Digitale Funkübertragung: Modulation, PCM und Grundlagen

Digitale Funkübertragung: Grundlagen und Modulationsverfahren

1. Digitale Funkübertragung

Digitale Signale werden anstelle analoger Modulation übertragen. Die Übertragung umfasst die physische Installation sowie Sender und Empfänger. Digitale Systeme unterscheiden sich von konventionellen Funksystemen (AM, FM oder PM) vor allem durch die Art des Modulationssignals.

2. Digitale Radiosysteme bestehen aus Ein- und Ausgängen, modulierten Signalen und digitalen Impulsen. Die Modulation erfolgt digital statt analog.

3. Die digitale Modulationsamplitude ist nicht dieselbe wie die Amplitudenmodulation mit Dual-Band-Trägern.

4. Digitale Modulation bildet Winkel mit konstanter Amplitude. Dazu gehören die binäre Phasenmodulation (BPSK) und die binäre Frequenzumtastung (FSK).

5. Bei der binären FSK ändert sich bei jeder Frequenzänderung die logische Bedingung des Eingangssignals. Die Änderungsrate der Modulatoreingabe wird als Baudrate bzw. Bitrate bezeichnet.

6. Die Änderungsrate am Modulatorausgang entspricht dem Kehrwert der Signalisierungszeit eines Elements.

7. Bei FSK ist die Signalisierungszeit eines Elements gleich der Zeit eines einzelnen Bits.

8. BPSK ist eine Phasenmodulation mit Rechtecksignal, bei der der Träger gelöscht wird (ähnlich CW).

9. Ein BPSK-Sender verwendet einen ausgewogenen Modulator mit Phaseninversionsschalter. Das Ausgangssignal ist ein Produkt.

10. Bei BPSK gilt n = 1 pro Bit. Der Eingang dient als unabhängiger Träger, daher gilt n = 1.

11. QPSK verwendet eine mehrstufige Codierung mit m = 4.

12. Bei QPSK bestehen 4 mögliche Phasen auf einer einzigen Trägerfrequenz. Die binären Eingangsdaten werden zu Gruppen von 2 Bits zusammengefasst, sogenannten Dibits.

13. Beim QPSK-Sender werden 2 Bit pro Sekunde synchron aufgeteilt. Die Eingabedaten werden auf 2 Kanäle verteilt.

14. Im Fall von BPSK sind Bandbreite und Mindestbandbreite gleich. Digitale QAM-Modulation überträgt Informationen sowohl über Amplitude als auch Phase.

15. Die 8-QAM verwendet eine mehrstufige Codierung mit m = 8. Sie wird bei digitalen Modulationsverfahren mit gleicher Bandbreite eingesetzt.

16. Trägerrückgewinnung

Die Bandbreite wird auf ein normiertes Band bezogen. Zur Rückgewinnung des Trägers werden Verfahren zur Referenzrekonstruktion eingesetzt, um das kohärente Trägersignal am Empfänger wiederherzustellen.

17. Bei der absoluten Codierung werden binäre Daten so übertragen, dass der Träger präzise rekonstruiert werden kann. Bei QAM und PSK wird der Träger gelöscht; daher ist keine separate Trägerübertragung notwendig.

18. Die Quadrierschleife (Loop-Squared) ist eine häufig verwendete Methode zur Trägerrückgewinnung bei BPSK. Das empfangene BPSK-Signal wird gefiltert und anschließend quadriert.

19. Die Fehlerwahrscheinlichkeit hängt vom Verhältnis zwischen Trägerleistung und Rauschleistungsdichte ab. Sie wird auf das normierte Rauschband bezogen.

20. Bei nicht kohärentem FSK besteht keine Phasensynchronisation zwischen Sender und Empfänger. Beim kohärenten FSK wird ein lokales Referenzsignal im Empfänger mit Frequenz und Phase des Senders erzeugt.

21. Bei der digitalen Übertragung müssen Amplitude, Phase und Frequenz nicht exakt beurteilt werden. Die Impulse werden lediglich in einem genauen Abtastintervall bewertet.

22. Digitalisierung analoger Signale

Digitale Signale werden verarbeitet und multiplext, um analoge Signale und Einsteigergeräte zur Signalerzeugung zu nutzen.

23. Digitale Systeme müssen im Betrieb Fehler bewerten, die durch Verzerrung oder die natürliche Abtastung entstehen. Dies geschieht beim Analog-Digital-Umsetzer.

24. Die Abtastrate muss mindestens die Nyquist-Frequenz erreichen. Für Pulscodemodulation (PCM) und das Abtasten der Signale wird die Abtastfrequenz des Systems bestimmt.

25. Bei PCM zeigt das Signal den analogen Eingang. Anschließend wird es in einen Binärcode umgewandelt. Der Quantisierungsfehler wirkt wie additives weißes Rauschen.

26. Der Dynamikbereich beschreibt das Verhältnis zwischen maximal möglichem und minimal möglichem Signalpegel. Er hängt von der Anzahl der Bits im Code ab.

27. Die Codierungseffizienz zeigt, mit welchem Code die PCM-Codierung arbeitet. Eine gleichförmige Quantisierung ist ohne lineare Kennlinie nicht erreichbar.

28. Bei der digitalen Kompression und Expansion wird ein analoges Signal in einen linearen Code umgewandelt.