Tentamen “Transmission Systems” (121078)

Tentamen “Transmission Systems” (121078)
28 Januari 2005
Uitwerkingen (door een student, mogelijk met fouten)
Probleem 1
a. Een afbeelding van de infrastructuur van de Public Switched Telecommunication
Network:
b. De verschillende levels zijn:
Outer Core Network
Omdat in het outer core netwerk al het verkeer van lager gelegen niveaus samenkomt, zijn
betrouwbaarheid en snelheid de belangrijkste vereisten.
Betrouwbaarheid: Er is gekozen voor de architectuur van een mesh netwerk waarin alle
nodes direct met elkaar verbonden zijn, om zo betrouwbaarheid (alternatieve routes) te
garanderen wanneer er een kabelbreuk of node failure optreedt.
Snelheid: Om aan de gewenste snelheid te voldoen (een geaggregeerde bit rate in de
terabits) is er gekozen voor een optisch netwerk waarbij de electronische bottleneck (van
de modulatie snelheid van elektronische componenten zoals electro-optic en opto-electric
converters) zoveel mogelijk geëlimineerd is. Technieken als WDM of OTDM worden
ingezet om efficiënt gebruik te maken van de beschikbare bandbreedte. Verder worden
bepaalde optische versterkers (Erbium doped fiber amplifiers, EDFA’s) en dispersion
shifted fiber gebruikt om loss en dispersion (afhankelijk van wavelength) tegen te gaan.
Ten slotte wordt SDH gebruikt als transportmodus vanwege haar hoge mate van
standaardisatie, synchronisatiefaciliteiten en haar administratieve, management- en
onderhoudsfaciliteiten.
Inner Core Network & Metropolitan Network
Flexibiliteit: In dit gedeelte van het netwerk is flexibiliteit van de datastromen
belangrijker dan snelheid. Om deze reden is er gekozen voor het gebruik van switches of
Add/Drop Multiplexers, eventueel met WDM en/of wavelength routing. ATM wordt
doorgaans gebruikt als flexibele transport modus, omdat door de vaste, korte lengte van
de cells snelle afhandeling in de nodes mogelijk is, alhoewel het wel in SDH
geëncapsuleerd wordt vanwege haar bovengenoemde eigenschappen.
Betrouwbaarheid/gemak: Om betrouwbaarheidsredenen en vanwege de korte
kabellengtes om alle nodes te verbinden bestaat dit netwerk vaak uit een ringstructuur
(self-healing rings) om in het geval van bijvoorbeeld kabelbreuken toch het verkeer goed
te kunnen routen, wat mogelijk is door het gebruik van dubbele ringen (outer fibers en
protection fibers).
Local & Access Networks
Lokale access netwerken hebben vaak geen gedefinieerde architectuur, aangezien dit
afhangt van het type network en het soort subscribers (zakelijk, privé, etc.), die ieder
verschillende vereisten hebben. Zo vereist telefonie een duplex star structuur en TV een
bus of boom netwerk. Prijsoverweging spelen een grote rol in de keuze voor architectuur
en transmissiemedium. Zo kan gebruik gemaakt worden van koperdraden (bijv. ADSL),
optische fiber, hybride koper/fiber oplossingen, of draadloze verbindingen (bijv. WLAN
of GSM). Fiber kan bijvoorbeeld tot aan de eindgebruiker zijn, genaamd Fiber To The
Home (FTTH), of alleen tot aan de stoep/het gebouw (Fiber To The Curb/Building).
Probleem 2
a. De volgende multiplexing technieken bestaan:
 Frequency Division Multiplexing (FDM) of Frequency Division Multiple Access
(FDMA): wordt toegepast in radio en TV uitzendingen;
 Time Division Multiplexing (TDM) of Time Division Multiple Access (TDMA): wordt
toegepast in trunk-netwerken en langeafstandstransmissies van het PSTN voor zowel
spraak- als dataverkeer en is onder te verdelen in:
o Synchronous Time Division Multiplexing (Synchronous TDM);
o Asynchronous or Statistical Time Division Multiplexing (Asynchronous or
Statistical TDM), met frame relay (packets) of cell relay (fixed length, e.g. ATM)
 Code Division Multiplexing (CDM) of Code Division Multiple Access (CDMA):
wordt toegepast in mobiele systemen zoals IS-95 en UMTS;
 Space Division Multiplexing (SDM): wordt toegepast in allerlei guided wave media
(koper of fiber), aangezien het vermenigvuldigen van het aantal wires/fibers is;
 Wavelength Division Multiplexing: de optische variant van FDM, wordt toegepast in
vele grote fiber netwerken (wavelength routing systems);
 OTDM: de optische variant van TDM, wordt net als TDM toegepast in optische trunknetwerken en langeafstandstransmissies van het PSTN;
 OCDM: de optische variant van CDM, wordt toegepast in systemen waar het aantal
simultaan actieve gebruikers varieert en is onder te verdelen in:
o Time coded OCDMA;
o Spectral code OCDMA;
o Wavelength-hopped OCDMA;
o Coherence Multiplexing.
 Subcarrier Multiplexing (SCM): modulatie in de RF region, wordt toegepast in
systemen waar verschillende typen signalen samengevoegd moeten worden.
b. Frequency Division Multiplexing (FDM/FDMA): De (digitale of analoge) signalen
worden op carrier waves met verschillende frequenties gemoduleerd. Deze liggen zover
uit elkaar dat de spectra niet overlappen (bijvoorbeeld radio en tv). Er wordt gebruik
gemaakt van channels, de ruimte van de bandbreedte die één gemoduleerd signaal
inneemt en meestal gecentreerd is rond de corresponderende carrier frequentie, en guard
bands, de ruimte tussen de channels die overlapping voorkomen. FDM is derhalve
mogelijk als de beschikbare bandbreedte groter is dan de som van de bandwijdte van de
individuele signalen en guard bands.
Problemen:
 Crosstalk wanneer de spectra overlappen, worden voorkomen door guard bands;
 Intermodulation wanneer niet–lineairiteiten (bijv. ruis) in o.a. versterkers zorgen voor
2e en 3e orde mix producten.
Probleem 3
a. Door Orthogonal Frequence Division Multiplexing (OFDM) wordt de distributie van het
vermogen over het grote aantal beschikbare narrow-band frequentiekanalen binnen de
frequentie band gedaan. De kanalen kunnen zo dicht op elkaar geplaatst worden dat ze
zelfs mogen overlappen terwijl het mogelijk blijft om de kanalen te onderscheiden. De
carriers worden individueel gemoduleerd met M-ary PSK of QAM. OFDM is een
uitstekende techniek om het water pouring principe te implementeren, waarbij weinig
vermogen wordt verspild aan regio’s waar het kanaal een slechte response t.o.v. de noise
heeft.
b. Door gebruik van OFDM wordt ten eerste de group delay variatie over een gecreëerd
klein narrow-band frequentiekanaal veel kleiner, en ten tweede wordt de bit rate over zo’n
kanaal veel lager, waardoor er minder distortie optreedt. Door deze mechanismen
reduceert de intersymbol interference die optreedt bij hoge bit rates in baseband via
koperdraden, en wordt het dus mogelijk om hoge bit rates te verzenden. OFDM kan
bovendien kanalen zeer dicht bij elkaar plaatsen (waarbij zelfs de spectra overlappen) en
ieder onafhankelijk moduleren.
c. Zie pagina 95-96 van het dictaat.
Probleem 4
a. Een afbeelding van een Ethernet pakket:
b. Ethernet wordt in SDH geëncapsuleerd door een Link Access Procedure – SDH (LAPS)
frame te gebruiken als intermediair tussen Ethernet en SDH. Hiervoor is een speciale
SAPI code in het LAPS pakket gereserveerd. Van het Ethernetpakket worden de
preamble en SFD velden verwijderd. Dan worden er drie velden (Address, Control en
SAPI) voor de rest van de Ethernetpakket velden geplaatst en het FCS veld erachter.
Uiteindelijk worden er aan beide kanten Flag velden geplaatst om het LAPS frame te
completeren. Zie onderstaande afbeelding ter verduidelijking van de mapping:
Probleem 5
In het Time Division Multiple Access/Time Division Duplex schema zijn er tien carriers (tien
kanalen) beschikbaar, elk 1.728 MHz breed. Elk FDM kanaal frame is opgedeeld in 24 time
slots, waarvan 12 down-stream en twaalf up-stream.
In elke frame worden twee time slots van 1 kanaal gebruikt om een full-duplex spraakkanaal
te creëren (1 uit het up-stream gedeelte en 1 uit het down-stream gedeelte). Elk basisstation
kan dus 12 gelijktijdige gespreken aan, uit een set van 120 kanalen, aangezien elke time slot
alleen op 1 frequentie gebruikt kan worden.
Ivar Pruijn ([email protected])
Donderdag 2 februari 2006
Laatste update: 23 augustus 2006