Carsten Roppel
Grundlagen der Nachrichtentechnik
Übertragungstechnik und Signalverarbeitung
Vorwort
6
Inhalt
8
1 Einführung
12
1.1 Nachrichtentechnik – ein Überblick
12
1.2 Digitale und analoge Übertragung
14
1.3 Standardisierung
17
1.4 Zum Inhalt dieses Buches
18
2 Signalübertragung
20
2.1 Lineare zeitinvariante Systeme
20
2.1.1 Impulsantwort und Faltung
21
2.1.2 Fourier-Transformation
26
2.1.3 Übertragungsfunktion
32
2.1.4 Verzerrungsfreies System
36
2.1.5 Der ideale Tiefpass
38
2.1.6 Der ideale Bandpass
39
2.2 Energie- und Leistungssignale
40
2.2.1 Normierte Energie und normierte Leistung
40
2.2.2 Korrelation von Energie- und Leistungssignalen
41
2.2.3 Energie- und Leistungsdichtespektrum
43
2.3 Zufallssignale
45
2.3.1 Beschreibung von Zufallssignalen durch Erwartungswerte
46
2.3.2 Verteilungsfunktion und Wahrscheinlichkeitsdichte
48
2.3.3 Leistungsdichtespektrum von Zufallssignalen
55
2.3.4 Übertragung von Zufallssignalen über LTI-Systeme
58
2.3.5 Weißes Rauschen, Rauschbandbreite und additives Rauschen
60
2.4 Weiterführende Hinweise
65
2.5 Übungsaufgaben
65
3 Signalabtastung undQuantisierung
67
3.1 Abtasttheorem
67
3.2 Abtastung von Bandpasssignalen
73
3.3 Lineare Quantisierung
76
3.4 Nichtlineare Quantisierung und Pulscodemodulation (PCM)
79
3.5 Weiterführende Hinweise
83
3.6 Übungsaufgaben
83
4 Digitale Signalverarbeitung in der Nachrichtentechnik
85
4.1 Zeitdiskrete Signale und Systeme
85
4.1.1 Energie, Leistung und Korrelationsfunktion
86
4.1.2 Diskrete Faltung
88
4.1.3 Fourier-Transformation zeitdiskreter Signale
91
4.1.4 Diskrete Fourier-Transformation
93
4.2 Digitale Filter
98
4.3 Weiterführende Hinweise
107
4.4 Übungsaufgaben
108
5 Digitale Nachrichtenübertragung im Basisband
109
5.1 Basisbandsignale und Leitungscodes
109
5.2 Intersymbol-Interferenz undNyquist-Pulsformung
113
5.2.1 Nyquist-Bandbreite
113
5.2.2 Das erste Nyquist-Kriterium
114
5.2.3 Kosinus-roll-off-Filter
116
5.2.4 Das Augendiagramm
119
5.2.5 Leistungsdichtespektrum digitaler Basisbandsignale
121
5.3 Fehlerwahrscheinlichkeit
125
5.3.1 Fehlerwahrscheinlichkeit bei binärer Übertragung
125
5.3.2 Signalangepasstes Filter
129
5.3.3 Fehlerwahrscheinlichkeit bei Mehrpegelübertragung
134
5.4 Kanalverzerrungen
138
5.4.1 Symboltaktentzerrer
138
5.4.2 Entzerrer mit Doppelabtastung
141
5.4.3 Vergleich der verschiedenen Empfängerkonzepte
145
5.4.4 Adaptive Entzerrung
146
5.5 Scrambling
148
5.6 Synchronisation
152
5.6.1 Symboltaktsynchronisation
152
5.6.2 Rahmensynchronisation
155
5.7 Weiterführende Hinweise
157
5.8 Übungsaufgaben
158
6 Modulationsverfahren
159
6.1 Bandpasssignale
160
6.1.1 Bandpasssignal und äquivalentes Tiefpasssignal
160
6.1.2 Äquivalentes Tiefpasssystem
164
6.1.3 Leistungsdichtespektrum von Bandpassrauschen
168
6.2 Analoge Modulationsverfahren
169
6.2.1 Amplitudenmodulation
170
6.2.2 Frequenz- und Phasenmodulation
177
6.3 Digitale Modulationsverfahren
187
6.3.1 Quadraturmodulator
187
6.3.2 Amplitudenumtastung
189
6.3.3 Phasenumtastung
191
6.3.4 Quadratur-Amplitudenmodulation
196
6.3.5 Frequenzumtastung
198
6.4 Demodulation und Fehlerwahrscheinlichkeit digitaler Modulationsverfahren
207
6.4.1 Kohärente Demodulation
208
6.4.2 Inkohärente Demodulation
220
6.5 Entzerrung von Bandpasssignalen
226
6.6 Multiträgersysteme und OrthogonalFrequency Division Multiplexing (OFDM)
227
6.7 Empfängerarchitekturen
235
6.8 Weiterführende Hinweise
238
6.9 Übungsaufgaben
239
7 Kanalcodierung
241
7.1 Kanalkapazität
242
7.2 Blockcodes
245
7.2.1 Eigenschaften von Blockcodes
245
7.2.2 Hamming-Codes
249
7.2.3 Codiergewinn
253
7.2.4 Zyklische Codes
254
7.3 Faltungscodes
260
7.3.1 Codierung
261
7.3.2 Viterbi-Decodierung
265
7.3.3 Decodierung mit/ohne Zuverlässigkeitsinformation
269
7.4 Interleaving
271
7.5 Turbo-Codes und LDPC-Codes
274
7.6 Weiterführende Hinweise
276
7.7 Übungsaufgaben
277
8 Kommunikationsnetze
278
8.1 Das OSI-Referenzmodell
278
8.2 Mehrfachzugriffsverfahren
281
8.2.1 Prinzipien des Mehrfachzugriffs
281
8.2.2 Dezentrale Zugriffssteuerung
285
8.3 Leitungs- und Paketvermittlung
289
8.4 Zuverlässige Datenübertragung
295
8.5 Weiterführende Hinweise
299
8.6 Übungsaufgaben
300
Anhang
302
Anhang 1: Kleine Formelsammlung
302
Anhang 2: Tabellen und Theoreme der Fourier-Transformation
305
Anhang 3: Die Hilbert-Transformation
308
Anhang 4: Die erfc-Funktion
310
Anhang 5: Lösungen zu den Übungsaufgaben
312
Verzeichnis der Beispiele
322
Verzeichnis der Symbole und Formelzeichen
324
Abkürzungsverzeichnis
326
Literatur
328
Index
332
Leere Seite
3
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