Ulrich Freyer
Nachrichten-Übertragungstechnik
Grundlagen, Komponenten, Verfahren und Anwendungen der Informations-, Kommunikations- und Medientechnik
Inhalt
10
1 Ausgangssituation
20
1.1 Einführung
20
1.2 Information, Signal, Kommunikation
20
1.3 Übertragung und Speicherung
22
1.4 Übungen zu Kapitel 1
25
1.5 Lernerfolgskontrolle zu Kapitel 1
25
2 Grundlagen
26
2.1 Pegel
26
2.1.1 Einführung
26
2.1.2 Pegelarten
26
2.1.3 Abstand und Maß
32
2.1.4 Pegelplan
33
2.2 Übungen zu Abschnitt 2.1
34
2.3 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.1
35
2.4 Signale
35
2.4.1 Einführung
35
2.4.2 Zeitfunktion und Frequenzfunktion
35
2.4.3 Analoge und digitale Signale
41
2.4.4 Nutzsignale und Störsignale
45
2.4.5 Analyse und Synthese
52
2.4.6 Dämpfung und Verstärkung
57
2.4.7 Kopplungsarten
59
2.5 Übungen zu Abschnitt 2.4
60
2.6 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.4
61
2.7 Eintore und Mehrtore
63
2.7.1 Einführung
63
2.7.2 Funktionseinheiten
63
2.7.3 Übersichtsschaltpläne
63
2.7.4 Arten der Tore
63
2.7.5 Kenngrößen
65
2.7.6 Belastete Ein- und Mehrtore
66
2.8 Übungen zu Abschnitt 2.7
67
2.9 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.7
67
2.10 Anpassung und Fehlanpassung
67
2.10.1 Einführung
67
2.10.2 Voraussetzungen und Auswirkungen
67
2.10.3 Bewertungsgrößen
69
2.10.4 Rauschanpassung
71
2.11 Übungen zu Abschnitt 2.10
71
2.12 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.10
71
2.13 Elektromagnetische Wellen
72
2.13.1 Einführung
72
2.13.2 Schwingung und Welle
72
2.13.3 Elektromagnetisches Feld
76
2.13.4 Frequenz- und Wellenbereiche
82
2.13.5 Wellenausbreitung
84
2.14 Übungen zu Abschnitt 2.13
91
2.15 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.13
92
2.16 Kommunikation
93
2.16.1 Einführung
93
2.16.2 Arten
93
2.16.3 Verteilung und Vermittlung
95
2.16.4 Übertragungsmodi
95
2.17 Übungen zu Abschnitt 2.16
96
2.18 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.16
97
2.19 Referenzmodell für offene Kommunikationssysteme
97
2.19.1 Einführung
97
2.19.2 Konzept
97
2.19.3 Schichtenstruktur
99
2.19.4 Kommunikationsstruktur
101
2.20 Übungen zu Abschnitt 2.19
103
2.21 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.19
103
2.22 Signalübertragung
103
2.22.1 Einführung
103
2.22.2 Übertragungssystem
104
2.22.3 Übertragungskonzept
104
2.22.4 Übertragungskanal
105
2.22.5 Übertragungsparameter
106
2.23 Übungen zu Abschnitt 2.22
107
2.24 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.22
108
2.25 Signalspeicherung
108
2.25.1 Einführung
108
2.25.2 Speicherkonzepte
108
2.25.3 Speicherspezifikationen
110
2.26 Übungen zu Abschnitt 2.25
111
2.27 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.25
111
2.28 Schnittstellen und Protokolle
112
2.28.1 Einführung
112
2.28.2 Begriffsbestimmungen
112
2.28.3 Hardware-Schnittstellen
113
2.28.4 Software-Schnittstellen
115
2.28.5 Protokolle
115
2.29 Übungen zu Abschnitt 2.28
116
2.30 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.28
117
2.31 Netze und Dienste
117
2.31.1 Einführung
117
2.31.2 Begriffsbestimmungen
117
2.31.3 Netze
118
2.31.3.1 Einführung
118
2.31.3.2 Netzbetrieb
118
2.31.3.3 Netzkonzepte
122
2.31.3.4 Netzinfrastruktur
123
2.31.4 Dienste
127
2.32 Übungen zu Abschnitt 2.31
128
2.33 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.31
129
2.34 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
129
2.34.1 Einführung
129
2.34.2 Grundlagen
130
2.34.3 Störstrahlung
131
2.34.4 Störfestigkeit
132
2.35 Übungen zu Abschnitt 2.34
134
2.36 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.34
134
2.37 Standardisierung
135
2.37.1 Einführung
135
2.37.2 Grundlagen
135
2.37.3 Offizielle Standards
136
2.37.4 Verbands- und Industriestandards
139
2.38 Übungen zu Abschnitt 2.37
141
2.39 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.37
141
2.40 Messtechnik
141
2.40.1 Einführung
141
2.40.2 Grundlagen
142
2.40.3 Elektrische Messtechnik
142
2.40.4 Optische Messtechnik
146
2.41 Übungen zu Abschnitt 2.40
147
2.42 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 2.40
147
3 Komponenten
148
3.1 Verstärker
148
3.1.1 Einführung
148
3.1.2 Kenngrößen
148
3.1.3 Arten
150
3.2 Übungen zu Abschnitt 3.1
151
3.3 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.1
151
3.4 Sender und Empfänger
151
3.4.1 Einführung
151
3.4.2 Kenngrößen
151
3.4.3 Arten
152
3.5 Übungen zu Abschnitt 3.4
153
3.6 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.4
153
3.7 Antennen
153
3.7.1 Einführung
153
3.7.2 Grundlagen
153
3.7.3 Kenngrößen
154
3.7.4 Ausführungsformen
159
3.8 Übungen zu Abschnitt 3.7
165
3.9 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.7
165
3.10 Elektrische Leitungen
166
3.10.1 Einführung
166
3.10.2 Grundlagen
166
3.10.3 Kenngrößen
168
3.10.4 Ausführungsformen
169
3.10.5 Leitung als Übertragungskanal
173
3.10.6 Leitung als Bauelement
174
3.11 Übungen zu Abschnitt 3.10
177
3.12 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.10
177
3.13 Optische Leitungen
178
3.13.1 Einführung
178
3.13.2 Grundlagen
178
3.13.3 Kenngrößen
181
3.13.4 Ausführungsformen
182
3.14 Übungen zu Abschnitt 3.13
185
3.15 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.13
185
3.16 Wandler und Umsetzer
185
3.16.1 Einführung
185
3.16.2 Elektroakustische Wandler
186
3.16.2.1 Einführung
186
3.16.2.2 Grundlagen
186
3.16.2.3 Mikrofone
189
3.16.2.4 Lautsprecher und Hörer
193
3.16.3 Elektrooptische Wandler
196
3.16.3.1 Einführung
196
3.16.3.2 Grundlagen
196
3.16.3.3 Aufnahme-Komponenten
197
3.16.3.4 Wiedergabe-Komponenten
200
3.16.4 Analog-Digital-Umsetzer
203
3.16.5 Digital-Analog-Umsetzer
206
3.16.6 Frequenzumsetzer
208
3.16.7 Umsetzer für LWL-Systeme
208
3.17 Übungen zu Abschnitt 3.16
209
3.18 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.16
211
3.19 Filter und Weichen
212
3.19.1 Einführung
212
3.19.2 Filterarten
212
3.19.3 Kenngrößen von Filtern
213
3.19.4 Weichen
214
3.19.5 Kenngrößen von Weichen
214
3.20 Übungen zu Abschnitt 3.19
215
3.21 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.19
215
3.22 Datennetzkomponenten
215
3.22.1 Einführung
215
3.22.2 Switch
216
3.22.3 Repeater
216
3.22.4 Bridge
216
3.22.5 Router
217
3.22.6 Gateway
217
3.22.7 Hub
217
3.22.8 Server
218
3.23 Übungen zu Abschnitt 3.22
218
3.24 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.22
218
3.25 Koppler
218
3.25.1 Einführung
218
3.25.2 Elektrische Koppler
219
3.25.3 Optokoppler
220
3.26 Übungen zu Abschnitt 3.25
221
3.27 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 3.25
221
4 Verfahren
222
4.1 Modulation und Demodulation
222
4.1.1 Einführung
222
4.1.2 Analoges Trägersignal/Analoges Modulationssignal
224
4.1.2.1 Einführung
224
4.1.2.2 Amplitudenmodulation (AM)
225
4.1.2.3 Frequenzmodulation (FM)
235
4.1.2.4 Phasenmodulation (PM)
240
4.1.3 Analoges Trägersignal/Digitales Modulationssignal
241
4.1.3.1 Einführung
241
4.1.3.2 Amplitudenumtastung (ASK)
243
4.1.3.3 Frequenzumtastung (FSK)
244
4.1.3.4 Phasenumtastung (PSK)
244
4.1.3.5 Amplituden-Phasen-Umtastung (QAM)
246
4.1.4 Digitales Trägersignal/Analoges Modulationssignal
247
4.1.4.1 Einführung
247
4.1.4.2 Pulsamplitudenmodulation (PAM)
248
4.1.4.3 Pulsfrequenzmodulation (PFM)
249
4.1.4.4 Pulsphasenmodulation (PPM)
249
4.1.4.5 Pulsdauermodulation (PDM)
250
4.1.5 Digitale Modulation und Demodulation im Basisband
250
4.1.5.1 Einfu?hrung
250
4.1.5.2 Pulscodemodulation (PCM)
251
4.1.5.3 Varianten
253
4.1.6 Mehr-Träger-Verfahren
255
4.1.7 Mehrfachmodulation
259
4.2 Übungen zu Abschnitt 4.1
260
4.3 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.1
262
4.4 Codierung und Decodierung
263
4.4.1 Einführung
263
4.4.2 Grundlagen
264
4.4.3 Arten
266
4.4.3.1 Einführung
266
4.4.3.2 Leitungscodierung
267
4.4.3.3 Quellencodierung
269
4.4.3.4 Kanalcodierung
278
4.5 Übungen zu Abschnitt 4.4
283
4.6 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.4
284
4.7 Multiplexierung und Demultiplexierung
285
4.7.1 Einführung
285
4.7.2 Zeitmultiplex (TDM)
286
4.7.3 Frequenzmultiplex (FDM)
288
4.7.4 Codemultiplex (CDM)
291
4.7.5 Raummultiplex (SDM)
292
4.7.6 Polarisationsmultiplex (PDM)
293
4.8 Übungen zu Abschnitt 4.7
293
4.9 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.7
294
4.10 Zugriffsverfahren
294
4.10.1 Einführung
294
4.10.2 Einzelzugriff
294
4.10.3 Vielfachzugriff
295
4.11 Übungen zu Abschnitt 4.10
298
4.12 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.10
299
4.13 Signalübertragung
299
4.13.1 Einführung
299
4.13.2 Übertragungskonzept
299
4.13.3 Übertragungsfehler
301
4.13.4 Übertragungsvarianten
302
4.14 Übungen zu Abschnitt 4.13
304
4.15 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.13
304
4.16 Signalspeicherung
305
4.16.1 Einführung
305
4.16.2 Magnetische Verfahren
306
4.16.3 Optische Verfahren
309
4.16.4 Elektrische Verfahren
313
4.17 Übungen zu Abschnitt 4.16
314
4.18 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.16
314
4.19 Mehr-Antennen-Systeme
315
4.19.1 Einführung
315
4.19.2 Konzept MIMO
315
4.19.3 Varianten
317
4.20 Übungen zu Abschnitt 4.19
319
4.21 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.19
319
4.22 Zugangsberechtigungssysteme
319
4.22.1 Einführung
319
4.22.2 Grundlagen
320
4.22.3 Lösungsvarianten
321
4.23 Übungen zu Abschnitt 4.22
324
4.24 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 4.22
325
5 Anwendungen
326
5.1 Hörfunk (Radio)
326
5.1.1 Einführung
326
5.1.2 Analoger Hörfunk
327
5.1.3 Digitaler Hörfunk
341
5.2 Übungen zu Abschnitt 5.1
348
5.3 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.1
349
5.4 Fernsehen (TV)
350
5.4.1 Einführung
350
5.4.2 Analoges Fernsehen
351
5.4.3 Digitales Fernsehen (DVB)
368
5.4.4 Internetfernsehen (IPTV und OTT)
381
5.4.5 Hybrides Fernsehen (Smart-TV)
382
5.4.6 Dreidimensionales Fernsehen (3D-TV)
387
5.5 Übungen zu Abschnitt 5.4
391
5.6 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.4
393
5.7 Schmalbandige Telekommunikation
393
5.7.1 Einführung
393
5.7.2 Dienste
394
5.7.3 Netze
401
5.7.3.1 Einführung
401
5.7.3.2 Festnetze
406
5.7.3.3 Mobilnetze
417
5.8 Übungen zu Abschnitt 5.7
425
5.9 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.7
427
5.10 Datennetze
428
5.10.1 Einführung
428
5.10.2 Grundlagen
428
5.10.3 Arten und Kenngrößen
429
5.11 Übungen zu Abschnitt 5.10
436
5.12 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.10
436
5.13 Internet
437
5.13.1 Einführung
437
5.13.2 Funktionsprinzip
437
5.13.3 Betriebsorganisation
440
5.13.4 Dienste und Anwendungen
441
5.14 Übungen zu Abschnitt 5.13
444
5.15 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.13
444
5.16 Stationäre Breitbandkommunikation
444
5.16.1 Einführung
444
5.16.2 DSL-Netze
445
5.16.3 Kabelnetze
447
5.17 Übungen zu Abschnitt 5.16
455
5.18 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.16
456
5.19 Mobile Breitbandkommunikation
456
5.19.1 Einführung
456
5.19.2 GSM/DSC
456
5.19.3 UMTS
457
5.19.4 LTE
457
5.20 Übungen zu Abschnitt 5.19
458
5.21 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.19
458
5.22 Heimvernetzung
458
5.22.1 Einführung
458
5.22.2 Funktionskonzept
459
5.22.3 Netze
461
5.22.4 Anwendungen
464
5.23 Übungen zu Abschnitt 5.22
468
5.24 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.22
468
5.25 Triple Play
469
5.25.1 Einführung
469
5.25.2 Konzept
469
5.25.3 Triple Play über DSL
469
5.25.4 Triple Play über das Kabelnetz
473
5.25.5 Triple Play über Satellit
475
5.26 Übungen zu Abschnitt 5.25
478
5.27 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.25
478
5.28 Satellitenkommunikation
478
5.28.1 Einführung
478
5.28.2 Funktionsprinzip
479
5.28.3 Systeme und Kenngrößen
484
5.29 Übungen zu Abschnitt 5.28
489
5.30 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.28
489
5.31 Ortung und Navigation
490
5.31.1 Einführung
490
5.31.2 Varianten
490
5.31.3 Systeme und Kenngrößen
492
5.32 Übungen zu Abschnitt 5.31
498
5.33 Lernerfolgskontrolle zu Abschnitt 5.31
499
6 Perspektiven
500
Lösungen der Übungen und Lernerfolgskontrollen
502
Literaturverzeichnis
546
Index
548
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