Grundlagen der Kommunikationstechnik
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German English |
| Veröffentlicht: |
München [u.a.]
Pearson Studium
2004
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| Ausgabe: | 2. Aufl. |
| Schriftenreihe: | et elektrotechnik
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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Vorwort
Themenaspekte
Digitale Kommunikationstechniken
Übersicht über den Lehrstoff
Beispiele und Übungsaufgaben
Kursoptionen
Kapitel 1 Einleitung
1.1 Historischer Überblick
1.2 Elemente eines elektrischen Kommunikationssystems
1.2.1 Digitale Kommunikationssysteme
1.2.2 Frühe Errungenschaften in der digitalen
Kommunikation
1.3 Kommunikationskanäle und ihre Eigenschaften
1.4 Mathematische Modelle für Kommunikationskanäle
1.5 Organisation des Buches
1.6 Weiterführende Literatur
Kapitel 2 Frequenzbereichsanalyse von Signalen und Systemen
2.1 Die Fourier-Reihe
2.1.1 Fourier-Reihen reeller Signale: die trigonometrische
Fourier-Reihe
2.2
2.2.1
ungerader Signale
2.2.2 Grundlegende Eigenschaften der
Fourier-Transformation
2.2.3
2.3 Leistung und Energie
2.3.1 Energiesignale
2.3.2 Leistungssignale
2.4 Das Abtasten bandbegrenzter Signale
2.5 Bandpasssignale
2.6 Weiterführende Literatur
Aufgaben
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 3 Übertragung und Empfang von analogen Signalen 91
3.1 Einleitung zur Modulation 91
3.2 Amplitudenmodulation (AM) 92
3.2.1 Zweiseitenband-Amplitudenmodulation mit
Unterdrückung des Trägers (ZSBM) 92
3.2.2 Konventionelle Amplitudenmodulation 99
3.2.3 Einseitenband-Amplitudenmodulation (ESBM) 103
3.2.4 Restseitenband-Amplitudenmodulation (RSBM) 107
3.2.5 Implementierung von AM-Modulatoren und
AM-Demodulatoren 110
3.2.6
3.3 Winkelmodulation 118
3.3.1 Darstellung der FM- und PM-Signale 119
3.3.2 Spektrale Eigenschaften der winkelmodulierten
Signale 123
3.3.3 Implementierung der Winkelmodulatoren und
Demodulatoren
3.4 Rundfunk und Fernsehrundfunk 137
3.4.1 AM-Rundfunk 138
3.4.2 FM-Rundfunk 139
3.4.3 Fernsehrundfunk 143
3.5 Mobile Radiosysteme 152
3.6 Weiterführende Literatur 154
Aufgaben 154
Kapitel 4 Zufallsprozesse 169
4.1 Wahrscheinlichkeiten und Zufallsvariablen 169
4.2 Zufallsprozesse: Grundlegende Konzepte 186
4.2.1 Beschreibung von Zufallsprozessen 189
4.2.2 Statistische Mittelwerte 192
4.2.3 Stationäre Prozesse 194
4.2.4 Zufallsprozesse und lineare Systeme 203
4.3 Zufallsprozesse im Frequenzbereich 206
4.3.1 Das Leistungsspektrum stochastischer Prozesse 207
4.3.2 Die Übertragung durch LTI-Systeme 213
4.4 Gaußsche und weiße Prozesse 216
4.4.1 Gaußsche Prozesse 217
4.4.2 Weiße Prozesse 219
4.5 Bandbegrenzte Prozesse und das Abtasten 223
4.6 Bandpassprozesse 226
Inhaltsverzeichnis
4.7 Weiterführende Literatur 233
Aufgaben 233
Kapitel 5 Einfluss des Rauschens auf analoge
Kommunikationssysteme 249
5.1 Einfluss des Rauschens auf lineare Modulationssysteme 249
5.1.1 Einfluss des Rauschens auf Basisbandsysteme 250
5.1.2 Einfluss des Rauschens auf die ZSBM 250
5.1.3 Einfluss des Rauschens auf die ESBM 252
5.1.4 Einfluss des Rauschens auf die konventionelle AM 253
5.2 Schätzung der Trägerphase mittels einer
phasengekoppelten Regelschleife
5.2.1 Die phasengekoppelte Regelschleife
5.2.2 Einfluss des additiven Rauschens auf die
Phasenschätzung 261
5.3 Einfluss des Rauschens auf die Winkelmodulation 267
5.3.1 Einfluss des Schwellenwerts in den
Winkelmodulationen 276
5.3.2 Pre-emphasis- und De-emphasis-Filter 280
5.4 Vergleich der analogen Modulationssysteme 284
5.5 Die Auswirkung der Übertragungsverluste 285
5.5.1 Charakterisierung der thermischen Rauschquellen 286
5.5.2 Die effektive Rauschtemperatur und die Rauschzahl 287
5.5.3 Die Übertragungsverluste 290
5.5.4 Zwischenverstärker für die Signalübertragung 292
5.6 Weiterführende Literatur 295
Aufgaben 295
Kapitel 6 Informationsquellen und Quellencodierung 301
6.1 Modellierung von Informationsquellen 302
6.1.1 Messen der Information 303
6.1.2 Verbund- und bedingte Entropien 306
6.2 Das Quellencodierungstheorem 308
6.3 Quellencodierungsalgorithmen 311
6.3.1 Der Huffman-Quellencodierungsalgorithmus 311
6.3.2 Der Lempel-Ziv-Quellencodierungsalgorithmus 317
6.4 Die Theorie der Raten Verzerrung 319
6.4.1 Die gegenseitige (Trans-)lnformation 319
6.4.2 Die
6.4.3 Die Ratenverzerrungsfunktion 322
6.5 Die Quantisierung 328
Inhaltsverzeichnis
6.5.1 Die
6.5.2 Die Vektorquantisierung 337
6.6 Die Signalformcodierung 341
6.6.1 Die Puls-Code-Modulation (PCM) 341
6.6.2 Die
6.6.3 Die Deltamodulation (AM) 349
6.7 Analyse-Synthese-Techniken 352
6.8 Die digitale Audioübertragung und Audioaufnahme 356
6.8.1 Digitales Audio in Telefonübertragungssystemen 357
6.8.2 Die digitale Audioaufnahme 359
6.9 Der JPEG-Bildcodierungsstandard 364
6Л0
Aufgaben 368
Kapitel 7 Digitale Übertragung über den additiven, weißen
gaußschen Rauschkanal 381
7.1 Geometrische Darstellung der Signale 381
7.2 Die Pulsamplitudenmodulation 386
7.3 Zweidimensionale Signale 391
7.3.1 Basisbandsignale 392
7.3.2 Zweidimensionale Bandpasssignale —
die Trägerphasenmodulation 395
7.3.3 Zweidimensionale Bandpasssignale —
die Quadratur-Amplitudenmodulation 398
7.4 Mehrdimensionale Signale 400
7.4.1 Orthogonale Signale 401
7.4.2 Biorthogonale Signale 406
7.4.3 Simplexsignale 407
7.4.4 Binärcodierte Signale 409
7.5 Der optimale Empfänger für digitalmodulierte Signale mit
additivem weißen gaußschen Rauschen 411
7.5.1 Der
7.5.2 Der angepasste
7.5.3 Der optimale Detektor 423
7.5.4
trägeramplitudenmodulierten Signalen 429
7.5.5
trägerphasenmodulierten Signalen 432
7.5.6
quadraturamplitudenmodulierten Signalen 438
7.5.7
frequenzmodulierten Signalen 441
Inhaltsverzeichnis
7.6 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Detektion von Signalen
mit additivem weißen gaußschen Rauschen 448
7.6.1 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der binären
Modulation 448
7.6.2 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der M-ären
7.6.3 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der
phasenkohärenten PSK-Modulation 456
7.6.4 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der DPSK 460
7.6.5 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der QAM 461
7.6.6 Fehlerwahrscheinlichkeit der M-ären orthogonalen
Signale 467
7.6.7 Die Fehlerwahrscheinlichkeit der M-ären
biorthogonalen Signale 471
7.6.8 Die Fehlerwahrscheinlichkeit der M-ären
Simplexsignale 472
7.6.9 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der
nichtkohärenten FSK-Detektion 473
7.6.10 Vergleich der Modulationsverfahren 476
7.7 Performance-Analyse für Drahtleitungs- und
Funkkommunikationskanäle 480
7.7.1 Die Regeneratoren 481
7.7.2 Link-Budget-Analyse für Funkkanäle 482
7.8 Die Symbolsynchronisierung 486
7.8.1 Frühwert-Spätwert-Gatter-Synchronisierer 487
7.8.2 Die Methode des minimalen mittleren
Quadratfehlers 490
7.8.3 Methoden der Höchstwahrscheinlichkeit 491
7.8.4 Methoden der spektralen Linie 493
7.8.5 Symbolsynchronisation der trägermodulierten
Signale 496
7.9 Weiterführende Literatur 497
Aufgaben 497
Kapitel 8 Digitale Übertragung über bandbegrenzte
AWGN-Kanäle 519
8.1 Digitale Übertragung über bandbegrenzte Kanäle 519
8.1.1 Digitale PAM-Übertragung über bandbegrenzte
ßasisbandkanäle 523
8.1.2 Digitale Übertragung über bandbegrenzte
Bandpasskanäle 525
8.2 Das Leistungsspektrum der digital modulierten Signale 527
8.2.1 Das Leistungsspektrum eines Basisbandsignals 528
Inhaltsverzeichnis
8.2.2 Das Leistungsspektrum eines trägermodulierten
Signals 533
8.3 Signalentwurf für bandbegrenzte Kanäle 534
8.3.1 Entwurf von bandbegrenzten Signalen für
Null-ISI - das Nyquist-Kriterium 537
8.3.2 Entwurf von bandbegrenzten Signalen mit
kontrollierter
8.4 Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Detektion der digitalen
РАМ
8.4.1 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Detektion der
digitalen
8.4.2 Symbol-für-Symbol-Detektion von Daten mit
kontrollierter
8.4.3 Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Detektion von
Teilantwortsignalen 550
8.5 Digitalmodulierte Signale mit Gedächtnis 553
8.5.1 Modulationscodes und Modulationssignale mit
Gedächtnis 554
8.5.2 Der Höchstwahrscheinlichkeits-Sequenzdetektor 569
8.5.3 Die Höchstwahrscheinlichkeits-Sequenzdetektion
der Teilantwortsignale 5 74
8.5.4 Das Leistungsspektrum der digitalen Signale mit
Gedächtnis 579
8.6 Systementwurf mit Kanalverzerrung 583
8.6.1 Entwurf von Sende- und Empfangsfiltern für einen
Kanal mit bekannten Eigenschaften 585
8.6.2 Kanalentzerrung 588
8.7 Die Mehrträgermodulation und die
8.7.1 Implementierung eines OFDM-Systems mittels des
FFT-Algorithmus 608
8.8 Weiterführende Literatur 611
Aufgaben 612
Kapitel 9 Die Kanalkapazität und die Kanalcodierung 627
9.1 Modellierung der Kommunikationskanäle 627
9.2 Die Kanalkapazität 630
9.2.1 Die gaußsche Kanalkapazität 635
9.3 Grenzen der Kommunikation 637
9.3.1 Die PCM-Übertragung analoger Quellen 642
9.4 Die Codierung für zuverlässige Kommunikation 643
9.4.1 Eine enge Grenze für die Fehlerwahrscheinlichkeit
orthogonaler Signale 644
Inhaltsverzeichnis
9.4.2 Ziele der Kanalcodierung 647
9.5 Lineare Blockcodes 654
9.5.1 Decodierung und Effizienz der linearen Blockcodes 659
9.5.2 Burstfehlerkorrigierende Codes 668
9.6 Zyklische Codes 670
9.6.1 Die Struktur der zyklischen Codes 670
9.7 Faltungscodes 679
9.7.1 Grundlegende Eigenschaften der Faltungscodes 680
9.7.2 Optimale Decodierung der Faltungscodes —
der Viterbi-Algorithmus 686
9.7.3 Andere Decodierungsalgorithmen für
Faltungscodes 691
9.7.4 Grenzen der Fehlerwahrscheinlichkeit bei
Faltungscodes 692
9.8 Komplexe Codes aus Kombinationen von einfachen Codes 696
9.8.1 Produktcodes 697
9.8.2 Verkettete Codes 697
9.8.3 Turbocodes 698
9.8.4 Der BCJR-Algorithmus 700
9.8.5 Effizienz der Turbocodes 702
9.9 Die Codierung der bandbreiteneingeschränkten Kanäle 705
9.9.1 Kombinierte Codierung und Modulation 705
9.9.2 Die gittercodierte Modulation 707
9.10 Praktische Anwendungen der Codierung 714
9.10.1 Codierung in der Nachrichtenübertragung zu
Weltraumsonden
9.10.2 Codierung für Telefonleitungsmodems 716
9.10.3 Codierung für
9.11 Weiterführende Literatur 720
Aufgaben 720
Kapitel 10 Drahtlose Kommunikation 733
10.1 Digitale Übertragung über Fading-Mehrwegkanäle 733
10.1.1 Kanalmodelle für zeitveränderliche Mehrwegkanäle 736
10.1.2 Signalentwurf für Fading-Mehrwegkanäle 744
10.1.3 Effizienz der binären Modulation in
nichtfrequenzselektiven Rayleigh-Fading-Kanälen 747
10.1.4 Effizienzsteigerung durch Signaldiversität 750
10.1.5 Modulation und
frequenzselektiven Kanälen — der RAKE-
Demodulator 755
Inhaltsverzeichnis
10.1.6 Vielfachantennensysteme und Raum-Zeit-Codes 758
10.2 Kontinuierliche Trägerphasenmodulation 763
10.2.1 Phasenkontinuierliche FSK (CPFSK) 764
10.2.2 Phasenkontinuierliche Modulation (CPM) 773
10.2.3 Spektrale Eigenschaften der CPFSK- und
CPM-Signale 776
10.2.4
10.2.5 Effizienz von CPM in AWGN- und
Rayleigh-Fading-Kanälen 787
10.3 Spektrumgespreizte Kommunikationssysteme 790
10.3.1 Modell eines spektrumgespreizten digitalen
Kommunikationssystems
10.3.2 Spektrumgespreizte Direktsequenzsysteme 793
10.3.3 Einige Anwendungen der spektrumgespreizten DS-
Signale 804
10.3.4 Die Auswirkung von Pulsinterferenzen und Fading 809
10.3.5 Die Erzeugung von PN-Sequenzen 811
10.3.6 Frequenzspringendes Spreizungsspektrum 815
10.3.7 Synchronisation von spektrumgespreizten
Systemen 822
10.4 Digitale Mobilkommunikationssysteme 830
10.4.1 Das GSM-System 830
10.4.2 Das auf IS-95 basierende CDMA-System 834
10.5 Weiterführende Literatur 839
Aufgaben 841
Anhang
Mehrfachkanalempfang von binären Signalen 849
Literaturverzeichnis 853
Register 865
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| author | Proakis, John G. Salehi, Masoud |
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