Date post: | 05-Apr-2015 |
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Modulationsverfahren
Signaltheorie
Modulationsarten
Betriebsarten
Rauschsperren
Modulationsverfahren
Zeit
Am
pli
tud
e
Signaltheorie Grundsignal = Sinuswelle
Modulationsverfahren
Periodendauer = T
Zeit
Am
pli
tud
e
T
Signaltheorie 1. Charakteristikum = Periodendauer
Modulationsverfahren
Signaltheorie 2. Charakteristikum = Amplitude
Zeit
Am
pli
tud
e
Amplitude = A
Modulationsverfahren
Signaltheorie Sinuswellen - Charakteristika:
1. Periodendauer T 2. Amplitude A
Frequenz f= 1/Periodendauer= 1/T
Modulationsverfahren
Signaltheorie Darstellung im Frequenzraum
Frequenz f
Am
pli
tud
e A
Modulationsverfahren
Signaltheorie Aus einer Kombination vonSinuswellen lässt sich jedes beliebige periodische Signal konstruieren
Beispiel: Rechteckfunktion
Zeit
Am
plitu
de
Modulationsverfahren
Signaltheorie Die ADDITION von A und B ...
Modulationsverfahren
Signaltheorie ...ergibt C; weitere Addition von D...
Modulationsverfahren
Signaltheorie ...ergibt E; Addition von E...
Modulationsverfahren
Signaltheorie ...führt auf F; weitere Addition von G...
Modulationsverfahren
Signaltheorie ...ergibt schliesslich H; usw...
Modulationsverfahren
Signaltheorie Im Frequenzraum stellt sich also die Rechteckfunktion folgendermassen dar:
Frequenz f
Am
pli
tud
e A
Modulationsverfahren
Signaltheorie Wie verhält es sich mit nichtnicht periodischen periodischenSignalen (z.B. gesprochene Sprache)?
Modulationsverfahren
Signaltheorie Modellvorstellung: Das Signal lässt sichstückweise zerlegen (z.B. Bereiche A, B):
A B
Modulationsverfahren
Signaltheorie Die Zerlegung ergibt z.B:
Frequenz f
Am
pli
tud
e A Bereich A
Bereich B
Modulationsverfahren
Signaltheorie
Jedes beliebige Signal besteht also aus einer dauernd wechselnden Kombination von verschiedenen Sinuswellen.
Modulationsverfahren
Signaltheorie Über einen längeren Zeitraum ergibt sich ein charakteristischer Bereich, in welchemsich die Zerlegungen aufhalten:
Frequenz f
Am
pli
tud
e A Bereich A
Bereich B
Modulationsverfahren
Signaltheorie Diesen Bereich nennt man dasSpektrum eines Signals:
Frequenz f
Am
pli
tud
e A
Spektrum
Modulationsverfahren
Signaltheorie Ein wichtiges Charakteristikum einesSpektrums ist die Bandbreite:
Frequenz f
Am
pli
tud
e A
Spektrum
Bandbreite
Modulationsverfahren
Signaltheorie Die Bandbreite ist die Breite des ganzen Frequenzbereichs, aus welchem einSignal besteht.
Beispiel: Telefon
unterste Frequenz = 300 Hz oberste Frequenz = 3000 Hz
Bandbreite = 2700 Hz
1 Hz = 1 Hertz = 1 Periode / Sekunde
Modulationsverfahren
GrundlagenModulation
Modulation - weshalb?
Das Signal muss in einen Frequenzbereich verlegt werden, in dem es in Form von elektromagnetischen Wellen übertragenwerden kann.
Kriterien für Frequenzwahl:
(1) Reichweite (2) Signalqualität
Modulationsverfahren
GrundlagenModulation
Darstellung im Frequenzraum:
Frequenz
Am
pli
tud
e
Spektrum (z.B. Sprache)
Niedrige Frequenz -schlechte Reichweiteund Qualität
Hohe Frequenz -gute Reichweiteund Qualität
Modulationsverfahren
GrundlagenModulation
Der Transport eines Signals in einen höheren Frequenzbereich erfolgt mittels Modulation
Frequenz
Am
pli
tud
e
Spektrum (z.B. Sprache)
Modulation
Modulationsverfahren
GrundlagenModulation
Die Rückgewinnung des ursprünglichenSignals nach der Übertragung erfolgt mittels Demodulation.
Frequenz
Am
pli
tud
e
Spektrum (z.B. Sprache)
Demodulation
Modulationsverfahren
GrundlagenModulation
Wichtigste Modulationsverfahren:
(1) Amplitudenmodulation (AM) (2) Frequenzmodulation (FM)
weitere oder abgeleitete Verfahren
PhasenmodulationPulsmodulationPulsfrequenzmodulationPulsdauermodulation...
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Prinzip der AM:
Die Amplitude einer Sinuswelle hoherFrequenz (sog. Träger) wird durch das zu übertragende Signal moduliert.
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Träger: T(t) = ATsin(fTt)Signal: S(t) = ...(beliebige Signalform)
Moduliertes Signal:
Y(t) = [AT + S(t)]sin(fTt)
wobei fT = Trägerfrequenz AT = Trägeramplitude t = Zeit
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Beispiel: Träger T(t) = ATsin(fTt)
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Signal S(t)
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Moduliertes Signal Y(t)
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Was passiert im Frequenzraum bei AM?
fTOriginal-Signal
moduliertes Signal
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Das modulierte Signal enthält 3 Teile:
fTOriginal-Signal
1.Träger
moduliertes Signal
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Das modulierte Signal enthält 3 Teile:
fTOriginal-Signal
moduliertes Signal
2. unteresSeitenband
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Das modulierte Signal enthält 3 Teile:
fTOriginal-Signal
moduliertes Signal
3. oberesSeitenband
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Wichtiges Merkmal von AM-Signalen:
Beide Seitenbänder haben die exakt identische Form wie das Original-Signal.
Jedes Seitenband enthält deshalb dievollständige Information.
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Zur Senkung der benötigten Senderbandbreite kann daher ein Seitenband ohne Informationsverlust herausgefiltert werden.
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Enfernung des unteren Seitenbandes:
USB (Upper SideBand) Technik
fT
Sender-Bandbreite
fT
Sender-Bandbreite
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Enfernung des oberen Seitenbandes:
LSB (Lower SideBand) Technik
fT
Sender-Bandbreite
fT
Sender-Bandbreite
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Des weiteren kann auch der Träger unterdrückt werden, da er keine Informationenthält und nur Sendeenergie konsumiert.
SSSC = Single Sideband with Suppressed Carrier)
fT
Sender-Bandbreite
fT
Sender-Bandbreite
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Positive Eigenschaften von AM:
(1) Einfache Modulation/Demodulation
(2) Minimale Bandbreite (keine Spreizung des Originalspektrums durch Modulation)
(3) Keine Signalverzerrungen
Modulationsverfahren
AmplitudenModulation(AM)
Negative Eigenschaft von AM:
Sehr rauschanfällig (bei leisen Signalen)
Rausch-Spektrum
Leises Signal
Lautes Signal
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Prinzip der FM:
Bei der Frequenzmodulation bleibt die Amplitude des Trägers konstant, während sich dessen Frequenz in Abhängigkeit dermomentanen Signalauslenkung ändert.
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Träger: T(t) = ATsin(fTt)Signal: S(t) = ...(beliebige Signalform)
Moduliertes Signal:
Y(t) = ATsin((fT + xS(t))t)
wobei fT = Trägerfrequenz AT = Trägeramplitude x = Hub (Modulationsfaktor) t = Zeit
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Beispiel: Träger T(t) = ATsin(fTt)
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Signal S(t)
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Moduliertes Signal Y(t)
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Positive Eigenschaften von FM:
(1) Unempfindlich gegen Störungen auf dem Übertragungsweg.
(2) Bessere Übertragungsqualität
Modulationsverfahren
FrequenzModulation(FM)
Negative Eigenschaften von FM:
(1) Grosse Bandbreite(FM bleibt deshalb den UKW-Bändernvorbehalten)
Modulationsverfahren
Betriebsarten •Simplex: (Funk)
Nur einer kann gleichzeitig senden.
•Halbduplex: (Relais)
Wechselsprechen.Sender und Empfänger arbeiten auf verschiedenen Frequenzen.
•Duplex: (Telephon)
Beide Teilnehmer können gleichzeitig senden und empfangen.
Modulationsverfahren
Rauschsperre •Squelch:Unterdrückt Signale unterhalb einer gewissen Schwelle.
•Selektivruf:Eine Tonfolge (Ton Code) am Anfang einer Sendung öffnet nur den Squelch der jeweils angewählten Stationen.