Mobile Communications - Cheatsheet

Elektromagnetische Wellen und deren Ausbreitung

Definition:

Elektromagnetische Wellen: Transversalwellen aus elektrischen und magnetischen Feldern, die sich durch den Raum ausbreiten und zur drahtlosen Kommunikation verwendet werden.

Details:

• Wellenlänge und Frequenz: \(c = \lambda \cdot f\)
• Frequenzbereiche: VLF, LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF
• Freiraumverlust: \[L = 20 \log_{10}(\frac{4\pi d}{\lambda})\]
• Absorption, Reflexion, Beugung, Streuung beeinflussen Ausbreitung
• Multipfad-Ausbreitung und Fading
• Freiraumdämpfung proportional zu \((\frac{1}{d^2})\)
• Antennenrichtwirkung
• Reflexion abhängig von Einfallswinkel und Oberflächeneigenschaften
• Sommerfelds und Friedersche Theorie zur Bodenwellenausbreitung
• ITU-R Modelle für Dämpfungsberechnungen
• Sichtlinien und Fresnel-Zonen wichtig für Link-Berechnungen

Modulationsverfahren

Definition:

Methoden zur Anpassung eines Sendersignals an das Übertragungskanal für effiziente und zuverlässige Kommunikation.

Details:

• AM: Modifikation der Amplitude.
• FM: Modifikation der Frequenz.
• PM: Modifikation der Phase.
• QAM: Kombination von AM und PM.
• PSK: Verwendung diskreter Phasen zur Darstellung von Bits.
• Funktion: Signaltransformation zum Schutz vor Störungen, Effizienzsteigerung.
• Wichtig in drahtlosen Kommunikationssystemen.
• Mathematische Darstellung z.B.: \(s(t) = A(t) \times \text{cos}(2 \pi f t + \phi(t))\).

LTE (4G) und LTE-Advanced

Definition:

LTE (Long Term Evolution) ist ein Standard für drahtlose Breitbandkommunikation für mobile Geräte. LTE-Advanced ist eine Weiterentwicklung von LTE mit erhöhter Effizienz und Kapazität.

Details:

• Frequenzbereich: 700 MHz bis 2.6 GHz
• Basisstationen: Evolved Node B (eNodeB)
• Höhere Datenraten durch OFDMA (Downlink) und SC-FDMA (Uplink)
• Maximale Downlink-Geschwindigkeit: 150 Mbps (LTE), 1 Gbps (LTE-Advanced)
• Maximale Uplink-Geschwindigkeit: 50 Mbps (LTE), 500 Mbps (LTE-Advanced)
• Carrier Aggregation: Mehrere Frequenzbänder bündeln
• MIMO (Multiple Input Multiple Output): Verbesserung der Datenraten und Zuverlässigkeit
• Peak Spektrale Effizienz: 30 bps/Hz (Downlink), 15 bps/Hz (Uplink)
• Latenz: Weniger als 10 ms

5G-NR und millimeterWave-Technologie

Definition:

5G NR (New Radio) ist der neue globale Mobilfunkstandard, der eine höhere Datenrate, geringere Latenz und höhere Kapazität im Vergleich zu 4G bietet. MillimeterWave-Technologie nutzt Frequenzen im Bereich von 24-100 GHz für ultraschnelle und hochkapazitive Verbindungen.

Details:

• 5G NR: Entwickelt von 3GPP, bietet höhere Effizienz und Flexibilität.
• Spektrum: Niedrige (Sub-1 GHz), mittlere (1-6 GHz) und hohe (24-100 GHz) Frequenzbänder.
• MillimeterWave: Sehr hohe Frequenzen, kurze Reichweite, aber hohe Datenraten (bis zu 10 Gbit/s).
• Beamforming: Richtstrahl-Technologie zur Verstärkung des Signals und Reichweitenverlängerung.
• Massive MIMO: Mehrere Antennen zur Steigerung der Kapazität und Verbesserung der Signalqualität.
• Latenz: Zielwerte unter 1 ms für ultrareaktive Anwendungen.

Routing-Protokolle und Handovers

Definition:

Routing-Protokolle optimieren Pfadfindung für Datenpakete in Mobilfunknetzen, während Handover den nahtlosen Übergang einer Verbindung zwischen verschiedenen Netzwerken/Netzwerkzellen ermöglicht.

Details:

• Routing-Protokolle: DSR, AODV, OLSR
• Handover: Hard Handover (Break-Before-Make), Soft Handover (Make-Before-Break)
• Handover-Arten: Horizontal (innerhalb desselben Netzwerks), Vertikal (zwischen verschiedenen Netzwerken)
• Entscheidungskriterien: Signalstärke, Netzwerklast, Benutzermobilität
• Formel: Latenz = Anzahl der Hops x Verriegelungszeit

Funkressourcenmanagement

Definition:

Verwaltung und Zuweisung von Funkfrequenzen und Bandbreiten in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk.

Details:

• Frequenzplanung: Optimale Nutzung der verfügbaren Frequenzen.
• Kanalzuweisung: Zuteilung spezifischer Kanäle zu Benutzern und Diensten.
• Lastenausgleich: Dynamische Anpassung der Ressourcenverteilung.
• QoS (Quality of Service): Sicherstellung einer bestimmten Dienstqualität.
• Interferenzmanagement: Minimierung von Störungen zwischen den Kanälen.
• Sicherheitsaspekte: Schutz vor unbefugtem Zugriff und Störungen.
• Mathematische Modellierung: Verwendung von Algorithmen zur Optimierung.
• Beispiel-Formeln: Frequenzzuteilung: \[ P(f) = \begin{cases} 1 & \text{falls } f\text{ zugewiesen} \ 0 & \text{sonst} \end{cases} \] Bandbreite: \[ B = \sum_{i=1}^{n} b_i \]

Intrusion Detection und Prevention

Definition:

Mechanismen zur Erkennung und Abwehr von unerlaubten Zugriffen und Angriffen in Netzwerken.

Details:

• IDPS: Intrusion Detection and Prevention Systems
• Verwendung von Signaturbasierter und Anomaliebasierter Erkennung
• Kontinuierliche Überwachung und Analyse des Netzwerkverkehrs
• Reaktion auf erkannte Angriffe: Alarmierung, Blockierung oder Quarantäne
• Versendet oft Benachrichtigungen an Administratoren
• Wichtige Komponente zur Einhaltung von Sicherheitsrichtlinien und -standards

Künstliche Intelligenz in Mobilfunknetzen

Definition:

Integration und Nutzung von künstlicher Intelligenz zur Optimierung und Automatisierung von Mobilfunknetzen.

Details:

• Netzwerkoptimierung: Anpassung der Netzwerkressourcen in Echtzeit
• Fehlererkennung und -behebung: Identifizierung und Lösung von Netzproblemen
• Predictive Maintenance: Vorhersage und Prävention von Ausfällen
• Benutzererfahrung: Personalisierung der Dienste basierend auf Nutzerdaten
• Ressourcenmanagement: Effiziente Allokation von Bandbreite und Energie
• Latenzreduktion: Minimierung der Verzögerungen durch intelligente Algorithmen