Tentamen i Trådlös Internet-access

Transkript

1 Mittuniversitetet Inst. för IT och medier, ITM Stefan Pettersson Tentamen i Trådlös Internet-access Tid: Hjälpmedel: Valfri miniräknare. Bifogad formelsamling. Ansvarig lärare: Stefan Pettersson, , Preliminära betygsgränser: 16 p för G och 4 p för VG av totalt 34 p. Motivera alla slutsatser och antaganden. Bevisa att du har förstått! Orimliga svar eller svårbegripliga lösningar kan ge poängavdrag. Skriv alla lösningar på eget blad men inte på dess baksida. 1. Para ihop det engelska uttrycket i vänster kolumn med beskrivningen i höger kolumn.(p) 1. AWGN. Soft Handoff 3. Circuit switching 4. Nomadic Access 5. WLL 6. CSMA/CA 7. Diffraction 8. Packet switching 9. Refraction. Hard Handoff 11. OFDM 1. WPA 13. Scattering 14. IEEE 80.11n 15. WEP 16. Ad Hoc Networking 17. Reflection 18. IEEE 80.11a 19. IEEE 80.11b 0. IEEE 80.11g A. Byte från en basstation till en annan där terminalen är kopplad och tar emot data från båda basstationerna samtidigt innan bytet sker till den starkaste basstationen. B. Fenomenet att radiovågor som träffar en yta, som är större än våglängden, reflekteras och fortsätter att färdas i en annan riktning. C. Ger en mobil terminal trådlös tillgång till ett fast nätverk. D. Teknik för att skicka data mellan två noder i ett nätverk. Data delas upp i en sekvens av numrerade delar som kan ta olika väg mellan noderna. E. En modell av brus i förenklade kanalmodeller. F. Standard för trådlöst nätverk som opererar på,4 GHz-bandet. Maximal datatakt är 11 Mbps. G. Säkerhetsmekanismer som eliminerar de svagheter som funnits i IEEE H. Planerad standard för lokalt trådlöst nätverk för att ge åtminstone 0 Mbps. I. Säkerhetsalgoritm i IEEE Innehåller en stor svaghet som gör det möjligt att knäcka genom att samla in krypterad data i tillräcklig mängd. J. Fenomenet att radiovågor som träffar ett objekt, som är mindre än våglängden, emitteras ut från objektet. K. Standard för trådlöst nätverk på 5 GHz-bandet. Maximal datatakt är 54 Mbps. L. Refererar till trådlösa tekniker för fast trådlös access. Snabbaste utbyggnaden sker i utvecklingsländer och ersätter kabeldragning till nya telefonanvändare. M. En typ av nätverkstopologi som saknar infrastruktur, d.v.s. trådlös peer-to-peer. N. Modulationsmetod som sänder data över flera frekvensband. Används i t.ex. IEEE 80.11a och IEEE Metoden är okänslig mot flervägsutbredning. O. MAC-algoritm i IEEE med principen listen-berfore-talk. P. Standard för lokalt trådlöst nätverk som opererar på,4 GHz-bandet. Maximal datatakt är 54 Mbps. Q. Fenomenet att radiovågor som träffar ett objekt, som är större än våglängden, emitteras ut från dess kanter. R. Byte från en basstation till en annan där terminalen bryter kopplingen med den svagare basstationen innan bytet sker till den starkare basstationen. S. Teknik för att skicka data mellan två noder i ett nätverk. En dedikerad kommunikationsväg är etablerad i nätet. T. Fenomenet att radiovågor böjs av vid utbredning i till exempel atmosfären.

2 Tentamen i Trådlös Internet-access Sid. Utbredningen av en radiovåg påverkas av dess frekvens. Generellt gäller att högre frekvenser ger kortare räckvidd vilket kan vara både en fördel och nackdel. a) Ge exempel på en nackdel och en fördel med kort räckvidd. (p) b) Nämn minst ytterligare en nackdel med höga frekvenser i ett radiosystem.(1p) 3. Tabell 1 visar en del nyckelfakta för IS-136 (D-AMPS), USAs motsvarighet till GSM 900. IS-136 är numer i stort sett utkonkurrerad av GSM som växer snabbt i USA. a) En uppgift i tabellen är utsuddad. Räkna ut vilken kanalbandbredd systemet har med hjälp av de övriga uppgifterna i tabellen. (p) b) Hur lång är en tidlucka mätt i millisekunder? (p) Tabell 1. IS-136-systemet.

3 Tentamen i Trådlös Internet-access Sid 3 4. Användandet av ett trådlöst medium kräver att användare som sänder data samtidigt gör det på ett sådant sätt att de inte stör varandra. Nämn minst två tekniker för att åstadkomma denna separation av användare som har access till samma medium. (3p) 5. Berätta kortfattat om två nyheter som hänt inom det trådlösa kommunikationsområdet de senaste 6 månaderna. (p) 6. Förhållanden mellan sändar- och mottagareffekter presenteras och räknas ofta i decibel (). Fyll i tabellen med de saknade decibelvärdena. Skriv av tabellen på eget lösningsblad. (p) Tabell. Decibelberäkning. Effektförhållande 0,1 ( = -1 ) 1 ( = 0 ) ( = 1 ) 0 ( = ) 7. I mobiltelefoner används ofta antenner som är lika lång som ¼ våglängd. a) Om tal på ca 300 Hz skulle sändas med radiovågor utan att modulera signalen till en högre frekvens, hur lång skulle en sådan mobiltelefonantenn bli? (p) b) En personbil har en antenn som är 1 cm monterad på taket. Om det skulle vara en kvartsvågsantenn (¼), vilken frekvens är den då anpassad för? (p)

4 Tentamen i Trådlös Internet-access Sid 4 8. Beskriv utförligt vad nedanstående figur förklarar. Nämn bland annat de standarder som algoritmen ingår i. (6p)

5 Tentamen i Trådlös Internet-access Sid 5 Formelblad Trådlös Internet-access Denna formelsamling delas ut tillsammans med tentamen. Frirymdsutbredning (dämpning): Effektförstärkning: Dämpning: Effekt i m: Signal-brusförhållande: L = log P P P P = 0 log Tx Rx = log G L = G ut in P P m = log 1mW S SNR = N SNR = log SNR log ( x) ln x log x = = log ( ) ln C = B log M C = B log 1+ SNR 4πAe 4πf Ae G = = λ c Signal-brusförhållande i : ( ) Logbasomvandling: ( ) ( ) ( ) Nykvist-kapacitet: Shannon-kapacitet: ( ) Antennförstärkning: 4πd λ

6 Tentamen i Trådlös Internet-access Sid 6 Lösningsförslag 1. A B17 C4 D8 E1 F19 G1 H14 I15 J13 K18 L5 M16 N11 O6 P0 Q7 R S3 T9. a) En nackdel med kort räckvidd är att det krävs fler basstationer för att täcka en yta. Det blir dyrare med fler basstationer. En fördel är att samma frekvenser kan återanvändas oftare. Det gör att kapaciteten i systemet kan ökas och intäkterna kan då öka. b) Höga frekvenser kräver dyrare elektronik. Frekvenser högre än ca GHz påverkas starkt av regn. Ytterligare en fördel kan vara att storleken på antennen minskar. Storleken på en antenn är omvänt proportionell mot frekvensen. 3. a) Tillgängligt spektrum i upp- respektive nedlänk är 5 MHz ( = ). Antalet dubbelriktade kanaler är 83. Kanalbandbredden blir då 5 MHz / 83 = 30 khz. b) Systemet kan ha 3 användare per kanal. Det som inte framgår entydigt av tabellen är att varje användare får tidluckor tilldelade vilket ger 6 tidluckor totalt per frame. En frame med 6 tidluckor är 40 ms. Varje tidlucka blir då 40 ms / 6 6,7 ms. Svar som räknat med 3 tidluckor per frame godkäns också. Det ger då att en tidlucka är 40 ms /3 13,3 ms. 4. Flera tekniker finns för att kunna låta flera användare använda samma trådlösa medium samtidigt. De vanligaste är: FDMA: Frequency Divivision Multiple Access. Olika användare sänder på olika frekvensband. TDMA: Time Divivision Multiple Access. Olika användare sänder i olika tidluckor. CDMA: Code Divivision Multiple Access. Olika användare sänder med olika kod och innefattar både frekvenshopp och bandspridning med direktsekvens. CSMA: Carrier Sense Mutiple Access. Användare lyssnar på kanalen och sänder bara om det inte pågår någon annan sändning. TD/CDMA: Hybrider finns också som använder flera tekniker för att separera användare. 5. Frågan syftar till inläggen i WebCT-forumet om nyheter. 6. = log (G), G = 1/L, G = -L Effektförhållande 0,1 ( = -1 ) - 1 ( = 0 ) 0 ( = 1 )

7 Tentamen i Trådlös Internet-access Sid 7 0 ( = ) c 3 Hz, c = 3 m/s. Detta ger λ = = = 1 f 3 kvartsvågsantenn skulle då bli 5 mil!!! 8 c 3 6 b) f = = = 65. Antennen är anpassad för 65 MHz. λ a) λ f = c. f = m = 0 mil. En 8. Se figur 14.6 och dess förklaring i läroboken, Wireless Communications & Networks av W. Stallings. Figuren visar MAC-protokollet CSMA i IEEE (11, 11a, 11b, 11g).