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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 55

Wireless Basics – Einfache Modulationsverfahren

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PSK und QAM

Die bislang besprochenen Modulationsverfahren haben bei der Übertragung binärer Signale den Nachteil, dass sie ziemlich viel Bandbreite verschwenden. Ohne weitere Maßnahmen kommen diese Verfahren nur auf eine Bandbreiteausnutzung von 0,4 bis 0,6 bit/s/Hz. Das ist angesichts der z.B. bei drahtlosen LANs gewünschten Datenraten und den nur schmalen zur Verfügung stehenden Übertragungskanälen ein viel zu schlechtes Verhältnis.

Verbesserte Verfahren basieren zwar alle auf Amplituden- oder Winkelmodulation, sind jedoch gegenüber den einfachen Verfahren wesentlich verfeinert.

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Bei der Übertragung einer binären primären Zeichenschwingung gibt es bei PM nur zwei Phasenlagen als Ergebnis der Modulation, nämlich z.B. 0 Grad und 90 Grad oder 90 Grad und 180 Grad.

Auch bei einer sehr schnellen Datenrate kann man aber auf einfachste Weise mehr unterschiedliche Phasenverschiebungen erzeugen und decodieren. Dies geschieht bei der sog. Phase Shift Modulation, kurz PSK, Phase Shift Keying. Bei dieser Modulationsart werden die Daten durch verschieden große Phasenwechsel der Trägerwelle übertragen.

Wir betrachten zur Erklärung ein typisches System, welches z.B. auch in Modems für die drahtgebundene Übertragung zu finden ist. Der Ausgang des Generators für die Trägerwelle wird mit zwei Phasenmodulatoren verbunden. Mit dem ersten wird er sofort verbunden, im Weg zum weiten liegt eine Verzögerungseinrichtung, die eine Phasenverschiebung um 90 Grad bewirkt. Die Phasenmodulatoren erzeugen jeweils zwei Wellenformen, nämlich die originale Form, die an ihrem Eingang zur Verfügung steht oder eine um 180 Grad in der Phase verschobene Welle.

Durch diese Einrichtung stehen nun vier verschiedene Wellenformen zur Verfügung: die originale Trägerwelle, die originale Trägerwelle mit Verschiebung um 90 Grad, die phasenmodulierte originale Trägerwelle mit einer Verschiebung von 180 Grad und die phasenmodulierte, bereits verschobene Trägerwelle mit einer Gesamtverschiebung der Phase um 270 Grad.

Man kann nun mit einer solchen Einrichtung jeweils zwei Bits parallel übertragen, erreicht also mit der gleichen Ausgangsbandbreite eine Verdopplung des Nutzsignals!

Eine Zuordnung von Binärsignalen und Phasen kann man durch sog. Phasendiagramme verdeutlichen, wie sie in Abbildung 3 dargestellt sind.

Die Sender-Empfänger-Synchronisation wird durch die Detektion von Phasenwechseln erleichtert. Das kennen wir ja bereits seit sehr langer Zeit aus dem Ethernet-Bereich, wo die mangelnde Synchronisation zwischen den angeschlossenen Stationen durch die Präambel und die damit verbundenen Phasenwechsel des Signals auf dem Kabel ausgeglichen wurde. Der dabei verwendete Manchester Code heißt deshalb nicht umsonst selbstsynchronisierend.

Ein PSK-Empfänger hat Register, die es ihm ermöglichen, die Phase des einlaufenden Signals mit der des vorigen Signals zu vergleichen. Durch die Bestimmung der Phasendifferenz wird der Informationsgehalt des ankommenden Signals decodiert. Es braucht also nicht im eigentlichen Sinne demoduliert zu werden. Im kompaktesten Fall können die zwei Bits in einem Zyklus der Trägerschwingung untergebracht werden. Aus Sicherheitsgründen benutzt man jedoch meist 1,5 Zyklen.

weiter mit: Drei- und Vier-Bit-Übertragung

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