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Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu1 Kurzwelle - Digital DRM – Digital Radio Mondiale.

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Präsentation zum Thema: "Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu1 Kurzwelle - Digital DRM – Digital Radio Mondiale."—  Präsentation transkript:

1 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu1 Kurzwelle - Digital DRM – Digital Radio Mondiale

2 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu2 Motivation

3 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu3 Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation – Analog – Digital – Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

4 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu4 Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation – Analog – Digital – Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

5 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu5 Frequenzspektrum Ultrakurzwellen (UKW) Kurzwellen (KW) Mittelwellen (MW) Langwellen (LW) Längstwellen

6 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu6 FrequenzspektrumWellenausbreitung Modulation – Analog – Digital – Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

7 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu7 Bodenwelle - Raumwelle Bodenwelle: Ausbreitung über Erdboden Relativ kurze Reichweite Wellenausbreitung Raumwelle : Reflexion an Ionosphäre Kommt um die ganze Erde

8 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu8 Raumwelle Reflexion vornehmlich an der F2-Schicht (stärkste Ionisation) der Ionosphäre Reflexion am Boden hauptsächlich abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt (Leitfähigkeit) Wellenausbreitung Ionosphäre Erdboden Sender Empfänger

9 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu9 Ionosphäre Solarer Flux: Von der Sonne einfallende elektromagnetische und korpuskulare Strahlung ionisiert hohe schichten der Erdatmosphäre Ionendichte in verschiedenen Höhen nicht konstant Ausbildung von Schichten Analoge Kurzwelle

10 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu10 Schichtwechsel Tagsüber Einstrahlung Existenz tiefer gelegener Schichten Nachts Abbau der tieferen Schichten F1 und F2 Schichten verschmelzen zu einer einzigen F-Schicht Wellenausbreitung

11 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu11 Schichtwechsel Ort maximaler Ionisation wandert täglich durch die Erdrotation von Ost nach West Wellenausbreitung

12 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu12 Schichtwechsel Zusätzlich abhängig von: Jahreszeiten Sonnenflecken (11 Jahre Zyklus) Funk-Wetterbericht Wellenausbreitung

13 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu13 Stark Ionisiert Schwach Ionisiert Reflexion – Im Detail Brechungsgesetz von Snellius Stärker ionisierte Schichten dienen als optisch dichteres Medium Niedrige Frequenzen werden stärker gebrochen aber auch stärker gedämpft Wellenausbreitung

14 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu14 Ausbreitung Wechselnde Eigenschaften durch sich verändernde Schichten SporadicE Totalausfall Lowest Usable Frequency Maximum Usable Frequency Tote Zone Maximal km pro Sprung Wellenausbreitung

15 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu15 Fading (Schwund) Brechung oder Reflexion an Ionosphäre Eigeninterferenzen (Mehrwegeausbreitung) Dopplerverschiebung (bewegte Luftschichten) Wellenausbreitung Durch Interferenz verursachte Empfangsschwankungen

16 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu16 Frequenzspektrum WellenausbreitungModulationAnalogtechnik – Digitaltechnik – Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

17 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu17 Modulation Anpassung des Informationssignals an das Übertragungsmedium (Kanal) –Winken im Dunkeln; Kabel, Satellitenfunk Amplitudenmodulation Winkelmodulation –Frequenzmodulation –Phasenmodulation Modulation - Analogtechnik

18 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu18 Amplitudenmodulation (AM) Nutzsignal x Träger Amplitudenmoduliertes Signal Modulation - Analogtechnik

19 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu19 Frequenzspektrum WellenausbreitungModulation AnalogtechnikDigitaltechnik – Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

20 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu20 Digitales Diskrete Werte Bitdauer (Symboldauer) T Signalregeneration (raten) Fehlerkorrektur Modulation - Digitaltechnik T2T A t

21 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu21 2ASK - 2PSK 2 Diskrete Amplitudenwerte 2 Diskrete Phasenlagen 1Bit/Symbol Modulation - Digitaltechnik 01 -AA Amplitude -A A AAA T2T -A A t t t

22 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu22 4ASK 4 Diskrete Amplitudenwerte 2 Diskrete Phasenlagen 2 Bit/Symbol: Symboldauer T gleich Bitrate verdoppelt Bitrate gleich Symboldauer verdoppelt (Störungssicherheit) Modulation - Digitaltechnik A3A-3AA Amplitude

23 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu23 Vergleich 2ASK-4ASK Modulation - Digitaltechnik

24 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu24 Orthogonale Funktionen =0 wenn f(x) g(x) =Y wenn f(x) = g(x) und beide orthogonal zueinander sind =1 wenn f(x) = g(x) und beide orthonormal zueinander sind Reicht bei periodischen Funktionen aus Modulation - Digitaltechnik f(x), g(x) seien orthonormal/orthogonal

25 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu25 A -A 4PSK Sin- und Cos- Funktionen: Leicht zu erzeugende orthonormale Funktionen Spannen Funktionsraum auf Interpretation als EINE einzige Phasenverschobene Funktion Modulation - Digitaltechnik Cos( t) Sin( t) A -A

26 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu26 4PSK Amplitude A 4 Diskrete Phasenlagen 2Bit/Symbol robuster als 4ASK Gray – Codierung: Im Fall eines Übertragungsfehlers werden mit hoher Wahrscheinlichkeit Nachbarsymbole vertauscht. Spezielle Symbolcodierung: nur 1 Bit unterschied zwischen Nachbarsymbolen pro Symbolfehler nur 1 Bitfehler einfache Fehlerkorrektur reicht aus Modulation - Digitaltechnik Cos( t) Sin( t) A -A A

27 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu27 Modulation - Digitaltechnik

28 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu28 Mischer g(x) f(x) f(x)·g(x) Modulation - Digitaltechnik

29 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu29 Modulation - Digitaltechnik

30 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu30 r(t) cos( t) sin( t) Abtastung bei t=2T Empfang Modulation - Digitaltechnik

31 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu31 8PSK – 16PSK Modulation - Digitaltechnik

32 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu32 16QAM 2ASK 4PSK 4ASK 16QAM Modulation - Digitaltechnik

33 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu33 16QAM 4Bit/Symbol: Bitrate gegenüber 4PSK verdoppelt Verlust an Robustheit 4 Diskrete Amplitudenwerte 4 Diskrete Phasenlagen Modulation - Digitaltechnik

34 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu34 QAM M=4 M=32 M=16 M=64 M=8 Modulation - Digitaltechnik

35 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu35 Frequenzspektrum WellenausbreitungModulation Analogtechnik DigitaltechnikFrequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

36 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu36 Bandbreite f R : Sendefrequenz b K : Bandbreite Sendefrequenzen so angeordnet, dass sich die einzelnen Frequenzbereiche nicht gegenseitig stören. Modulation - Frequenzaufteilung

37 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu37 f Zeitbereich - Frequenzbereich t A 0 0 f0f0 Digital: Rechteckige Signale im Basisband im Zeitbereich Transformation in den Frequenzbereich: Si - förmiges Signal, symmetrisch zu f=0 Modulation: Parallelverschiebung im Frequenzbereich von f=0 zu f=f 0 Digitaltechnik

38 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu38 f A FDM - Frequency Division Multiplex f t f1f1 P f bKbK T 4T f t f t T*=4T f 11 f 12 f 13 f 14 FDM Modulation - Frequenzaufteilung

39 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu39 Vorteile FDM Normale Modulation: –Ganze Bandbreite für ein Symbol –Kurze Symboldauer T Störanfällig FDM: –Bandbreite in mehrere gleichgroße Teilbereiche aufgeteilt –Mehrere Symbole werden parallel mit längerer Symboldauer T* gesendet –Symbol steht länger Kanalverzerrungen werden minimiert Besserer Empfang Modulation - Frequenzaufteilung

40 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu40 FDM - OrthogonalFDM f t T*=4T f 11 f 12 f 13 f 14 FDM f t T*=4T f 11 f 12 f 13 f 14 OFDM f 15 f 16 f 17 TGTG Modulation - Frequenzaufteilung f A f A

41 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu41 FDM - OrthogonalFDM f Modulation - Frequenzaufteilung

42 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu42 Vorteile OFDM FDM: –Lücke zwischen den einzelnen Frequenzteilen keine optimale Ausnutzung der Bandbreite OFDM; –Orthogonale Anordnung der einzelnen Frequenzteilen Trotz Überlappung keine gegenseitige Störung Optimale Ausnutzung vorhandener Bandbreite –Schutzintervall T G Modulation - Frequenzaufteilung

43 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu43 Schutzintervall - Fading Symboldauer T: Verspätet eintreffende Symbole stören das (n+x)te Symbol des Signals FDM: Signaldauer T*: Verlängerte Symboldauer Interferenz wesentlich gemindert OFDM: Schutzintervall T G Fading wird vollständig verhindert, solange das Schutzintervall lang genug ist. Modulation - Frequenzaufteilung

44 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu44 Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale Inhalt

45 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu45 Funktionsschema Digital Radio Mondiale

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47 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu47 Wellenlänge Grundlagen - Funk f c λ/2-Dipol Antennengröße in der Größenordnung der Wellenlänge

48 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu48 Grundlagen - Funk Tropenband: Geringe Empfindlichkeit gegenüber Gewitterstörungen Reflexion an Ionosphäre Weltweit günstige Empfangsbedingungen

49 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu49 Frequenzmodulation Analogtechnik Frequenzmoduliertes Signal

50 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu50 Vergleich Amplitudenmodulation: –recht störungsanfällig, –sehr einfache technische Umsetzung v.a. auf Seiten des Empfängers Frequenzmodulation: –recht unempfindlich gegenüber atmosphärischen Störungen –sehr komplizierte technische Realisierung (analog) [mit heutigen IC kein Problem mehr] Analogtechnik

51 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu51 Analoge Kurzwelle

52 Kurzwelle Digital © Liviu Stoicescu52 Digitaltechnik


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