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Exercícios e Problemas de Redes Móveis: Frequência de 2020, Provas de Engenharia de Telecomunicações

Instituto Universitário de Lisboa (ISCTE-IUL)Engenharia de Telecomunicações

Resolução Teste Sistemas de Rádio e Comunicações avançados.

Tipologia: Provas

2021

Compartilhado em 01/02/2021

Carlos_Neto_Gomes
Carlos_Neto_Gomes 🇵🇹

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Frequência de 2020
•QUESTÃO 1 (1.0)
• Indique qual das seguintes siglas de “Use Cases” não faz parte das especificações
da norma 5G?
•a. eMBB b. eMTC c. URLLC
•
•QUESTÃO 2 (1.0)
•Indique qual dos seguintes canais de transporte do UMTS é mapeado no canal
físico P-CCPCH?
•a. PCH b. RACH c. BCH
•
•QUESTÃO 3 (1.0)
•Numa rede 5G NR qual o ritmo binário de pico da informação se tiver taxa de
codificação Rc=7/8, modulação 256QAM, largura de banda Bt=250MHz,
espaçamento entre subportadoras Δf=60KHz, duração do símbolo OFDM Ts=4µs.
Nsc=4096 subportadoras?
•a. 3584Mbps b. 4096Mbps c.7168Mbps
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Frequência de 2020

• QUESTÃO 1 (1.0)

  • Indique qual das seguintes siglas de “Use Cases” não faz parte das especificações da norma 5G?
  • a. eMBB b. eMTC c. URLLC
    • QUESTÃO 2 (1.0)
  • Indique qual dos seguintes canais de transporte do UMTS é mapeado no canal físico P-CCPCH?
  • a. PCH b. RACH c. BCH
    • QUESTÃO 3 (1.0)
  • Numa rede 5G NR qual o ritmo binário de pico da informação se tiver taxa de codificação Rc=7/8, modulação 256QAM, largura de banda Bt=250MHz, espaçamento entre subportadoras Δf=60KHz, duração do símbolo OFDM Ts=4μs. Nsc=4096 subportadoras?
  • a. 3584Mbps b. 4096Mbps c.7168Mbps

Frequência de 2020

• PROBLEMA 1 (1.0+1.0+2.0+1.0)

  • Considere um móvel (UE) a comunicar com uma estação de base (BS) UMTS sendo esta a emissora. A distância do móvel à BS é de 3R/5 e R=500m. Considere o ritmo de transmissão de 96kbps. Tendo como referência uma BLER=10-^2 a relação sinal ruído/interferência exigida ao móvel é de Eb/No=2.5dB. Considere que o canal usado é o ‘Vehicular A’ com α=0.5, a velocidade do móvel 50km/h. As perdas médias de propagação são dadas pela expressão L=140+40log(Rkm) (dB) e a área em estudo consiste de 7 células hexagonais; PN=-100dBm, Ptotal=20W. W=3.84Mchips/s.
  • a) Calcule a geometria em dB (G) do móvel admitindo que há seis células interferentes cujas BSs estão todas situadas à distância aproximada de D=1040m da BS de referência, (admita que as distâncias entre as 6BSs interferentes e o UE são iguais e de valor D-3R/5). Contabilize também a potência de ruído térmico PN e a Ptotal.
  • b) Calcule a fração da potência total transmitida da BS necessária para manter a comunicação com o móvel a 96kbps (considere a geometria G 1 =2dB só se não resolveu a a)). Quantas chamadas de 96kbps são necessárias para atingir a carga de 75% no downlink?

3584 kbps (dados em tempo não real) móvel no exterior a 50 Km/h, coberto por BS exterior, Canal Veicular Tipo A Transmissor (BS) Potência máxima de transmissão [W] 20 50 % da Potência de transmissão para o HSDPA [dBm]

  • (^) A Ganho da antena [dBi] 18.0^ B Perdas dos cabos (dB) 3.0^ C Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP) [dBm]
  • (^) D = A + B - C Receptor (pedestre) Densidade de ruído [dBm/Hz] - 174.0^ E Ruído do receptor do móvel [dB] 7.0^ F Densidade de ruído do receptor [dBm/Hz] - 167.0^ G = E + F Potência de ruído do receptor [dBm] -^ H = Margem de interferência [dB] -^ I = Potência de interferência do receptor [dBm] -^ J = Ruído total + interferência [dBm] -^ K = Ganho de processamento [dB] -^ L = Relação Eb/No [dB] 1.0^ M Sensibilidade do receptor [dBm] -^ N = M-L+K Ganho da antena do pedestre (UE) [dBi] 2.0^ O Perdas na cabeça [dB] 0.0^ P Margem de scheduling [dB] 2.0^ Q Perdas máximas no percurso entre a BS e UE [dB]
  • (^) R = D – N + O – P – Q Probabilidade de cobertura [%] 95. Constante de desvanecimento log-normal [dB] 10. Expoente do modelo de propagação 3. Margem de desvanecimento log-normal [dB] 10.5^ S T U Ganho de soft handover [dB], multi-célula 0. Perdas“in car” [dB] 7. Perdas de propagação efetivas entre a BS e o UE célula [dB]
  • V = R-S+T-U

Frequência de 2020

• PROBLEMA 2 (1.0+1.5+1.5)

  • O operador UMTS do problema 1 dispõe do modo HSDPA e o móvel tem um terminal da categoria UE 10. Admita que a BS envia apenas os CQIs a seguir indicados
  • CQI2- TBsize=173 bits. # Codes=1. TTI=2ms.Mod.=QPSK;(Ec/Ior)dB=-3dB;
  • CQI12- TBsize=1742 bits. # Codes=3. TTI=2ms.Mod.=QPSK;(Ec/Ior)dB=-3dB;
  • CQI22- Tbsize=7168 bits.# Codes=5. TTI=2ms.Mod.=16QAM;(Ec/Ior)dB=-3dB.
  • Considere ainda os dados do problema 1: α=0.5, B=5MHz, W=3.84Mchips/s; F=7dB; Margem Desvanecimentos=12.5dB; GRX=2dB; LRX=0dB; Lpath=140+40log(RKm)dB;10log(kT)=-174dBm/Hz.
  • a) Calcule as taxas de codificação efetiva e os ritmos binários dos 3 CQIs.
  • b) Calcule as diferentes sensibilidades do recetor HSDPA para os três diferentes CQIs, sabendo que as geometrias GCQI2=-6dB, GCQI12=7dB e GCQI22=14dB.
  • c) Calcule as diferentes áreas de cobertura de cada CQI.

Frequência de 2020

• PROBLEMA 4 (1.0+3.0)

  • Considere o reuso de frequência fracional do LTE ilustrado na Figura seguinte. Considere ambas as zonas Z 1 e Z 2. Dados: Lpath= 140 + 40 log(RKm)dB índica as perdas de trajeto em dB e o raio das zonas com reuso 1 (hexágonos pequenos) Z 1 é R 1 = 500 m.
  • a) Determine o raio das zonas com reuso 1 / 3 (hexágonos maiores) Z 2 sabendo que as perdas de trajeto à distância R 2 =R são 28 dB superiores à distância R 1.
  • b) Calcule a relação (C/I) no DL para todas as células presentes da figura em ambas as zonas Z 1 e Z 2 (se não fez a alínea a suponha que R 2 = 6 R 1 ). Admita que a potência recebida na fronteira dos hexágonos pequenos e grandes é a mesma.

Resolução Frequência 2020

  • 1 - a)
  • g=Iown/(Iothres+Pn)=Pt(1-α)/l 0 /(Pt(6/l 1 )+Pn)=(1-α)/(6l 0 /l 1 +(Pn/Pt)l 0 ) ; α=0.5=1-α
  • 10log(g)=10log(1-α)-10log(6l 0 /l 1 +(Pn/Pt)I 0 )
  • Móvel à distância de 3R/5=300m da BS, 6 BSs interferentes à distância D-3R/5=740m
  • 10log(l 0 )=140+40log(0.3)=119.0dB => l 0 =1011.
  • 10log(l 1 )=140+40log(0.74)=134.8dB => l 0 =1013.
  • 10log(Pn)=-100dBm => Pn=10-10.0mW
  • Pt=20W => Pt=2x10^4 mW => Pn/Pt=0.5x10-^14
  • 10log(g)=10log(0.5)-10log(6x10(11.9-13.48)+0.5x10(11.9-14))=- 3 - (-7.9)=4.9dB
  • g=10(4.9/10)=3.
  • 1 - b)
  • 10log(Eb/No)=2.5dB => (Eb/No)=102.5/10.0=1.78; Rb=96kbps; W=3840kcps;
  • (Ec/Ior)=(Eb/No)x(Rb/W)x[(1-α)+1/g]=1.78x96/3840x[0.5+1/3.1]=0.
  • Sendo (Ec/Ior)=ηDLcom cada chamada de Rb=96kbps tem-se a carga adicional de 0.0366. Assim, M ≤ ηDL/0.0366 ≤ 0.75/0.0366=20 é o número de chamadas.

Resolução Frequência 2020

  • 2 - a)
  • CQI2- TBsize=173 bits. #Codes=1. TTI=2ms. Mod.=QPSK;(Ec/Ior)dB=-3dB;
  • CQI12- TBsize=1742 bits. #Codes=3. TTI=2ms. Mod.=QPSK;(Ec/Ior)dB=-3dB;
  • CQI22- Tbsize=7168 bits.#Codes=5. TTI=2ms.Mod.=16QAM;(Ec/Ior)dB=-3dB.
  • Rb=TBsize/TTI ; Rc=TBsize/#Codes/Nbits;
  • CQI2- Rb=173bits/2ms=86.5Kbps ; Rc=173/(1x960)=0.18;
  • CQI12- Rb=1742bits/2ms=871Kbps ; Rc=871/(3x960)=0.
  • CQI22- Rb=7168bits/2ms=3584Kbps ; Rc=7168/(5x1920)=0. 2 - b)
  • G 1 =-6dB;g 1 = 10 - 6/10=0.25;G 2 =7dB;g 2 = 10 7/10=5.0;G 3 =14dB;g 3 = 10 14/10=25.
  • SNR=(Ec/Ior)/[(1-α)+1/g];10log(SNR)=10log(Ec/Ior)-10log((1-α)+1/g)
  • 10log(SNR) 1 =10log(Ec/Ior)-10log((1-α)+1/g 1 )=- 3 - 10log(0.5+1/0.25)=- 3 - 6.5=-9.5dB
  • 10log(SNR) 2 =10log(Ec/Ior)-10log((1-α)+1/g 2 )=- 3 - 10log(0.5+1/5)=-3+1.5=-1.5dB
  • 10log(SNR) 3 =10log(Ec/Ior)-10log((1-α)+1/g 3 )=- 3 - 10log(0.5+1/25.1)=-3+2.7=-0.3dB
  • Sendo 10log(Pn)=-101.2dBm (do Problema 1) e S(dBm)=SNR(dB)+Pn(dBm)
  • S 1 =-9.5-101.2=-110.7dBm ; S 2 =-1.5-101.2=-102.7dBm ; S 3 =-0.3-101.2=-101.5dBm

Resolução Frequência 2020

  • 3 - a)
  • fa=368.64x10^6 amostras/s; NFFT=6144 subportadoras
  • Δf=fa/NFFT=368.64x10^6 /6144=600000=60kHz
  • Ts=(10-^3 /28)s ; TPC=0.028xTs=0.028x(10-^3 /28)s=10-^6 s=1μs;
  • fPC= fa x TPC=368.64x10^6 amostras/s x 10-^6 s ≈ 368amostras
  • 3 - b)
  • 256QAM; Rc=7/8; Rb=1Gbps; Rbcod=Rb/Rc=8/7Gbps; Rscod=Rbcod/log 2 (256)=1/7Gsps=(10^9 /7)sps=; cada símbolo 256QAM tem 8 bits
  • Com Rscod=Nsc/Ts => Nsc=Rscod x Ts=( 109 /7)sps x (10-^3 /28)s= 5102 subportadoras
  • Bútil = Δf x Nsc=60kHz x 5102=306.12MHz
  • Sendo Rb = Nbits / Ts => Nbits = Rb x Ts = 109 bps x (10-^3 /28)s = 35714 bits

Resolução Frequência 2020

  • 4 - b)
  • DL; Reuso 1/3 => Hexágonos grandes com R 2 =2500m;
    • Os hexágonos verdes e vermelhos têm o mesmo (C/I) que se calcula de seguida:
    • Há 2 células interferentes à distância de 3R 2 =7500 =>
  • (C/I) 2 =(1/2) x (3R 2 / R 2 )^4 = 81/2 = 40.
    • O hexágono amarelo ao centro tem interferência cruzada dos hexágonos pequenos onde também se está a transmitir nesse terço da banda total.
  • Há 6 células interferentes (hexágonos pequenos) com o hexágono amarelo grande. Analisemos a potência do sinal desejado C e a potência do sinal interferente I. A potência nos hexágonos pequenos é transmitida com (R 1 /R 2 )^4 menos potência
  • C=Pt/R 24
  • I=(6)x(R 1 /R 2 )^4 x Pt/((31/2R 2 ))^4
  • => (C/I) 21 = (1/6) x (R 2 /R 1 )^4 x ( 3 1/2)^4 = 937. Esta interferência é igual à interferência dos hexágonos pequenos com reuso 1. Quando se admite que não existe interferência ao hexágono amarelo por ser o único de cor amarela então I=0 => (C/I)=∞