Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

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.