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 1996
Ausgabe:	2., neubearb. und erw. Aufl.
Schriftenreihe:	Informationstechnik
Schlagwörter:	Digitalmodulation Nachrichtenübertragungstechnik Informationsübertragung Signalverarbeitung Lehrbuch
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adam_text	NACHRICHTEN- UEBERTRAGUNG VON DR.-ING. KARL DIRK KAMMEYER PROFESSOR AN DER UNIVERSITAET BREMEN 2., NEUBEARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE MIT 405 BILDERN UND 18 TABELLEN B. G. TEUBNER STUTTGART 1996 INHALT TEIL I SIGNALE UND UBERTRAGUNGSSYSTEME 1 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 UBERTRAGUNGSKANALEN ...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 UBERTRAGUNGSBEDINGUNGEN . 72 2.4.1 ZEITINVARIANTE MEHRWEGEKANAELE 72 2.4.2 MOBILFUNKKANAL 77 XII INHALTSVERZEICHNIS TEIL II. ANALOGE UND DIGITALE UEBERTRAGUNG IM BASISBAND 87 3. ANALOGE BASISBANDUEBERTRAGUNG 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, AMPLITUDENKONTINUIERLICHE 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 5. DIGITALE UEBERTRAGUNG IM 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 - VORCODIERUNG 161 5.5 UEBERTRAGUNG UEBER KANAELE MIT ADDITIVEN RAUSCHSTOERUNGEN 166 5.5.1 RAUSCHANGEPASSTE EMPFANGSFILTER 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 190 5.6.5 NICHTLINEARE ENTZERRUNG: QUANTISIERTE RUECKFUEHRUNG .... 193 INHALTSVERZEICHNIS XIII 5.7 ADAPTIVE ENTZERRUNG 196 5.7.1 MINIMUM MEAN SQUARE ERROR LOESUNGEN 196 5.7.2 ITERATIVE ENTZERREREINSTELLUNG NACH DEM LMS-ALGORITHMUS 202 5.7.3 ADAPTIVER ENTZERRER MIT QUANTISIERTER RUECKFUEHRUNG 204 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 ZEITMULTIPLEX-UEBERTRAGUNG 216 5.9.1 PRINZIP DER KANALMEHRFACHAUSNUTZUNG DURCH ZEITMULTIPLEX 216 5.9.2 SYSTEMBEISPIEL: PCM 30 218 TEIL III. 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 EMPFAENGER STRUKTUREN 261 7.1 PRINZIPIELLE AUFGABEN IM EMPFAENGER 262 7.2 SUPERHETERODYN-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 7.4.2 DEMODULATION VON FM-SIGNALEN 276 7.4.3 DIGITALE FM-DEMODULATION 280 XIV INHALTSVERZEICHNIS 8. EINFLUESSE LINEARER VERZERRUNGEN 285 8.1 AEQUIVALENTE BASISBAND-DARSTELLUNG DES UBERTRAGUNGSKANALS ... .286 8.2 LINEARE KANALVERZERRUNGEN BEI AMPLITUDENMODULATION 289 8.3 LINEARE VERZERRUNGEN BEI EINSEITENBAND-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-HOERRUNDFUNK-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 XV TEIL IV. DIGITALE MODULATION 367 11. 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 BANDPASS-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 XVI 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 13. 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 PSK-UBERTRAGUNG . .477 13.4.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER DPSK 483 13.4.5 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER MSK UND GMSK 486 14. UEBERTRAGUNG UNTER INTERSYMBOL-INTERFERENZ- BEDINGUNGEN 491 14.1 STRUKTUREN KOMPLEXWERTIGER ENTZERRER 492 14.1.1 MATCHED-FILTER-EMPFAENGER MIT ENTZERRUNG 492 14.1.2 BANDPASS- UND BASISBANDENTZERRUNG 494 14.1.3 INVERSE KOMPLEXWERT IGE SYSTEME 498 14.1.4 LEAST-SQUARES-LOESUNGEN FUER INVERSE SYSTEME 503 14.2 ADAPTIVE ENTZERREREINSTELLUNG 508 14.2.1 MSE-LOESUNG 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 MSE-LOESUNG 539 14.4.2 S/N-VERLUST INFOLGE DER ENTZERRUNG 542 14.4.3 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT UNTER ENTZERRER-EINFLUSS 546 INHALTSVERZEICHNIS XVII 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. MULTITRAEGERSYSTEME 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 16. CODEMULTIPLEX-UBERTRAGUNG 621 16.1 GRUNDPRINZIP DES CODEMULTIPLEX 622 16.1.1 PRINZIP DER SPEKTRALEN SPREIZUNG 622 16.1.2 PSEUDO-ZUFALLSFOLGEN 625 16.1.3 CDMA: EIN ZUGRIFFSVERFAHREN FUER ZELLULARE NETZE 633 16.2 HOEHERSTUFIGE ORTHOGONALE MODULATION 639 16.2.1 WALSH-CODIERUNG 639 16.2.2 KORRELATIONSEMPFAENGER FUER M-STUFIGE ORTHOGONALE MODULATION 642 16.2.3 BITFEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI GEDAECHTNISFREIEN KANAELEN MIT GAUSSSCHER STOERUNG 648 16.3 CODEMULTIPLEX-UBERTRAGUNG UEBER GEDAECHTNISBEHAFTETE KANAELE 658 16.3.1 KOHAERENTER RAKE-EMPFAENGER FUER ANTIPODALE MODULATION 658 XVIII INHALTSVERZEICHNIS 16.3.2 KOHAERENTER RAKE-EMPFAENGER FUER M-STUFIGE ORTHOGONALE MODULATION 662 16.3.3 INKOHAERENTER RAKE-EMPFAENGER FUER ANTIPODALE MODULATION 665 16.3.4 BITFEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT UNTER RAYLEIGH-FADING 669 16.4 ZWEI SYSTEMBEISPIELE FUER CDMA-UEBERTRAGUNG 673 16.4.1 DAS QUALCOMM-UPLINK-KONZEPT 673 16.4.2 DAS CODIT-UPLINK-KONZEPT 680 ANHANG 685 AI. KORRESPONDENZEN DER HUBERTTRANSFORMATION 687 A2. VEKTORIELLE DARSTELLUNG VON SIGNALEN 689 A3. ZEITDISKRETE SIMULATION VON RAUSCHEN 694 A3.1 UEBERGANG VON EINEM ZEITKONTINUIERLICHEN AUF EINEN DISKRETEN RAUSCHPROZESS 694 A3.2 DAS STOERABSTANDSMASS E S /N 0 696 A3.3 ERZEUGUNG EINES GAUSSPROZESSES AUS EINEM GLEICHVERTEILTEN PROZESS 701 A4. BESCHREIBUNG GAUSSVERTEILTER RAUSCHPROZESSE 703 A4.1 KARHUNEN-LOEVE-TRANSFORMATION 703 A4.2 VERBUNDDICHTE EINES FARBIGEN GAUSSPROZESSES 706 A5. ABLEITUNGEN ZUM LATTICE-ENTZERRER 708 A5.1 LEVINSON-DURBIN-REKURSION 708 A5.2 ORTHOGONALITAET DER RUECKWAERTS-PRAEDIKTIONSFEHLER 711 A5.3 HERLEITUNGEN ZUM LATTICE-GRADIENTENALGORITHMUS 713 A6. ERGAENZUNGEN ZUR MAXIMUM-LIKELIHOOD-SCHAETZUNG 715 A6.1 FALTUNGSMATRIZEN 715 A6.2 DEKORRELATIONSFILTER 718 A7. BEDINGUNGEN FUER DIE IDEALE KANALENTZERRUNG MIT HILFE VON T/2-ENTZERRERN 721 A8. MSE-LOESUNG FUER KOMPLEXWERTIGE ENTZERRER MIT QUANTISIERTER RUECKFUEHRUNG 727 A9. MATRIX-INVERSIONSLEMMA 729 LITERATUR 731 TEIL I 731 TEIL II 733 TEIL III 735 TEIL IV 739 SACHVERZEICHNIS 747
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