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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 55

Wireless Basics – Einfache Modulationsverfahren

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Amplitudenmodulation AM

Wir wollen am Beispiel der Amplitudenmodulation zeigen, dass man nicht einfach sagen kann, dass sich die Bandbreite eines modulierten Trägers in simpler Weise aus der Bandbreite der primären Zeichenschwingung im unmodulierten Fall ergibt, was jedoch ein enorm weit verbreitetes Missverständnis ist.

Bei der Amplitudenmodulation verändern wir die Amplitude durch die primäre Zeichenschwingung. Machen wir das direkt proportional zur primären Zeichenschwingung, so nennt man das lineare Modulation. Lenken wir die Amplitude um einen Ruhewert herum proportional zur primären Zeichenschwingung aus, ist das die gewöhnliche Amplitudenmodulation.

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Rechnet man das aus, kommt man darauf, dass die lineare Modulation eines Sinusträgers mit einer sinusförmigen Zeichenschwingung zwei sinusförmige Schwingungen erzeugt (siehe Abbildung 1). Wir erhalten bei linearer Modulation zwei Bänder, das untere Seitenband und das obere Seitenband. Es fällt sofort auf, dass durch diese Modulationsform die benötigte Kanalbandbreite für die Übertragung einer Information verdoppelt wird. Das ist ein schwerwiegender Nachteil der linearen Modulation.

Eine mögliche Demodulatorschaltung zeigt Abbildung 2. Das einlaufende Signal wird von der Diode gleichgerichtet. Noch hat es seinen Trägerfrequenzanteil. Das Dämpfungsglied trennt die Diode vom Rest der Schaltung, das Signal wird dabei abgeschwächt. Der Tiefpass filtert dann die Trägerfrequenz weg, so dass nur noch die primäre Zeichenschwingung, jedoch um den übriggebliebenen Anteil der Amplitude der Trägerschwingung versetzt, übrigbleibt. Der abschließende Übertragerkreis normalisiert schließlich die Amplitude der primären Zeichenschwingung.

Winkelmodulation

Die wichtigsten Methoden zur Winkelmodulation sind Frequenzmodulation und Phasenmodulation.

Bei der Frequenzmodulation soll die Momentanfrequenz einer Sinusschwingung proportional dem Momentanwert s(t) der niederfrequenten Zeichenschwingung von der Mittenfrequenz abgelenkt werden. Die Spektren von FM und PM sind schwierig herzuleiten und komplexer als bei AM.

Die Spektraldichte (Anzahl der verschiedenen Linien des Linienspektrums) ist höher als bei AM und proportional zum Modulationsgrad. Es existiert wiederum ein Spektrum doppelter Breite. Anschneiden eines Seitenbandes führt allerdings zu untragbaren Verzerrungen, weil die Informationsgehalte der primären Zeichenschwingung auf beide Seitenbänder verteilt sind.

Die technischen Modulatoren sind keine direkten Mischer wie bei AM. Vielmehr wird bei FM ein Oszillator, der in der Trägerfrequenz schwingt, durch Einfluss der primären Zeichenschwingung in seiner Schwingfrequenz verändert. Dies kann man z.B. dadurch erreichen, dass man anstelle des Kondensators im Schwingkreis oder parallel zu diesem eine Kapazitätsdiode (Varactor) schaltet, ein Bauelement, welches seine kapazitiven Eigenschaften mit der angelegten Spannung ändert.

Wir fassen zusammen: FM erzeugt ebenfalls ein Spektrum mit der doppelten Breite, jedoch ist die Information nicht mehr trennbar. Als Modulatoren können vorteilhaft Schwingkreisschaltungen mit der Möglichkeit der Veränderung der Frequenz z.B. durch Varactor-Dioden oder Gyratoren benutzt werden.

Integriert man eine frequenzmodulierte Schwingung unter geeigneten Randbedingungen, so ist die primäre Zeichenschwingung in der Amplitude der Ergebnisschwingung enthalten. Diesen Vorgang kann man technisch mit einer Spule nachbilden. Der L-Diskriminator formt zur Demodulation FM in AM um, so dass AM-Demodulatoren nachgeschaltet werden können. Eine andere Möglichkeit zur Demodulation ist die Bildung einer Schwebung aus der modulierten Trägerschwingung und einer im Empfänger befindlichen Referenzschwingung. Die Schwebung entspricht ziemlich genau der primären Zeichenschwingung.

weiter mit: PSK und QAM

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