Übung zu
Drahtlose Kommunikation
3. Übung
05.11.2012
Einführung Aufgabe 1
• 2. Übungsblatt
• Abgabe: Sonntag, 12 Uhr
• https://svn.uni-koblenz.de/vnuml/drako/wise2012/exercises
• http://svn.uni-koblenz.de/~vnuml/drako/uebung/
• Abgabe über SVN-Repository
https://svn.uni-koblenz.de/vnuml/drako/wise2012/‘gruppenname‘
– solutions (read/write)
– workspace (read/write)
– corrections
Aufgabe 1
a) Warum ist die Regulierung der Frequenzbänder wichtig?
Warum ist die internationale Verfügbarkeit eines einheitlichen ISM-Bandes von großer Bedeutung?
b) Warum werden von der ITU-R nur niedrige Frequenzen reguliert, solche bis zu mehreren hundert GHz und nicht auch höhere Frequenzen im Bereich einiger THz?
Aufgabe 1
a) Warum ist die Regulierung der Frequenzbänder wichtig?
Warum ist die internationale Verfügbarkeit eines einheitlichen ISM-Bandes von großer Bedeutung?
• Die ITU-R ist eine Untergruppe der ITU die speziell nur für die drahtlose Kommunikation zuständig ist und die Frequenzregulierung der drahtlosen Kommunikation auf internationalem Level.
• Industrial, Scientific and Medical Band (ISM)
Hauptsächlich die Satellitenkommunikation fordert weltweit einheitliche Standards.
b) Warum werden von der ITU-R nur niedrige Frequenzen reguliert, solche bis zu
mehreren hundert GHz und nicht auch höhere Frequenzen im Bereich einiger THz?
• Noch höhere Frequenzen sind insbesondere dann interessant, sobald hohe
Datenraten übertragen werden sollen. Allerdings leiden diese Funkverbindungen auch sehr stark unter Abschattungseffekten.
Aufgabe 1
Industrial, Scientific and Medical Band (ISM)
• ISM-Frequenzen sind international zur Nutzung durch Hochfrequenzgeräte zugewiesen.
• Frequenzbereiche - für Hochfrequenz-Geräte die in Industrie, Wissenschaft, Medizin, häuslichen und ähnlichen Bereichen genutzt werden können.
• Entsprechende ISM-Geräte benötigen nur eine allgemeine Zulassung.
• Bsp: Funkenerosionsmaschinen, Mikrowellenherde oder Kurzwellenbestrahlungen in der Medizin
Aufgabe 1
Durch die Vollzugsordnung für den Funkdienst (VO Funk) ausgewiesene ISM-Bänder
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/ISM-Band
Was sind grundlegende Unterschiede der Regulierung in Europa im Vergleich zu den USA? Was sind die Konsequenzen?
• Damit die weltweite Koordinierung, teilweise gegen nationale Interessen, überhaupt eine Chance auf Erfolg hat, wurde die Welt in drei Regionen aufgeteilt.
• Innerhalb dieser Regionen sind dann wieder nationale Organisationen für eine weitere Regulierung zuständig. FCC in den USA und CEPT in Europa.
• Da in den USA bereits einige Frequenzbänder durch andere belegt waren, sind nun die einzelnen Standards nicht überall gleich.
Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications (CEPT)
Europäische Konferenz der Verwaltungen für Post und Telekommunikation) Federal Communications Commission (FCC)
Aufgabe 2
a) Berechnen Sie jeweils die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle mit einer Frequenz von
2.4 GHz und 5 GHz.
𝜆 = 𝑐
𝑓
Frequenz: 2.4 GHz 𝜆 = 3∗108[𝑚 ]𝑠
2.4 ∗109[1 ]𝑠 = 0,125 m = 12,5 cm
Frequenz: 5 GHz 𝜆 = 3∗108[𝑚 ]𝑠
5 ∗109[1 ]𝑠 = 0,06 m = 6 cm
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenlänge
Aufgabe 2
b) Der Abstand der Intensitätsmaxima einer reflektierten Welle beträgt 1,46 cm.
• Wie groß sind Wellenlänge und Frequenz der Mikrowelle?
𝜆 = 𝑐 𝑓
𝜆 = 2 ∗ 0,0146 = 0,0292
𝑓 = 3∗100,0292 𝑚8[𝑚 ]𝑠 ≈ 10,274 𝐺𝐻𝑧
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenlänge
Aufgabe 3
Erläutern Sie mit wenigen Worten die Begriffe Antennengewinng (Antenna Gain) und Öffnungswinkel (Bündelbreite/ beam width).
• Der Antennengewinn bezieht sich auf eine Referenzantenne wie z.B. auf eine Isotrope Antenne oder eine Dipol Antenne.
• Die dazugehörige Bezugsgröße ist die Feldstärke in Empfangsrichtung zur Feldstärke der Referenzantenne.
• Beim Öffnungswinkel handelt es sich um den Winkel in dem die Antenne die Hälfte Ihrer maximalen Sendeleistung abstrahlt. Alternativ kann man auch sagen das der Öffnungswinkel der Winkel ist an dem die Antennenfeldstärke um 3 dB abgenommen hat.
Aufgabe 3
Aufgabe 4
Gegeben ist ein Signal, welches mit 50 KW gesendet wird. Die verwendete Antenne besitzt einen Antennengewinn (antenna gain) von 25 dB. Welche
Sendeausgangsleistung wird mit dieser Antenne erreicht?
• Entlogarithmieren: 10 25/10 = 316,228
• 50 000 W * 316,228 = 15 811 400 W ≈ 15,8 MW
Aufgabe 5
Zwischen dem Antennengewinn, der Wellenlänge λ und einer kreisförmigen Nutzfläche A mit dem Wirkungsgrad ea besteht folgender Zusammenhang.
Aufgabe 5
• Bestimmen Sie den Antennengewinn G (in dB) einer Parabolantenne mit einem Durchmesser von 0,5m und einen effektiven Wirkungsgrad von 60% die in einem 4 GHz Satelliten-Frequenzband arbeitet.
• Wiederholen für 11 GHz und 1m Parabolantenne
Gegeben:
ea = 0,6 d = 0,5 m f = 4 * 109 Hz c = 3 * 108
d = 0,5m d = 1m
f = 4 GHz 263 = 24 dB 1052 = 30 dB f = 11 GHz 1990 = 33 dB 7960 = 39 dB
Übungsblatt 2
Berechnen Sie das Fernfeld für eine Antenne mit einer Länge von 1 Meter und welche mit einer Sendefrequenz von 900 MHz betrieben wird.
Übungsblatt 2
Gegeben ist eine Antenne von 1 m Länge und 50 Watt Antennengewinn, die im 900 MHz Frequenzband betrieben wird. Welche Leistung kommt bei einem Empfänger in 100 Meter Entfernung an?
Übungsblatt 2
Ein Mobilgerät befindet sich 5 km entfernt von der Basisstation und verwendet eine λ/4- Monopolantenne mit einem Antennengewinn von 2,55 dB zum Empfang. Die Elektrische Feldstärke E wurde in 1 km Entfernung mit 10 -3 v/m gemessen.
Als Trägerfrequenz wird das 900 MHz Band verwendet.
1) Welche Länge und welche Antennenwirkfläche besitzt die Antenne des Mobilgerätes?
2) Welche Empfangsleistung liegt am Mobilgerät nach dem Two Ray Ground Reflection Model an, wenn der Sendemast der Basisstation 50 m hoch ist und die
Empfangsantenne des Mobilgerätes 1,5 m über dem Boden ist?
