Vorlesung Grundlagen Videotechnik. - Wie kriegen wir unser Signal übertragen über die Senderwelle?

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Simon Raske
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1 Vorlesung Grundlagen Videotechnik Modulationsarten - Wie kriegen wir unser Signal übertragen über die Senderwelle? - Wir können unser Signal (Ton, Video) nicht direkt auf eine Antenne geben. - Wellenlängen wären zu groß (für Ton: einige 1000 km, mit entsprechenden Antennenausmaßen) -Hätten auf diese Weise nur einen Sender,

2 -> Also: Für die Übertragung müssen sehr viel höhere Frequenzen gewählt werden. - Müssen für die Übertragung günstig sein, und eine Auswahl mehrerer Sender ermöglichen. -> Wie kriegen wir unsere Nutzinformation (Video, Ton-Signal) auf die Senderwelle? -Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten: Z.B. Amplituden Modulation (AM) - Die Nutzinformation steckt in der Amplitude der Senderwelle - älteste Modulationsart (Fessenden, ca erste Experimente mit Übertragung zu Schiffen. Anfangs war Nutzen unklar!)

3 - Mathematische Formulierung: Amplitudenmodulation: A: Um sicherzustellen, dass dieser Wert positiv bleibt, um eine positive Amplitude sicher zu stellen.

4 Veranschaulichung:

5 - Welche Eigenschaften hat diese Modulationsart? - Wie ist sie zu demodulieren? zunächst: Demodulation Demodulation sehr einfach, einer der Vorteile der AM: Beachte: Die Modulation erscheint unverändert, nun auf der Zwischenfrequenz.

6 Kennlinie einer Diode: -> Diode hat eine exponentielle Kennlinie, also sehr stark nicht linear. Anschaulich: Nach Diode: Nach Tiefpassfilterung: Beachte: Auf einfache Weise sehr präzise Rekonstrukion!

7 - Eigenschaften: Wie ist die Bandbreite der AM? Ansatz: Wir können unser Nutzsignal s(t) zerlegen in eine Summe von Sinussignalen, z.b. mit Hilfe einer Fourier-Transformation. Das gilt für den Ton, und wie wir gesehen haben auch für Bilder (Ortsfrequenzen). - Um die Bandbreite herauszufinden, können wir eine dieser Sinus-Frequenzen auswählen, z.b. die höchste Frequenz. Nennen wir sie

8 - Amplitudenmodulation mit dieser höchsten Nutzfrequenz -> Mult. von 2 Sinus-Termen: Wir erhalten die Summen-und Differenz-Frequenz:

9 Veranschaulichung: Spektrum -> Also: wie groß ist die Bandbreite des AM Signals, wenn das Nutzsignal eine Bandbreite von hat? A: AM Bandbreite ist Einmal oberhalb des Trägers, einmal unterhalb des Trägers.

10 Nochmal Demodulation: Diode ist starke Nichtlinearität. -> Wenn wir ein Signal aus einer Summe von Sinustermen auf eine Nichtlinearität geben, gibt es Wechselwirkungen zwischen diesen Sinus-Termen - Mathematisch zu sehen, wenn Dioden-Kennlinie als Taylor Reihe geschrieben wird, Exponentialfunktion ist bekannte Taylor-Reihe: Quadrat-Term von Summenfunktion enthält auch Multipl. zwischen Summanden:

11 D.h. hier bekommen wir wieder Multiplikation von Sinus-Termen! Bei AM haben wir (wie gesehen) die Frequenzen Die Multiplikation mischt sie wieder, und es ergeben sich Jetzt müssen noch die "interessanten" Anteile herausgefiltert werden: -> Tiefpassfilter: -> Mathematische Begründung, warum Demodulation

12 -> Einsicht: Demodulation ist eigentlich eine Mischung des AM Signals mit seinem eigenen Träger! (Heruntersetzen auf die Basisfreq. des Signals) -> Träger bei AM (Term sin(w_t t)), hat keine eigene Information! Er wird nur benötigt für die einfache Mischung im Empfänger mittels Diode, um Empfänger einfach zuhalten! -> Wenn wir diese Frequenz im Empfänger erzeugen würden, könnten wir auf diesen Träger bei der Übertragung, im Sender verzichten. -> Weglassen des Trägers hätte Vorteile: - Eingesparte Senderleistung - verringertes Störpotential für z.b. Nachbarsender.

13 Weglassen des Trägers z.b. möglich durch weglassen des Terms "1" in der Modulation Auf diese Weise bekommen wir nur die beiden Seitenbänder mit der eigentlichen Nutzinformation. Im Empfänger können wir das Signal trotzdem demodulieren durch Hinzufügen einer lokal erzeugten Trägerfrequenz. Beachte: Frequenz muss sehr genau stimmen, sonst gibt es Frequenzverschiebungen des demodulierten Signals! (macht Empfänger teurer).

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