Grundlagen der digitalen Kommunikationstechnik - Übertragungstechnik - Signalverarbeitung - Netze

4 Digitale Nachrichtenübertragung im Basisband (S. 84-85)

Wir sprechen von einem Basisband-Übertragungssystem, wenn das Quellensignal in seiner ursprünglichen Frequenzlage übertragen wird. So wird im analogen Fernsprechnetz das Sprachsignal im Basisband, also im Frequenzbereich von 300 Hz bis 3,4 kHz, übertragen. Beispiele für die Übertragung digitaler Signale im Basisband finden sich beim Teilnehmeranschluss des ISDN (siehe Kapitel 13) und bei lokalen Netzen für die Datenübertragung [57]. Die Übertragung im Basisband findet sich also bei leitungsgebundenen Systemen. Im Gegensatz zur Basisband-Übertragung wird bei der Bandpass-Übertragung das zu übertragende Signal auf einen Träger aufmoduliert und so zu höheren Frequenzen hin verschoben. Allerdings erfolgt auch hier die Signalverarbeitung im Wesentlichen im Basisband, so dass die in diesem Kapitel behandelten Konzepte von grundlegender Bedeutung für digitale Übertragungssysteme sind.

Die folgenden Abschnitte verschaffen uns zunächst einen Überblick über die wesentlichen Elemente und deren Aufgabe in einem Basisband-Übertragungssystem. Weitere inhaltliche Schwerpunkte bilden die Intersymbol-Interferenz und deren Vermeidung durch geeignete Pulsformung, die Berechnung der Bitfehlerwahrscheinlichkeit und das signalangepasste Filter als optimales Empfangsfilter.

4.1 Elemente eines digitalen BasisbandÜbertragungssystems

Wir gehen von der in Bild 4-1 gezeigten Struktur eines Übertragungssystems aus. Sender (engl.: transmitter) und Empfänger (engl.: receiver) werden häufig mit den Abkürzungen Tx bzw. Rx gekennzeichnet. Zwischen Sender und Empfänger befindet sich der Übertragungskanal. Der Kanal dämpft und verzerrt das Signal. Dies wird durch die Übertragungsfunktion HK( f ) beschrieben. Störungen überlagern sich additiv zum Signal. Handelt es sich um eine Störung durch weißes gaußsches Rauschen, so spricht man von einem AWGNKanal (AWGN: Additive White Gaussian Noise, siehe Abschnitt 2.3.6).

Der Sender besteht aus einem optionalen Scrambler zur Verwürflung des Datenstroms. Die Verwürflung dient der Vermeidung langer 0- oder 1-Folgen sowie der Dekorrelation von Signalen. Der Leitungscodierer bildet die zu übertragenden binären Symbole auf eine Pulsfolge ab. Wir werden verschiedene Leitungscodes mit unterschiedlichen Eigenschaften kennenlernen, die jeweils bestimmten Anforderungen gerecht werden. Besteht die Pulsfolge aus rechteckförmigen Grundimpulsen und wird dieses Signal über einen bandbegrenzten Kanal übertragen, so laufen die Grundimpulse auseinander mit der Folge, dass benachbarte Symbole sich gegenseitig beeinflussen. Man nennt dies Impulsnebensprechen oder Intersymbol- Interferenz. Aufgabe des Pulsformfilters ist die Erzeugung von Grundimpulsen, die eine Übertragung ohne Intersymbol-Interferenz ermöglichen. Bei der Pulsformung spielt das Kosinus-roll-off-Filter eine herausragende Rolle.

Am Empfängereingang befindet sich zunächst ein Empfangsfilter zur Unterdrückung der Störungen. Ein im Sinne einer minimalen Bitfehlerwahrscheinlichkeit optimales Filter ist das signalangepasste Filter. Durch den Kanal bedingte Verzerrungen sind eine weitere Ursache von Intersymbol-Interferenz. Verzerrungen werden durch einen Entzerrer kompensiert. Der auf den Entzerrer folgende Abtaster tastet das Signal im Symboltakt ab. Die Abtastwerte setzen sich aus dem Nutzsignal und dem Störsignal des Kanals zusammen. Der Entscheider besteht im einfachsten Fall aus einem Schwellenschalter, der das Nutzsignal extrahiert. Im Falle einer Fehlentscheidung kommt es zu Bitfehlern.

Es folgen die dem senderseitigen Leitungscodierer und Scrambler entsprechenden Funktionen des Leitungsdecodierers und des Descramblers. Der vom Abtaster benötigte Symboltakt muss in der Regel aus dem Eingangssignal zurückgewonnen werden. Dies ist die Aufgabe des Blocks Synchronisation. Bei vielen Übertragungssystemen ist der Bitstrom in Rahmen strukturiert. Ein Rahmen besteht aus einer festen Anzahl von Bytes, die zusätzlich zur Übertragung der Nutzdaten weiteren Funktionen wie z. B. der Fehlererkennung oder der Flusssteuerung dienen. Neben der Symboltaktsynchronisation ist dann eine Rahmensynchronisation zur Erkennung des Rahmenanfangs erforderlich.