Kommunikationselektronik - Cheatsheet

Übertragungsmedien und ihre Eigenschaften

Definition:

Medien zur Übertragung von Signalen in der Kommunikationselektronik.

Details:

• Kupferkabel: hohe Leitfähigkeit, Abschirmung wichtig, störanfällig
• Koaxialkabel: gut für hohe Frequenzen, geringe Dämpfung
• Glasfaserkabel: hohe Übertragungsrate, geringe Dämpfung, immun gegen elektromagnetische Störungen
• Funk: drahtlose Übertragung, Reichweite und Bandbreite variieren, störanfällig
• Infrarot: Sichtverbindung notwendig, kurze Reichweite

Digitale Modulationstechniken wie QAM und PSK

Definition:

Digitale Modulationstechniken verändern Trägersignale basierend auf digitalen Daten für effiziente Übertragung.

Details:

• QAM (Quadraturamplitudenmodulation): Kombiniert Amplituden- und Phasenmodulation.
• PSK (Phasenumtastung): Verändert die Phase des Trägersignals in diskreten Schritten.
• BPSK: Einfachste Form, zwei Phasenlagen (0°, 180°).
• QPSK: Vier Phasenlagen (0°, 90°, 180°, 270°).
• 16-QAM: 16 verschiedene Amplituden-Phasen-Kombinationen.
• Bitfehlerrate (BER) ist entscheidend für die Bewertung.
• Nutzungsgebiete: WLAN, Mobilfunk, Satellitenkommunikation.
• Mathematisch: \(s(t) = A_i \cos(2 \pi f_c t + \phi_i)\) für PSK, \(s(t) = A_i \cos(2 \pi f_c t) + A_q \sin(2 \pi f_c t)\) für QAM.

Adaptative Rauschunterdrückungstechniken

Definition:

Anpassung von Rauschunterdrückungsverfahren basierend auf den aktuellen Signalbedingungen.

Details:

• Adaptiv: Passt sich dynamisch an Rauschverhältnisse an
• Algorithmen: LMS (Least Mean Squares), RLS (Recursive Least Squares)
• Verwendung: Sprachübertragung, Datenkommunikation
• Ziel: Minimierung der Fehlerrate, Verbesserung der Signalqualität
• Einflussgrößen: Signal-Rausch-Verhältnis, Kanalrauschen

Konvertierungstechniken zwischen analog und digital

Definition:

Techniken zum Umwandeln von analogen in digitale Signale und umgekehrt.

Details:

• Analog-Digital-Wandlung (AD-Wandlung): Umwandlung von analogen Signalen in digitale Daten
• Digital-Analog-Wandlung (DA-Wandlung): Umwandlung von digitalen Daten in analoge Signale
• AD-Wandler: Sampling, Quantisierung, Codierung
• DA-Wandler: Rekonstruktion, Filterung
• Nyquist-Theorem: \( f_s \geq 2f_{max} \)
• Quantisierungsrauschen: Folge der Auflösung der AD-Wandlung
• Typische AD-Wandler: Successive Approximation Register (SAR), Delta-Sigma-Wandler
• Typische DA-Wandler: R-2R Ladder, Delta-Sigma-Wandler

Verstärkung und Entzerrung von Signalen

Definition:

Verstärkung erhöht die Amplitude eines Signals, während Entzerrung Verzerrungen korrigiert, um das Signal originalgetreuer wiederzugeben.

Details:

• Verstärkung: Erhöhung der Amplitude eines Signals durch einen Verstärker, beschrieben durch \(A = \frac{V_{out}}{V_{in}}\).
• Lineare Verstärkung: Verstärkung durch lineare Verstärker ohne Verzerrungen.
• Nonlineare Verzerrungen: Erfordert Entzerrungstechniken, um unabhängige Anpassung der Signalpegel sicherzustellen.
• Entzerrung: Anpassung der Signalübertragung, um Verzerrungen zu korrigieren; typisches Einsatzgebiet ist die Frequenzgangkorrektur.
• LTI-Systeme: Lineare zeitinvariante Systeme für Entzerrung mittels Inversfilter; Systemcharakteristik \(H(f)\) und Invers \(H^{-1}(f)\).

Antennenanpassung und -optimierung

Definition:

Anpassung und Optimierung der Antenne zur Maximierung der Effizienz und Minimierung der reflektierten Leistung.

Details:

• SWR: Stehwellenverhältnis (Verhältnis von Vorwärts- zu Rückwärtswelle)
• Impedanzanpassung: \[ \text{Z}_{\text{L}} = \text{Z}_0 \] (Lastimpedanz = Wellenimpedanz)
• Reflexionsfaktor: \[ \text{Γ} = \frac{\text{Z}_{\text{L}} - \text{Z}_0}{\text{Z}_{\text{L}} + \text{Z}_0} \]
• Smith-Diagramm: grafisches Werkzeug zur Impedanzanpassung
• Anpassungselemente: LC-Glieder, Stub-Tuner, Transformationsleitungen

Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und seine Bedeutung

Definition:

Verhältnis zwischen Signalstärke und Rauschpegel; Maß für die Qualität eines Signals.

Details:

• Definiert als: \( \text{SNR} = \frac{P_{\text{Signal}}}{P_{\text{Rauschen}}} \)
• Oft in Dezibel (\text{dB}) angegeben: \[ \text{SNR}_{\text{dB}} = 10 \log_{10} \left( \frac{P_{\text{Signal}}}{P_{\text{Rauschen}}} \right) \]
• Hohes SNR: hohe Signalqualität, geringes Rauschen
• Niedriges SNR: niedrige Signalqualität, hohes Rauschen
• Wichtig für die Zuverlässigkeit und Effizienz von Kommunikationssystemen