Mid Sweden University Exam in Multimedia and Communication systems Course code: Time: Permitted tools Preliminary requirement for approval:

Transkript

1 Mid Sweden University Dept. of IT and Media (ITM) Magnus Eriksson Tel , June 2015 Page 1 of 6 Exam in Multimedia and Communication systems Course code: DT075G Time: 08:00-13:00 Permitted tools: Arbitrary pocket calculator. An English-Swedish dictionary. Preliminary requirement for approval: 32 out of 64 points. Only write on one side of each sheet. You may answer in Swedish or English. Good luck! THEORY PART 1. (16 p) (i) Give an example of a specific protocol or standard that handles each of these functions. (ii) State which protocol layer in the five-layer TCP/IP model that handles each of the functions. a) Physical addressing b) Indication of file/media/content type and subtype c) Modulation (passband transmission) d) Line code (baseband transmission) e) End-to-end flow control, automatic repeat request, window management f) Unreliable and stateless message transfer with indication of port number. g) Asynchronous communication h) Multiple access with collision management (media access control) 2. (8 p) You are about to develop an own online game, and you are considering to use either UDP based or TCP based sockets. a) Explain the difference between the two alternatives, from server programming point of view as well as performance point of view. Mention an advantage of each of the two approaches. Which of the following four illustrations correspond to typical implementation of UDP sockets and which correspond to TCP? b) c)

2 Exam in Multimedia and communications systems 1 June 2015 Page 2 d) e) PROBLEM PART Show all calculcations, motivate all answers. 3. (4 p) a) Uppskatta hur mycket lagringsutrymme i Megabyte som krävs för att sampla, digitalisera och lagra en timme lång svart-vit videofilm okomprimerat, utan ljud. Den analoga videosignalen har i traditionella europeiska TV-system ungefär 4 MHz bandbredd. Antag att varje pixel (dvs varje sampel) kvantiseras i 1024 spänningsnivåer. b) Bildfrekvensen är 25 helbilder per sekund, och varje bild består av 625 linjer (varav några linjer döljs som vertikal synkpuls eller bildsynkpuls). En åttondel av varje linje är linjesynkpuls och visas därför inte som pixlar. Hur många synliga pixlar per linje erhålles vid den sampelfrekvens du har valt? 4. (2 p) Du använder reflektometri för att lokalisera en fuktskada på en kopparkabel. Ditt mätinstrument skickar in en kort positiv spänningspuls. Pulsen reflekteras mot skadan, och inverteras på grund av att impedansen vid skadan är lägre än kabelns karakteristiska impedans. Den reflekterade pulsen når åter instrumentet efter 1 mikrosekund. Utbredningshastigheten i kabeln är 2/3 av ljusets hastighet. Vad är avståndet till skadan? 5. (3 p) Assume that a 4G/LTE cellular phone receives a signal-to-noise ratio of 0 db on a radio channel with upper cut-off frequency of 2600 MHz and and a lower frequency of 2650 MHz. What is the maximum information bit rate (net bit rate exclusive of forward error correction codes) that can be supported by this channel, in theory, according to Shannon- Hartley?

3 Exam in Multimedia and communications systems 1 June 2015 Page 3 6. (5 p) Du har utvecklat ett beroende av ett mobilspel, och klarar inte av att mobilen laggar, dvs ger för stor tidsfördröjning. Du gör några mätningar och konstaterar att när du spelar som intensivast sänder servern mängder av 10 kbyte långa meddelanden, och väntar på ACK från klienten mellan varje meddelande enligt principen stop-and-wait. Du har att välja på (i) att använda ett trådlöst nätverk (Wifi/Ieee b) som på grund av det långa avståndet till den trådlösa accesspunkten bara klarar en genomströmningshastighet på 2 Mbit/s, och ger en tidsfördröjning som är försumbar, och (ii) en turbo-3g-mobiluppkoppling, som kommer upp i 8 Mbit/s, och en pingtid (round trip time) på 40 ms. Hur många paket per sekund överförs med de två teknikerna? Vilken av de två teknikerna bör du välja? 7. (8 p) Various error detecting codes (in bold underline typeface) have been added to the following messages. Are they correct or wrong? If the code also can be used as error correcting code, tell which bit that is wrong. Show all calculations. a Odd parity (word length of 8 bit + parity bit). b Two dimensional even parity, with row length of 4 bit. c Check sum, with row length of 4 bit. d CRC, with a protocol where the denominator is (4 p) Du har fått addressområdet /24 (dvs ursprunglig nätmask ). Dela upp enligt bilden, det vill säga i 3 subnät, med 30 noder, 63 (inte 62) noder repektive 14 noder. Ange nätverksaddress, subnätmask samt broadcastaddress för varje subnät.

4 Exam in Multimedia and communications systems 1 June 2015 Page 4 9. (6 p) a) Draw the amplitude spectrum for the following multicarrier signal, assuming no modulation, meaning that ᵠ1(t)= ᵠ2(t) = 0. The vertical axis should show the amplitude in Volt and the horizontal axis the frequency in MHz. Draw or describe a bar plot (sw. stolpdiagram). Do not draw time plot showing sine waves. vin(t) = 4 sin (2л 10000t + ᵠ1(t)) + 3 sin (2л 30000t+ ᵠ2(t)) [Volt] b) The signal is passing through a long wire that attentuates high frequencies more than low frequencies. The resulting signal looks like this: vout(t) = 0.4 sin (2л 10000t+0.1+ ᵠ1(t)) sin (2л 30000t+0.2+ ᵠ1(t)) [Volt] Draw or describe a diagram that shows a conceivable amplitude characteristics of the wire, i.e. a curve showing how many db the signal is attenuated depending on frequency. (Hint: A voltage amplification of 10 times correponds to a power attenuation of 100 times, or 20 db attenuation.) c) The first carrier is used for 64PSK modulation, and the second for 16PSK modulation, by varying the message signals ᵠ1(t) and ᵠ2(t) respectively. The combined signal forms a FDM signal. What gross bitrate can be transferred using FDM alltogether? You may assume that each of the baud rates (symbol rates) are equal to the signal bandwiths B in the illustration below. No margin is assumed in this case. (Hint: Since ᵠ1(t) and ᵠ2(t) are varying with time, the two modulated signals are not sine wave form. The spectrum of the modulated signals can consequently not be represented by bar plots, but by two continous non-overlapping signal spectrums according the the illustration below. The bandwidths of each signal spectrum is B. The centre frequencies are equal to the carrier frequencies fc1 and fc2 respectively.) B B fc1 fc2 frequency

5 Exam in Multimedia and communications systems 1 June 2015 Page (8 p) Lärare skickar oftar listor mellan varandra över studenter som är godkända på en viss uppgift. Vi knackar ibland in resultatet i tabeller i smartphones med begränsat minnesutrymme och begränsad bandbredd, och behöver därför komprimera datamängden. Antag att de okomprimerade tabellerna består av två kolumner som är binärkodade med fast antal bitar per rad: (i) Studentens identitet: Värden mellan 0 och 127 där sannolikheten är 0.5 att en viss student finns med i listan. Värdena är lagrade i nummerordning. Exempel på hur den kolumnen kan se ut: 0, 3, 4, (I genomsnitt har tabellen således 64 rader.) (ii) Utbildningsprogram, där programmet IE har frekvens 48, DT 40, TD 32 och EL 8. Exempel på hur kolumnen kan se ut: IE, EL, IE. Vid okomprimerad representation representeras de fyra programmen av binärkoderna 0, 1, 2 och 3. (a) Föreslå ett sätt att komprimera kolumn 1 och ett sätt att komprimera kolumn 2 i denna typ av tabell så effektivt som möjligt. (b) Beräkna det kompimerade binärdatat med din metod för de tre rader som beskrivs i ovanstående exempel. (c) Beräkna hur många % din metod i genomsnitt komprimerar datat i första respektive andra kolumnen, jämfört med att använda binärkoder. (d) Beräkna hur många % det i teorin är möjligt att komprimera den andra kolumnen jämfört med att använda binärkoder.

6 Exam in Multimedia and communications systems 1 June 2015 Page 6 Formelblad Nedan följer ett urval av de formler som behandlats under kursens gång. Ljusets hastighet: c = M-ary digital modulation: fb fs log2 M Shannon s formel: R B log 1 2 S N Blockfelssannolikhet: P 1 (1 ) N Block Pe, där N är blockstorlek (paketstorlek) i bit, och P e är bitfelsannolikheten. Signal- till kvantiseringsbrusförhållande: 2 U RMS SQR U 2 /12 SQNRdB 6N i db, där N är AD/DA-omvandlarens upplösning i bit. Entropiformeln: Medelvärde av periodiska signaler: T 1 U RMS ut ( ) T Effektivvärde (RMS) av periodiska signaler: 2 Effektivvärde av sinusvågor: U RMS Relation mellan effektivvärde och effekt: P U 2 RMS / R Fourierserieutveckling av periodisk vågform: f t A A sin 2 ft A sin 4 ft A sin 2 nft Bruseffekt av vitt brus: N N0 B [W] där N0 är brustätheten i W/Hz Û 2 0 dt och B är bandbredd. P Decibelmått: Effektförstärkning G 10 log ut db P U Spänningsförstärkning G 20 log ut db Uin Dämpning AdB GdB S Signal-brusförhållande SNRdB 10 log N n in n