Digitale Übertragungsverfahren

Binäres Zahlensystem

Dezimalsystem

  • Menschen sind es gewohnt, die zehn Ziffern von 0 bis 9 zu benutzen
  • Man spricht von einem Zehner- oder Dezimalsystem
EA201: Was ist der Vorteil des binären Zahlensystems gegenüber dem dezimalen Zahlensystem in elektronischen Schaltungen?

A: Die Genauigkeit des binären Systems (mit zwei Ziffern) ist um den Faktor 5 höher als die des Dezimalsystems (mit 10 Ziffern).

B: Der Zwischenbereich zwischen 0 und 1 kann von analogen Verstärkerschaltungen mit hoher Genauigkeit abgebildet werden.

C: Die binären Ziffern 0 und 1 können als zwei elektrische Zustände dargestellt und dadurch einfach mittels Schaltelementen (z. B. Transistoren) verarbeitet werden.

D: Je Ziffer kann mehr als ein Bit an Information übertragen werden (1 binäre Ziffer erlaubt die Übertragung von 8 Dezimalziffern).

  • Mit einem Bit sind zwei Werte möglich (0 und 1)
  • Mit zwei Bits schon vier (00, 01, 10 und 11) und mit jedem weiteren Bit jeweils doppelt so viele
  • Mathematisch ausgedrückt: Mit n Bits lassen sich 2n verschiedene Zahlen darstellen
  • Neben Binärzahl wird auch Dualzahl gesagt
EA202: Wie viele unterschiedliche Zustände können mit einer Dualzahl dargestellt werden, die aus einer Folge von 3 Bit besteht?

A: 8

B: 16

C: 4

D: 6

EA203: Wie viele unterschiedliche Zustände können mit einer Dualzahl dargestellt werden, die aus einer Folge von 4 Bit besteht?

A: 8

B: 6

C: 16

D: 4

EA204: Wie viele unterschiedliche Werte können mit einer fünfstelligen Dualzahl dargestellt werden?

A: 128

B: 64

C: 32

D: 5

Umwandlung

Binärzahlen in Dezimale Zahlen am Beispiel von 10001110

27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1
1 0 0 0 1 1 1 0

128 + 8 + 4 + 2 = 142

EA205: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 01001110. Die Dezimalzahl lautet:

A: 78

B: 142

C: 248

D: 156

EA206: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 10001110. Die Dezimalzahl lautet:

A: 156

B: 142

C: 248

D: 78

EA207: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 10011100. Die Dezimalzahl lautet:

A: 78

B: 248

C: 142

D: 156

EA208: Berechnen Sie den dezimalen Wert der Dualzahl 11111000. Die Dezimalzahl lautet:

A: 78

B: 248

C: 142

D: 156

Digimode per SSB

Bandbreite von Digimodes

  • Im Gegensatz zur Sprache benötigen viele Digimodes weniger Bandbreite
  • Z.B. BPSK31 mit 31,25 Hz oder FT8 mit 50 Hz
  • Die erzeugten Töne werden mittels Kurzwelle in SSB moduliert
  • Die Bandbreite des ausgestrahlten Signals bleibt dabei gleich
EE403: Bei der Aussendung eines digitalen Signals mittels eines Funkgerätes in SSB-Einstellung beträgt die NF-Bandbreite des in das Funkgerät eingespeisten Signals 50 Hz. Wie groß ist die HF-Bandbreite?

A: 50 Hz

B: 25 Hz

C: $\sqrt{2} \cdot$ 50 Hz

D: 100 Hz

EE402: Welche Modulation wird am Transceiver eingestellt, um ein schmalbandiges digitales Signal (z. B. BPSK31 oder FT8), das per Audiosignal als NF eingespeist wird, unter Beibehaltung der Bandbreite in HF umzusetzen?

A: Phasenmodulation (PM)

B: Frequenzmodulation (FM)

C: Einseitenbandmodulation (SSB)

D: Amplitudenmodulation (AM)

Empfang von Digimodes

  • Beim Empfang von SSB können in der üblichen Bandbreite von 2,4 kHz mehrere schmalbandige Digimodes empfangen werden
  • FT8: 2400 Hz ÷ 50 Hz = max. 48 Signale
  • BPSK31: 2400 Hz ÷ 31,25 Hz = max. 76 Signale
  • Am Computer wird dann das gewünschte Digimode-Signal selektiert
EE404: Wie viele digitale Signale unterschiedlicher Stationen können mit einem analogen Funkgerät (2,4 kHz SSB-Bandbreite) und einem über die Audio-Schnittstelle angeschlossenen Computer gleichzeitig empfangen und dekodiert werden?

A: Es kann maximal ein Signal empfangen werden, außer das Funkgerät verfügt über doppelte Kanalbandbreite.

B: Es kann maximal ein Signal empfangen werden, da ein Seitenband genutzt wird.

C: Es können maximal zwei Signale empfangen werden (eines pro Seitenband).

D: Es können je nach Art der Signale ein oder mehrere Signale empfangen werden.

SSTV

  • Slow-Scan Television ist die Übertragung von Standbildern mittels Digimodes
  • Zeilenweise Übertragung von Bildern
  • Verschiedene Verfahren mit verschiedenen Auflösungen und Übertragungsgeschwindigkeiten
  • Bandbreite unter 3kHz und in Kurzwellenbändern nutzbar

ATV

  • Amateur Television ist die Übertragung von Bewegtbildern
  • Benötigt mehrere MHz Bandbreite (6 MHz und mehr)
  • Deshalb nur ab 70 cm Band aufwärts nutzbar
EE415: Welcher Unterschied zwischen ATV und SSTV ist richtig?

A: SSTV ist schwarzweiß, ATV in Farbe.

B: SSTV belegt eine größere Bandbreite als ATV.

C: SSTV überträgt Standbilder, ATV bewegte Bilder.

D: SSTV wird nur auf Kurzwelle, ATV auf UKW verwendet.

9600-Port

  • Zur Umgehung von Filtern bieten manche FM-Funkgeräte einen separaten Port für Digimodes
  • Dieser ist oft mit DATA oder 9600 beschriftet
  • 9600 entsprechend der Datenrate in Baud, die damit übertragen werden kann
  • Daran wird direkt das TNC (Terminal Node Controller) vom Computer angeschlossen
  • Heute oft direkt als USB-Anschluss ausgeführt
  • Sowohl Senden als auch Empfang findet ohne NF-Filter und NF-Endstufe statt
  • Es wird direkt der FM-Modulator oder FM-Demodulator angesprochen
  • Signale werden nicht verzerrt
  • Wurde früher für Packet Radio verwendet
  • Heute für moderne und freie Modi wie M17
EF309: Welcher der eingezeichneten Punkte in einem FM-Sender ist für die Zuführung eines 9600-Baud-Datensignals am besten geeignet?

A: Punkt 3

B: Punkt 4

C: Punkt 1

D: Punkt 2

EF219: Manche FM-Transceiver verfügen über einen analogen Datenanschluss (z. B. mit DATA beschriftet oder als 9600-Port bezeichnet). Welcher Punkt im dargestellten Empfangszweig wird über diesen Anschluss üblicherweise herausgeführt?

A: Punkt 4

B: Punkt 2

C: Punkt 1

D: Punkt 3

Übersteuerung

  • Zu starkes Audiosignal am Eingang eines Senders → Oberschwingungen
  • Links ist in Gelb das erwünschte Signal
  • Rechts davon die unerwünschten Oberschwingungen
  • Zu Verzerrungen durch Übersteuerung kann es auch im Sendeverstärker kommen
  • Um das zu verhindern, verfügen viele Funkgeräte über eine automatische Pegelregelung (englisch: Automatic Level Control, ALC) → regelt Verstärkung automatisch runter
  • Bei digitalen Übertragungsverfahren kann die ALC jedoch Problemen führen
  • Das Signal könnte je nach Lautstärke oder Frequenz die ALC zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedlich stark auslösen → Amplitude wird unerwünscht verändert
  • ALC-Probleme hängen von verschiedenen Faktoren ab
  • Übertragungsverfahren
  • Umsetzung der ALC im Transceiver (Reaktions- und Haltezeit)
  • Anzeige der ALC im Transceiver
  • → greift die ALC nicht ein, erzeugt sie keine Probleme
EJ218: Wie sollte bei digitalen Übertragungsverfahren (z. B. FT8, JS8, PSK31) der NF-Pegel am Eingang eines Funkgerätes mit automatischer Pegelregelung (ALC) im SSB-Betrieb eingestellt sein, um Störungen zu vermeiden?

A: Die NF-Lautstärke muss $-\infty$ dB (also Null) betragen.

B: 18 dB höher als die Lautstärke, bei der die automatische Pegelregelung (ALC) eingreift.

C: Alle Bedienelemente sind auf das Maximum einzustellen.

D: So niedrig, dass die automatische Pegelregelung (ALC) nicht eingreift.

EJ217: Was kann auftreten, wenn bei digitalen Übertragungsverfahren (z. B. RTTY, FT8, Olivia) die automatische Pegelregelung (ALC) eines Funkgerätes im SSB-Betrieb eingreift?

A: Störungen von Stationen auf anderen Frequenzbändern

B: Störungen von Übertragungen auf Nachbarfrequenzen

C: Störungen von nachfolgenden Sendungen auf derselben Frequenz

D: Störungen von Computern oder anderen digitalen Geräten

EJ219: Was ist zu tun, wenn es bei digitalen Übertragungsverfahren zu Störungen kommt, weil die automatische Pegelregelung (ALC) eines Funkgerätes im SSB-Betrieb eingreift?

A: Das Oberwellenfilter sollte abgeschaltet werden.

B: Es sollte mit der RIT gegengesteuert werden.

C: Der NF-Pegel am Eingang des Funkgerätes sollte reduziert werden.

D: Die Sendeleistung sollte erhöht werden.

Automatische Empfangsberichte

  • Mittels Digimodes empfangene Rufzeichen können an Plattformen geschickt werden
  • Diese lassen sich auf einer Karte mit empfangenen Band darstellen
  • Zum Testen der eigenen Ausbreitungsbedingungen

WSPR

  • Weak Signal Progagation Reporter Network
  • QRP-Digimode, der rein zum Testen der eigenen Ausbreitungsbedingungen entwickelt wurde
  • Es ist kein 2-Wege-QSO möglich
  • Sehr langsame Übertragung mit hoher Fehlerkorrektur
  • 1 Minute Senden, mehrere Minuten empfangen
  • Ergebnisse werden an Server geschickt und lassen sich auf WSPRnet darstellen
EE405: Wie können Sie automatische Empfangsberichte zu Aussendungen erhalten, z. B. um die Reichweite ihrer Sendeanlage zu testen?

A: Durch Aussendung Ihres Rufzeichens mittels Telegrafie (12 WPM) mit dem Zusatz „R“ (für Report) und Abhören der 10 kHz tiefer gelegenen Frequenz

B: Durch Aussendung Ihres Rufzeichens mittels Telegrafie (5 WPM) mit dem Zusatz „AUTO RSVP“ (vom französischen „répondez s'il vous pla\^it“) und Abhören der 10 kHz höher gelegenen Frequenz

C: Durch Aussendung einer Nachricht mittels geeignetem digitalen Verfahren (z. B. CW oder WSPR) und Suche nach Ihrem Rufzeichen auf passenden Internetplattformen

D: Durch Aussendung einer Nachricht mittels geeignetem digitalen Verfahren (z. B. CW oder WSPR) unter Angabe Ihrer E-Mail-Adresse und der Anzahl der maximal gewünschten Empfangsberichte

Paketvermittelte Netzwerke

  • Das HAMNET, das Netzwerk nur für Funkamateure, basiert auf dem Internet-Protokoll (IP).
  • Deswegen kann man das Hamnet mit der gleichen Software, die auch für das Internet verwendet wird, nutzen.
  • Im einfachsten Fall ist das ein Webbrowser.
  • Das Internet-Protokoll (IP) weist den beteiligten Computern IP-Adressen zu, damit sie sich gegenseitig erreichen können.
  • IP-Adressen werden als vier Dezimalzahlen mit einem Punkt dazwischen geschrieben. Beispiel: 141.17.5.18
  • Jede Dezimalzahl hat eine Länge von 8 Bit, deswegen ist die größtmögliche Zahl 255 (binär: 11111111).
  • IP-Adressen sind in einen Netz- und einen Hostanteil aufgeteilt.
  • Bei allen Computern, die sich im selben Netzwerk befinden, ist der Anfang der IP-Adressen gleich, diesen Anfang nennt man Netzanteil.
  • Der Netzanteil ist unterschiedlich groß, je nachdem wie viele Computer (Hosts) im Netzwerk verwaltet werden sollen.

Beispiele:

10.100.234.22 (kleiner Netzanteil, großer Hostanteil)

192.168.1.252 (großer Netzanteil, kleiner Hostanteil)

Dieses Prinzip kennt man vom Telefonnetz. Die großen Städte haben kürzere Vorwahlen als kleine Städte.

Abbildung 136: IPv4-Adresse und Netzmaske in Dezimal- und Dualschreibweise
  • Eine Subnetzmaske gibt die Aufteilung einer IP-Adresse in Netz- und Hostanteil an, indem sie alle Bits des Netzanteils als 1 darstellt.
  • Es zwei Möglichkeiten dieses niederzuschreiben, Beispiel für einen Netzanteil von 24:
  • 255.255.255.0, was binär 11111111.11111111.11111111.00000000 ist.
  • Die Schreibweise mit dem Schrägstrich, zum Beispiel 192.168.111.90/24
Abbildung 139: Ausschnitt aus einer Netzwerk-Infrastruktur
  • Netzwerkgeräte können nur innerhalb ihres eigenen lokalen Netzwerks direkt miteinander kommunizieren.
Abbildung 139: Ausschnitt aus einer Netzwerk-Infrastruktur
  • Man erkennt sie daran, dass sich aus ihrer eigenen IP-Adresse und Subnetzmaske derselbe Netzanteil ergibt wie beim Partner.
Abbildung 139: Ausschnitt aus einer Netzwerk-Infrastruktur
  • In allen anderen Fällen schicken sie die Daten an einen Router. Das ist eine Zwischenstation, die zwei oder mehr Netzwerke miteinander verbindet, um die Datenpakete weiterzuleiten.
EE412: Wie können Informationen innerhalb eines paketvermittelten Netzes zwischen zwei Stationen ausgetauscht werden, die sich nicht direkt erreichen können?

A: Durch wiederholte Aussendung (Paketwiederholung)

B: Durch Entpacken vor der Sendung (Paketdekompression)

C: Durch Zusammenfassung von Übertragungen (Paketdefragmentierung)

D: Durch Weiterleitung über Zwischenstationen (Paketweiterleitung)

EE414: Kann das Internetprotokoll (IP) im Amateurfunk verwendet werden?

A: Nein, die benötigte Bandbreite steht im Amateurfunk nicht zur Verfügung.

B: Ja, die Kodierung des Amateurfunkrufzeichens erfolgt in der Subnetzmaske.

C: Ja, es ist nicht auf das Internet beschränkt.

D: Nein, Internetnutzern würde so Zugang zum Amateurfunkband ermöglicht.

EE413: Was ergibt sich aus der eingestellten IP-Adresse und Subnetzmaske einer Kommunikationsschnittstelle beim Internetprotokoll (IP)?

A: Das Standardgateway und die maximale Anzahl der Zwischenstationen (Hops)

B: Die Protokoll- und Portnummer des über die Schnittstelle verwendeten Protokolls

C: Die Gegenstelle und die durch das Teilnetz verwendete Bandbreite

D: Der direkt (d. h. ohne Router) über die Schnittstelle erreichbare Adressbereich

Amplituden- und Frequenzumtastung (ASK, FSK)

  • Genauso wie es verschiedene analoge Modulationsverfahren gibt, gibt es auch verschiedene digitale Modulationsverfahren.
  • Die grundlegenden Möglichkeiten ein Signal zu modulieren, also auf einen Hochfrequenzträger aufzuprägen, sind dieselben: Veränderung der Amplitude, der Frequenz oder der Phase des Trägers.
  • Beim unmodulierten Träger hingegen bleiben Amplitude, Frequenz und Phasenlage konstant.
  • Bei der Amplitudenumtastung (Amplitude Shift Keying, ASK) wird im einfachsten Fall zwischen zwei Amplituden gewechselt.
Abbildung 140: Amplitudenumtastung (Amplitude-shift Keying)
  • Bei der Frequenzumstastung (Frequency Shift Keying, FSK) wechselt der Sender zwischen bestimmten Frequenzen.
Abbildung 141: Frequenzumtastung (Frequency-shift Keying)
  • Bei der Phasenumtastung (Phase Shift Keying, PSK) wechselt der Sender zwischen bestimmten Phasenlagen.
Abbildung 142: Phasenumtastung (Phase-shift Keying)
EE406: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Amplitudenumtastung (ASK) modulierten Träger?
A:
B:
C:
D:
EE407: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Frequenzumtastung (FSK) modulierten Träger?
A:
B:
C:
D:
AE401: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Phasenumtastung (PSK) modulierten Träger?
A:
B:
C:
D:
EE101: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen unmodulierten Träger?
A:
B:
C:
D:

Phasenumtastung (PSK)

AE401: Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Phasenumtastung (PSK) modulierten Träger?
A:
B:
C:
D:

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.
AE415: Welche Auswirkung hat eine Erhöhung der Umschaltgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Symbolen bei digitalen Übertragungsverfahren auf die benötigte Bandbreite? Die Bandbreite ...

A: steigt im oberen und sinkt im unteren Seitenband.

B: bleibt gleich.

C: steigt.

D: sinkt.

AE214: Welches dieser amplitudenmodulierten Signale belegt die geringste Bandbreite?
A:
B:
C:
D:
  • 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.
AJ221: In den nachfolgenden Bildern sind mögliche Signalverläufe des Senderausgangssignals bei der CW-Tastung dargestellt. Welcher Signalverlauf führt zu den geringsten Störungen?
A:
B:
C:
D:
AJ220: Diese Modulationshüllkurve eines CW-Senders sollte vermieden werden, da ...

A: wahrscheinlich Tastklicks erzeugt werden.

B: während der Aussetzer Probleme im Leistungsverstärker entstehen könnten.

C: die ausgesendeten Signale schwierig zu lesen sind.

D: die Stromversorgung überlastet wird.

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.
Abbildung 143: Quaternäre Amplitudenumtastung (Quaternary Amplitude-shift Keying)
  • 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.
AE402: Was unterscheidet BPSK- und QPSK-Modulation?

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: Mit BPSK wird ein Bit pro Symbol übertragen, mit QPSK zwei Bit pro Symbol.

D: Bei BPSK werden der I- und der Q-Anteil eines I/Q-Signals vertauscht, bei QPSK nicht.

  • 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

AA104: Welche Einheit wird üblicherweise für die Symbolrate verwendet?

A: Hertz (Hz)

B: Dezibel (dB)

C: Bit pro Sekunde (Bit/s)

D: Baud (Bd)

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

AE405: Bei einem digitalen Übertragungsverfahren (z. B. RTTY) wird die Frequenz eines Senders zwischen zwei Symbolfrequenzen (z. B. 14072,43 kHz und 14072,60 kHz) umgetastet, so dass pro Symbol ein Bit (0 oder 1) übertragen werden kann. Die Symbolrate beträgt 45,45 baud. Welcher Datenrate entspricht das?

A: 90,9 Bit/s

B: 45,45 Bit/s

C: 22,725 Bit/s

D: 181,8 Bit/s

AE406: Bei einem digitalen Übertragungsverfahren (z. B. FT4) wird die Frequenz eines Senders zwischen vier Symbolfrequenzen (z. B. 14081,20 kHz, 14081,40 kHz, 14081,61 kHz und 14081,83 kHz) umgetastet, so dass pro Symbol zwei Bit (00, 01, 10 oder 11) übertragen werden können. Die Symbolrate beträgt 23,4 baud. Welcher Datenrate entspricht das?

A: 93,6 Bit/s

B: 11,7 Bit/s

C: 46,8 Bit/s

D: 23,4 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.
Abbildung 144: Signalverlauf eines 8QAM-Signals, je Symbol mit Amplitude (0,5 bzw. 1), Phasenlage und 3-stelliger Bitfolge
AE403: Wie werden Informationen bei der Quadraturamplitudenmodulation (QAM) mittels eines Trägers übertragen? Durch ...

A: separate Änderung des elektrischen und magnetischen Feldwellenanteils

B: nichtlineare Änderung der Amplitude

C: richtungsabhängige Änderung der Frequenz

D: Änderung der Amplitude und der Phase

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.
Abbildung 145: Frequenzspektrum eines einfachen OFDM-Signals
  • 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.
AE421: Orthogonale Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) mit redundanter Übertragung sind besonders unempfindlich gegen ...

A: schmalbandige Störungen, da es einen Träger mit hoher Bandbreite verwendet.

B: schmalbandige Störungen, da das Gesamtsignal aus mehreren Einzelträgern besteht.

C: breitbandige Störungen, da das Gesamtsignal aus mehreren Einzelträgern besteht.

D: breitbandige Störungen, da es einen Träger mit hoher Bandbreite verwendet.

  • 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.
AE422: Bei welcher Art von Kanalstörung sind Orthogonale Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) mit redundanter Übertragung besonders vorteilhaft?

A: Breitbandiges Rauschen

B: Überreichweiten anderer OFDM-Sender

C: Mehrwegeausbreitung

D: Impulse durch Gewitter

AFSK

  • Eine Sonderform der digitalen Modulation stellt das Audio Frequency Shift Keying (AFSK) dar.
  • Im Gegensatz zu ASK steht hier das „A“ nicht für Amplitude, sondern für Audio, also für hörbare Frequenzen (Niederfrequenz).
  • Es wird eine Frequenzumtastung (FSK) im Bereich deutlich unter 20 kHz durchgeführt. Oftmals wird der Bereich von ca. 300 Hz bis 2700 Hz genutzt.
  • Für eine Aussendung per Funk muss eine weitere Modulation stattfinden, beispielsweise per FM, AM oder SSB.
EE408: Was ist Audio Frequency Shift Keying (AFSK)?

A: Ein hochfrequentes PSK-Signal, das mittels automatischer Umtastung auf zwei NF-Träger übertragen wird, um Bandbreite zu sparen

B: Eine Kombination aus digitaler Amplituden- und Frequenzmodulation, um zwei Informationen gleichzeitig zu übertragen

C: Ein durch Frequenzumtastung erzeugtes NF-Signal, mit dem ein Hochfrequenzträger (z. B. mittels FM) moduliert werden kann

D: Ein unmodulierter Hochfrequenzträger, bei dem die Frequenzabweichung im hörbaren Bereich liegt

Datenübertragungsrate

  • Die Bandbreite ist der genutzte Frequenzbereich in Hz
  • Die Datenübertragungsrate ist die je Zeiteinheit übertragene Datenmenge in Bit/s
  • In der Praxis erreichbare Datenübertragungsraten unterscheiden sich je nach Übertragungsverfahren und Funkbedingungen deutlich.
  • WLAN und 5G unterstützen bei optimalen Bedingungen Datenübertragungsraten bis in den Bereich von Gigabit pro Sekunde.
  • FT8 hingegen kann selbst unter widrigen Bedingungen eingesetzt werden, überträgt aber nur wenige Bit pro Sekunde.
EA106: Welche Einheit wird üblicherweise für die Datenübertragungsrate verwendet?

A: Hertz (Hz)

B: Bit pro Sekunde (Bit/s)

C: Dezibel (dB)

D: Baud (Bd)

EE401: Welcher Unterschied besteht zwischen der Bandbreite und der Datenübertragungsrate?

A: Als Bandbreite wird die übertragene Datenmenge (in Hz) und als Datenübertragungsrate die je Zeiteinheit übertragenen Symbole (in Baud) bezeichnet.

B: Die Datenübertragungsrate (in Baud) entspricht der Symbolrate (in Bit/s). Die Bandbreite (in Hz) entspricht der minimal möglichen Datenübertragungsrate (in Baud).

C: Die Datenübertragungsrate (in Bit/s) entspricht der Symbolrate (in Baud). Die Bandbreite (in Hz) entspricht der maximal möglichen Datenübertragungsrate (in Bit/s).

D: Als Bandbreite wird der genutzte Frequenzbereich (in Hz) und als Datenübertragungsrate die je Zeiteinheit übertragene Datenmenge (in Bit/s) bezeichnet.

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.
AE416: Welche Aussage trifft auf das Shannon-Hartley-Gesetz zu? Das Gesetz ...

A: bestimmt die maximale Bandbreite, die durch eine Übertragung mit einer bestimmten Datenübertragungsrate theoretisch belegt werden kann.

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: besagt, dass theoretisch eine unendliche Abtastrate erforderlich ist, um ein bandbegrenztes Signal fehlerfrei zu rekonstruieren.

  • 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.

AE417: 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?

A: ca. 2,7 kBit/s

B: ca. 2,7 Bit/s

C: 0 Bit/s (Übertragung nicht möglich)

D: ca. 39 Bit/s

AE418: Ein Übertragungskanal mit einer Bandbreite von 10 MHz 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?

A: ca. 100 MBit/s

B: ca. 8 MBit/s

C: ca. 10 MBit/s

D: ca. 7 MBit/s

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 39 Bit/s richtig sein.

AE420: 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?

A: ca. 39 Bit/s

B: ca. 5,4 kBit/s

C: ca. 2,7 kBit/s

D: 0 Bit/s (Übertragung nicht möglich)

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.

AE419: 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?

A: ca. 10 MBit/s

B: ca. 7 MBit/s

C: ca. 8 MBit/s

D: ca. 100 MBit/s

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.
Abbildung 146: Quellencodierer
AE408: Wodurch kann die Datenmenge einer zu übertragenden Nachricht reduziert werden?

A: Kanalcodierung

B: Quellencodierung

C: Synchronisation

D: Mehrfachzugriff

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.
Abbildung 147: Kanal

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.
Abbildung 148: Kanalcodierer
AE409: Was wird unter Kanalcodierung verstanden?

A: Kompression von Daten vor der Übertragung zur Reduktion der Datenmenge

B: Zuordnung von Frequenzen zu Sende- bzw. Empfangskanälen zur häufigen Verwendung

C: Hinzufügen von Redundanz vor der Übertragung zum Schutz vor Übertragungsfehlern

D: Verschlüsselung des Kanals zum Schutz gegen unbefugtes Abhören

Fehlererkennung

AE411: Eine digitale Übertragung wird durch ein einzelnes Prüfbit (Parity Bit) abgesichert. Der Empfänger stellt bei der Paritätsprüfung einen Übertragungsfehler fest. Wie viele Bits einschließlich des Prüfbits wurden fehlerhaft übertragen?

A: Maximal zwei Bits

B: Eine ungerade Anzahl Bits

C: Mindestens zwei Bits

D: Eine gerade Anzahl Bits

AE412: Eine digitale Übertragung wird durch ein einzelnes Prüfbit (Parity Bit) abgesichert. Der Empfänger stellt bei der Paritätsprüfung keinen Übertragungsfehler fest. Was sagt dies über die Fehlerfreiheit der übertragenen Nutzdaten und des Prüfbits aus?

A: Die Übertragung war fehlerfrei.

B: Die Übertragung war fehlerfrei oder es ist eine gerade Anzahl an Bitfehlern aufgetreten.

C: Die Nutzdaten wurden fehlerfrei, das Prüfbit jedoch fehlerhaft übertragen.

D: Die Übertragung war fehlerfrei oder es ist eine ungerade Anzahl an Bitfehlern aufgetreten.

AE410: Was wird unter zyklischer Redundanzprüfung (CRC) verstanden?

A: Ein Prüfsummenverfahren zur Fehlererkennung in Datenblöcken variabler Länge.

B: Wiederholte (zyklisch redundante) Prüfung der Amateurfunkanlage auf Fehler.

C: Umlaufende (zyklische) Überwachung einer Frequenz durch mehrere Stationen.

D: Die fortlaufende Prüfung eines zu übertragenden Datenstroms auf Redundanz.

Fehlerkorrektur

AE413: Sie verwenden ein Datenübertragungsverfahren ohne Vorwärtsfehlerkorrektur. Wodurch können Datenpakete trotz Prüfsummenfehlern korrigiert werden?

A: Erneute Übertragung

B: Wiederholte Prüfung

C: I/Q-Verfahren

D: Duplizieren der Prüfsumme

AE414: Was ist die Voraussetzung für Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)?

A: Übertragung redundanter Informationen

B: Erneute Übertragung fehlerhafter Daten

C: Kompression vor der Übertragung

D: Automatische Anpassung der Sendeleistung

Mapping

Sende- und Empfangsketten

AF626: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Sendezweig eines Funkgeräts für digitalen Sprechfunk korrekt?
A:
B:
C:
D:
AF628: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Empfangszweig eines Funkgeräts für digitalen Sprechfunk korrekt?
A:
B:
C:
D:
AF629: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Empfangszweig für digitales Amateurfunkfernsehen (DATV) korrekt?
A:
B:
C:
D:
AF627: Welcher der nachfolgenden Blöcke vervollständigt den dargestellten, stark vereinfachten Sendezweig für digitales Amateurfunkfernsehen (DATV) korrekt?
A:
B:
C:
D:

Vielfachzugriff

TDMA

  • Time Division Multiple Access – Zeitmultiplexverfahren
  • Die digitalen Nutzdaten werden getrennt und nacheinander über die dieselbe Frequenz gesandt
  • Am Empfänger wird der Datenstrom wieder zusammengesetzt
EE409: Wie werden bei Zeitmultiplexverfahren (TDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

A: Zeitgleich auf unterschiedlichen Frequenzen

B: Zeitgleich mit Spreizcodierung im selben Frequenzbereich

C: Zeitgleich auf unterschiedlichen Wegen

D: Im schnellen zeitlichen Wechsel auf derselben Frequenz

CDMA

  • Code Division Multiple Access – Codemultiplexverfahren
  • Die digitalen Nutzdaten werden mit einem digitalen Code codiert (gemischt)
  • Am Empfänger wird derselbe digitale Code zum decodieren verwendet
EE411: Wie werden bei Codemultiplexverfahren (CDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

A: Im schnellen zeitlichen Wechsel auf derselben Frequenz

B: Zeitgleich mit Spreizcodierung im selben Frequenzbereich

C: Zeitgleich auf unterschiedlichen Frequenzen

D: Zeitgleich auf unterschiedlichen Wegen

FDMA

  • Frequency Division Multiple Access – Frequenzmultiplexverfahren
  • Das digitale Signal wird auf mehrere Frequenzen aufgeteilt
  • Dadurch kann mehr Bandbreite verwendet werden
EE410: Wie werden bei Frequenzmultiplexverfahren (FDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

A: Zeitgleich auf unterschiedlichen Frequenzen

B: Zeitgleich auf unterschiedlichen Wegen

C: Im schnellen zeitlichen Wechsel auf derselben Frequenz

D: Zeitgleich mit Spreizcodierung im selben Frequenzbereich

Synchronization

AE407: Was versteht man bei der Übertragung von Daten unter Synchronisation?

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.

Fragen?

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