Digitale und Analoge Modulationsverfahren. Inhaltsverzeichnis. Abbildungsverzeichnis. ADM I Analoge & Digitale Modulationsverfahren

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1 ADM I Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Digiale und Analoge Modulaionsverfahren Inhalsverzeichnis 1 Idealisiere analoge und digiale Signale 1 2 Bezeichnungen für digiale Modulaionsverfahren 2 3 Eingriffsmöglichkeien in den Hochfrequenz Träger Ampliuden Modulaion Winkelmodulaion Modulaor Blockschalungen Erzeugungvon DSB Erzeugungvon Quadraur DSB (QDSB) bzw. QAM und QPSK Erzeugungvon Winkel Modulaionen Erzeugung von Winkelmodulaion mi NCO Quadraur Phasen Modulaor mi Cos und Sin Vorverzerrung Vergleich der digialen und analogen Modulaionsverfahren Überragungsechnische Eineilung der digialen Modulaionen Abbildungsverzeichnis 1.1 Spekrale Leisungsdiche von recheckförmigen Daen Symbolen, in linearer und logarihmischer Darsellung Typische Zeiverläufe von DSB und AM. Bei einem Nulldurchgang der Hüllkurve (der DSB) erfolg ein Phasensprung der Trägerschwingung um π (markier mi ) Erzeugungvon PM mi FM Modulaor und FM mi PM Modulaor Schwingungsformenvon FM und PM (erzeugmi FM Modulaor) FM und PM Zeiverläufe für Cosinus förmigesnachrichensignal Blockschalbild zur Erzeugung von DSB Blockschalbild zur Erzeugung von QPSK & QAM (analog: QDSB). Das Digial Baseband Signal Processing enhäl die Blöcke: Mapping und Inerpolaor (mi D/A Wandlung) Blockschalbild eines NCO Zerlegung eines Pendelzeigers in seine Inphasen und Quadraur Komponene. Die Ampliude A is als ÛC zu lesen Quadraur Phasen Modulaor Ampliuden, Frequenz, und Phasenasung ASK mi bipolarem Daensignal is eine DSB Doppelseienband Modulaion (DSB) und Phasenmodulaion (PM) bei verrundeem Daensignal Hochfrequenz Bandbreievon DSB bzw. PM/FM c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

2 ADM II Analoge & Digiale Modulaionsverfahren. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

3 ADM 1 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Digiale und Analoge Modulaionsverfahren Ganz zu Anfang waren die analoge Welen völlig gerenn von den digialen Welen. Diese lassen sich folgendermaßen charakerisieren. Analoge Signale sind für alle Zeipunke definier. Digiale Signale sind nur zu den Abas oder Takzeipunken definier. Ein wichiges Krierium für analoge Signale is deren Spekralvereilung und Bandbreie. Wichig für digiale Signale is die eindeuige Zuordenbarkei zu logischen 1 und 0 Zusänden. Diese unerschiedlichen Blickwinkel führen dazu, daß sich in jeder dieser Welen prakisch unabhängig von einander Bezeichnungen herausbildeen, und in Folge dessen für gleiche oder ähnliche physikalische Prozesse unerschiedliche und dami in manchen Fällen auch widersprüchliche bzw. irreführende Namen verwende werden. Dies riff insbesondere für die Modulaionsverfahren zu, welche hier näher berache werden. 1 Idealisiere analoge und digiale Signale Im Analogen sind die Sinusschwingung bzw. die Cosinusschwingung der Idealypus eines Signals. Mi Hilfe dieser Signale lassen sich lineare Nezwerke beschreiben, wovon z.b. die komplexe Wechselsromrechnung Gebrauch mach. Spekral haben Sinus bzw. Cosinus nur eine einzige Linie (bei posiiven Frequenzen). Diese Schwingungsformen kommen dami (heoreisch) mi der minimal möglichen Bandbreie B 0 bei einer Überragung aus. Im Digialen beseh der Idealypus eines Signals aus einer recheckförmigen Zeifunkion, besehend aus 1 und 0 Bis, die quasi in zufälliger Weise auf einander zu folgen scheinen. Von einer solchen Zeifunkion läß sich infolge mangelnder Kennnis der genauen Abfolge der 1 und 0 Bis unmielbar keine Spekralvereilung besimmen. Man muß hier einen Umweg über die Auokorrelaionsfunkion (AKF) und die spekrale Leisungs Diche (PSD) wählen. Für den Fall, daß die einzelnen Bis saisisch von einander unabhängig sind, so gewinn man die spekrale Leisungsdiche aus der Form eines einzelnen 1 Bis. Dami ha man den wohlbekannen Zusammenhang von recheckförmiger Zeifunkion () und sin(x) förmiger Spekralvereilung F (ω), d.h. ( sin(x) x ) 2 Form der Spekralen Leisungs Diche P (ω), Bild 1.1. x Leisungsdiche /2 Spekrum P(ω) P(ω) 1 Leisungsdiche / db Spekrum P(ω) 0 db P(ω) / db B 3dB ω N ω N 2ω/ω N B 35dB 0.2 ω N ω N 2ω/ω N (Kreis ) Frequenz (Kreis ) Frequenz Bild 1.1: Spekrale Leisungsdiche von recheckförmigen Daen Symbolen, in linearer und logarihmischer Darsellung c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

4 ADM 2 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Hieraus geh hervor, daß die Bandbreie B dieses idealen digialen Signals gegen B geh. Überragungskanäle (bzw. Überragungssyseme) haben grundsäzlich eine begrenze Bandbreie B. Dahersindfür eine Überragung ideale digiale Signale nich verwendbar. Abhilfe schaff nur, das digiale Signal geeigne zu verrunden. Dami wird aus einem reinen Digialsignal ein analoges Signal mi (auf einfache Weise) digial auswerbaren Eigenschafen. Wir sind dami an der Selle angelang, wo sich analoge und digiale Welen mieinander verquicken. 2 Bezeichnungen für digiale Modulaionsverfahren Die Bezeichnungen für digiale Modulaionen sammen aus deren Eigenschafen zu den Abaszeipunken auf der Empfängerseie. Hierbei wird jeweils die Eigenschaf benann, die sich von Abaszeipunk zu Abaszeipunk im Empfangssignal geänder haben kann: Phase ϕ, FrequenzΩ C, Ampliude ÛC bzw. Kombinaionen daraus. Die wichigsen hierbei verwendeen Begriffe sind: PSK Phase Shif Keying FSK Frequency Shif Keying ASK Ampliude Shif Keying QAM Quadraure Ampliude Modulaion APSK Ampliude Phase Shif Keying CPM Coninuous Phase Modulaion MSK Minimum Shif Keying GMSK Gaussian Minimum Shif Keying CPFSK Coninuous Phase FSK TFM Tamed Frequency Modulaion Keying bedeue (Um ) Tasen 1 und dies is dami ein deulicher Hinweis darauf, daß die digiale Modulaion nur zu den Abaszeipunken berache wird. Daher geh aus diesen Bezeichnungen meis nich hervor, was zwischenzeilich d.h. zwischen den Abaszeipunken mi dem Signal passier. Das geh of sogar so wei, daß salopp davon gesprochen wird, daß die Ampliude spring oder die Phase umspring. 3 Eingriffsmöglichkeien in den Hochfrequenz Träger Modulaion bedeue, einem hochfrequenen Träger eine Informaion u N () aufzuprägen. Der hochfrequene Träger is i.a. eine Cosinusschwingung. u C () = Û C cos{ ψ()} = Û C cos( Ω C + ϕ) (3.1) Es gib somi genau 3 Möglichkeien, die Parameer dieses Trägers durch ein Nachrichensignal u N () zu beeinflussen, egal ob dieses analog oder digial is: Ampliude Û C = ÛC{u N ()} : Ampliudenmodulaion Frequenz Ω C = Ω C {u N ()} : Frequenzmodulaion Phase ϕ = ϕ{u N ()} : Phasenmodulaion (3.2) Um zu erkennen, bei welcher der digialen Modulaionsaren in welchen Parameer der Trägerschwingung eingegriffen wird, werden zunächs die (klassischen) analogen Modulaionsverfahren kurz berache und deren charakerisischen Eigenschafen herausgearbeie. 1 Key is auch die Bezeichnung für die Morse Tase. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

5 ADM 3 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren 3.1 Ampliuden Modulaion Bei der Ampliudenmodulaion gib es folgende Varianen, Bild 3.1 : Û C {u N ()} = [ÛC 0 + k AM u N ()] : AM gewöhnliche Ampliuden Modulaion Û C {u N ()} = k DSB u N () : DSB Doppel Seienband Modulaion (3.3) k AM is die Modulaorkonsane für AM. ÛC 0 besimm die Ampliude des HF Trägers. Die Nachrichenspannung u N () ri bei AM als obere und (inverier) als unere Hüllkurve auf. AM kann daher miels eines Hüllkurven Deekors demodulier werden. (asynchrone Demodulaion) AM wird i.a. nich zur Überragung von Digialsignalen verwende. Ausnahme: Opische Überragung, bei der ein LASER ensprechend zum Daensignal 1 eingeschale wird. k DSB is die Modulaorkonsane für DSB. DSB ha im Spekrum keine HF Träger Linie. Die Nachrichenspannung u N () ri bei DSB als Hüllkurve der Hochfrequenz auf. Obere und unere Hüllkurve überschneiden sich, wodurch Phasensprünge von π im hochfrequenen Signal ensehen. Man beache die Phasensprünge von π bei der DSB, an den Sellen wo die Nachrichenspannung u N () durch 0 geh, siehe die Pfeile in Bild DSB Zeifunkion 2.5 AM Zeifunkion 2 2 obere Hüllkurve obere Hüllkurve Phasensprünge π Träger Ampliude Ampliude Ampliude unere Hüllkurve unere Hüllkurve Zei Zei Bild 3.1: Typische Zeiverläufe von DSB und AM. Bei einem Nulldurchgang der Hüllkurve (der DSB) erfolg ein Phasensprung der Trägerschwingung um π (markier mi ) Diese Eigenschaf der DSB wird für Daenüberragung benuz: 0 0 Phase ensprich logisch 1, Phase ensprich logisch 0. Die ensprechenden digialen Modulaionen werden dann jedoch als Phasen Umasung Phase Shif Keying, (PSK) bezeichne. Die Ähnlichkei im Namen führ häufig zu Verwechslungen mi (echer) Phasenmodulaion (PM), zumal in der angelsächsischen Lieraur PSK of auch als phase modulaion bezeichne wird. Die digiale PSK Modulaion (Phase Shif Keying) is demzufolge keine Phasen Modulaion im überragungsechnischen Sinne, sondern eine Doppelseienband Modulaion (DSB) mi unerdrückem HF Träger. Charakerisisch für eine Ampliudenmodulaion bzw. DSB sind die äquidisanen Nulldurchgänge der modulieren hochfrequenen Schwingung. Dies folg daraus, weil per Definiion hier nur in die Ampliude, nich aber in die Frequenz oder in die Phase des Hochfrequenz Trägers eingegriffen wird. daß die Bandbreie der Modulaion exak das doppele der Grenzfrequenz des modulierenden Signals is. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

6 ADM 4 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren 3.2 Winkelmodulaion Bei der Winkelmodulaion gib es zwei von einander abhängige Möglichkeien. ϕ{u N ()} = k PM u N () : PM Phasenmodulaion dϕ{u N ()} d = k FM u N () : FM Frequenzmodulaion Die Konsanen k PM, k FM in Gleichung (3.4) sind die Modulaorkonsanen für PM bzw. FM. Die Winkelmodulaionen haben folgende Eigenschafen: Da sich ϕ() änder, wenn sich dϕ()/d änder, reen Phasenmodulaion und Frequenzmodulaion immer gleichzeiig auf. Man kann daher mi Hilfe eines Phasenmodulaors auch eine FM erzeugen und miels eines Frequenzmodulaors eine PM. Dafür muß nur das Nachrichensignal u N () inegrier bzw. differenzier werden, siehe Bild 3.2. FM und PM reen also immer gemeinsam auf, weshalb diese auch mi Winkel Modulaionen bezeichne werden. (3.4) u () N d d u () N P-Mod F-Mod PM u () N u N() d F-Mod P-Mod FM Bild 3.2: Erzeugung von PM mi FM Modulaor und FM mi PM Modulaor Die Unerscheidung im Namen (FM, PM) zeig nur, welche Größe der Nachrichenspannung proporional is, Gleichung (3.4) und Bild [3]. I m() 2 x dm() d I m() dm() d I (a) (c) I (a) (c) 99,9 100,1 MHz MHz 100 MHz Bild 3.3: Schwingungsformen von FM und PM (erzeug mi FM Modulaor) Demzufolge sind die Zeiverläufe von PM und FM für eine cosinusförmige Nachrichenspannung bis auf eine Phasenverschiebung gleich, Bild 3.4. Charakerisisch für eine Winkelmodulaion sind die absolu konsane Ampliude der modulieren Schwingung. Auch das is wieder eine Selbsversändlichkei, denn es wird bei der Winkelmodulaion nur in den Winkel, aber nich in die Ampliude der Trägerschwingung eingegriffen. daß die Bandbreie der Modulaion größer als das doppele der Grenzfrequenz des modulierenden Signals is. 1 Man beache, daß die Differeniaion einer recheckförmigen Signalspannung auf δ Impulse führ. Ein realer FM Modulaor wäre dami überseuer. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

7 ADM 5 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Bild 3.4: FM und PM Zeiverläufe für Cosinus förmiges Nachrichensignal 4 Modulaor Blockschalungen Die Blockschalungen zur Erzeugung der Modulaionsaren sind sehr hilfreich für den Vergleich zwischen den analogen und den digialen Modulaionsverfahren und für die Klassifizierung der digialen Modulaionsaren im überragungsechnischen Sinne. 4.1 Erzeugung von DSB Gemäß Gleichung (3.3) wird zur Erzeugung von DSB das Nachrichensignal u N () mi dem Trägersignal cos(ω C ) muliplizier. Hierzu benöig man einen Muliplizierer, in Bild 4.1 als dargesell, der allerdings echnisch auf mehrere Aren realisierbar is. Analoger Muliplizierer (als inegrierer Schalkreis erhällich) Schalmodulaor mi anschließendem Bandpaß Filer zur Unerdrückung von harmonischen Frequenzen. Der Schalmodulaor wird auch als Ring Modulaor bezeichne und in Dioden oder Transisorechnik realisier. Muliplizierender D/A Wandler u () N u () N cos( ) Ω C ~ DSB cos( Ω C ) Bild 4.1: Blockschalbild zur Erzeugung von DSB 4.2 Erzeugung von Quadraur DSB (QDSB) bzw. QAM und QPSK QDSB is eine Erweierung von DSB. Wird bei DSB das Nachrichensignal u N () mi einem Cosinus Träger cos(ω C ) muliplizier, so sell QDSB die Möglichkei dar, zwei von einander unabhängige Nachrichensignale u I () =I() bzw. u Q () =Q() mi zwei Trägern cos(ω C ) bzw. sin(ω C ) zu muliplizieren 1. Die beiden modulieren Schwingungen, die so ensehen, haben zwar die gleiche Mienfrequenz, sind jedoch zu einander orhogonal. Siekönnen daher empfangsseiig wiederum gerenn werden. Die QDSB gesae daher, im gleichen Frequenzband wie die DSB die doppele Menge an Informaion zu überragen. Das Blockschalbild des Quadraur Modulaors, Bild 4.2, is dami unmielbar aus dem Blockschalbild des DSB Modulaors (Bild 4.1) zu versehen. Der linke Block (gelb unerleg) wandel die Daen um in verrundee I und Q Symbole. Der reche Teil (grün unerleg) is der analoge I/Q Quadraur Modulaor. Die meisen digialen Modulaionen werden miels Quadraur Modulaor erzeug, weil hierdurch eine Modulaion mi minmaler Bandbreie enseh. Die I und Q Symbole müssen zu diesem Zweck verrunde werden, was in Bild 4.2 durch den Block Digiale Inerpolaion geschieh 2. 1 I() (In Phase) und Q() (Quadraur Phase). Das DSB moduliere Q() Signal ha 90 0 Phasendrehung gegenüber dem DSB modulieren I() Signal. 2 Für eine analoge QDSB sind die gelb unerlegen Blöcke nich erforderlich. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

8 ADM 6 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Daa d() I Π-Symb Digial Baseband Processing Q Π-Symb TP TP I() Symbols Q() Symbols cos( Ω C ) sin( Ω C ) + - Σ QPSK QAM Bild 4.2: Blockschalbild zur Erzeugung von QPSK & QAM (analog: QDSB). Das Digial Baseband Signal Processing enhäl die Blöcke: Mapping und Inerpolaor (mi D/A Wandlung). 4.3 Erzeugung von Winkel Modulaionen Nach Gleichung (3.4) wird in das ArgumendeshochfrequenenTrägers, also in dessen Phase bzw. Frequenz, eingegriffen. Viele der für analoge Winkelmodulaionen üblichen Schalungen arbeien für digiale Anforderungen nich präzise genug, wie z.b. die Beeinflussung der Frequenz über Kapaziäs Dioden, wie sie bei Spannungs geseueren Oszillaoren (VCO: volage conrolled oscillaor) üblich sind. Insgesam gib es 2 Möglichkeien, mi der nowendigen Genauigkei eine Winkelmodulaion zu erzeugen. Numerisch geseuerer Oszillaor, NCO Quadraur DSB Modulaor mi Cos und Sin Vorverzerrung des Nachrichen Signals (Phasen Signals) Erzeugung von Winkelmodulaion mi NCO Bild 4.3 zeig die Blocksrukur eines NCO (NCO: Numerically Conrolled Oscillaor).Herzsück eines NCO is eine Look Up Tabelle, in der die Süzwere der Cos bzw. Sin Schwingung mi großer Genauigkei und in ausreichender Anzahl abgeleg sind. Für eine gewünsche Frequenz wird im Phasenaccumulaor eine ensprechende Schriweie eingesell. Über das Phasen Regiser läß sich die Phase modulieren. Bild 4.3: Blockschalbild eines NCO Quadraur Phasen Modulaor mi Cos und Sin Vorverzerrung Zur Herleiung des Blockschalbildes zu diesem Winkel Modulaor geh man vom Pendelzeiger Diagramm der FM/PM aus und zerleg die Pendelbewegung in eine 0 0 Komponene (Inphase) und in eine 90 0 Komponene (Quadraur), Bild 4.4. Diese Zerlegung gil für beliebig große Phasenauslenkung, also auch für ϕ π. Da der Phasenwinkel ϕ bei der PM (gemäß dem Nachrichensignal) zeiabhängig is, wird er als ϕ() geschrieben. Dami gil: u I () = ÛC cos{ϕ()} In Phase u Q () = ÛC sin{ϕ()} Quadraur Phase (4.1) c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

9 ADM 7 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Q im A sin[ϕ ()] A A ϕ() cos[ϕ ()] I re Bild 4.4: Zerlegung eines Pendelzeigers in seine Inphasen und Quadraur Komponene. Die Ampliude A is als ÛC zu lesen. Die Größen u I () bzw. u Q () sind die Ampliuden einer Cos Spannung (In Phase) bzw. einer Sin Spannung (Quadraur Phase). Dami ergib sich das folgende Blockschalbild für einen Phasen Modulaor, Bild 4.5, der sich digial realisieren läß. Das Blockschalbild des Quadraur Phasen Modulaors unerscheide sich von dem des Quadraur DSB Modulaors, Bild 4.2, in folgenden Punken: Beide Zweige werden vom gleichen Nachrichensignal gespeis. Das Nachrichensignal wird im I Zweig gemäß cos( ) und im Q Zweig enspechend zu sin( ) vorverzerr. Die beiden Blocksrukuren, Bilder 4.2 und 4.5, sollen also nich verwechsel werden. cos( Φ) Φ I () X Φ() Phase Modulaor sin( Φ) Φ Q () X cos( Ω C ) sin( Ω C ) + Σ - PM ( Φ() ) FM ( d() ) Bild 4.5: Quadraur Phasen Modulaor 5 Vergleich der digialen und analogen Modulaionsverfahren Bei der Namensgebung für die digialen Modulaionsverfahren wurde das Digialsignal als nich verrunde unersell. Dies drück sich in der Bezeichnung Tasung aus. Dami ergeben sich zunächs folgende formale Gleichsezungen der Modulaionsverfahren, die bei unkriischer Anwendung eine Quelle von Mißversändnissen sein können. Doppelseienbandmodulaion DSB = Ampliudenasung ASK Frequenzmodulaion FM = Frequenzumasung FSK Phasenmodulaion PM = Phasenumasung PSK c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

10 ADM 8 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren In Bild 5.1 [1] sind diese Bezeichnungsweisen für die Modulaionsverfahren für ein nich verrundees digiales Signal dargesell. ASK u d FSK Ampliudensprung T 2T 3T u Tr PSK Frequenzsprung Phasensprung Bild 5.1: Ampliuden, Frequenz, und Phasenasung Aufgrund der Darsellung in Bild 5.1 können die Modulaionen auch wie folg ensanden sein: ASK (ampliude shif keying) : Mi Hilfe eines Muliplizierers bzw. eines Schalers FSK (frequency shif keying) : Mi Hilfe eines Frequenzmodulaors, mi der Nebenbedingung,daßer eine Modulaorkonsane k FM von genau der Größe ha, daß immer eine volle Anzahl Halbschwingungen der jeweiligen Frequenz in die Bibreie paß. PSK (phase shif keying) : Mi Hilfe eines Phasenmodulaors, mi der Nebenbedingung, daß er eine Modulaorkonsane k PM von genau der Größe ha, daß jeweils ein Phasensprung von exak erfolg. Mi diesen zusäzlichen Nebenbedingungen und der Unersellung eines recheckförmigen Daensignals sind die überragungsechnischen und die digialechnischen Definiionen der Modulaionen bisher anscheinend noch idenisch. Bei der Daenüberragung wird jedoch kein unipolares Signal verwende, wie es in Bild 5.1 gezeichne is, sondern ein bipolares Daensignal 1 wie in Bild 5.2.[1] u d ASK DSB Phasensprung π Bild 5.2: ASK mi bipolarem Daensignal is eine DSB Die moduliere Schwingung (ASK bzw. DSB) in Bild 5.2 sieh nun in der Ta genauso aus wie die PSK in Bild 5.1. Als Folge davon wird sie in der digialen Überragungsechnik auch als PSK bezeichne. 1 Unersell man im Miel gleich viele logische 1 wie logische 0 in einem Daensignal, so benöig die bipolare Überragung für gleichen Absand der logischen Pegel nur die Hälfe der Leisung wie eine unipolare Überragung. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

11 ADM 9 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Bei den Nebenbedingungen gib es aber einen wesenlichen Unerschied: Bei einer DSB sind die Phasensprünge immer exak Die Unerschiede werden noch deulicher, wenn man ein verrundees und kein recheckförmiges Daensignal berache, Bild 5.3 [1]. Hier wird nichs mehr gease. u d DSB Phasensprung π PM Phasenübergang Bild 5.3: Doppelseienband Modulaion (DSB) und Phasenmodulaion (PM) bei verrundeem Daensignal Das DSB Signal ha keine konsane Hüllkurve aber äquidisane Nulldurchgänge der Trägerschwingung. Es gib Phasensprünge von exak π. Ampliuden Sprünge reen nich auf. Das PM Signal ha eine konsane Hüllkurve, jedoch keine äquidisanen Nulldurchgänge. Phasen Sprünge reen nich auf. Man erkenn hier deulich die unerschiedlichen Blickwinkel in der Berachungsweise von analoger und digialer Überragungsechnik in Bezug auf das moduliere Signal: Digiale Überragungsechnik Das Signal ineressier nur zu den Abaszeipunken. Die digiale Informaion soll möglichs einfach aus dem analogen Zeiverlauf zurückgewonnen werden können. Ha der HF Träger zum Abaszeipunk eine andere Phase, wird die zugehörige Modulaion als PSK (phase shif keying) bezeichne. Ha der HF Träger zum Abaszeipunk eine andere Frequenz, wird die zugehörige Modulaion als FSK (frequency shif keying) bezeichne. Ha der HF Träger zum Abaszeipunk eine andere Ampliude, wird die zugehörige Modulaion ASK (ampliude shif keying) bezeichne. Ha der HF Träger zum Abaszeipunk eine andere Ampliude & eine andere Phase, wird die Modulaion QAM (quadraure ampliude modulaion) oder APSK (ampliude phase shif keying) bezeichne. Analoge Überragungsechnik Das Signal ineressier zu allen Zeipunken. Ha ein Signal Schwankungen in der Hüllkurve und äquidisane Nulldurchgänge, lieg eine Ampliudenmodulaion bzw. DSB vor. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

12 ADM 10 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Ha ein Signal eine konsane Hüllkurve und keine äquidisanen Nulldurchgänge, lieg eine Winkelmodulaion (FM oder PM) vor. Ha ein Signal keine konsane Hüllkurve & keine äquidisanen Nulldurchgänge, lieg in der Regel eine Quadraur Doppel Seienband Modulaion (QDSB) vor. 2 Wesenliches Krierium is die Bandbreie des modulieren Signals. Daher muß das modulierende Signal immer verrunde, oder mi anderen Woren: bandbegrenz, sein. 5.1 Überragungsechnische Eineilung der digialen Modulaionen Aufgrund ihrer überragungsechnischen Eigenschafen kann folgende Eineilung der digialen Modulaionen vorgenommen werden: Doppelseienbandmodulaionen (DSB) bzw. Quadraur DSB (QDSB) alle PSK Verfahren: 2PSK, 4PSK, 8PSK,... alle QAM Verfahren: 4QAM, 16QAM, 32QAM,..., 512QAM alle APSK Verfahren: ASK, 16APSK, 64APSK,... Frequenzmodulaionen (FM). Zur Daenüberragung wird nur FM (und keine PM) verwende, obwohl als Bezeichnung dafür Digial Phase Modulaion üblich is. alle FSK Verfahren: FSK, CPFSK alle CPM Verfahren (coninuous phase modulaion): CPM, TFM alle MSK Verfahren (minimum shif keying): MSK, GMSK Diese Eineilung läß sich auch ganz einfach mi Hilfe der Blockschalbilder für die zugehörigen Modulaionsverfahren erkennen: DSB Verfahren : Muliplizierer oder I/Q Mulipizierer (Quadraur Modulaor) FM/PM Verfahren : PLL Srukuren (NCO) oder I/Q Muliplizierer mi Cos & Sin Vorverzerrung (Quadraur Phasen Modulaor) Bekannermaßen unerscheiden sich DSB einerseis und PM/FM anderseis auch ganz wesenlich in der HF Bandbreie. Während DSB nur die doppele NF Bandbreie Bandbreie des verrundeen Nachrichensignals (Daensignals) benöig, ha die Winkelmodulaion eine HF Bandbreie B HF,dievonder Signalampliude ÛN abhäng, Bild 5.4 [1]. Bild 5.4: Hochfrequenz Bandbreie von DSB bzw. PM/FM Der (Kreis )Frequenzhub beräg: Ω = k FM u N () max FM ; Ω = k PM d d u N() PM Frequenz Hub (5.1) max Für die HF Bandbreie der Winkelmodulaionen gil: 2πB HF 2( Ω + 4πB N ) HF Bandbreie (5.2) 2 Bei der digialen Überragung is dies der Regelfall. Aber auch eine Einseienband Modulaion (SSB: single side band) odereine kombiniere AM/PM haben ähnliche Eigenschafen bezüglich Hüllkurve und Nulldurchgängen. c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

13 ADM 11 Analoge & Digiale Modulaionsverfahren Lieraur [1] Rudolph, D. Kapiel 4 (excl. 4.3) in Bergmann: Lehrbuch der Fernmeldeechnik, 5. Auflage, Schiele & Schön [2] Rudolph, D.: Digiale und Analoge Modulaionsverfahren, Deusche Telekom Unerrichsbläer, 9 / 2003, pp [3] Lahi, B.P.: Modern Digial and Analog Communicaion Sysems, Haul Saunders [4] Haykin, S.: Analog & Digial Communicaions, Wiley [5] Sremler, G.F.: Inroducion o Communicaion Sysems, 3. Auflage, Addison Wesley c Prof. Dr. Ing. Diemar Rudolph

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