Only write on one side of each sheet. You may answer in Swedish or English. Good luck!

Transkript

1 Mid Sweden University Dept. of IT and Media (ITM) Magnus Eriksson Tel , Jan 011 Page 1 of 7 Exam in Multimedia and Communication systems Course code: DT075G Time: 8:00-13:00 Permitted tools: Arbitrary pocket calculator. An English-Swedish dictionary. Preliminary requirement for approval: 8 out of 57 points. Only write on one side of each sheet. You may answer in Swedish or English. Good luck! THEORY PART 1. State what description (letter) that corresponds to what illustration (number 1-1) below. Answer in alphabetical order, i.e. start with A. There is a one-to-one relationship. (1 p) A. TCP segment B. UDP datagram C. WDM D. CDMA E. TDM F. Default IPv4 class B network mask G. Ipv6 address H. IPv4 datagram I. OFDM/Discrete multi-tone/adsl J. FDM K. Ethernet frame L. Ethernet broadcast address 1..

2 Exam in Multimedia and communications systems 11 January 011 Page FFFF FF : FF : FF : FF : FF :FF 9.

3 Exam in Multimedia and communications systems 11 January 011 Page (4 p) Explain the major similarities and difference between UDP and TCP. 3. (4 p) Present what you know about the physical protocol layer. Mention at least 6 properties, services or duties that are standardized there. Give example of at least one protocol or standard, and one piece of equipment that operates at the physical layer. PROBLEM PART Show all calculcations. 4. (4 p) Your company has IP adresses in the range to You should devide the range into three subnets, each with a capacity of 048, 10 and 10 hosts respectively. What subnet addresses and what subnet masks should you choose?

4 Exam in Multimedia and communications systems 11 January 011 Page 4 5. (4 p) a) A 75 mw signal is sent over a 1 km long cable, which attenuates the signal 0.0 /meter. On the receiver side, a signal-to-noise ratio of -6 decibel is detected. What is the received noise level in mw? b) Spread spectrum communication is used, which can handle lower signal-to-noise ratio than 0 because of a larger radio bandwidth than the data rate. If the data rate was 10 Mbit/s, what bandwidth in Hertz is required to achieve error-free reception (in theory) according to the Shannon-Heartly formula. 6. (4 p) A TDM multiplexer combines four 8-Mbps channels using time slots of 4 bits. An overhead consisting of a frame header of 8 bit is added. What is the frame rate? What is the frame duration? What is the bit rate? What is the bit duration? 7. (6 p) You are assigned to design a system that should transfer data between an earth station and the international space station (ISCC), which is at about 400 km height over the earth station. You choose to use a full duplex radio link with the data rate of 100 Mbit/s, which transmits a sequence of data packets consisting of 4000 Bytes of data in each direction. a) What is the transmission time for one packet? (The time from the first until the last bit left the transmitter)? See also the equations in the end of the exam. b) What is the propagation delay (sw. utbrednings/överföringstiden), i.e the time from the packet left the transmitter until it reaches the receiver? c) What is the average throughput rate (genomsttrömningshastigheten) in bit/s if we use Stop-And-Wait ARQ? Piggy-backing is assumed, meaning that the ACK packets also include payload data, and that the packets have the same transmission time in both directions. d) If we use a sliding window protocol, what size of the buffer memory (the window) is required if we want to use the full data rate capacity of the radio link? 8. (8 p) Below you find the constellation diagram for a modem. The bit rate R is 3 Mbit/s. (4 p) a) What modululation method is used? PSK, ASK, QAM or FSK? How many symbols? b) Vhat is the symbol rate f sym in baud or symbols/second? c) Draw the time diagram for the message The carrier frequency (sw. bärfrekvensen) is MHz. The time axis should be correctly graded. The horizental axis of the diagram (the I axis or inphase axis) corresponds to a sine wave amplitude, and the vertical axis (the Q axis, quadrature phase) shows the amplitude of the cosine component.

5 Exam in Multimedia and communications systems 11 January 011 Page 5 d) If the Signal-to-noise ratio is 16, what is the normalized signal-to-noise ratio in times (the energy-per-bit to noise ratio E b /N 0?) Use the following formula: where the Bandwidth B is approximately equal to the symbol rate, R is the bit rate and S/N is the signal-to-noise ratio in times. Convert the E b /N 0 ratio to decibel! e) Find the the bit error probability P e (the bit error rate BER) from the following plot: (Note that that the E b /N 0 ratio is converted to decibels). f) Assume a packet size of 1000 bits. What is the packet error rate PER or block/packet error probability? (See list of equations in the end of the document.) 9. (4 p) Effekten från radiosändare mätes ofta i m, som är effekten relativt referensnivån 1 mw. 0 m motsvarar således 1 mw, och 0 m motsvarar 100 mw. Signalstyrkan som når en radiomottagare mätes ofta i µv, som är spänningens effektivvärde relativt referensnivån 1µV. 0 µv är alltså 1µV, och 0 µv är 10 µv. Hur många µv motsvarar ett visst antal m, om mottagarens inimpendans är R=75 Ω? (Tips: Använd formeln för effektförstärkning i decibel relativt en ineffekt på 1mW, respektive formeln för spänningsförstärkning i decibel relativt en inspänning på 1µV. Du kan t.ex. anta att vi har kopplat samman sändare och mottagare med en koaxialkabel. Så kallad anpassning råder, så att sändarens utimpedans, och koaxialkabelns karaktäristiska impedans är samma som mottagarens inimpedans. Därmed inträffar ingen reflektion och inga stående vågor, utan hela sändareffekten når mottagaren. En sändareffekt på X m motsvarar en mottagareffekt på X+K µv. Vad är termen K vid den aktuella impedansen R?) 10. ( p) Draw the spectrum for the following signal. The vertical axis should show the amplitude in Volt and the horizontal axis the frequency in MHz. Draw a bar plot (sw. stolpdiagram). Do not draw time plot showing sine waves. v(t) = 4 sin (л t) + 3 sin (л t) + cos (л t) [Volt]

6 Exam in Multimedia and communications systems 11 January 011 Page (5 p) En bild består av pixlar organiserade i 64 rader och 3 kolumner, som var och en kan anta 5 olika nyanser, vit, svart, röd, blå och Grön. Statistik visar att färgerna förekommer med följande frekvens: Vit 0.5, Svart 0.14, Röd =.1, Blå 0.01, Grön 0.5. (a) (b) (c) (d) Hur många byte krävs minst för att koda bilden, om varje pixel representeras av lika många bitar, utan hänsyn till hur frekvent färgerna förekommer?. Använd statisk Huffmankodning för att beräkna en lämplig uppsättning kodord. Hur många byte krävs i genomsnitt för att koda en bild med denna kod? Hur många byte kävs i teorin om man använder en ideal kod, enligt entropisatsen. (Närliggande pixlar antas helt oberende av varandra. Vid verklig bildkodning tar man hänsyn till att närliggande pixlar ofta har samma eller liknande färg.)

7 Exam in Multimedia and communications systems 11 January 011 Page 7 Formelblad Nedan följer ett urval av de formler som behandlats under kursens gång. Ljusets hastighet: c = M-ary digital modulation: fb = fs log M, where 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