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DRM – Digital Radio Mondiale
Kurzwelle - Digital DRM – Digital Radio Mondiale
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Motivation
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Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation
Analog Digital Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Digital Radio Mondiale
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analog Digital Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Frequenzspektrum Längstwellen Langwellen (LW) Mittelwellen (MW) Kurzwellen (KW) Ultrakurzwellen (UKW)
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Wellenausbreitung Frequenzspektrum Modulation Digital Radio Mondiale
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analog Digital Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Bodenwelle - Raumwelle
Wellenausbreitung Bodenwelle - Raumwelle Bodenwelle: Ausbreitung über Erdboden Relativ kurze Reichweite Raumwelle: Reflexion an Ionosphäre Kommt um die ganze Erde
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Wellenausbreitung Raumwelle Reflexion vornehmlich an der F2-Schicht (stärkste Ionisation) der Ionosphäre Reflexion am Boden hauptsächlich abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt (Leitfähigkeit) Ionosphäre Erdboden Sender Empfänger
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Analoge Kurzwelle 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
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Schichtwechsel Tagsüber Einstrahlung
Wellenausbreitung Schichtwechsel Tagsüber Einstrahlung Existenz tiefer gelegener Schichten Nachts Abbau der tieferen Schichten F1 und F2 Schichten verschmelzen zu einer einzigen F-Schicht
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Schichtwechsel Ort maximaler Ionisation wandert täglich durch die
Wellenausbreitung Schichtwechsel Ort maximaler Ionisation wandert täglich durch die Erdrotation von Ost nach West
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Schichtwechsel Zusätzlich abhängig von: Jahreszeiten Sonnenflecken
Wellenausbreitung Schichtwechsel Zusätzlich abhängig von: Jahreszeiten Sonnenflecken (11 Jahre Zyklus) „Funk-Wetterbericht“
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Reflexion – Im Detail Brechungsgesetz von Snellius
Wellenausbreitung Reflexion – Im Detail Brechungsgesetz von Snellius Stärker ionisierte Schichten dienen als „optisch dichteres“ Medium Niedrige „Frequenzen“ werden stärker gebrochen aber auch stärker gedämpft Schwach Ionisiert Stark Ionisiert
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Ausbreitung Wechselnde Eigenschaften durch sich verändernde Schichten
Wellenausbreitung Ausbreitung Wechselnde Eigenschaften durch sich verändernde Schichten SporadicE →Totalausfall Lowest Usable Frequency Maximum Usable Frequency →Tote Zone Maximal km pro Sprung
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Durch Interferenz verursachte Empfangsschwankungen
Wellenausbreitung Fading (Schwund) Durch Interferenz verursachte Empfangsschwankungen Brechung oder Reflexion an Ionosphäre Eigeninterferenzen (Mehrwegeausbreitung) Dopplerverschiebung (bewegte Luftschichten)
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Modulation Frequenzspektrum Wellenausbreitung Analogtechnik
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Modulation Anpassung des Informationssignals an das
Modulation - Analogtechnik Modulation Anpassung des Informationssignals an das Übertragungsmedium (Kanal) Winken im Dunkeln; Kabel, Satellitenfunk Amplitudenmodulation Winkelmodulation Frequenzmodulation Phasenmodulation
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Amplitudenmodulation (AM)
Modulation - Analogtechnik Amplitudenmodulation (AM) Amplitudenmoduliertes Signal Nutzsignal x Träger
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Modulation Frequenzspektrum Wellenausbreitung Digitaltechnik
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Digitales → Diskrete Werte → Bitdauer (Symboldauer) T
Modulation - Digitaltechnik Digitales → Diskrete Werte → Bitdauer (Symboldauer) T → Signalregeneration (raten) → Fehlerkorrektur T 2T A t→
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2ASK - 2PSK 2 Diskrete Amplitudenwerte 2 Diskrete Phasenlagen
Modulation - Digitaltechnik 2ASK - 2PSK T 2T t→ -A A 1 Amplitude ® t→ 2 Diskrete Amplitudenwerte 2 Diskrete Phasenlagen 1Bit/Symbol A A A A A t→ -A -A
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4ASK 4 Diskrete Amplitudenwerte 2 Diskrete Phasenlagen 2 Bit/Symbol:
Modulation - Digitaltechnik 4ASK 00 10 01 11 -A 3A -3A A Amplitude ® 4 Diskrete Amplitudenwerte 2 Diskrete Phasenlagen 2 Bit/Symbol: Symboldauer T gleich → Bitrate verdoppelt Bitrate gleich → Symboldauer verdoppelt (Störungssicherheit)
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Modulation - Digitaltechnik
Vergleich 2ASK-4ASK
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Orthogonale Funktionen
Modulation - Digitaltechnik Orthogonale Funktionen f(x), g(x) seien orthonormal/orthogonal 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
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4PSK Sin- und Cos- Funktionen:
Modulation - Digitaltechnik 4PSK Sin(wt) Sin- und Cos- Funktionen: Leicht zu erzeugende orthonormale Funktionen Spannen Funktionsraum auf Interpretation als EINE einzige Phasenverschobene Funktion A A -A Cos(wt) -A
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4PSK Amplitude A 4 Diskrete Phasenlagen 2Bit/Symbol robuster als 4ASK
Modulation - Digitaltechnik 4PSK Cos(wt) Sin(wt) 10 01 11 00 Amplitude A 4 Diskrete Phasenlagen 2Bit/Symbol robuster als 4ASK A -A A -A 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
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Modulation - Digitaltechnik
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Modulation - Digitaltechnik
Mischer f(x) f(x)·g(x) g(x)
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Modulation - Digitaltechnik
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Empfang Modulation - Digitaltechnik sin(wt) r(t) cos(wt)
Abtastung bei t=2T
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Modulation - Digitaltechnik
8PSK – 16PSK
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Modulation - Digitaltechnik
16QAM 2ASK → 4PSK ↓ 4ASK ↓ → 16QAM
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16QAM 4 Diskrete Amplitudenwerte 4 Diskrete Phasenlagen 4Bit/Symbol:
Modulation - Digitaltechnik 16QAM 4 Diskrete Amplitudenwerte 4 Diskrete Phasenlagen 4Bit/Symbol: Bitrate gegenüber 4PSK verdoppelt Verlust an Robustheit
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Modulation - Digitaltechnik
QAM M=64 M=32 M=16 M=8 M=4
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Modulation Frequenzspektrum Wellenausbreitung Frequenzaufteilung
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Bandbreite Modulation - Frequenzaufteilung fR: Sendefrequenz
bK: Bandbreite Sendefrequenzen so angeordnet, dass sich die einzelnen Frequenzbereiche nicht gegenseitig stören.
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Zeitbereich - Frequenzbereich
Digitaltechnik Zeitbereich - Frequenzbereich t A 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=f0 f f0
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FDM - Frequency Division Multiplex
Modulation - Frequenzaufteilung FDM - Frequency Division Multiplex f1 P f bK f t T 4T f t f t T*=4T f11 f12 f13 f14 FDM f A
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Vorteile FDM Normale Modulation: FDM: Besserer Empfang
Modulation - Frequenzaufteilung 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
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FDM - OrthogonalFDM Modulation - Frequenzaufteilung f t T*=4T f11 f12
OFDM f15 f16 f17 TG f A
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Modulation - Frequenzaufteilung
FDM - OrthogonalFDM f
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Vorteile OFDM FDM: OFDM; Lücke zwischen den einzelnen Frequenzteilen
Modulation - Frequenzaufteilung 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 TG
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Schutzintervall - Fading
Modulation - Frequenzaufteilung 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 TG Fading wird vollständig verhindert, solange das Schutzintervall lang genug ist.
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Digital Radio Mondiale
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale
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Digital Radio Mondiale
Funktionsschema
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Wellenlänge f c = l λ/2-Dipol Grundlagen - Funk → Antennengröße in der
Größenordnung der Wellenlänge
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Tropenband: Grundlagen - Funk
Geringe Empfindlichkeit gegenüber Gewitterstörungen Reflexion an Ionosphäre Weltweit günstige Empfangsbedingungen
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Analogtechnik Frequenzmodulation Frequenzmoduliertes Signal
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Vergleich Amplitudenmodulation: Frequenzmodulation:
Analogtechnik 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]
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Analoge Kurzwelle
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Digitaltechnik
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