Vom singenden Draht zum DVB-C

Transkript

1 Vom singenden Drah zum DVB-C Is digiale Kommunikaion effiziener? Gerolf Ziegenhain TU Kaiserslauern

2 Übersich Einleiung Begriffsklärung Ziel Analoge Modulaion AM FM Muliplexverfahren Digiale Modulaion QPSK Krypographie

3 Überragungsverfahren Konzepe der Kommunikaionsechnik versehen Verschiedene Zugänge Mahemaischer Appara Elekronische Realisierung Beides zum Versändnis der Grundkonzepe nich nowendig!

4 Was is Effizienz? Energieverbrauch Kosen Wärme (Ausfallsicherhei) Wirkungsgrad Bandbreie Informaionsdurchsaz Einfachhei

5 Schallwellen Luf wird komprimier Longiudinalwelle Ohr Schallwelle Geräusch hören Überragungsmedium: Luf Mikrophon Schallwelle Elekrisches Signal Überragungsmedium: Kabel u() Analoges Signal Funkion u()

6 Was heiß digial? Was verbinden wir mi dem Begriff? Qualiä Verschleißfreihei Kompliziere Technik Laein: digius - Finger?

7 Telegraphie Prinzip der Telegraphie An / Aus Ton / Kein Ton Alphabe {.-} Komplizier zu lernen, unbequem Versehen wir das als digial? Konzepionell, ja Informaion Symbole Ziel: Umwandlung in Symbole auomaisieren Hellschreiber (1929): 1 Bi-Verfahren

8 Was wollen wir erreichen? Überragen von Informaionen Viel, schnell, einfach, billig Global vernezen Kosen Verbreiung Keine schnelle Elekronik analog Mehode: Analoge Modulaion Bisher: 1 Kabel pro Signal Frage: Maximale Effizienz pro Kabel?

9 Frequenzspekrum

10 Frequenzspekrum Wie kann man ein Signal analysieren? u() Zeibereich: Funkion u() Frequenzbereich: Spekralzerlegung U(f) Welche Frequenzen sind in u() enhalen? Jedes Signal is zusammengesez aus elemenaren Schwingungen: u = i ai cos i u()

11 Frequenzspekrum - Beispiele Frequenzdiche cos(ω) Ω Frequenzdiche cos(2ω) Frequenz 2Ω Frequenz Frequenzdiche cos(ω)*cos(2ω) Ω 2Ω Frequenz

12 Frequenzspekrum - Sprachsignal Beispiel: Phoneician (Sprachforscher) (Lunds Universie, Schweden) o f f o n ə i ʃ ə o n n ə i ʃ ə n

13 Beispiel: Equalizer

14 Analoge Modulaionsverfahren

15 Träger und Signal Sender: elekromagneische Wellen addiiv Mische (moduliere) niederfrequenes (hörbares) Signal in hochfrequenen Träger Signal danach auf besimmer Frequenz Empfänger: Subrahiere (bekannen) Träger vom Signal Niederfrequenes Signal wiedergewonnen

16 Ampliudenmodulaion T() Träger (hochfrequen) T =b cos u() Signal u =a cos s() Modulierer Träger s = b m a cos cos

17 Spekrum der AM s() AM Signal Signal mi Ω Träger mi ω Frequenzdiche AM Spekrum Träger mi ω Zwei Seienbänder reches Seienband ω+ω linkes Seienband ω-ω ω-ω ω ω+ω Frequenz

18 Gewinn von AM Mehrere Signale pro Leiung ( Muliplex) Einfacher Sender / Empfänger Beschränkung? Hochfrequenz & Kabel Anenne Verluse Abschirmung Kompliziere Hardware Söranfälligkei? Rauschen (änder Ampliude)

19 Frequenzmodulaion Zenral: Frequenz durch Rauschen nich beeinfluss Signal u()=a cos(ω) Moduliere Trägerfrequenz Frequenzänderung FM Träger: T()=b cos(ω) Modulieres Signal: s()=b cos(ω + ma cos(ω) ) Tonhöhe: Frequenz der Frequenzänderung Lausärke: Särke der Frequenzänderung s()

20 Vergleich: AM / FM Komplexiä FM nur marginal komplexer FM sörunanfälliger Energieverbrauch AM Informaion in Ampliude: Mehr Energie nowendig Single-Side-Band möglich Bandbreie FM Größer als in AM

21 Mehrere Signale pro Kabel?

22 Frequenzmuliplexverfahren S(f) S(f) Verschiedene Signale in ein Kabel? Berache drei verschiedene Signale f S(f) Spekrum Moduliere mi verschiedenen Trägern f S(f) f f Träger verschieden genug

23 Zeimuliplexverfahren Schale zwischen verschiedenen Sendern Jeder Sender: Zeischliz u()

24 Bandbreie und Frequenz Warum kann man die Bandbreie nich beliebig hoch machen? Viel Informaion -> hochfrequenes Signal Hochfrequene Signale schwer zu handhaben Mehr Kabel verwenden? Warum also digial? Zeimuliplex Zeiabhängige Sörungen Pakeorieniere Diense Verschlüsselung Energieeffizienz?

25 Digialisierung

26 Wie wird ein Signal digial? u() Analoges Signal u() Abasen an diskreen Sellen T() Diskree Were s() T() s() Keine Funkion u() mehr Wereabelle Codiere Wereabelle mi Alphabe Digialisier

27 Abasheorem Wie viele Süzsellen brauch man? Berache Spekrum u() U(f) Analoges Signal s() Digialisier Dami Spekrum nich überlager: f S(f) φ σ σ 2φ D.h. Abasfrequenz 2 * Maximale Signalfrequenz f

28 Digialisierung - Zusammenfassung Sender Tase Signal ab Diskree digiale Were Abasfrequenz 2 * Maximale Signalfrequenz Analog-Digial-Wandler (AD) Were Symbole z.b. ASCII-Code 0/1 Überrage Symbole Empfänger Symbole Were Digial-Analog-Wandler (DA) Signal

29 Digiale Daenüberragung

30 Sinus Kreis Phasenmodulaion Alle Signale enhalen: A sin(ω+ω) Ampliude A beliebig, fes Sinus beschreib Vekor auf Kreis Umdrehung mi ω Kreisgeschwindigkei ω Sarpunk (Phase) Ω Idee: Secke Informaion in Ω

31 (Q)PSK (Quadraic) Phase Shif Keying Wähle fese Phasen Ω Tase in fesem Zeiinervall um Jede Phase: Bikombinaion Signal Bild: QPSK2 Ton: QPSK31

32 DVB Jeder Kanal 2048, 4096, 8192 Träger Bandbreie: ~7 MHz Jeder Träger QAM 64 Phasen nich auf Kreis Weiere Anwendungsgebiee ADSL WiMAX, 4G DRM

33 PSK - Zusammenfassung Digialisier ( Pakeorienier) Söranfälligkei geringer als bei AM / FM adapive Punkewahl Vorwärsfehlerkorrekur Informaionsdurchsaz Mehrere Bis in einem Ton

34 Krypographie

35 Krypographie Was is Informaion? Inhal Tasache der Überragung Analog: Verschleiern Digial: Frequenz-Springen Asymmerische Krypographie

36 Referenzen Einführende Lieraur E. Molrech: Amaeurfunklehrgang H. Hinsch: Elekronik A. Oppenheim: Signale und Syseme E. Sadler: Moduluaionsverfahren H. Backe: Grundlagen der Signalverarbeiung ARRL: The Amaeur Radio Handbook AT&T: Principles of Elecriciy Konakmöglichkeien Dipl. Phys. G. Ziegenhain (gerolf.ziegenhain.com) Prof. Dr. H. Urbassek (