Grundlagen der Signalübertragung und Datenmodulation

Analoge Daten in analoge Signale

Die Übertragung analoger Daten erfolgt durch Modulation eines Trägersignals:

• AM (Amplitudenmodulation)
• FM (Frequenzmodulation)
• PM (Phasenmodulation)

Hierbei spielen der Träger (Carrier) und die Modulationssignale eine zentrale Rolle.

Digitale Daten in analoge Signale

Zur Übertragung digitaler Daten über analoge Kanäle werden verschiedene Modulationsverfahren eingesetzt:

• Amplitude Shift Keying (ASK): Ändert die Amplitude des Trägersignals. Binäre Werte werden durch unterschiedliche Amplituden dargestellt. Es ist anfällig für Verstärkungsänderungen und wird häufig in der Glasfasertechnik verwendet.
• Frequency Shift Keying (FSK): Beeinflusst die Frequenz des Trägers. Es ist weniger störanfällig als ASK und wird bei Modems oder im Funkverkehr genutzt.
• Phase Shift Keying (PSK): Ändert die Phase des Trägersignals. Beispiel: 0° für eine logische 0 und 180° für eine logische 1. QPSK (Quadrature PSK) ermöglicht die Übertragung mehrerer Bits pro Symbol.

Die Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde wird als Baudrate bezeichnet.

Digitale Daten in digitale Signale

Digitale Signale können verschiedene Zustände annehmen (binär, ternär, quaternär). Die Polarität unterscheidet sich wie folgt:

• Unipolar: 1 entspricht +V, 0 entspricht keiner Spannung.
• Polar: 1 entspricht +V, 0 entspricht -V.
• Bipolar: 0 entspricht keiner Spannung, 1 wechselt zwischen +V und -V.

Die Darstellung digitaler Daten wird als Leitungscode oder Basisband-Übertragung bezeichnet. Wichtig ist hierbei die Vermeidung von Gleichstromanteilen (DC-Komponente) und langen Null-Sequenzen zur Synchronisation.

Übungsaufgaben (Work Unit 2)

1. Harmonische Verzerrung

Der Koeffizient der harmonischen Verzerrung (THD) eines nichtlinearen Systems wird berechnet als:
THD = √(A2² + A3² + A4²) / A1 × 100

2. A/D-Wandler (4-Bit)

Bei einem 4-Bit A/D-Wandler mit Vref = 3V ergibt sich eine Schrittweite von 3 / (2^4 - 1) = 3 / 15 = 0,2V. Die Quantisierung erfolgt in 0,2V-Schritten von 0000 (0V) bis 1111 (3V).

3. D/A-Wandler (3-Bit)

Gegeben: K = 10mV, f = 1kHz, Vmax = 70mV.

• a) Wertetabelle: 000 = 0mV, 001 = 10mV, ..., 111 = 70mV.
• b) Signalverlauf: Darstellung des Sägezahnsignals in 10mV-Schritten.
• c) Pulsfrequenz: Bei einer Signalfrequenz von 1kHz beträgt die Pulsfrequenz 10kHz.

Zur Vermeidung langer Null-Sequenzen werden in der Praxis Leitungscodes wie AMI oder HDB3 eingesetzt. Im PCM-System (30 Kanäle) wird das Intervall 16 zur Synchronisation mit 4 Bit pro Kanal genutzt.