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Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

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Modulationsverfahren

Signaltheorie

Modulationsarten

Betriebsarten

Rauschsperren

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Modulationsverfahren

Zeit

Am

pli

tud

e

Signaltheorie Grundsignal = Sinuswelle

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Modulationsverfahren

Periodendauer = T

Zeit

Am

pli

tud

e

T

Signaltheorie 1. Charakteristikum = Periodendauer

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Modulationsverfahren

Signaltheorie 2. Charakteristikum = Amplitude

Zeit

Am

pli

tud

e

Amplitude = A

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Sinuswellen - Charakteristika:

1. Periodendauer T 2. Amplitude A

Frequenz f= 1/Periodendauer= 1/T

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Darstellung im Frequenzraum

Frequenz f

Am

pli

tud

e A

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Aus einer Kombination vonSinuswellen lässt sich jedes beliebige periodische Signal konstruieren

Beispiel: Rechteckfunktion

Zeit

Am

plitu

de

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Die ADDITION von A und B ...

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Modulationsverfahren

Signaltheorie ...ergibt C; weitere Addition von D...

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Modulationsverfahren

Signaltheorie ...ergibt E; Addition von E...

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Modulationsverfahren

Signaltheorie ...führt auf F; weitere Addition von G...

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Modulationsverfahren

Signaltheorie ...ergibt schliesslich H; usw...

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Im Frequenzraum stellt sich also die Rechteckfunktion folgendermassen dar:

Frequenz f

Am

pli

tud

e A

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Wie verhält es sich mit nichtnicht periodischen periodischenSignalen (z.B. gesprochene Sprache)?

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Modellvorstellung: Das Signal lässt sichstückweise zerlegen (z.B. Bereiche A, B):

A B

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Die Zerlegung ergibt z.B:

Frequenz f

Am

pli

tud

e A Bereich A

Bereich B

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Modulationsverfahren

Signaltheorie

Jedes beliebige Signal besteht also aus einer dauernd wechselnden Kombination von verschiedenen Sinuswellen.

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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

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Diesen Bereich nennt man dasSpektrum eines Signals:

Frequenz f

Am

pli

tud

e A

Spektrum

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Modulationsverfahren

Signaltheorie Ein wichtiges Charakteristikum einesSpektrums ist die Bandbreite:

Frequenz f

Am

pli

tud

e A

Spektrum

Bandbreite

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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

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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

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Modulationsverfahren

GrundlagenModulation

Darstellung im Frequenzraum:

Frequenz

Am

pli

tud

e

Spektrum (z.B. Sprache)

Niedrige Frequenz -schlechte Reichweiteund Qualität

Hohe Frequenz -gute Reichweiteund Qualität

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Modulationsverfahren

GrundlagenModulation

Der Transport eines Signals in einen höheren Frequenzbereich erfolgt mittels Modulation

Frequenz

Am

pli

tud

e

Spektrum (z.B. Sprache)

Modulation

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Modulationsverfahren

GrundlagenModulation

Die Rückgewinnung des ursprünglichenSignals nach der Übertragung erfolgt mittels Demodulation.

Frequenz

Am

pli

tud

e

Spektrum (z.B. Sprache)

Demodulation

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Modulationsverfahren

GrundlagenModulation

Wichtigste Modulationsverfahren:

(1) Amplitudenmodulation (AM) (2) Frequenzmodulation (FM)

weitere oder abgeleitete Verfahren

PhasenmodulationPulsmodulationPulsfrequenzmodulationPulsdauermodulation...

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Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Prinzip der AM:

Die Amplitude einer Sinuswelle hoherFrequenz (sog. Träger) wird durch das zu übertragende Signal moduliert.

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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

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Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Beispiel: Träger T(t) = ATsin(fTt)

Page 30: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Signal S(t)

Page 31: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Moduliertes Signal Y(t)

Page 32: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Was passiert im Frequenzraum bei AM?

fTOriginal-Signal

moduliertes Signal

Page 33: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Das modulierte Signal enthält 3 Teile:

fTOriginal-Signal

1.Träger

moduliertes Signal

Page 34: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Das modulierte Signal enthält 3 Teile:

fTOriginal-Signal

moduliertes Signal

2. unteresSeitenband

Page 35: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Das modulierte Signal enthält 3 Teile:

fTOriginal-Signal

moduliertes Signal

3. oberesSeitenband

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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.

Page 37: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Zur Senkung der benötigten Senderbandbreite kann daher ein Seitenband ohne Informationsverlust herausgefiltert werden.

Page 38: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Enfernung des unteren Seitenbandes:

USB (Upper SideBand) Technik

fT

Sender-Bandbreite

fT

Sender-Bandbreite

Page 39: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Enfernung des oberen Seitenbandes:

LSB (Lower SideBand) Technik

fT

Sender-Bandbreite

fT

Sender-Bandbreite

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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

Page 41: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Positive Eigenschaften von AM:

(1) Einfache Modulation/Demodulation

(2) Minimale Bandbreite (keine Spreizung des Originalspektrums durch Modulation)

(3) Keine Signalverzerrungen

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Modulationsverfahren

AmplitudenModulation(AM)

Negative Eigenschaft von AM:

Sehr rauschanfällig (bei leisen Signalen)

Rausch-Spektrum

Leises Signal

Lautes Signal

Page 43: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

FrequenzModulation(FM)

Prinzip der FM:

Bei der Frequenzmodulation bleibt die Amplitude des Trägers konstant, während sich dessen Frequenz in Abhängigkeit dermomentanen Signalauslenkung ändert.

Page 44: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

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

Page 45: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

FrequenzModulation(FM)

Beispiel: Träger T(t) = ATsin(fTt)

Page 46: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

FrequenzModulation(FM)

Signal S(t)

Page 47: Modulationsverfahren Signaltheorie Modulationsarten Betriebsarten Rauschsperren

Modulationsverfahren

FrequenzModulation(FM)

Moduliertes Signal Y(t)

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Modulationsverfahren

FrequenzModulation(FM)

Positive Eigenschaften von FM:

(1) Unempfindlich gegen Störungen auf dem Übertragungsweg.

(2) Bessere Übertragungsqualität

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Modulationsverfahren

FrequenzModulation(FM)

Negative Eigenschaften von FM:

(1) Grosse Bandbreite(FM bleibt deshalb den UKW-Bändernvorbehalten)

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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.

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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.