Übertragungstechnik I (ÜT I)

Grundlagen der digitalen Nachrichtenübertragung über Kabel, Glasfaser oder Funk

Corona-bedingt wird es vorerst keine Präsenzvorlesungen geben. Aber sowohl Video-Aufnahmen als auch kommentierte Versionen des Skriptes zur Vorlesung bzw. Übung werden auf ILIAS bereit gestellt.

Synopsis

Die digitale Übertragung von Information ist essenzieller Bestandteil aller heutigen Kommunikationssysteme, sei es Radio/TV-"Rundfunk", die Kabel-Breitbandkommunikation (Kabel-Fernsehen, DSL etc.), der Mobilfunk oder die optische Nachrichtentechnik. Diese Vorlesung behandelt ausführlich die Grundlagen der Zeit-/Frequenzbereichs-Impulsformung, der Modulation beim Sender und Detektion beim Empfänger, angepasst auf das jeweilige physikalische Übertragungsmedium (Kupferkabel, Glasfaser, Funkkanal).

Inhalt und Lernziele

1 Übersicht
1.1 MSc-Vorlesungen des Instituts

2 Digitale Übertragung analoger Signale
2.1 Abtasttheorem
2.1.1 Zeitdiskretisierung durch Abtastung
2.1.2 Zurück zu Zeitkontinuität durch Rekonstruktionstiefpass
2.2 Quantisierung
2.2.1 Quantisierungskennlinien
2.2.2 Quantisierungsrauschen
2.2.3 Clipping und Quantisierung normalverteilter Abtastwerte
2.2.4 Quantisierungsrauschen im Frequenzbereich
2.3 A/D, D/A-Umsetzer
2.4 Eine erste (PCM) Übertragungsstrecke

3 Übertragung von Impulsen über Tiefpasskanäle
3.1 Nachbarimpulsbeeinflussung
3.1.1 Zeitbereich
3.1.2 Augendiagramm
3.2 Erstes Nyquist-Kriterium
3.2.1 Zeitbereich
3.2.2 Beispiel eines Nyquist-Impulses: Raised Cosine
3.2.3 Frequenzbereich
3.3 Zweites Nyquist-Kriterium
3.4 Puls-Amplituden Modulation (PAM)
3.5 Modellierung von Rauscheffekten
3.5.1 AWGN-Kanal
3.5.2 Signal-Rausch-Abstand
3.6 Symbolfehlerwahrscheinlichkeit
3.6.1 Zusammenhänge aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung
3.6.2 Allgemeiner Ansatz für zweiwertige Modulation
3.6.3 Unipolar versus Bipolar
3.6.4 M-PAM
3.7 Partial Response-Impulsformung
3.7.1 Impulserzeugung im Zeitbereich
3.7.2 Spektrale Eigenschaften
3.7.3 Empfang, Vorcodierung

4 Mit Amplitudenmodulation in den Bandpassbereich
4.1 Analoge Zweiseitenband(ZSB)-AM
4.2 Analoge Einseitenband(ESB)-AM
4.2.1 Frequenzbereichsbetrachtung
4.2.2 Rücktransformation in den Zeitbereich
4.2.3 Hilbert-Filter
4.3 Analoge Quadratur-AM (QAM)
4.3.1 Bandpass-Signale in reeller und komplexer Darstellung
4.3.2 Demodulation von QAM-Signalen

5 Digitale QAM im komplexen Basisband
5.1 Zeitsignal der Impulsfolge
5.2 Konstellationsdiagramme
5.2.1 Amplitude-Shift Keying (ASK)
5.2.2 Phase-Shift Keying (PSK)
5.2.3 Quadrature-AM (QAM)
5.3 Ortskurven
5.4 Empfänger für digitale QAM
5.5 Symbolfehlerwahrscheinlichkeit bei digitaler QAM
5.5.1 Bandpassrauschen
5.5.2 Symbolfehlerwahrscheinlichkeit für QPSK
5.5.3 Übersicht der Symbolfehlerwahrscheinlichkeiten
5.6 Weitere Qualitätsmaße der digitalen Übertragung
5.6.1 Mittleres Fehlerquadrat, EVM
5.6.2 Transinformation

6 Sender-/Empfänger-Unzulänglichkeiten
6.1 Rauschen
6.2 Phasenoffset
6.3 Frequenzoffset
6.4 Abtastzeitpunkte
6.5 IQ-Imbalance
6.6 Weitere Effekte

7 Mehrträger-Modulation, Orthogonaler Frequenzmultiplex (OFDM)
7.1 Motivation
7.2 Von Einträger- zu Mehrträgermodulation
7.2.1 Ein Träger
7.2.2 Zwei Träger
7.2.3 Viele Träger
7.2.4 Einfache Sender- und Empfängerstrukturen
7.3 Übergang zu zeitdiskreter Signalverarbeitung
7.4 Visualisierung der Fourier-Matrix
7.5 Zeitdiskrete Implementierung
7.6 Anmerkungen zur Implementation der FFT

A Anhang
A.1 Experiment zu Quantisierungskennlinien
A.1.1 Herleitung, Leistung des Clipping-Rauschens
A.1.2 Zu Quantisierung: Kompandierung, Expandierung
A.1.3 Quantisierungsexperiment

B Webdemo-Aufgaben

C Lecture, Seminar and Exam: Best Practices
C.1 Attending lectures
C.1.1 General
C.1.2 Lecture format
C.2 How to do well in exams
C.2.1 During the written exam
C.2.2 During the oral exam

Hinweis: Die Kursinhalte werden ständig aktualisiert, um der technisch-wissenschaftlichen Weiterentwicklung gerecht zu werden.

Information

6 ECTS Credits (Lehrsprache ist Deutsch)

Lehrer Prof. Dr.-Ing. Stephan ten Brink
Uhrzeit Dienstag, 9:45-11:15
Raum V27.02
SSW 2
Lehrer Sebastian Dörner und Alexander Span
Uhrzeit Mittwoch, 8:00-9:30
Raum V47.03
SSW 2
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