Verfügbarkeit: Nachrichtenübertragung | Technische Universität München

Nachrichtenübertragung: mit 18 Tabellen

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Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Kammeyer, Karl-Dirk 1944- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Stuttgart Teubner 1992
Schriftenreihe:	Informationstechnik
Schlagwörter:	Informationsübertragung Nachrichtenübertragungstechnik Digitalmodulation Signalverarbeitung Lehrbuch
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adam_text	INHALT TEIL I SIGNALE UND UEBERTRAGUNGSSYSTERNE ...... I 1 . KOMPLEXE SIGNALE UND SYSTEME ................. -3 1.1 KLASSIFIKATION VON SIGNALEN ...................................... 4 1.2 SYMMETRIEEIGENSCHAFTEN DER SPEKTREN REELLER ZEITSIGNALE ......... 7 1.3 HILBERTTRANSFORMATION ........................................... 8 1.3.1 DEFINITION UND EIGENSCHAFTEN ............................ 8 1.3.2 APPROXIMATION DURCH REALE SYSTEME .................... 14 1.3.3 HILBERTTRANSFORMATOREN FUER BANDPASSSIGNALE ............. 17 1.4 ANALYTISCHE SIGNALE ............................................ 20 1.5 KOMPLEXE EINHUELLENDE REELLER BANDPASSSIGNALE .................. 24 1.6 KOMPLEXWERTIGE SYSTEME ....................................... 28 1.7 AEQUIVALENTE BASISBANDDARSTELLUNG STATIONAERER BANDPASS-RAUSCH- PROZESSE ....................................................... 34 2 . EIGENSCHAFTEN VON UEBERTRAGUNGSKANAELEN ... 39 2.1 VERZERRUNGSFREIE UEBERTRAGUNG . APPROXIMATION IDEALISIERTER UEBERTRAGUNGSKANAELE ............................................ 40 2.1.1 DEFINITION DER VERZERRUNGSFREIHEIT ...................... 40 2.1.2 DIE ERSTE NYQUIST-BEDINGUNG ........................... 42 2.2 ZEITDAUER-BANDBREITEPRODUKT .................................. 49 2.3 EIGENSCHAFTEN REALER KANAELE .................................... 55 2.3.1 LINEARE VERZERRUNGEN .................................. 55 2.3.2 NICHTLINEARE VERZERRUNGEN .............................. 55 2.3.3 FREQUENZVERWERFUNG ALS BEISPIEL FUER EINEN ZEITVARIANTEN KANAL .................................................. 64 2.3.4 ADDITIVE STOERUNGEN .................................... 67 2.4 DER FUNKKANAL ALS BEISPIEL FUER REALE UEBERTRAGUNGSBEDINGUNGEN . 72 2.4.1 ZEITINVARIANTE MEHRWEGEKANAELE ......................... 72 2.4.2 MOBILFUNKKANAL ........................................ 77 X INHALTSVERZEICHNIS TEIL I1 . ANALOGE UND DIGITALE UEBERTRAGUNG IM BASISBAND ..................................... S7 3 . ANALOGE BASISBANDUEBERT RAGUNG ................. 89 3.1 DAS FERNSPRECHNETZ ALS BEISPIEL FUER EINEN ANALOGEN BASISBANDKANAL ................................................ 90 3.2 NETZWERKE ZUR ENTZERRUNG LINEARER KANAELE ...................... 94 3.3 LINEARE MASSNAHMEN ZUR MINDERUNG VON STOEREINFLUESSEN ......... 99 3.4 NICHTLINEARE MASSNAHMEN ZUR MINDERUNG VON STOEREINFLUESSEN .... 103 4 . DISKRETISIERUNG ANALOGER QUELLENSIGNALE ... 109 4.1 ZEITDISKRETE. ARNPLITUDENKONTINUIERLICHE DARSTELLUNG ............ 110 4.1.1 PULSAMPLITUDENMODULATION ............................ 110 4.1.2 PULSDAUER - PULSPHASENMODULATION .................... 115 4.2 ZEIT- UND AMPLITUDENDISKRETE DARSTELLUNG: PULSCODEMODULATION 118 4.2.1 LINEARE QUANTISIERUNG ................................ 118 4.2.2 NICHTLINEARE QUANTISIERUNG ............................ 121 4.3 DIFFERENTIELLE PULSCODEMODULATION ............................. 124 4.3.1 GRUNDPRINZIP ......................................... 124 4.3.2 LINEARE PRAEDIKTION .................................... 125 4.3.3 VORWAERTS- UND RUECKWAERTSPRAEDIKTION ................... 130 4.4 DELTAMODULATION .............................................. 134 DIGITALE UEBERTRAGUNG IRN BASISBAND ......... 139 5.1 SPEKTRUM EINES DATENSIGNALS .................................. 140 5.2 INTERSYMBOL-INTERFERENZ - DIE ERSTE NYQUIST-BEDINGUNG ........ 144 5.3 AUGENDIAGRAMM - DIE ZWEITE NYQUIST-BEDINGUNG ............. 150 5.4 UEBERTRAGUNG MIT KONTROLLIERTER INTERSYMBOL-INTERFERENZ ........ 154 5.4.1 PARTIAL . RESPONSE . CODIERUNG ........................ 154 5.4.2 PARTIAL . RESPONSE . VORCODJERUNG ..................... 161 5.5 UEBERTRAGUNG UEBER KANAELE MIT ADDITIVEN RAUSCHSTOERUNGEN ..... 166 5.5.1 RAUSCHANGEPASSTE EMPFANGSFLTER ...................... 166 5.5.2 BITFEHLER- WAHRSCHEINLICHKEIT ........................... 172 5.5.3 SIGNAL-STOERVERHAELTNIS BEI PCM-UEBERTRAGUNG ........... 178 5.6 ENTZERRUNG ................................................... 181 5.6.1 BEDINGUNGEN ZUR LINEAREN ENTZERRUNG ................. 181 5.6.2 NICHTREKURSIVE ENTZERRER MIT EINFACHABTASTUNG ........ 184 5.6.3 NICHTREKURSIVE ENTZERRER MIT DOPPELABTASTUNG ........ 186 5.6.4 BEISPIELE ZUR LINEAREN ENTZERRUNG ...................... 189 5.6.5 NICHTLINEARE ENTZERRUNG: QUANTISIERTE RUECKFUEHRUNG .... 193 INHALTSVERZEICHNIS XI 5.7 ADAPTIVE ENTZERRUNG ......................................... 196 5.7.1 GESCHLOSSENE BERECHNUNG DURCH INVERSION DER AUTOKORRELATIONSMATRIX ............................... 196 5.7.2 ITERATIVE ENTZERREREINSTELLUNG NACH DEM LMS- ALGORITHMUS ..................................... 198 5.7.3 ADAPTIVER ENTZERRER MIT QUANTISIERTER RUECKFUEHRUNG .... 200 5.7.4 BEISPIELE ZUR ADAPTIVEN ENTZERRUNG .................... 203 5.8 SYMBOLTAKT-SYNCHRONISATION .................................. 206 5.8.1 LEISTUNGSDICHTESPEKTRUM EINES QUADRIERTEN DATENSIGNALS 206 5.8.2 TAKTRUECKGEWINNUNG DURCH GLEICHRICHTUNG DES DATENSIGNALS .......................................... 210 5.8.3 ENTSCHEIDUNGSRUECKGEKOPPELTE TAKTREGELUNG ............ 213 5.9 EITMULTI~LEX-UEBERTRAGUNG .................................... 216 5.9.1 PRINZIP DER KANALMEHRFACHAUSNUTZUNG DURCH ZEITMULTIPLEX ......................................... 216 5.9.2 SYSTEMBEISPIEL: PCM 30 .............................. 218 TEIL I11 . ANALOGE MODULATION .......................... 219 6 . EIGENSCHAFTEN ANALOGER MODULATIONS- SIGNALE ....................................................... 221 6.1 DEFINITIONEN GEBRAEUCHLICHER MODULATIONSFORMEN ............... 222 6.1.1 PRINZIP DES FREQUENZMULTIPLEX ........................ 222 6.1.2 AMPLITUDENMODULATION ............................... 224 6.1.3 WINKELMODULATION .................................... 225 6.1.4 EINSEITENBANDMODULATION .............................. 228 6.1.5 UEBERSICHT ............................................. 232 6.2 SPEKTRALEIGENSCHAFTEN ......................................... 234 6.2.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN ........................... 234 6.2.2 WINKELMODULATION .................................... 241 6.3 KOMPLEXE EINHUELLENDE VON MODULATIONSSIGNALEN ............... 248 6.3.1 EIGENSCHAFTEN ......................................... 248 6.3.2 DEMODULATIONSVORSCHRIFTEN ............................ 253 7 . SENDER- UND EMPFANGERSTRUKTUREN ........... 261 7.1 PRINZIPIELLE AUFGABEN IM EMPFAENGER .......................... 262 7.2 S~ERHETERODYN-PRINZIP ....................................... 264 7.3 KOMPLEXE BASISBANDSTRUKTUREN ............................... 267 7.3.1 EMPFAENGER ............................................ 267 7.3.2 SENDER ............................................... -272 7.4 PRAKTISCHE SYSTEME ZUR DEMODULATION ........................ 275 7.4.1 DEMODULATION VON AM-SIGNALEN ....................... 275 INHALTSVERZEICHNIS 7.4.2 DEMODULATION VON FM-SIGNALEN ....................... 276 7.4.3 DIGITALE FM-DEMODULATION ............................ 280 8 . EINFLUESSE LINEARER VERZERRUNGEN ....... 8.1 AEQUIVALENTE BASISBAND-DARSTELLUNG DES UEBERTRAGUNGSKANALS .... 286 8.2 LINEARE KANALVERZERRUNGEN BEI AMPLITUDENMODULATION ........ 289 8.3 LINEARE VERZERRUNGEN BEI INSEITENBAND-UEBERTRAGUNG .......... 295 8.4 LINEARE KANALVERZERRUNGEN BEI WINKELMODULATION ............. 297 8.4.1 QUASISTATIONAERE NAEHERUNG ............................. 298 8.4.2 REIHENENTWICKLUNG DES PM-DEMODULATIONSOPERATORS ... 302 8.4.3 SPEZIALFALL SINUSFOERMIGER MODULATION .................. 303 8.4.4 LINEARES ERSATZSYSTEM FUER FM-SYSTEME ................ 307 8.4.5 KONSTANT-MODULUS-ALGORITHMUS (CMA) ZUR KORREKTUR WINKELMODULIERTER SIGNALE ............................. 313 9 . ADDITIVE STOERUNGEN .................................. 317 9.1 STOERUNGEN DURCH BENACHBARTE SENDER .......................... 318 9.1.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN ........................... 318 9.1.2 FREQUENZMODULATION .................................. 322 9.2 STOERUNGEN DURCH ADDITIVES RAUSCHEN .......................... 328 9.2.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN ........................... 328 9.2.2 FREQUENZMODULATION .................................. 334 9.3 VERGLEICH DER MODULATIONSARTEN ............................... 338 9.3.1 VERGLEICH UNTER GLEICHEN SENDELEISTUNGEN .............. 338 9.3.2 INFORMATIONSTHEORETISCHER VERGLEICH ................... 339 10 . ZWEI SYSTEMBEISPIELE FUER ANALOGE MODULATION ............................................... 343 10.1 TRAEGERFREQUENZTECHNIK IM FERNSPRECHNETZ .................... 344 10.2 UKW-~OERRUNDFUNK-UEBERTRAGUNG ............................. 348 10.2.1 FREQUENZBAENDER FUER HOERRUNDFUNK UND FERNSEHEN ..... 348 10.2.2 OPTIMIERUNG DER UKW-ZF-FILTER .................... 349 10.2.3 UKW-PREEMPHASE UND -DEEMPHASE .................. 356 10.2.4 UKW-STEREOPHONIE .................................. 358 10.2.5 VERKEHRSFUNK ........................................ 361 10.2.6 NEUE KONZEPTE ZUR ADAPTIVEN ENTZERRUNG VON UKW-SIGNALEN ...................................... 362 INHALTSVERZEICHNIS XI11 TEIL IV . DIGITALE MODULATION .......................... 1 1 . EIGENSCHAFTEN DIGITALER MODULATIONS- SIGNALE ....................................................... 369 11.1 DEFINITIONEN LINEARER MODULATIONSFORMEN ..................... 370 11.1.1 BESCHREIBUNG IM SIGNALRAUM ......................... 370 11.1.2 DIGITALE MODULATION MIT NYQUIST-IMPULSFORMUNG ..... 373 11.1.3 OFFSET-PSK .......................................... 377 11.1.4 DIFFERENTIELLE PSK (DPSK) ........................... 378 11.1.5 KLASSIFIKATIONSMERKMALE FUER DIGITALE MODULATIONSSIGNALE 380 11.2 NICHTLINEARE MODULATIONSFORMEN ............................. 382 11.2.1 DISKRETE FREQUENZMODULATION (FSK) ................. 382 11.2.2 MINIMUM SHIFT KEYING (MSK) ....................... 387 11.2.3 GAUSSSCHES MINIMUM SHIFT KEYING (GMSK) .......... 389 11.2.4 CONTINUOUS-PHASE-MODULATION (CPM) ................ 391 11.3 SPEKTRALEIGENSCHAFTEN ........................................ 394 11.3.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN .......................... 394 11.3.2 SPEKTREN ORTHOGONALER FSK-SIGNALE .................. 396 11.3.3 NUMERISCHES BERECHNUNGSVERFAHREN ZUR SPEKTRALANALYSE BELIEBIGER CPM-FORMEN .............................. 400 11.3.4 GEGENUEBERSTELLUNG DER SPEKTREN EINIGER MODULATIONSSIGNALE .................................. 404 12 . PRINZIPIEN DER DEMODULATION ................... 409 12.1 KOHAERENTE DEMODULATION .................................... 410 12.1.1 GRUNDSTRUKTUREN KOHAERENTER EMPFAENGER FUER LINEARE MODULATIONSFORMEN .................................. 410 12.1.2 DIGITALE SENDER- UND EMPFAENGERKONZEPTE FUER LINEARE MODULATIONSFORMEN .................................. 413 12.1.3 KOHAERENTE DEMODULATION VON MSK-SIGNALEN ......... 417 12.1.4 NAEHERUNGSWEISE BESCHREIBUNG VON CPM-SIGNALEN DURCH LINEARE MODULATIONSFORMEN ........................... 418 12.1.5 KOHAERENTE DEMODULATION VON CPM-SIGNALEN ......... 422 12.2 TRAEGERREGELUNG ZUR KOHAERENTEN DEMODULATION ................ 424 12.2.1 TRAEGERREGELUNG IM BANDPD-BEREICH .................. 424 12.2.2 ENTSCHEIDUNGSRUECKGEKOPPELTE TRAEGERPHASENREGELUNG IM BASISBAND ........................................ 429 12.2.3 LINEARISIERTES MODELL FUER DEN PHASENREGELKREIS ........ 431 12.2.4 STATISCHER PHASENFEHLER INFOLGE FREQUENZVERWERFUNG ... 433 12.2.5 PHASENJITTER, PHASENRAUSCHEN ........................ 435 12.3 INKOHAERENTE DEMODULATION ................................... 439 12.3.1 BEGRIFFSKLAERUNG ...................................... 439 XIV INHALTSVERZEICHNIS 12.3.2 INKOHAERENTE DEMODULATION VON DPSK-SIGNALEN ....... 440 12.3.3 DIFFERENTIELLER DEMODULATOR FUER CPM-SIGNALE ......... 444 12.3.4 DISKRIMINATOR-DEMODULATOR FUER CPM-SIGNALE ......... 446 12.3.5 EINFLUSS EINER BANDBEGRENZUNG AUF DIE INKOHAERENTE DEMODULATION ....................................... 449 ADDITIVE GAUSSSCHE STOERUNGEN ................... 457 13.1 OPTIMALER EMPFAENGER FUER GAUSSSCHE STOERUNGEN ................ 458 13.2 SPEZIALFALL WEISSER RAUSCHSTOERUNGEN ........................... 461 13.2.1 KORRELATIONSEMPFAENGER ............................... 461 13.2.2 MATCHED-FILTER-EMPFAENGER ........................... 462 13.3 STOERUNG DURCH FARBIGES RAUSCHEN ............................ 466 13.3.1 KORRELATIONSEMPFAENGER FUER FARBIGES RAUSCHEN ......... 466 13.3.2 MATCHED-FILTER FUER FARBIGES RAUSCHEN ................ 468 13.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI GEDAECHTNISFREIER ENTSCHEIDUNG ... 471 13.4.1 ZWEISTUFIGE SIGNALFORMEN ............................. 471 13.4.2 SYMBOL- UND BITFEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER QPSK ... 474 13.4.3 NAEHERUNGSLOESUNG FUER HOEHERSTUFIGE ~~~-UEBERTRAUN~ . . 476 13.4.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER DPSK ................... 482 13.4.5 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER MSK UND GMSK ........ 485 14 . UEBERTRAGUNG UNTER INTERSYRNBOL-INTERFERENZ- BEDINGUNGEN ............................................. 491 14.1 STRUKTUREN KOMPLEXWERTIGER ENTZERRER ....................... 492 14.1.1 MATCHED-FILTER-EMPFAENGER MIT ENTZERRUNG ........... 492 14.1.2 BANDPAI3- UND BASISBANDENTZERRUNG .................. 494 14.1.3 INVERSE KOMPLEXWERTIGE SYSTEME ..................... 498 14.1.4 LEAST-SQUARES-LOESUNGEN FUER INVERSE SYSTEME .......... 503 14.2 ADAPTIVE ENTZERREREINSTELLUNG ................................ 508 14.2.1 MSELOESUNG FUER KOMPLEXWERTIGE ENTZERRER ........... 508 14.2.2 KOMPLEXER LMS-ALGORITHMUS ........................ 510 14.2.3 KONVERGENZ DES LMS- ALGORITHMUS ................... 512 14.2.4 REKURSIVER LEAST-SQUARES- ALGORITHMUS (RLS) ......... 517 14.3 LATTICE-ENTZERRER ............................................ 521 14.3.1 LATTICE-PRAEDIKTOR ZUR DEKORRELATION .................. 521 14.3.2 STRUKTUR DES LATTICE-ENTZERRERS ...................... 526 14.3.3 LATTICE-GRADIENTENVERFAHREN ......................... 532 14.3.4 KONVERGENZVERGLEICH DER VERSCHIEDENEN ADAPTIONSALGORITHMEN ............................... 536 14.4 ENTZERRUNG UNTER ADDITIVEM KANALRAUSCHEN .................. 539 14.4.1 EINFLUSS VON RAUSCHEN AUF DIE MSELOESUNG ........... 539 14.4.2 S/N-VERLUST INFOLGE DER ENTZERRUNG ................... 542 14.4.3 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT UNTER ENTZERRER-EINFIUSS ...... 546 INHALTSVERZEICHNIS XV 14.5 MAXIMUM-LIKELIHOOD-SCHAETZUNG VON DATENFOLGEN ............ 552 14.5.1 GRUNDSTRUKTUR DES OPTIMALEN EMPFAENGERS ............ 552 14.5.2 OPTIMALER EMPFAENGER MIT DEKORRELATIONSFILTER ........ 554 14.5.3 VITERBI-DETEKTION ENDLICHER DATENFOLGEN .............. 556 14.5.4 DETEKTION UNBEGRENZTER DATENFOLGEN ................. 564 14.5.5 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI VITERBI-DETEKTION ........ 566 14.5.6 UNGUENSTIGSTE KANAELE ERSTER UND ZWEITER ORDNUNG ..... 575 14.5.7 VITERBI-DETEKTION NACH INKOHAERENTER CPM-DEMODULATION ................................. 581 14.6 KANALIDENTIFIKATION .......................................... 585 14.6.1 MSE-LOESUNG ......................................... 585 14.6.2 KANALSCHAETZUNG DURCH DEN STOCHASTISCHEN GRADIENTENALGORITHMUS (LMS) ....................... 586 14.6.3 LEAST-SQUARES-KANALSCHAETZUNG ....................... 588 15 . MULT IT RAEGERSYSTEME ................................... 593 15.1 PROBLEME DER MOBILFUNKUEBERTRAGUNG ......................... 594 15.2 BESCHREIBUNG VON MULTITRAEGERSYSTEMEN ....................... 598 15.2.1 PRINZIPIELLE STRUKTUR ................................. 598 15.2.2 INTERSYMBOL- UND NACHBARKANAL-INTERFERENZ ........... 600 15.2.3 EMPFAENGERSTRUKTUREN ................................ 602 15.3 IMPULSFORMUNGSKONZEPTE BEI MULTITRAEGERUEBERTRAGUNG ......... 606 15.3.1 SYSTEME MIT IDEALER BANDBREITE-EFFIZIENZ ............. 606 15.3.2 OFDM-KONZEPT ..................................... 611 15.3.3 IMPULSE MIT MINIMALEM ZEIT-BANDBREITE-PRODUKT ..... 613 15.4 MULTITRAEGERUEBERTRAGUNG UEBER MOBILFUNKKANAELE ............... 617 ANHANG ........................................................... 623 AL . KORRESPONDENZEN DER HILBERTTRANSFORMATION .................. 623 A2 . VEKTORIELLE DARSTELLUNG VON SIGNALEN .......................... 625 A3 . ZEITDISKRETE SIMULATION VON RAUSCHEN ........................ 628 A3.1 UEBERGANG VON EINEM ZEITKONTINUIERLICHEN AUF EINEN DISKRETEN RAUSCHPROZESS ............................... 628 A3.2 DAS STOERABSTANDSMASS EINO ........................... 631 A3.3 ERZEUGUNG EINES GAUSSPROZESSES AUS EINEM GLEICHVERTEILTEN PROZESS ................................ 634 A4 . BESCHREIBUNG GAUSSVERTEILTER RAUSCHPROZESSE .................. 636 A4.1 KARHUNEN-MVE-AANSFOMATION ...................... 636 A4.2 VERBUNDDICHTE EINES FARBIGEN GAUSSPROZESSES ........... 639 A5 . ABLEITUNGEN ZUM LATTICE-ENTZERRER ........................... 641 A5.1 LEVINSON-DURBIN-REKURSION ........................... 641 INHALTSVERZEICHNIS A5.2 ORTHOGONALITAET DER RUECKWAERTS-PRAEDIKTIONSFEHLER ....... 644 A5.3 HERLEITUNGEN ZUM LATTICE-GRADIENTENALGORITHMUS ...... 646 A6 . ERGAENZUNGEN ZUR MAXIMUM-LIKELIHOOD-SCHAETZUNG ............ 648 A6.1 FALTUNGSMATRIZEN ..................................... 648 A6.2 DEKORRELATIONSFILTER ................................... 651 LITERAT UR ......................................................... 655 TEIL I ...................................................... 655 TEIL I1 ...................................................... 657 TEIL I11 ..................................................... 659 TEIL IV ..................................................... 662 SACHVERZEICHNIS ............................................... 66S
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