ST - Kapitel 2 - Kommunikation
KEINE HAFTUNG FÜR RICHTIGKEIT DER LÖSUNGEN
KEINE HAFTUNG FÜR RICHTIGKEIT DER LÖSUNGEN
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Cartes-fiches
2.44. Nennen Sie 5 typische Stör- / Rausch- / Dämpfungsquellen beim Satellitenfunk!
- Atmosphäre
- Umgebungsrauschen
- Ausrichtgenauigkeit
- Wetter
- Polarisation
2.45. Wie breiten sich die elektrischen Feldlinien im Schwingkreis einer Dipolantenne aus?
2.46. Nennen sie mindestens zwei Vorteile von Dezibel-Angaben in der Kommunikationstechnik!
- Einheitenfreies Rechnen
- Nur Addition und Subtraktion
- Deutliche Verringerung der Größenordnung
2.47. Was verstehen Sie unter Polarisation in der Antennentechnik? Wann liegt lineare Polarisation vor? Welche Vor- und Nachteile hat die Nutzung der Polarisation?
- Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors
- Linear: Achsenverhältnis des Signals (Ellipse) Emax/Emin -> ∞, also die Ellipse zu einer Geraden wird
- Vorteile
- Unterscheidung der Signale trotz gleicher Frequenz
- Nachteile
- Antenne muss in Ausrichtungsebene liegen
- Es können zusätzliche Verluste auftreten
2.48. Wodurch wird die Effizienz einer Antenne beeinflusst?
- Apertur
- Wellenlänge
2.49. Skizzieren Sie das Richtdiagramm einer typischen Parabolantenne und bezeichnen Sie die Bereiche unterschiedlicher Strahlungsdichte!
siehe bild
2.50. Um den Antennengewinn in Abstrahlrichtung zu erhöhen, sollte die Nebenkeulendämpfung
2.51. Unter welcher Bedingung befindet sich ein Dipol in Resonanz mit der Wellenlänge?
- Schwingt mit gleicher Frequenz
- Dipollänge: LDipol = λ / 2
2.52. Beschreiben Sie das Funktionsprinzip einer Yagi-Antenne!
- Anregung des Reflektors und der Direktoren durch den Dipol (phasenverschoben)
- Strahlung überlagert sich und wird somit verstärkt
2.53. Welche Vorteile besitzen so genannte „Phased-Array-Antennen“?
- Extrem genaue Richtwirkung
- Strahlschwenkung in μm-Bereich möglich
- Keine komplexe Form nötig flache rechteckige Fläche genügt
- Flexible Antennenscharakteristik
- Hohe Redundanz durch hohe Anzahl an Sende-/Empfangselementen
2.54. Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer Offset-Parabolantenne und einer Cassegrainantenne!
- Offset
- Erreger außerhalb der Brennpunktes
- Parabol der Welle gegenüber geneigt
- Erregung von der gegenüberliegenden Seite
- Cassegrain
- Reflektor über Brennpunkt
- Erreger sitzt auf Parabolseite
2.55. Nennen Sie 10 Anforderungen bzw. Aufgaben von Satellitenantennen!
- Aufnahme von Funksignalen bestimmter Frequenz, Polarisation und bestimmter Stelle auf der Erde
- Aufnahme von möglichst wenig Störungen und ungewünschten Signalen
- Aussendung von Funksignalen bestimmter Frequenz und Polarisation zu bestimmter Stelle auf der Erde
- Aussendung von möglichst wenig Leistung außerhalb der spezifizierten Region (Abstrahlungsrichtung)
- Versorgung des Ausleuchtgebietes mit möglichst konstanter Leistungsflussdichte
- Keine Überstrahlung unerwünschter/benachbarter Gebiete
- Möglichst hoher Antennengewinn
- Geringer Temperaturausdehnungskoeffizient
- Hohe Festigkeit und Steifigkeit
- Geringe Materialdegradationseffekte (hohe Lebenszeit)
2.56. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen der Antennenaperatur, dem Antennengewinn und der notwendigen
Transmitterleistung. Warum werden sehr große Antennenaperturen am Satelliten nicht genutzt?
- G=π²*D²/λ² (D…Apertur)
- P=PTX*G
- Nachteile großer Antennenapertur
- Hohes Gewicht
- Hoher Widerstand
- Hohes Volumen
2.57. Warum wird für Satelliten geringerer Leistung eine Kommunikation im Bereich von ca. 1 bis ca. 10 GHz bevorzugt?
- Höhere Frequenzen erfordern höhere Leistung
- Ab bestimmtem Punkt starker Anstieg der atmosphärischen Dämpfung ( -> mehr Leistung nötig)
2.58. Welche zwei Arten der Ausrichtung zwischen zwei Antennen müssen beachtet werden, um maximale Empfangsqualität zu erreichen?
- Polarisationsausrichtung
- Sichtwinkelausrichtung
2.59. Nennen Sie 2 Möglichkeiten der Polarisationsdämpfung!
- Ungenaue Ausrichtung (nicht exakt in Polarisationsebene)
- Geometrische Reflektion der Wellen
2.60. In der Kommunikationstechnik wird das Carrier-to-Noise-Ratio (Träger zu Rauschverhältnis) zur Beurteilung der Kommunikationsqualität herangezogen. Allerdings sind die Angaben mit Vorsicht zu genießen, da zwei verschiedene Rechenvorschriften existieren, die auch das Träger-zu-Rauschverhältnis zwar gleich bezeichnen aber unterschiedlich definieren.
Wie sind nun die beiden leicht zu verwechselnden und oftmals mit demselben Formelzeichen bezeichneten Träger-zu-Rauschverhältnisse „Träger-zu-Rauschleistungsverhältnis“ und „Träger-zu Rauschleistungsdichteverhältnis“ definiert? Nennen Sie jeweils einen Grund für deren Betrachtung!
- Träger-zu-Rauschleistungsverhältnis: C/N
- Bandbreite des Rauschens wird berücksichtigt
- Träger-zu-Rauschleistungsdichteverhältnis: C/N0
- Bandreite des Rauschens ist unbekannt
2.61. Erläutern Sie den Unterschied Carrier-to-Noise-Ratio (CNR) und Signal-to-Noise-Ratio (SNR)!
- SNR
- Verhältnis der Signalleistung zur Rauschleistung
- CNR
- Verhältnis der gesamten Sendeleistung zu Rauschleistung
2.62. Was versteht man unter EIRP?
- Effective Isotropically Radiated Power
- Leistung eines isentropen Strahlers, um gleiche Leistungsdichte wie die Antenne zu erzielen
2.63. Was ist Antennendiskrimierung?
- Verhältnis von Hauptkeulengewinn zu Nebenkeulengewinn
2.64. Welcher Nachteil liegt in der sogenannten „C/I > 35 dB – Methode” gegenüber der „ΔT/T < 6 % Methode“ ?
- Bei der „C/I > 35 dB – Methode“ wird nicht bedacht, wie gut das gut das C/N der gestörten Antenne ist ; ist
diese empfindlich ist es sinnvoll den Wert einzuhalten, ist die Antenne weniger empfindlich ist es nicht sinnvoll
- Dieser Umstand wird bei der „ΔT/T < 6 % Methode“ berücksichtigt
2.65. Warum sollten zur ISL-Kommunikation über große Distanzen Frequenzen um die 60 GHz bevorzugt werden
verwendet? Diskutieren sie Vor- und Nachteile alternativer Frequenzen!
- Hohe Datenrate
- Stark konzentrierte Keule
- Keine atmosphärische Dämpfung
- Vorteil kleinerer Frequenzen
- Weniger Leistungsbedarf
- Geringere Bitfehlerrate
- Nachteil kleinerer Frequenzen
- Geringere Datenrate
- Weniger konzentrierte Keule
- Untere Frequenzen werden für die Kommunikation zur Erde benutzt evtl. Störung
2.66. Nennen und erläutern Sie die drei Hauptmodulationsverfahren!
- Amplitudenmodulation (ASK- Amplitude Shift Keying)
- Änderung der Amplitude des Trägersignals durch das Nutzsignal
- Frequenzmodulation (FSK- Frequency Shift Keying)
- Änderung der Frequenz des Trägersignals durch das Nutzsignal
- Phasenmodulation (PSK- Phase Shift Keying)
- Verschiebung der Phase des Trägersignals durch das Nutzsignal
2.67. Welches sind die drei meist verwendeten Multiplex-Verfahren? Worin unterscheiden diese sich?
- TDMA – Time Division Multiple Access
- Sequentiell, nacheinander
- Jeder Teilnehmer kurz Zugriff
- FDMA – Frequency Division Multiple Access
- Gleichzeitig auf verschidenen Frequenzen
- CDMA – Code Division Multiple Access
- Codierte Signale gleichzeitig auf gleicher Frequenz
2.68 Warum sollte die Abtastrate zur Digitalisierung analoger Signale höher als das Nyquist - Theorem sein? Und
warum werden analoge Signale grundsätzlich nicht mit einer bspw. um den Faktor 50 höheren Abtastrate digitalisiert?
- fA > 2 fS
- Bei zu geringer Abtastrate entstehen zu große Fehler, da das abgetastete Signal nicht gut abgebildet wird
- Faktor 50 wäre unnötig hoch unnötiger Aufwand und Leistung
2.69. Was verstehen Sie unter Quantisierung?
- Aufteilung des gesamten Wertebereichs des Analogsignals in endliche Zahl von Intervallen
2.70. Wie viel Amplitudenstufen und wie viel Abtastimpulse stehen zur Digitalisierung beim 5-PAM-Verfahren zur
Verfügung, wenn das Signal mit 4 Bit kodiert wird? Berechnen Sie den maximalen Quantisierungsfehler!
- 16 Amplitudenstufen
- 2bit=24=16
- 31,25μs Abtastimpulse (32Hz)
- 2PAM=25=32
- 3,125% Quantifizierungsfehler
- 1/2bit+1=1/25=0,03125
2.71. Wie ist die digitale Signalrate [bps] definiert?
- Signalrate=Abtastfrequenz [Hz]*Codewortlänge[bit]
2.72. Nennen und erläutern Sie mind. 3 Verfahren zur Umwandlung digitaler Daten in digitale Signale (sog. Signalkodierung)!
- NRZ – Non return to zero
- Fester Pegel
- Signalwechsel am Intervallgranzen
- RZ – Return to zero
- Rechtecksignal in der ersten Hälfte des Bitintervalls bei 1, danach, Rückkehr auf 0
- Differential Manchester
- Änderung in Intervallmitte
- Bei 0 auch am Intervallanfang
2.73. Entscheiden Sie, ob die folgenden Aussagen richtig sind. Begründen Sie Ihre Entscheidung!
a) Das Signal zu Störverhältnis durch Quantisierungsfehler sinkt mit der Anzahl der Bits pro Abtastvorgang.
b) Der Digitaliserungsfehler steigt mit der Anzahl der Abtastimpulse.
a) Falsch
Mehr bits -> genauere Darstelllung des analogen Signals ->geringerer Quantisierungsfehler
b) Falsch
Höhere Abtastrate > genauere Abbildung des analogen Signals -> weniger Fehler
2.74. Mehrere analoge Signale der Nutzlast eines Satelliten sollen digitalisiert, auf Trägerfrequenzen moduliert und
auf nur einem Übertragungsweg gebündelt zur Bodenstation übertragen werden. Die quasi-standardisierte Satellitenplattform „Fantasy-Space-Bus Rene-Descartes“ der Firma SPACE-CHEESE verwendet die Verfahren BPSK, PCM, TDMA, PAM und NRZ-S. Erläutern Sie diese Verfahren und in welcher Reihenfolge wenden Sie diese an?
- BPSK – Binary Phase Shift Keying
- Phasenmodulation mit Umschaltung zwischen 2 Phasen (i.d.R. 180° verschoben)
- PCM – Pulse Code Modulation
- Erzeugung eines Digitalsignals mittels Codierung
- TDMA – Time Division Multiplexing Access
- Siehe 2.67.
- PAM – Puls Amplitude Modulation
- Quantisierung durch Abtasten des Signals mit einer zeitlich konstanten Abtastrate
- NRZ-S – Non return to zero - Space
- Codierung mit Signalwechsel bei 0
- Reihenfolge
- Quantisierung -> Digitalisierung -> Codierung -> Modulation -> Multiplexing
- PAM -> PCM -> NRZ-S -> BPSK -> TDMA
2.75. Nennen Sie einen Vor- und einen Nachteil des QPSK - Verfahrens!
- Quaterney Phase Shift Keying
- Vorteil
- Höhere Datenrate (2 bit gleichzeitig)
- Nachteil
- Aufwendiger, da 2 orthogonale Träger notwendig
2.77. Wie ist die Bitfehlerrate BER definiert? Wodurch wird diese beeinflusst?
- Verhältnis von fehlerhaft empfangenen Bits zu empfangenen Bits
- Abhängig von Codierverfahren und Rauschen
2.78. Warum wird sehr oft das BPSK - Verfahren bei niedrigem Störabstand verwendet?
- Niedrige Bitfehlerwartscheinlichkeit
- niedriger Störabstand
2.79. Die Anforderungen an das Communication Subsystem resultieren aus verschiedenen Quellen. Nennen Sie sieben Quellen und mindestens zehn resultierende Anforderungen!
- Geometrie der Funkstrecke
- Orbit
- Abdeckungsbereich
- Ausrichtung
- Antennensysteme
- Fokussierung des Datenstrahls
- Linkbudget
- Sende Leistung
- Datenhandling
- Sicherheit Codierung
- Fehlerfreiheit
- Lebensdauer
- Beständige Materialien
- Thermalkontrolle
- Effizientes Abführen von Wärme
- Energie
- Stromgewinn durch Solaranlagen
2.80. Nennen Sie zu allen Subsystemen eines RFZ mind. eine Schnittstelle zum Communication Subsystem!
- Command and Data Handling System
- Umwandlung von empfangenen oder zu sendenden Daten
- Attitude and Orbit Control system
- Ausrichtung der Antenne
- Propulsion System
- Ausrichtung der Antenne
- Environment Control and Life Support System
- Senden der aktuellen Atmosphärenwerte oder Körperdaten an Mission Control
- Extra Vehicular Activity System
- Kommunikation mit Astronauten im Außenbordeinsatz
- Electrical Power System
- Strom für Sendeleistung
- Thermal Control System
- Abfuhr der Wärme durch Sendeleistungsverluste
- Structure and Mechanisms System
- Anbau der Antennen und gewährleistung deren Beweglickeit
- Payload
- Übertragung der Experimentendaten
2.81. Neue Satelliten unterliegen dem Trend einer Erhöhung der on-board Prozesse (Bearbeitung von Daten im Satelliten).
Was sind die Gründe dafür? Welche Auswirkungen hat dies auf das Kommunikationssystem und auf andere
Subsysteme?
- Fertig aufbereitete Datenpakete werden gesendet
- Ausnutzung der Bandbreite -> mehr Kanäle
- Auswirkung
- Mehr Energie/Rechenleistung benötigt
- Mehr Wärme entsteht durch Rechenleistung
