DL nur 10 MHz an Spektrum zur Verfügung (s. Tabelle 19.1). Daher lassen sich in diesem Bereich nur ca. 150 Mbit/s erzielen.
Zu 33: LTE-Advanced: bis ca. 1000 Mbit/s im DL, 500 Mbit/s im UL, 8×8-MIMO, Multi-User-MIMO
Zu 34: siehe Kap. 19.4.1
Zu 35: siehe Kap. 19.4.4, S. 722 unten und S. 723 oben
Zu 36: Frequency Range 1 (FR1): 0,41 – 7,13 GHz, Frequency Range 2 (FR1): 24 – 71 GHz, Vorteile von FR2: mehr Frequenzspektrum, kleinere Antennen à bessere Möglichkeiten für Beamforming, Nachteile FR2: schlechtere Funkausbreitungsbedingungen
Zu 37: Derzeit (2024) hat ein deutscher Mobilfunkbetreiber maximal knapp 200 MHz Spektrum aus dem FR1 – verteilt über – mehrere Frequenzbänder verfügbar (siehe Tabelle 19.1). Damit sind maximal Datenraten von 5 – 6 Mbit/s realisierbar. Für noch höhere Datenraten benötigt man Spektrum aus FR2.
Zu 38: gNobeBs im Stand-Alone-Modus sind direkt an das 5G-Kernnetz angebunden. Im Non-Stand-Alone-Modus sind sie über eNodeBs (4G) an das 4G-Kernnetz angebunden.
Zu 39: Dynamic Spectrum Sharing (DSS): Ressourcen auf Frequenzträger können dynamisch und flexibel an 4G- und 5G-Endgeräte zugeteilt werden. In Deutschland wird DSS in den Frequenzbereichen bei 700 MHz, 1800 MHz und 2100 MHz angewendet.
Zu 40: Massive MIMO ist ein wesentliches Leistungsmerkmal von 5G. Man spricht davon, wenn die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen deutlich größer 8 ist. Damit lassen sich sehr schmale Beams formen. Da die Antennenelemente einen Abstand der halben Wellenlänge haben sollten, sind hohe Frequenzen (FR2) von Vorteil.
Zu 41: Kleine Latenzzeiten bei 5G durch verkürzte Slot Dauer, die Verwendung von Mini Slots und Edge Clouds.
Zu 42: 5G Campusnetze sind private 5G Netze auf z.B. einem Firmengelände oder einer Landwirtschaftlichen Fläche. Vor der Errichtung muss ein Antrag bei der Bundesnetzagentur gestellt werden. Die Frequenznutzung ist mit Gebühren verbunden.
Zu 43: Network Slicing: Realisierung unterschiedlicher logischer Netze mit unterschiedlichen Anforderungen zur Dienstgüte über ein physikalisches Netz (siehe S. 713).
Zu 44: Datenraten und Frequenzbandbreiten bei 5G für folgende Konstellationen bei Verwendung von 30 kHz/60 kHz Bandbreite für einen Unterträger.
- Vorteil: halbe/viertel Slot Time à geringere Latenzzeiten,
- Nachteil: halbe/viertel Guard Period à kürzere Umweglaufzeiten zulässig,
- gegenüber den Ergebnissen von Aufgabe 30 ergeben sich die doppelten bzw. vierfachen Datenraten und Trägerbandbreiten.
Zu 45: Drahtlose Computernetze.
Zu 46: IEEE 802.11 Typen: Typ b – alter Standard bei 2,4 GHz mit Code Keying bei der Übertragung, Typ a und g Basisübertragungsstandards mit OFDM, Typ a bei 5 GHz, Typ g bei 2,4 GHz
Zu 47: a) Typ g (hohe Reichweite in Gebäuden); b) Typ a (hohe Reichweite bei Freiraumausbreitung); c) Typ a (hohe Kapazität; viele Frequenzen für Mehrzellenbetrieb).
Zu 48: Peer-to-Peer, Infrastrukturnetz.
Zu 49: Carrier Sense Multiple Access (CSMA).
Zu 50: 2,4 GHz, 5 GHz, 60 GHz, siehe Bild 19.35.
Zu 51: Vorteile bei 60 GHz: hohe Kapazität und Datenrate, Nachteil: sehr hohe Funkausbreitungsdämpfung.
Zu 52: Siehe Aufzählung auf Seite 736.
Zu 53: (256 Unterträger × 4 Bits pro Symbol × ¾ ) / 3,6 µs = 213, 3 Mbit/s, mit 2×2-MIMO doppelt so hoch, vgl. Abschnitt 19.5.4.
Zu 54: durch Header, Bestätigungsmeldungen, Warte- und Wettbewerbszeiten.
Zu 55: IEEE, Bluetooth Special Interest Group (BSIG).
Zu 56: Ersatz von Kabelverbindungen über kurze Entfernungen: Mobiltelefon- und Computer-Umfeld (z.B. Drucker).
Zu 57: Die Anzahl beträgt 8.
Zu 58: Gar nicht, nur indirekt über den Master des Systems.
Zu 59: PC als Slave an einem Access Point, als Master für eine drahtlose Maus; Mobiltelefon als Master für ein Headset, als Slave angeschlossen an einen Laptop.
Zu 60: Master teilt Ressourcen nach dem Polling-Verfahren zu, Reservierung von Zeitschlitzen für synchrone Verbindungen.
Zu 61: Haus-und Gebäudeautomation.
Zu 62: Stern, vermaschte Strukturen, Baum-Struktur, Mischformen.
Zu 63: RFD (Reduced Function Device) kann nur mit einem FFD (Full Function Device) kommunizieren; FFD kann mit RFDs und FFDs kommunizieren.
Zu 64:
a.) WLAN: IEEE 802.11
b.) DECT
c.) WiMAX, LTE
d.) GSM-GPRS
e.) ZigBee
f.) GSM mit SMS
g.) WLAN, UltraWideBand (UWB)
h.) GSM oder UMTS
i.) Bluetooth