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DRM – Digital Radio Mondiale

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Präsentation zum Thema: "DRM – Digital Radio Mondiale"—  Präsentation transkript:

1 DRM – Digital Radio Mondiale
Kurzwelle - Digital DRM – Digital Radio Mondiale

2 Motivation

3 Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation
Analog Digital Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

4 Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Digital Radio Mondiale
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analog Digital Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

5 Frequenzspektrum Längstwellen Langwellen (LW) Mittelwellen (MW) Kurzwellen (KW) Ultrakurzwellen (UKW)

6 Wellenausbreitung Frequenzspektrum Modulation Digital Radio Mondiale
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analog Digital Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

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

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

9 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

10 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

11 Schichtwechsel Ort maximaler Ionisation wandert täglich durch die
Wellenausbreitung Schichtwechsel Ort maximaler Ionisation wandert täglich durch die Erdrotation von Ost nach West

12 Schichtwechsel Zusätzlich abhängig von: Jahreszeiten Sonnenflecken
Wellenausbreitung Schichtwechsel Zusätzlich abhängig von: Jahreszeiten Sonnenflecken (11 Jahre Zyklus) „Funk-Wetterbericht“

13 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

14 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

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

16 Modulation Frequenzspektrum Wellenausbreitung Analogtechnik
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

17 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

18 Amplitudenmodulation (AM)
Modulation - Analogtechnik Amplitudenmodulation (AM) Amplitudenmoduliertes Signal Nutzsignal x Träger

19 Modulation Frequenzspektrum Wellenausbreitung Digitaltechnik
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

20 Digitales → Diskrete Werte → Bitdauer (Symboldauer) T
Modulation - Digitaltechnik Digitales → Diskrete Werte → Bitdauer (Symboldauer) T → Signalregeneration (raten) → Fehlerkorrektur T 2T A t→

21 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

22 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)

23 Modulation - Digitaltechnik
Vergleich 2ASK-4ASK

24 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

25 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

26 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

27 Modulation - Digitaltechnik

28 Modulation - Digitaltechnik
Mischer f(x) f(x)·g(x) g(x)

29 Modulation - Digitaltechnik

30 Empfang Modulation - Digitaltechnik sin(wt) r(t) cos(wt)
Abtastung bei t=2T

31 Modulation - Digitaltechnik
8PSK – 16PSK

32 Modulation - Digitaltechnik
16QAM 2ASK → 4PSK 4ASK → 16QAM

33 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

34 Modulation - Digitaltechnik
QAM M=64 M=32 M=16 M=8 M=4

35 Modulation Frequenzspektrum Wellenausbreitung Frequenzaufteilung
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

36 Bandbreite Modulation - Frequenzaufteilung fR: Sendefrequenz
bK: Bandbreite Sendefrequenzen so angeordnet, dass sich die einzelnen Frequenzbereiche nicht gegenseitig stören.

37 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

38 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

39 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

40 FDM - OrthogonalFDM Modulation - Frequenzaufteilung f t T*=4T f11 f12
OFDM f15 f16 f17 TG f A

41 Modulation - Frequenzaufteilung
FDM - OrthogonalFDM f

42 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

43 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.

44 Digital Radio Mondiale
Inhalt Frequenzspektrum Wellenausbreitung Modulation Analogtechnik Digitaltechnik Frequenzaufteilung Digital Radio Mondiale

45 Digital Radio Mondiale
Funktionsschema

46

47 Wellenlänge f c = l λ/2-Dipol Grundlagen - Funk → Antennengröße in der
Größenordnung der Wellenlänge

48 Tropenband: Grundlagen - Funk
Geringe Empfindlichkeit gegenüber Gewitterstörungen Reflexion an Ionosphäre Weltweit günstige Empfangsbedingungen

49 Analogtechnik Frequenzmodulation Frequenzmoduliertes Signal

50 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]

51 Analoge Kurzwelle

52 Digitaltechnik


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