Sende- und Empfangsketten

Im folgenden Abschnitt werden die einzelnen Schritte einer Sende- und Empfangskette beschrieben. Die Abbildung EA-12.21.1 zeigt beispielhaft einen SDR-Sender für die Sprachkommunikation. Im ersten Schritt wird das Mikrofonsignal durch einen A/D-Umsetzer digitalisiert. Das digitale Signal wird anschließend durch einen Quellencodierer komprimiert, um die benötigte Bandbreite zu reduzieren. Im darauffolgenden Schritt versieht ein Kanalcodierer das komprimierte Signal gezielt mit Redundanz, sodass Übertragungsfehler erkannt und korrigiert werden können. Die codierten Daten werden schließlich durch einen Mapper in Symbole umgewandelt und anschließend durch einen I/Q-Modulator moduliert, auf den in einem späteren Kapitel noch näher eingegangen wird. Den Abschluss der Sendekette bilden ein Leistungsverstärker sowie die Antenne, über die das Signal abgestrahlt wird.

TODO — Abbildung EA-12.21.1: SDR Sender für Sprachkommunikation

Die in blau hervorgehobenen Blöcke in Abbildung ? repräsentieren die Signalverarbeitungsschritte, die beispielsweise rein softwarebasiert oder mithilfe eines FPGAs implementiert werden können. Die Reihenfolge dieser Verarbeitungsschritte ist für einen Sender stets wie folgt und sollte für Prüfungsfragen gut eingeprägt werden:

Quellencodierer: Daten komprimieren
Kanalcodierer: Hinzufügen von Redundanz zur Fehlererkennung und -korrektur
Mapper: Abbilden binärer Daten auf Symbole z. B. Amplitude und Phase für QAM

AF626: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Sendezweig eines Funkgeräts für digitalen Sprechfunk korrekt?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Signalquelle, A/D-Wandler, Block mit „?“, zwei parallele Zweige mit je einem D/A-Wandler, zuammengeführt in Mischer „IQ“ mit seitlichem Oszillator, Verstärker, Filter, Antenne.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen mit Signalfluss von links nach rechts. Ganz links befindet sich ein unbeschrifteter Kreis mit einem vertikalen Strich an der linken Seite (Signalquelle). Rechts davon folgt ein Block mit einer diagonalen Linie und „A“ oben links und „D“ unten rechts (Analog/Digital-Wandler). Danach kommt ein Block mit „?“. Rechts davon beginnen zwei parallele Zweige, die beide aus je einem Block mit einer diagonalen Linie und „D“ oben links und „A“ unten rechts bestehen (Digital/Analog-Wandler). Danach werden die beiden Zweige wieder zusammengeführt und münden in einen Block „IQ“, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung von einem Block mit einem G, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Rechts vom Mischer folgen ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker) und ein Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Filter). Der Ausgang des Filters führt in eine Antenne (V-förmiges Antennensymbol).

AF627: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Sendezweig für digitales Amateurfunkfernsehen (DATV) korrekt?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Kamera, A/D-Wandler, Block mit „?“, zwei parallele Zweige mit je einem D/A-Wandler, zuammengeführt in Mischer „IQ“ mit seitlichem Oszillator, Verstärker, Filter, Antenne.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen mit Signalfluss von links nach rechts. Ganz links befindet sich ein Symbol für eine Kamera (Signalquelle). Rechts davon folgt ein Block mit einer diagonalen Linie und „A“ oben links und „D“ unten rechts (Analog/Digital-Wandler). Danach kommt ein Block mit „?“. Rechts davon beginnen zwei parallele Zweige, die beide aus je einem Block mit einer diagonalen Linie und „D“ oben links und „A“ unten rechts bestehen (Digital/Analog-Wandler). Danach werden die beiden Zweige wieder zusammengeführt und münden in einen Block „IQ“, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung von einem Block mit einem G, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Rechts vom Mischer folgen ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker) und ein Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Filter). Der Ausgang des Filters führt in eine Antenne (V-förmiges Antennensymbol).

Für einen Empfänger funktioniert das Ganze rückwärts: Die Antenne empfängt das Signal, das durch einen Leistungsverstärker verstärkt wird. Anschließend erfolgt die Demodulation durch einen I/Q-Demodulator, um die Symbole zu extrahieren. Der De-Mapper ordnet diese Symbole wieder den ursprünglichen binären Daten zu. Danach übernimmt der Kanaldecodierer die Aufgabe, Fehler zu erkennen und zu korrigieren, die während der Übertragung entstanden sein könnten. Abschließend dekomprimiert der Quellendecodierer die Daten, um das ursprüngliche Signal wiederherzustellen, welches dann über einen D/A-Umsetzer in ein analoges Signal zurückverwandelt und beispielsweise über einen Verstärker an einem Lautsprecher ausgegeben werden kann.

Wir fassen die digitale Signalverarbeitung im Empfänger in den folgenden drei Schritten zusammen:

De-Mapper: Abbilden der Symbole auf binäre Daten
Kanaldecodierer: Erkennen und korrigieren von Fehlern
Quellendecodierer: Daten dekomprimieren

Abbildung EA-12.21.2: SDR Empfänger für Sprachkommunikation

AF628: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Empfangszweig eines Funkgeräts für digitalen Sprechfunk korrekt?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Antenne, Verstärker, Mischer „IQ“ mit seitlichem Block („G“ mit drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter), zwei parallele Zweige: Filter, A/D-Wandler, zusammengeführt in Block mit „?“, D/A-Wandler, Verstärker, Lautsprecher.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen mit Signalfluss von links nach rechts. Ganz links befindet sich ein Antennensymboi (V-förmiges Symbol), gefolgt von einem Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker). Es schließt sich ein Block „IQ“ an, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung von einem Block mit einem G, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator). Rechts vom Mischer beginnen zwei parallele Zweige, die beide aus je einem Block mit drei Wellenlinien bestehen, von denen die beiden oberen durchgestrichen sind, sowie je einem Block mit diagonaler Linie sowie „A“ oben links und „D“ unten rechts (Analog/Digital-Wandler). Danach werden die beiden Zweige wieder zusammengeführt und münden in einen Block, der mit „?“ beschriftet ist. Danach folgt ein Block mit diagonaler Linie und „D“ oben links und „A“ unten rechts (Digital/Analog-Wandler). Der nächste Block enthält ein nach rechts zeigendes Dreieck (Filter). Am Ende steht ein Lautsprechersymbol.

AF629: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Empfangszweig für digitales Amateurfunkfernsehen (DATV) korrekt?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit Signalfluss von links nach rechts: Antenne, Verstärker, Mischer „IQ“ mit seitlichem Oszillator, zwei parallele Zweige mit je einem Filter und einem A/D-Wandler, zusammengeführt in Block „?“, D/A-Wandler, Verstärker, Anzeige,.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen mit Signalfluss von links nach rechts. Ganz links befindet sich eine Antenne (V-förmiges Antennensymbol). Rechts davon folgt ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker). Danach gibt es einen Block „IQ“, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten ist über einen vertikalen Leiter ein Block mit einem G, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator) verbunden. Rechts vom Mischer beginnen zwei parallele Zweige, die beide aus je einem Block mit drei Wellenlinien (Filter) bestehen, von denen die beiden oberen durchgestrichen sind, sowie je einem Block mit einer diagonalen Linie und „A“ oben links und „D“ unten rechts (Analog/Digital-Wandler). Danach werden die beiden Zweige wieder zusammengeführt und münden in einen Block mit „?“. Es folgt ein Block mit einer diagonalen Linie und „D“ oben links und „A“ unten rechts (Digital/Analog-Wandler). Danach gibt es einen Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker) und einen Block mit einem Raster (Anzeige).

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