Digitale Übertragungsverfahren
Navigationshilfe
Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsention. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.
Navigation
Zwischen den Folien und Abschnitten kann man mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu kann man auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.
- Pfeil runter und hoch: Nächste / Vorherige Folie
- Pfeil rechts und links: Nächster / Vorheriger Abschnitt
- Leertaste oder „n“: Der Reihe nach alle Elemente in Folien aufdecken oder zur nächsten Folie blättern
- Shift-Leertaste oder „p“: Der Reihe nach Elemente rückwärts zudecken oder zur vorherigen Folie blättern
Weitere Funktionen
Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:
- F1
- Help / Hilfe
- o
- Overview / Übersicht aller Folien
- s
- Speaker View / Referentenansicht
- f
- Full Screen / Vollbildmodus
- b
- Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
- Alt-Click
- In die Folie hin- oder herauszoomen
Übersicht
Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.
Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des jeweiligen Kapitels. Das hilft sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefühlt hat sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.
Durch Anklicken einer Folie wird diese präsentiert.
Referentenansicht
Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.
Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.
Die Referentenansicht bietet folgende Elemente:
- Links sieht man die aktuelle Folie
- Rechts oben sieht man die nächste Folie
- Rechts in der Mitte Hilfsmittel zur Zeiteinteilung
- Rechts unten, die „Notizen für den Vortragenden“
- Unten die Pfeile zur Navigation
Praxistipps zur Referentenansicht
- Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
- Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
- Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
- Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.
Vollbild
Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man diesen wieder verlassen.
Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.
Ausblenden
Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.
Sie kann wie folgte wieder eingeblendet werden:
- Durch klicken in das Fenster.
- Durch nochmaliges Drücken von „b“.
- Durch klicken der Schaltfläche „Resume presentation:
Zoom
Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durh einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.
Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit dem Präsenationsansicht gesynct.
Phasenumtastung (PSK)
Symbolumschaltung und Bandbreite
- Als Symbol werden in der Digitaltechnik die verschiedenen Zeicheneinheiten zur Übertragung des Informationsgehaltes bezeichnet.
- Die Anzahl der pro Zeitspanne übertragenen Symbole ist die Symbolrate und wird in der Einheit Baud ausgedrückt.
- Bei jeder Umschaltung zwischen zwei Symbolen wird die Amplitude, Frequenz oder Phase eines Trägers geändert.
- Je schneller Amplitude, Frequenz oder Phase verändert werden, umso breitbandiger wird das erzeugte Signal.
A: steigt im oberen und sinkt im unteren Seitenband.
B: bleibt gleich.
C: steigt.
D: sinkt.
- Von der Morsetelegrafie kennen wir bereits Tastklicks, die breitbandige Störungen darstellen.
- Sie entstehen, wenn beim Drücken bzw. Loslassen der Morsetaste der Träger plötzlich ein- bzw. ausgeschaltet wird.
A: die ausgesendeten Signale schwierig zu lesen sind.
B: die Stromversorgung überlastet wird.
C: während der Aussetzer Probleme im Leistungsverstärker entstehen könnten.
D: wahrscheinlich Tastklicks erzeugt werden.
Mehrwertige Verfahren
- Viele digitale Modulationsverfahren verwenden mehr als zwei Symbole.
- So funktioniert zum Beispiel die 4-Fach-Amplitudenumtastung (4ASK) mit vier unterschiedlichen Amplituden, 25 %, 50 %, 75 %, 100 % des Maximums.
- So lassen sich zwei Bits zu einem Symbol zusammenfassen und gleichzeitig übertragen.
- Dieses Prinzip lässt sich auf die Frequenz- und Phasenumtastung übertragen.
- Eine einfache Phasenumtastung (Binary Phase-Shift Keying, BPSK) verwendet nur zwei verschiedene Phasenlagen und kann daher nur ein Bit gleichzeitig senden.
- Die Quadraturphasenumtastung (Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK) hingegen nutzt vier verschiedene Phasenlagen (0 °, 90 °, 180 ° und 270 °) und überträgt somit zwei Bits in jedem Schritt.
A: Bei QPSK werden der I- und der Q-Anteil eines I/Q-Signals vertauscht, bei BPSK nicht.
B: Mit QPSK wird ein Bit pro Symbol übertragen, mit BPSK zwei Bit pro Symbol.
C: Bei BPSK werden der I- und der Q-Anteil eines I/Q-Signals vertauscht, bei QPSK nicht.
D: Mit BPSK wird ein Bit pro Symbol übertragen, mit QPSK zwei Bit pro Symbol.
- Da bei Verfahren wie QPSK mehr als ein Bit pro Symbol übertragen wird, müssen wir mit den Einheiten aufpassen.
- Werden nur zwei Symbole verwendet und somit jedes Bit einzeln gesendet, entspricht die Symbolrate in Baud der Datenrate in Bit/s.
- Werden jedoch mehr Symbole verwendet und somit mehrere Bits gleichzeitig übertragen, ist die Datenrate höher als die Symbolrate.
- Die Formel $C = R_{ s } \cdot n$ stellt den Zusammenhang dar:
C → Datenübertragungsrate in Bit/s
$R_{ s }$ → Symbolrate in Baud
n → Symbolgröße in Bit/Symbol
A: Hertz (Hz)
B: Baud (Bd)
C: Dezibel (dB)
D: Bit pro Sekunde (Bit/s)
Beispiele:
RTTY: Umschaltung zwischen zwei Symbolfrequenzen, so dass pro Symbol ein Bit (0 oder 1) übertragen werden kann.
→ Datenrate = Symbolrate
FT4: Umschaltung zwischen vier Symbolfrequenzen, so dass pro Symbol zwei Bit (00, 01, 10 oder 11) übertragen werden können.
→ Datenrate = 2 $\cdot$ Symbolrate
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $R_S = 45,45Bd$
- gegeben: $n=1\frac{Bit}{Symbol}$
- gesucht: $C$
$C = R_S \cdot n = 45,45Bd \cdot 1 = 45,45\frac{Bit}{s}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $R_S = 23,4Bd$
- gegeben: $n=2\frac{Bit}{Symbol}$
- gesucht: $C$
$C = R_S \cdot n = 23,4 \cdot 2 = 46,8\frac{Bit}{s}$
Quadraturamplitudenmodulation (QAM)
- Es scheint zunächst nahe zu liegen, die Anzahl der Symbole möglichst groß zu wählen, damit pro Symbol möglichst viele Informationen übertragen werden können.
- Doch dann muss ein Empfänger z.B. zwischen vielen unterschiedlichen Amplituden unterscheiden können. Somit wird das Verfahren anfälliger für Störungen.
- Trick: Anstelle der Änderung nur eines Parameters (z.B. der Amplitude) werden pro Symbol zwei Parameter verändert, nämlich die Amplitude und die Phase.
- Ein Symbol entspricht dann einer Kombination einer bestimmten Amplitude mit einer bestimmten Phasenlage.
A: separate Änderung des elektrischen und magnetischen Feldwellenanteils
B: Änderung der Amplitude und der Phase
C: nichtlineare Änderung der Amplitude
D: richtungsabhängige Änderung der Frequenz
Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM)
- Es ist auch möglich, einen Datenstrom auf mehrere Träger zu verteilen, die auf unterschiedlichen, jedoch nahegelegenen Frequenzen liegen.
- Bei der orthogonalen Frequenzmodulation (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) werden die einzelnen Träger in einem Abstand platziert, wo ein gegenseitiges Stören untereinander (ein sogenanntes „Übersprechen“) vermieden wird.
- Ein Vorteil dieses Vorgehens liegt darin, dass schmalbandige Störungen nur einen oder wenige Träger stören.
- Im Zusammenspiel mit Fehlerkorrekturverfahren mit redundanter Datenübertragung, die wir später kennenlernen werden, ist es so möglich, trotz schmalbandiger Störungen eine fehlerfreie Übertragung zu erreichen.
A: breitbandige Störungen, da es einen Träger mit hoher Bandbreite verwendet.
B: schmalbandige Störungen, da es einen Träger mit hoher Bandbreite verwendet.
C: schmalbandige Störungen, da das Gesamtsignal aus mehreren Einzelträgern besteht.
D: breitbandige Störungen, da das Gesamtsignal aus mehreren Einzelträgern besteht.
- Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der geringeren Symbolrate jedes einzelnen Trägers.
- Durch die geringere Symbolrate ist die Dauer eines jeden Symbols länger.
- Im Falle zeitlicher Verschiebungen aufgrund von Mehrwegeausbreitung ist der Anteil der Überlagerung zwischen den Signalen entsprechend geringer.
A: Impulse durch Gewitter
B: Überreichweiten anderer OFDM-Sender
C: Mehrwegeausbreitung
D: Breitbandiges Rauschen
Shannon-Hartley-Gesetz
- Welche Datenübertragungsrate erreichbar ist, hängt von der nutzbaren Bandbreite und dem Signal-Rauschverhältnis ab.
- Aus diesen beiden Größen kann mit dem Shannon-Hartley-Gesetz die theoretisch maximal erreichbare Datenübertragungsrate für einen Übertragungskanal berechnet werden.
- Ein leicht zu merkender Wert stellt sich bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 0 dB ein.
- Hier entspricht die Bandbreite in Hertz genau der maximal erreichbaren Datenrate in Bit/s.
A: besagt, dass theoretisch eine unendliche Abtastrate erforderlich ist, um ein bandbegrenztes Signal fehlerfrei zu rekonstruieren.
B: besagt, dass unabhängig von der Art der vorherrschenden Störungen eines Übertragungskanals theoretisch eine unbegrenzte Datenübertragungsrate erzielt werden kann.
C: bestimmt für einen Übertragungskanal gegebener Bandbreite die höchste theoretisch erzielbare Datenübertragungsrate in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis.
D: bestimmt die maximale Bandbreite, die durch eine Übertragung mit einer bestimmten Datenübertragungsrate theoretisch belegt werden kann.
- Schlechtere Signal-Rausch-Verhältnisse ermöglichen entsprechend weniger Datenrate, bessere Signal-Rausch-Verhältnisse größere Datenraten.
- Da die Rechnungen dazu recht komplex sind, wurden die Prüfungsfragen so gestaltet, dass man das Ergebnis leicht abschätzen kann.
- Im Folgenden gibt es Beispiele mit 0 db, -20 db und (+)30 db.
Beispiel 1:
- Ein Übertragungskanal mit einer Bandbreite von 2,7 kHz wird durch additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN) gestört. * Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) beträgt 0 dB.
- Welche Bitrate kann nach dem Shannon-Hartley-Gesetz etwa maximal fehlerfrei übertragen werden?
Durch ein SNR von 0db entspricht die Bandbreite in Hertz genau der maximal erreichbaren Datenrate in Bit/s, also 2,7 kbit/s.
A:
B: ca.
C: ca.
D: ca.
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Beispiel 2:
- Ein Übertragungskanal mit einer Bandbreite von 2,7 kHz wird durch additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN) gestört. * Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) beträgt -20 dB.
- Welche Bitrate kann nach dem Shannon-Hartley-Gesetz etwa maximal fehlerfrei übertragen werden?
Durch ein SNR von -20db muss die maximal erreichbare Datenrate kleiner als 2,7 kbit/s sein. Es kann nur
A:
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Beispiel 3:
- Ein Übertragungskanal mit einer Bandbreite von 10 MHz wird durch additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN) gestört. * Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) beträgt 30 dB.
- Welche Bitrate kann nach dem Shannon-Hartley-Gesetz etwa maximal fehlerfrei übertragen werden?
Durch ein SNR von 30db muss die maximal erreichbare Datenrate größer 10 Mbit/s sein. Es kann nur 100 Mbit/s richtig sein.
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Quellencodierung
- Bei der digitalen Übertragung möchte man das Frequenzspektrum möglichst effizient nutzen.
- Dies erreicht man durch die Kompression der Nutzdaten, die sogenannte Quellencodierung.
- Dabei werden Redundanzen (z. B. Wiederholungen) oder Irrelevanzen (weniger wichtige Informationsteile) aus dem Datenstrom entfernt.
A: Synchronisation
B: Mehrfachzugriff
C: Quellencodierung
D: Kanalcodierung
Kanalcodierung
- Die Abbildung zeigt einen Sender und einen Empfänger, welche über einen Kanal miteinander verbunden sind.
- Durch atmosphärische Einflüsse oder Aussendungen anderer Stationen kann es zu Störungen auf dem Kanal kommen, welche zu Fehlern bei der Übertragung führen.
Die Kanalcodierung fügt der zu übertragenden Information gezielt Redundanz hinzu, beispielsweise Wiederholungen oder Prüfsummen.
Wir unterscheiden zwei Arten der Kanalcodierung:
- Fehlererkennung: Man kann erkennen, dass bei der Übertragung ein Fehler aufgetreten ist, und dann z. B. eine erneute Übertragung anfordern.
- Vorwärtsfehlerkorrektur: Fehler, die bei der Übertragung entstehen, werden mit Hilfe der Redundanz beim Empfänger korrigiert.
A: Verschlüsselung des Kanals zum Schutz gegen unbefugtes Abhören
B: Kompression von Daten vor der Übertragung zur Reduktion der Datenmenge
C: Hinzufügen von Redundanz vor der Übertragung zum Schutz vor Übertragungsfehlern
D: Zuordnung von Frequenzen zu Sende- bzw. Empfangskanälen zur häufigen Verwendung
Fehlererkennung
A: Eine gerade Anzahl Bits
B: Mindestens zwei Bits
C: Maximal zwei Bits
D: Eine ungerade Anzahl Bits
A: Die Nutzdaten wurden fehlerfrei, das Prüfbit jedoch fehlerhaft übertragen.
B: Die Übertragung war fehlerfrei oder es ist eine ungerade Anzahl an Bitfehlern aufgetreten.
C: Die Übertragung war fehlerfrei oder es ist eine gerade Anzahl an Bitfehlern aufgetreten.
D: Die Übertragung war fehlerfrei.
A: Die fortlaufende Prüfung eines zu übertragenden Datenstroms auf Redundanz.
B: Wiederholte (zyklisch redundante) Prüfung der Amateurfunkanlage auf Fehler.
C: Umlaufende (zyklische) Überwachung einer Frequenz durch mehrere Stationen.
D: Ein Prüfsummenverfahren zur Fehlererkennung in Datenblöcken variabler Länge.
Fehlerkorrektur
A: I/Q-Verfahren
B: Duplizieren der Prüfsumme
C: Wiederholte Prüfung
D: Erneute Übertragung
A: Übertragung redundanter Informationen
B: Erneute Übertragung fehlerhafter Daten
C: Kompression vor der Übertragung
D: Automatische Anpassung der Sendeleistung
Mapping
Sende- und Empfangsketten
Synchronization
A: Asynchrone Frequenzwechsel, bei denen der Empfänger den Sender sucht.
B: Herstellung der zeitlichen Übereinstimmung zwischen Sender und Empfänger.
C: Anpassung der Sendeleistung synchron zu den Ausbreitungsbedingungen.
D: Automatischer Abgleich von Datenbeständen von zwei oder mehr Stationen.