Leitungscodierung. Modulation , G. Hirsch. bit. Slide 1

Transkript

1 Leitungscodierung bit Slide 1

2 Spektren leitungscodierter Signale bit Slide 2

3 Übertragungsfunktion des Cosinus- Rolloff Filters -f g f g Im Fall von NRZ ist: f g 1 2 T bit Slide 3

4 Augendiagramm Die nachstehenden Augendiagramme ergeben sich für eine Übertragung als bipolares NRZ Signal und der Filterung mit einem Cosinus-Rolloff Filter, wobei für den im Bereich 0<α 1 wählbaren Faktor zwei Werte betrachtet werden. f g 1 2 T bit Slide 4

5 Amplitude Shift Keying (ASK) - Amplitudenumtastung Die nachstehenden Augendiagramme ergeben sich für eine Übertragung als bipolares NRZ Signal und der Filterung mit einem Cosinus-Rolloff Filter, wobei für den im Bereich 0<α 1 wählbaren Faktor zwei Werte betrachtet werden. Slide 5

6 Quadraturmodulator I cos 2 f t t t x mod t sin 2 f t t t Q Slide 6

7 Phase Shift Keying (PSK) Phasenumtastung 4-PSK t T symbol 1 2 T bit I Slide 7

8 Quadratur Amplitudenmodulation (QAM) Auswahl von 2 n Punkten in einem quadratischen Bereich des Signalraums zur Definition des modulierten Signals x mod für einen Block von jeweils n Bits. Beispiel: 16-QAM Q I Slide 8

9 Frequenzumtastung (FSK) Die binäre Information ( 1 und 0 ) wird durch ein sinusförmiges Signal codiert, wobei zur Codierung der binären Werte zwei unterschiedliche Frequenzen gewählt werden bit Slide 9

10 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) x mod t f t Slide 10

11 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Slide 11

12 Inkohärenter ASK Empfänger t x mod Slide 12

13 Kohärente Demodulation x mod t cos2 f t t t Slide 13

14 Empfang bei gestörter Übertragung Treten bei der Übertragung des modulierten Signals Störungen auf, so werden bei der Demodulation nicht die bei der Modulation ursprünglich verwendeten I und Q Werte bestimmt. Trägt man eine Vielzahl der nach der Demodulation bestimmten I und Q Werte in einer Signalraumdarstellung, so erhält man den in den nachfolgenden Bildern dargestellten Scatter- Plot. Je stärker gestreut die Punkte um die ursprünglich zur Modulation verwendete Position herum auftreten, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers bei der Demodulation. Slide 14

15 Zeitmultiplex- Time Division Multiplexing (TDM) Um mehrere Signale gleichzeitig zu übertragen, besteht eine Möglichkeit in einer zeitlichen Verschachtelung der Signale (Zeitmultiplex). Damit können die Signale als ein moduliertes Signal übertragen werden. Slide 15

16 Frequenzmultiplex- Frequency Division Multiplexing (FDM) Eine andere Möglichkeit der gleichzeitigen Übertragung mehrerer Signale besteht in der individuellen Modulation der Signale mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen. Damit können die Signale in separaten, in der Regel benachbarten Frequenzbändern (Frequenzmultiplex) übertragen werden. An dieser Stelle bekommt die Betrachtung der Spektren der modulierten Signale eine große Bedeutung. Beinhaltet ein Spektrum auch Signalanteile in benachbarten Frequenzbändern, so stellen diese eine Störkomponente für die korrekte Demodulation des Signals im benachbarten Frequenzband dar. Es kommt zu einem Übersprechen. Slide 16

17 Codemultiplex- Code Division Multiplexing (CDM) Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung spezieller Codes (= längere Bitsequenzen), um die einzelnen Bits eines zu übertragenden Signals zu codieren, wie es im nachstehenden Bild dargestellt ist. Da die Dauer der Codebits entsprechend der Codelänge kürzer ist als die zeitliche Länge der eigentlich zu übertragenden Bits, wird das Spektrum des codierten Signals entsprechend breiter im Vergleich zum Spektrum der ursprünglich zu codierenden Bitfolge. Deshalb spricht man an dieser Stelle auch von einem gespreizten Spektrum (spread spectrum). Slide 17

18 Codemultiplex- Code Division Multiplexing (CDM) Diesem Nachteil, einen größeren Frequenzbereich zur Übertragung zu benötigen, steht die Eigenschaft der Codesequenzen gegenüber, mit Hilfe von Korrelationstechniken auf der Empfängerseite sehr gut decodiert werden zu können. Das funktioniert so gut, dass man gleichzeitig im gleichen Frequenzbereich und zur gleichen Zeit ein oder mehrere weitere Signale mit Hilfe weiterer andersartiger Codesequenzen übertragen kann. Die unterschiedlichen Codesequenzen sind so einzigartig, dass man sie auf der Empfängerseite auch bei einer Überlagerung mehrerer derart codierter Signale wieder fehlerfrei decodieren kann. Im Gegensatz zu Zeit- und Frequenzmultiplex werden beim Codemultiplex mehrere Signale gleichzeitig im gleichen Frequenzband übertragen. Nur auf Grund der sehr speziellen Eigenschaften der Codes lassen sich die binären Informationen der zu übertragenden Signale aus dem empfangenen Signal, das ein Signalgemisch, d.h. eine additive Überlagerung aller codierten Signale beinhaltet, decodieren. Man hat festgestellt, dass man mit dieser Technik einen definierten Frequenzbereich auch sehr effizient nutzen kann. Codemultiplex wird zur Übertragung im Mobilfunkstandard UMTS und bei Übertragung der zur Realisierung des GPS (global positioning system) notwendigen Satellitensignale eingesetzt. Slide 18