Mid Sweden University Exam in DT075G, Multimedia and Comm. Systems B Time: Permitted tools Preliminary requirement for approval: THEORY PART 1.

Transkript

1 Mid Sweden University Dept. of IT and Media (ITM) Magnus Eriksson Tel , Oct 010 Page 1 of 6 Exam in DT075G, Multimedia and Comm. Systems B Time: 8:00-13:00 Permitted tools: Arbitrary pocket calculator. An English-Swedish dictionary. Preliminary requirement for approval: 31 out of 61 points. Only write on one side of each sheet. You may answer in Swedish or English. Your score will be presented at via the LADOK service preliminary within three weeks, provided that you have concluded the course quizzes (assessments). Good luck! THEORY PART 1. Draw a copy of the following table, and tick what functions and schemes (the rows) that may be handled by what protocol (s) in the five TCP/IP model (columns). There should be at least one tick in each column, and at least one ticks in each row, sometimes several ticks. (Marking: One point per correct row. 0.5p for a partly correct row.) (1 p) A: Internet (network ) B. Physical C. Transport D. Application E. Data link 1. Automatic repeat request (ARQ), sliding window, flow control. Logical addressing and routing 3. Physical addressing 4. Port numbering 5. ASK, PSK, FSK, QAM 6. TDMA, FDMA, CDMA, CSMA/CD, CSMA/CA 7. TDM, FDM, WDM 8. Client-server protocols 9. Bit synchronization, Manchester coding, AMI, RZ, NRZ 10. Frame synchronization 11. Packet queueing, store-andforward 1. Standardization of radio frequencies, signal strengths, wave forms, electrical impedance

2 Exam in Multimedia and communication systems B 7 October 010 Page. (3 points) Give a short answer to each of the following questions: a. Which protocol in the TCP/IP protocol suite resolves the physical address from the IP address? b. Which in the OSI seven model is responsible for data compression? c. Which command should you give at the command prompt to find the RTT to 3. Redogör för vad du vet om de tre bildtyperna I-bild, P-bild och B-bild, som används i de flesta MPEG-baserade videokodningstandarder. (3 p) 4. (5 p) Explain the concept of Internet sockets. (Use the terms process, operational system, interface, port number, netstat command, IP address, server, client, TCP, UDP, listening state, uniquely identified by.) PROBLEM PART Show all calculcations. 5. A TDM multiplexer combines four 8-Mbps channels using a time slot of 4 bits. An overhead consisting of a frame header of 8 bit is added. Show the output with four arbitrary inputs. What is the frame rate? What is the frame duration? What is the bit rate? What is the bit duration? (3 p) 6. Ditt företag har IP-adresser i området till Du ska dela in adresserna i 4 subnät, med utrymme för 046, 10, 51 resp 51 värddatorer (IP hosts). Vilka subnätadresser och subnätmaskar väljer du? Svara både på hexadecimal form och punkterad decimal form. (3 p)

3 Exam in Multimedia and communication systems B 7 October 010 Page 3 7. Du har tillgång till en digital kretskopplad uppkoppling med kapacitet 1Mbit/s. Du ska överföra en analog signal som du först digitaliserar. Signalen kan anta spänningar mellan -630 millivolt och millivolt i steg om 10 mv. (4 p) a) Hur många bit upplösning måste AD-omvandlaren ha? b) Hur stort kan signal-kvantiseringsförhållandet i decibel approximativt vara som högst? c) Vilken bandbredd kan den analoga signalen ha (i teorin enligt Nyquist)? 8. Du har fått jobb på Kiruna space center, och har fått i uppdrag att designa ett system för att överföra data mellan rymdstationen ISS, som befinner sig på cirka 400 km höjd över jordens yta, och en station på jorden, rakt under rymdstationen. Du väljer att använda en radiolänk med hastigheten 100 Mbit/s, och sänder en sekvens av paket bestående av 4000 Byte data per paket i vardera riktning. a) Hur stor är transmissiontiden för ett paket? b) Hur stor är utbredningstiden (propagation delay)? c) Om vi använder Stop-And-Wait ARQ (ungefär detsamma som Idle RQ), hur stor genomströmningshastighet i bit/s får vi då i genomsnitt? Piggy-backing används, så att ACK-paketens har samma transmissionstid som övriga paket. d) Om vi använder ett sliding-window-protokoll, hur stor buffertminne krävs då för att radiolänkens hela kapacitet ska kunna utnyttjas, utan paus mellan paketsändningarna (förutsatt att inga omsändningar inträffar)? (6p) 9. Assume that a signal-to-noise ratio (SNR) of >0 is required for the highest data rate (54 Mbit/s) between a laptop and an IEEE80.11g wireless access point (AP). a) Also assume that the wireless network card of the laptop must transmit at a power of 30 mw in order to achieve the above SNR at a specific distance from the AP. The AP receiver side noise level is 10 nw. Determine the required received signal strengh in µw at this distance. Also determine how many decibel the transmission power may be attenuated over this distance. b) What bandwidth in MHz is required for a useful bit rate (excluding additional error correction code) of 54 Mbit/s according to Shannon-Hartley s formula for the above required SNR level? c) The so called gross bit rate or line rate is 7 Mbit/s including error correcting codes. The channel bandwidth (or carrier separation) is 0MHz, but we may assume that only 18MHz radio spectrum bandwidth can be utilized. According to Nyquist, what baud rate is possible in theory? How many symbols or signal levels should be used? Which of the following modulation methods would be sufficient in that case: -PSK (also known as BPSK, using two symbols), 4-PSK (also known as QPSK; using four symbols), 8-PSK, 16-QAM,64-QAM or 56-QAM? (In reality a much more advanced modulation method called OFDM is used. In practice, these methods allow the theoretical baud rate given by Nyquist.) (5 p)

4 Exam in Multimedia and communication systems B 7 October 010 Page Nedan visas konstellationsdiagrammet för ett modem. Bithastigheten är 3 Mbit/s. (5 p) a) Vilken madululationsmetod används? PSK, ASK, QAM eller FSK? Hur många symboler? b) Vad är symbolhastigheten f sym i baud eller symboler/sekund? c) Rita tidsdiagram för meddelandet Bärfrekvensen är MHz. Tidsaxeln ska vara korrekt graderad. Diagrammets horisontella axel (I-axeln, inphase) motsvarar cosinuskomponentens amplitud, och den vertikala axeln (Q-axeln, quadrature phase) motsvarar sinuskomponentens amplitud. d) Den modulerade signalen filtreras med ett bandpassfilter. Om bärfrekvensen är filtrets centrumfrekvens, och symbolhastigheten är filtrets bandbredden i Hertz, vad är då övre och undre gränsfrekvensen (lägsta och högsta tillåtna frekvens)? 11. a) Draw the spectrum for the following signal. The vertical axis should show the amplitude in Volt and the horizontal axis the frequency in MHz. You may draw a bar plot (sw. stolpdiagram). v(t) = 4 sin (л t) + 3 sin (л t) + cos (л t) [Volt] 101 b) The signal is affected by a lowpass filter with cut-off frequency at.5 MHz, attenuating all frequencies over.5 MHz by 0 decibel, and amplifying frequences below.5 MHz by 6. Sketch the spectrum of the resulting filter output. (Note that the ampltudes are in Volt, not Watt.) ( 4 p) 1. En digitaliserad videosekvens komprimeras enligt MPEG-standarden. Beräkna vilken bithastighet som krävs om videosekvensen har följande egenskaper: (4 p) 5 bilder presenteras per sekund. Varje bild utgörs av 70x576 pixlar För varje pixel digitaliseras de tre komponenterna Y, Cb och Cr 8 bit vardera 4::0 färgnedsampling används, dvs.upplösningen på de två färgdifferenskomponenterna Cb och Cr (som erhålls efter konvertering från RGB till YCbCr) har minskats med hälften både horisontellt och vertikalt, medan lumanskomponenten Y inte är nedsamplad. (4 p)

5 Exam in Multimedia and communication systems B 7 October 010 Page 5 GOP-struktur (dvs ordningsföljd mellan I- B- och P-bilder): IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBIBBP Varje bildtyp komprimeras enligt kompressionsgrad I-bilder 10:1, P-bilder 0:1, och B-bilder 50: (Delfråga och 3 i den ursprungliga tentan utgår.) (4pp)

6 Exam in Multimedia and communication systems B 7 October 010 Page 6 Formelblad Nedan följer ett urval av de formler som behandlats under kursens gång. Ljusets hastighet: c = M-ary digital modulation: fb = fs log M Shannon s formel: R B log 1 + S N Blockfelssannolikhet: P = 1 (1 P ) N, där N är blockstorlek (paketstorlek) Signal- till kvantiseringsbrusförhållande: Block i bit, och e P e är bitfelsannolikheten. U RMS SQR = U /1 SQNR 6N i, där N är AD/DA-omvandlarens upplösning i bit. Entropiformeln: Medelvärde av periodiska signaler: U 0 = 1 T u(t)dt Effektivvärde (RMS) av periodiska signaler: ( ) Effektivvärde av sinusvågor: Relation mellan effektivvärde och effekt: Fourierserieutveckling av periodisk vågform: T T 1 U RMS = u( t) T U RMS = 0 Û P = U RMS / R ( ) = + sin ( π + ϕ ) + sin ( 4π + ϕ ) + K + sin ( π + ϕ ) f t A A ft A ft A nft Bruseffekt av vitt brus: N N0 B 0 dt n = [W] där N 0 är brustätheten i W/Hz och B är bandbredd. P Decibelmått: Effektförstärkning G 10 log ut = P U Spänningsförstärkning G 0 log ut = U Dämpning A = G Signal-brusförhållande SNR in in S = 10 log N n