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Digitale Übertragungsverfahren
Digitale Übertragungsverfahren
Bei digitalen Übertragungsverfahren werden Daten als diskrete Symbole übertragen. Im Amateurfunk begegnen uns Verfahren wie RTTY, FT8/FT4, PSK31 und viele mehr.
Stell dir vor: Digitale Übertragung ist wie Morsen mit mehr Möglichkeiten:
- Statt nur "an/aus" (wie CW) kann man auch Phase, Amplitude oder Frequenz ändern
- Je mehr Zustände man unterscheiden kann, desto mehr Bits pro Symbol
- Aber: Mehr Zustände brauchen ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis
Frage AE401: PSK - Phasenumtastung erkennen
Bei PSK wird die Phase des Trägers umgetastet:
So erkennst du PSK im Oszillogramm:
- Plötzliche Phasensprünge (die Welle "kippt")
- Konstante Amplitude (keine Amplitudenänderung wie bei AM)
- Konstante Frequenz (keine Frequenzänderung wie bei FM)
Frage AE402: BPSK vs. QPSK
| Verfahren | Phasenzustände | Bits pro Symbol |
|---|---|---|
| BPSK | 2 (0° und 180°) | 1 Bit |
| QPSK | 4 (0°, 90°, 180°, 270°) | 2 Bit |
Frage AE402: BPSK = 1 Bit/Symbol, QPSK = 2 Bit/Symbol.
Merke: Mehr Phasenzustände = mehr Bits pro Symbol!
Merke: Mehr Phasenzustände = mehr Bits pro Symbol!
Fragen AE403-AE404: QAM - Quadraturamplitudenmodulation
QAM kombiniert Amplitude UND Phase:
- Frage AE403: Bei QAM werden Amplitude und Phase verändert
- Frage AE404: QAM wird erzeugt durch Addition zweier um 90° phasenverschobener Träger (I- und Q-Komponente)
Fragen AE405-AE406: Symbolrate und Datenrate
Der Zusammenhang zwischen Symbolrate und Datenrate:
$\text{Datenrate [Bit/s]} = \text{Symbolrate [Baud]} \times \text{Bits pro Symbol}$
Frage AE405: RTTY
2 Frequenzen → 1 Bit/Symbol, Symbolrate = 45,45 Baud
$\text{Datenrate} = 45{,}45 \times 1 = \mathbf{45{,}45\,\text{Bit/s}}$
Frage AE406: FT4
4 Frequenzen → 2 Bit/Symbol, Symbolrate = 23,4 Baud
$\text{Datenrate} = 23{,}4 \times 2 = \mathbf{46{,}8\,\text{Bit/s}}$
Frage AE407: Synchronisation
Frage AE407: Synchronisation bedeutet die zeitliche Übereinstimmung zwischen Sender und Empfänger - nicht Frequenzabgleich, nicht Leistungsanpassung!
Fragen AE408-AE409: Quellencodierung vs. Kanalcodierung
Quellencodierung
Ziel: Datenmenge reduzieren
Methode: Kompression (z.B. ZIP, MP3)
Frage AE408
Ziel: Datenmenge reduzieren
Methode: Kompression (z.B. ZIP, MP3)
Frage AE408
Kanalcodierung
Ziel: Fehlerschutz
Methode: Redundanz hinzufügen
Frage AE409
Ziel: Fehlerschutz
Methode: Redundanz hinzufügen
Frage AE409
Fragen AE410-AE414: Fehlerprüfung und -korrektur
Frage AE410: CRC
CRC ist ein Prüfsummenverfahren zur Fehlererkennung - nicht zur Korrektur!
Fragen AE411-AE412: Parity Bit
Ein einzelnes Parity Bit kann nur ungerade Fehleranzahlen erkennen:
| Situation | Fehler erkannt? | Frage |
|---|---|---|
| 1, 3, 5, ... Bitfehler | Ja (ungerade Anzahl) | AE411 |
| 0, 2, 4, ... Bitfehler | Nein (gerade Anzahl) | AE412 |
Fragen AE413-AE414: Fehlerkorrektur
| Verfahren | Funktionsweise | Frage |
|---|---|---|
| Ohne FEC | Erneute Übertragung (ARQ) | AE413 |
| Mit FEC | Korrektur durch redundante Information | AE414 |
Frage AE415: Bandbreite und Symbolrate
Frage AE415: Höhere Symbolrate (schnellere Umschaltung) → größere Bandbreite!
Fragen AE416-AE420: Shannon-Hartley-Gesetz
Das Shannon-Hartley-Gesetz bestimmt die maximale theoretische Datenrate:
$C = B \cdot \log_2(1 + SNR)$
wobei:
- $C$ = Kanalkapazität (max. Datenrate in Bit/s)
- $B$ = Bandbreite in Hz
- $SNR$ = Signal-Rausch-Verhältnis (linear, nicht in dB!)
Wichtige Spezialfälle für die Prüfung
| SNR | SNR linear | Ergebnis | Fragen |
|---|---|---|---|
| 0 dB | 1 | $C \approx B$ | AE417, AE418 |
| 30 dB | 1000 | $C \approx 10 \cdot B$ | AE419 |
| −20 dB | 0,01 | $C \approx B/70$ | AE420 |
Beispielrechnungen
AE417: $B = 2{,}7\,\text{kHz}$, SNR = 0 dB
$C = B \cdot \log_2(1 + 1) = B \cdot \log_2(2) = B \cdot 1 = \mathbf{2{,}7\,\text{kBit/s}}$
AE418: $B = 10\,\text{MHz}$, SNR = 0 dB
$C = 10\,\text{MHz} \cdot 1 = \mathbf{10\,\text{MBit/s}}$
AE419: $B = 10\,\text{MHz}$, SNR = 30 dB = 1000
$C = 10\,\text{MHz} \cdot \log_2(1001) \approx 10\,\text{MHz} \cdot 10 = \mathbf{100\,\text{MBit/s}}$
AE420: $B = 2{,}7\,\text{kHz}$, SNR = −20 dB = 0,01
$C = 2{,}7\,\text{kHz} \cdot \log_2(1{,}01) \approx 2700 \cdot 0{,}0144 \approx \mathbf{39\,\text{Bit/s}}$
💡 Wichtig: Selbst bei negativem SNR (Signal schwächer als Rauschen) ist Datenübertragung möglich - nur langsamer! Das nutzen FT8/FT4 aus.
Fragen AE421-AE422: OFDM
OFDM verwendet viele schmale Einzelträger statt eines breiten Trägers:
| Frage | OFDM ist unempfindlich gegen... | Warum? |
|---|---|---|
| AE421 | Schmalbandige Störungen | Nur einzelne Träger betroffen, Rest intakt |
| AE422 | Mehrwegeausbreitung | Lange Symboldauer, Guard Interval |
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| AE401 | PSK erkennen | Phasensprünge bei konstanter Amplitude |
| AE402 | BPSK vs QPSK | BPSK: 1 Bit, QPSK: 2 Bit pro Symbol |
| AE403 | QAM überträgt durch | Änderung von Amplitude UND Phase |
| AE404 | QAM-Erzeugung | Zwei 90°-phasenverschobene Träger addieren |
| AE405 | RTTY Datenrate | 45,45 Bit/s (1 Bit/Symbol) |
| AE406 | FT4 Datenrate | 46,8 Bit/s (2 Bit/Symbol) |
| AE407 | Synchronisation | Zeitliche Übereinstimmung |
| AE408 | Datenmenge reduzieren | Quellencodierung |
| AE409 | Kanalcodierung | Redundanz für Fehlerschutz |
| AE410 | CRC | Prüfsumme zur Fehlererkennung |
| AE411 | Parity erkennt Fehler | Ungerade Anzahl Bits |
| AE412 | Parity kein Fehler | Fehlerfrei ODER gerade Anzahl Fehler |
| AE413 | Ohne FEC korrigieren | Erneute Übertragung |
| AE414 | FEC Voraussetzung | Redundante Information |
| AE415 | Höhere Symbolrate | Bandbreite steigt |
| AE416 | Shannon-Hartley | Max. Datenrate bei gegebener B und SNR |
| AE417 | 2,7 kHz, 0 dB | ca. 2,7 kBit/s |
| AE418 | 10 MHz, 0 dB | ca. 10 MBit/s |
| AE419 | 10 MHz, 30 dB | ca. 100 MBit/s |
| AE420 | 2,7 kHz, −20 dB | ca. 39 Bit/s |
| AE421 | OFDM unempfindlich | Schmalbandige Störungen |
| AE422 | OFDM vorteilhaft bei | Mehrwegeausbreitung |
Wissenskontrolle
0 / 22 Fragen richtigAE401
Welches der folgenden Diagramme zeigt einen erkennbar durch Phasenumtastung (PSK) modulierten Träger?