Klausur 6 März 2010, Fragen PDF

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Klausur Nachrichtentechnik (NAT) Termin: Raum: Hilfsmittel: Prüfer:

22.03.2010 von 12:00 bis 13:30 Uhr (Prüfungsdauer 90 min) A503 und 504 alle Hilfsmittel erlaubt Prof. Dr.-Ing. Kristof Obermann

Hinweise: • In grafischen Darstellungen müssen alle Achsen beschriftet und skaliert werden. • Der Lösungsweg muss nachvollziehbar dargestellt werden. Aussagen sind zu begründen. • Die Antworten können kurz und knapp gehalten werden. Stichpunktartige Antworten sind ausreichend. • Dieses Aufgabenblatt muss abgegeben werden, Vervielfältigung ist nicht gestattet.

1

18

2

Summe

22

3

11

4

18

5

21

90

Aufgabe 1 (18 Punkte) a) Erklären Sie den Grundgedanken des OSI-Referenzmodells. [2 Punkte] b) Welche Schichten gibt es und welche grundlegenden Funktionalitäten werden von den einzelnen Schichten des OSI-Referenzmodells bereitgestellt? Hinweis: es kann die deutsche oder englische Bezeichnung angegeben werden. [14 Punkte] c) Welche Schichten des OSI-Referenzmodells befinden sich nur in den Endgeräten und welche Schichten befinden sich in den Netzelementen von Telekommunikationsnetzen? [2 Punkte]

Aufgabe 2 (22 Punkte) a) Welche grundlegende Aufgabe haben Leitungscodes? Worin bestehen die Unterschiede zur Modulation? [3 Punkte] b) Zeichnen Sie den Spannungsverlauf u(t) für die Digitalfolge: “0000000010110000“ für die folgenden Leitungscodes: NRZ, AMI, HDB3, B6ZS, Miller, Top-Hat, und 2B1Q. [8 Punkte] Hinweise: - Zeichnen Sie die Spannungsverläufe der verschiedenen Leitungscodes untereinander und verwenden Sie denselben Zeitmaßstab (1 Kästchen entspricht der Dauer eines Bits). - die Bitrate für alle Leitungscodes sei gleich. Bei höherwertigen Leitungscodes ergibt sich eine entsprechend längere Symboldauer. - Leitungscodes, die verschiedenen Spannungswerte für die Darstellung einer logischen Eins/Null verwenden, beginnen mit dem höheren Spannungswert. c) Welche der o.a. Leitungscodes sind gleichanteilsfrei, welche nicht? [4 Punkte] d) Die Bitrate des zu übertragenden Signals sei 128 kbit/s. Welches Spektrum belegen die folgenden Leitungscodes: NRZ-S, AMI, HDB3, B6ZS, Miller, Top-Hat und 2B1Q? Legen Sie dabei für jeden Leitungscode die Signalfolge zugrunde, die das breiteste Spektrum erzeugen würde und geben Sie diese Signalfolge an. Nehmen Sie einen Roll-off Faktor von r = 0 an. [7 Punkte]

Aufgabe 3 (11 Punkte) Die komplexe Spannungsamplitude einer generatorseitig angepassten Leitung ist gegeben durch: U(z) = Uh(L) [ exp( γ[L-z] ) + r exp(-γ [L-z]) ] a) Wie groß ist der Reflexionsfaktor für die Spannung, der Reflexionsfaktor für den Strom und das Stehwellenverhältnis für eine mit einem Leerlauf abgeschlossene Leitung? [3 Punkte] b) Geben Sie einen Ausdruck für die komplexe Spannungsamplitude U(z) und die Spannung u(z,t) einer verlustlosen, am Ende leer laufenden Leitung an (Annahme: Uh(L) = Uh(L) sei reell). Skizzieren Sie den Verlauf der Spannung u(z,t) und des Stroms i(z,t) im Bereich z = 0 …1,75 λ für t = 0 und t = T/2 (T: Periodendauer). [8 Punkte]

Aufgabe 4 (18 Punkte) Betrachtet wird eine Stufenfaser umgeben von Luft. n1 bezeichnet den Brechungsindex des Kerns und n2 den Brechungsindex des Mantels (n1 = 1,45 und n2 = 1,43).

a) Warum wird die Faser als Stufenfaser bezeichnet und warum muss n1 größer als n2 sein? [2 Punkte] b) Ein Lichtstrahl wird unter einem Winkel von 16° zum Lot in die Stufenfaser eingekoppelt. Wie groß ist der Winkel des reflektierten Strahls und der Winkel des in die Faser eingekoppelten Strahls zum Lot? [4 Punkte] c) Für welche Winkel φ in der obigen Abbildung tritt Totalreflexion auf? Was geschieht mit Lichtstrahlen, die unter kleineren Winkel zum Lot auf die Grenzfläche Kern – Mantel treffen? [2 Punkte] d) Leiten Sie einen Ausdruck für den maximalen Akzeptanzwinkel θi und die numerische Apertur her. Hinweis: sin2(x) + cos 2(x) = 1. Wie groß ist θi und die numerische Apertur? [8 Punkte] e) Was ist der wesentliche Vorteil und was der wesentliche Nachteil einer SinglemodeFaser gegenüber einer Multimode-Faser? [2 Punkte]

Aufgabe 5 (21 Punkte) Es wird das folgende Zeitsignal u(t) betrachtet:

a) Um was für ein Signal handelt es sich? [2 Punkte] b) Analysieren Sie das Signal u(t) und bestimmen Sie alle relevanten Parameter. [5 Punkte] c) Stellen Sie das Spektrum des Zeitsignals u(t) dar. Welche Bandbreite wird benötigt? [6 Punkte] d) Skizzieren Sie das Modulationstrapez für das hier betrachtete Signal sowie den Messaufbau, mit dem das Modulationstrapez bestimmt werden kann. [4 Punkte] e) Welche Möglichkeiten gibt es, den Wirkungsgrad und die Bandbreiteneffizienz zu erhöhen? [4 Punkte]...