Transceiver-Systementwurf - Cheatsheet

Überblick über verschiedene Transceiver-Architekturen

Definition:

Zusammenfassung der verschiedenen Architekturtypen von Transceivern.

Details:

• Superheterodyn: Signal auf eine Zwischenfrequenz (ZF) konvertieren.
• Direktempfänger: Verarbeitung des Signals in der Ursprungfrequenz.
• Zero-Intermediate-Frequency (ZIF): Direkte Konversion ohne Zwischenfrequenz.
• Software Defined Radio (SDR): Verarbeitung der Signale durch Software.
• Mischarchitekturen: Kombination aus den oben genannten Methoden.

Entwurf von Verstärkern und Oszillatoren

Definition:

Entwurf von Verstärkern und Oszillatoren umfasst die Planung und Realisierung von Schaltungen, die elektrische Signale verstärken bzw. periodische Signale erzeugen.

Details:

• Grundlagen Verstärker: Betriebspunkt, Linearität, Stabilität
• Transistor-Biasing-Methoden
• Frequenzgang: Verstärkung bei verschiedenen Frequenzen
• Störfaktor-Rausch: Rauschquellen und -minimierung
• Grundlagen Oszillatoren: Rückkopplung, Resonanzkreise
• Phasenkriterium: \( |\beta A| \ge 1 \) und \( \angle(\beta A) = 0 \)
• RC-, LC- und Kristalloszillatoren
• Mathematische Beschreibung: Differential- und algebraische Gleichungen

Digitale Filterdesigns und Implementierung

Definition:

Digitalfilter entwerfen und umsetzen, um spezifische Frequenzbereiche von digitalen Signalen zu manipulieren oder zu filtern.

Details:

• Filterarten: FIR (endliche Impulsantwort) und IIR (unendliche Impulsantwort).
• Filterentwurfsmethoden: Fensterverfahren, Frequenzabtastmethode, Optimierungsmethoden.
• Stabilitätskriterien: FIR immer stabil, IIR mittels Pol-Nullstellen-Analyse sichern.
• Implementierung: Direktform, Transponierte Form, Zustandsraumdarstellung.
• Wichtige Parameter: Filterordnung, Übergangsbreite, Ripple in Durchlass- und Sperrbereich.
• Software-Tools: MATLAB, Python (SciPy), DSP-Simulatoren.
• Realisierung auf Hardware: FPGA, DSP-Chips, Mikrocontroller.

Fehlererkennung und -korrekturverfahren

Definition:

Fehlererkennung und -korrekturverfahren sind Methoden zur Identifikation und Korrektur von Fehlern in übertragenen Daten.

Details:

• Ziel: Erhöhung der Übertragungssicherheit.
• Typische Verfahren: Paritätsprüfung, Hamming-Codes, CRC (Zyklische Redundanzprüfung), FEC (Forward Error Correction), ARQ (Automatic Repeat reQuest).
• Hamming-Distanz: Maß für den minimalen Abstand zwischen zwei Codewörtern, entscheidend für die Fehlerkorrekturfähigkeit.
• Redundanzbits: Zusätzliche Bits, die hinzugefügt werden, um Fehler erkennen und korrigieren zu können.
• Bei der Paritätsprüfung wird ein zusätzliches Bit angehängt, das die Anzahl der Einsen im Codewort auf gerade oder ungerade setzt.
• Hamming-Code: Kann Single-Bit-Fehler erkennen und korrigieren.
• CRC: Verwendet Polynom-Division zur Fehlererkennung.
• FEC: Fehler werden direkt vom Empfänger ohne erneute Übertragung korrigiert.
• ARQ: Fehlerhafte Pakete werden erneut angefordert.

Modellierung und Simulation von analogen und digitalen Komponenten

Definition:

Modellierung und Simulation von analogen und digitalen Komponenten - Erstellung mathematischer Modelle und Durchführung von Simulationen zur Analyse und Optimierung von Systemen.

Details:

• Analoge Modellierung: Verwendung kontinuierlicher Funktionen und Differentialgleichungen.
• Digitale Modellierung: Einsatz diskreter Funktionen und Zustandsautomaten.
• Simulationssoftware: Verwendung von Tools wie SPICE für analog und VHDL/Verilog für digital.
• Parameteranalyse: Untersuchung verschiedener Szenarien durch Variation von Modellparametern.
• Signalflussanalyse: Überprüfung der Signalübertragung und -verarbeitung.
• Verifikation und Validierung: Sicherstellung der Modellgenauigkeit durch Vergleich mit realen Messdaten.

Design von Tiefpass-, Hochpass- und Bandpassfiltern

Definition:

Entwurf von Filtern zur Trennung und Modifikation von Frequenzbereichen.

Details:

• Tiefpassfilter: Lässt Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz \(f_c\) passieren. Bei idealem Tiefpass: \[ H(f) = 1, \quad |f| \leq f_c \quad \text{und} \quad H(f) = 0, \quad |f| > f_c \]
• Hochpassfilter: Lässt Frequenzen oberhalb einer Grenzfrequenz \(f_c\) passieren. Bei idealem Hochpass: \[ H(f) = 0, \quad |f| < f_c \quad \text{und} \quad H(f) = 1, \quad |f| \geq f_c \]
• Bandpassfilter: Lässt Frequenzen innerhalb eines Frequenzbands \[f_{c1}\] und \[f_{c2}\] passieren. Bei idealem Bandpass: \[ H(f) = 1, \quad f_{c1} \leq |f| \leq f_{c2} \quad \text{und} \quad H(f) = 0, \quad |f| < f_{c1} \quad \text{oder} \quad |f| > f_{c2} \]
• Realisierung: Passive (RLC-Schaltungen) oder aktive (Op-Amps) Schaltungen.
• Designkriterien: Güte (Q-Faktor), Dämpfung, Flankensteilheit.

Techniken zur Rauschunterdrückung

Definition:

Methoden zur Reduktion von unerwünschtem Rauschen in Transceiver-Systemen.

Details:

• Filter: Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Bandpassfilter
• Rauschunterdrückungsalgorithmen: LMS-Algorithmus, RLS-Algorithmus
• Adaptive Filter: Passen Filterkoeffizienten an
• Diversitätstechniken: Kombinieren Signale aus mehreren Quellen
• Frequenzsprungverfahren: Ändern oft die Frequenz

Anpassung von Impedanzen

Definition:

Anpassung von Impedanzen zielt darauf ab, die maximale Leistung von einer Quelle zu einer Last zu übertragen, indem die Impedanzen optimiert werden, um Reflexionen zu minimieren.

Details:

• Wichtig für Effizienz in Hochfrequenz (HF)-Systemen.
• Verwende \textit{Abgleichnetzwerke} um Impedanzen anzupassen.
• \textbf{Reflexionskoeffizient} \(\Gamma = \frac{Z_L - Z_S}{Z_L + Z_S}\), wo \(Z_L\) Lastimpedanz und \(Z_S\) Quellenimpedanz sind.
• \textbf{Stehwellenverhältnis (SWR)} gibt Verhältnis von maximaler zur minimaler Spannung in einer stehenden Welle an, idealerweise \(1:1\).
• Optimale Impedanzanpassung, wenn \(Z_L = Z_S\).