Grundlagen der Kommunikationstechnik: mit 36 Tabellen und 115 Beispielen und Aufgaben
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
2002
|
| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Leitfaden der Elektrotechnik
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXII, 857 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3519062658 9783519062653 |
Internformat
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Titel: Grundlagen der Kommunikationstechnik
Autor: Weidenfeller, Hermann
Jahr: 2002
Inhaltsverzeichnis
Vorwort v
1 Informationstheorie 1
1.1 Quellen und Senken 2
1.2 Kanale 7
1.2.1 Diskrete Kanale 7
1.2.2 Zeit-und wertkontinuierlicher Kanal bei additivem Rauschen.
GauBscher Kanal 12
Ubungsaufgaben Hi
2 Signale und Systeme 19
2.1 Determinierte Signale 20
2.1.1 Fourier-Analyse 20
2.1.2 Fourier-Transformation 23
2.1.2.1 Satze der Fourier-Transformation 27
2.1.3 Laplace-Transformation 27
2.1.4 Zeitmittelwerte, Korrelationsfunktion und spektrale
Leistungsdichte determinierter Signale 31
2.2 Zufallssignale 35
2.2.1 Diskrete Zufallssignale 30
2.2.2 Kontinuierliche Zufallssignale 11
2.2.3 Zeitmittelwerte, Korrelationsfunktion und spektrale
Leistungsdichte von Zufallssignalen 45
2.3 Lineare Systeme 49
2.3.1 System-Ubertragungsfunktion 52
2.3.2 Impulsantwort 53
2.3.3 Faltungsintegral 50
2.3.4 Ideale Ubertragung, ideales TiefpaBsystem, ideales
BandpaBsystem 57
2.3.5 Systemanalyse 02
In h a Its verzei chnis
xiv
2.4 Abtastsysteme
2.4.1 Abtastung, Abtasttheorem "
2.4.2 Zeitdiskrete Signale und Systeme, Diskrete Fourier-
Transformation, z-Transformation '
ijbungsaufgaben
3 Zweipol- und Vierpol-Netzwerke
3.1 Zweipole 8
3.1.1 Zweipol- Impedanz- und Admittanzfunktionen, komplexe
Frequenz 89
3.1.2 Zweipolfunktionen in der komplexen Ebene 83
3.1.3 Reaktanz-Zweipole 89
3.2 Vierpole 90
3.2.1 Vierpolgleichungen in Leitwertform 91
3.2.2 Vierpolgleichungen in Widerstandsform 92
3.2.3 Vierpolgleichungen in hybrider Form 93
3.2.4 Vierpolgleichungen in Kettenform 94
3.2.5 Theorie der homogenen verlustbehafteten Doppelleitung,
Vierpolgleichungen in Wellenparameterform 96
3.2.5.1 Frequenzgang der Wellenparameter 101
3.2.5.2 Wellenparameter des ubertragungssymmetrischen Vierpols,
reflexionsfeier AbschluB 105
3.2.6 Vierpol-Ubertragungsfunktion, Dampfungsfaktor 108
3.2.7 Logaritmierte GroBen, logarithmische Darstellung 112
3.2.7.1 Logarithmische MaBe 112
3.2.7.2 Darstellung einer Ubertragungsfunktion mit dem Bode-
Diagramm 114
3.2.8 Anpassung 116
3.2.8.1 Wirkleistungsanpassung 116
3.2.8.2 Scheinleistungsanpassung 118
3.2.9 Vierpol-BetriebsgroBen 119
3.2.9.1 Komplexes BetriebsdampfungsmaB 119
3.2.9.2 Reflexionsfaktor, StoBfaktor, Echofaktor 122
3.3 Passive Vierpol-Komponenten 125
3.3.1 Technische Ausfiihrung metallischer Leitungen 125
3.3.1.1 Symmetrische Leitungen, Nebensprechen 125
3.3.1.2 Koaxiale Leitungen 132
3.3.2 Ubertrager 134
3.3.3 Wellenparameterfilter 136
3.3.3.1 NormtiefpaB-Halbglied 138
3.3.3.2 Filterdimensionierung mit Hilfe der Frequenztransformation . 140
3.3.3.3 Grund-Filterketten 142
Inhaitsverzeichnis xv
3.3.3.4 Betriebsverhalten von Filterketten 142
3.3.3.5 Weichen 144
3.3.4 Betriebsparameterfilter 144
3.3.4.1 Normierter Butterworth-TiefpaB (Potenz-TiefpaB) 147
3.3.4:2 Normierter Tschebyscheff-TiefpaB 150
3.3.4.3 TiefpaB-Filter mit wahlbaren Dampfungs-Nullstellen und
Sperrstellen 155
3.3.4.4 Frequenztransformation 155
3.3.5 Passive Entzerrer 157
3.3.5.1 Passive Amplitudenentzerrer 157
3.3.5.2 Passive Gruppenlaufzeitentzerrer 159
3.4 Aktive Vierpol-Komponenten 160
3.4.1 NF-Kleinsignal-Verstarker 160
3.4.1.1 Kleinsignalparameter, Ersatzbilder 163
3.4.1.2 Verstarker-Grundschaltungen 165
3.4.1.3 Gegenkopplung 171
3.4.2 GroBsignal-Verstarker 173
3.4.2.1 A-Verstarker 173
3.4.2.2 B-Verstarker 174
3.4.3 Operationsverstarker 175
3.4.4 Aktive Betriebsparameterfilter 183
3.4.4.1 Synthese aktiver Filter (Leap-Frog-Verfahren) 183
3.4.5 Aktive Entzerrer 187
3.4.5.1 Linearer Dampfungsentzerrer 187
3.4.5.2 Linearer Gruppenlaufzeitentzerrer 189
3.4.5.3 Echoentzerrer, Transversalentzerrer 190
3.4.6 Schalter-Kondensator-Filter (Switched-Capacity-Filter) 193
Ubungsaufgaben 196
4 Hochfrequenztechnik 201
4.1 Elektromagnetische Wellen und Felder 201
4.1.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im leeren Raum,
Wellentypen 205
4.1.1.1 Poyntingscher Vektor 205
4.1.2 Ebene Wellen 206
4.1.3 Polarisation, duale Polarisation 209
4.1.4 Reflexions- und Brechungsgesetze ebener Wellen 211
4.1.5 Skineffekt 212
4.2 Passive Komponenten der HF-Technik 213
4.2.1 Schwingkreise 214
4.2.1.1 Reihen-Schwingkreis 214
4.2.1.2 Parallel-Schwingkreis 218
XVI
Inhaltsverzeichnis
221
4.2.2 Schwingquarze
4.2.3 Kopplungsbandfilter ^
4.2.4 HF-Leitungen
4.2.4.1 Stromverdrangung bei der Doppelleitung, Bereich IV 230
4.2.4.2 Dieelektrische Verluste bei der Doppelleitung, Bereich V 231
4.2.4.3 Verlustlose Doppelleitung 232
4.2.4.4 Leitungsdiagramme (Kreisdiagramme) 238
4.2.4.5 Streifenleitungen 246
4.2.4.6 Hohlleiter 248
4.2.4.7 Wellengrofie und Streumatrix 253
4.2.5 Komponenten aus Leitungsstucken 256
4.2.5.1 (A/4)-Transformator 256
4.2.5.2 Impedanz-Transformation mit inhomogenen Leitungen 257
4.2.5.3 Zusammenschaltung von koaxialer und erdsymmetrischer
Doppelleitung 258
4.2.5.4 Richtkoppler 259
4.2.5.5 Leitungsresonatoren 260
4.2.5.6 Mikrowellenfilter 262
4.2.6 Gyromagnetische Komponenten 263
4.2.6.1 Zirkulator, Richtungsleitung 264
4.3 Aktive Komponenten der HF-Technik 265
4.3.1 Ersatzbilder bipolarer Transistoren 265
4.3.2 Ersatzbilder von HF-Feldeffekttransistoren (FET) 267
4.3.3 HF-Kleinsignalverstarker 271
4.3.3.1 RC-Verstarker 271
4.3.3.2 Schwingkreisverstarker 272
4.3.3.3 Bandfilterverstarker (Mehrkreisverstarker) .' 276
4.3.4 Rauscharme Kleinsignal-Transistorverstarker 277
4.3.4.1 Rauschen, Rauschvierpole 277
4.3.4.2 Rauscharme Verstarker mit Feldeffekttransistoren 280
4.3.4.3 Reflexionsverstarker, parametrische Verstarker 280
4.3.5 HF-GroBsignalverstarker 283
4.3.5.1 C-Verstarker 285
4.3.5.2 Wanderfeldrohrenverstarker 286
4.3.5.3 Halbleiter-Leistungsverstarker 288
4.3.6 Schwingungserzeugung, Oszillatoren 290
4.3.6.1 Zweipoloszillatoren 290
4.3.6.2 Vierpoloszillatoren 292
4.3.6.3 Analoge Phasenregelschleife (Phase Locked Loop) 301
4.3.7 Frequenzumsetzung 304
4.3.7.1 Frequenzvervielfachung durch Aussteuerung einer
nichtlinearen Kennlinie mit einer Sinusschwingung 304
Inhaltsverzeichnis
XVII
4.3.7.2 Frequenzvervielfachung mit der Phasenregelschleife
(PLL-Synthesizer) 306
4.3.7.3 Frequenzteilung 308
4.3.7.4 Mischung 309
4.4 Antennen 313
4.4.1 Elementare, fiktive Strahlungsquellen 317
4.4.1.1 Isotroper Kugelstrahler 317
4.4.1.2 Hertzscher Dipol 318
4.4.2 Antennen aus am Ende offenen Leitungsstiicken 322
4.4.2.1 Dipole 322
4.4.2.2 Monopole 326
4.4.3 Empfangsantennen (Dipol, Monopol) : 330
4.4.4 Antennen aus kurzgeschlossenen Leitungsstiicken und
aquivalente Formen 331
4.4.4.1 Rahmenantenne 331
4.4.4.2 Schlitzantenne 333
4.4.5 Richtantennen 334
4.4.5.1 Langdrahtantenne, Rhombusantenne 335
4.4.5.2 Dipolzeile, Dipollinie (Dipolspalte), Dipolwand, (Dipolebene) . 335
4.4.5.3 Logarithmisch-periodische Antenne 337
4.4.5.4 Flachenantennen (Aperturstrahler), Hornstrahler,
Parabolspiegel 338
Ubungsaufgaben 314
5 Grundlagen und Komponenten der optischen
Nachrichtentechnik 349
5.1 Optische Grundlagen 350
5.2 Stufenprofil-Lichtwellenleiter 353
5.2.1 Dispersion 357
5.3 Monomode-Lichtwellenleiter 360
5.4 Gradientenprofil-Lichtwellenleiter 362
5.4.1 Moden- und Profildisperison beim Gradienten-LWL 363
5.5 LWL-Dampfung 364
5.6 LWL-Herstellung 366
5.7 Stecker und SpleiBe 368
5.8 Sende- und Empfangselemente 369
5.8.1 Bandermodell, Wechselwirkungsmechanismen zwischen Atom
und Lichtquant 370
5.8.1.1 Lumineszenzdiode 372
5.8.1.2 Laserdiode 374
5.8.2 Empfangselemente 379
5.8.2.1 Funktionsprinzip der Photodiode 379
xvin
Inhalts verzei chnis
5.8.2.2 PIN-Photodiode
5.8.2.3 Avalanche-Photodiode ^82
5.9 Kopplung Sendeelement-LWL-Empfangselement 383
5.10 Optische Verstarker ^84
Ubungsaufgaben ^87
6 Wellenausbreitung im Raum, Funkstrecken 391
6.1 Funkstrecken mit optischer Sicht 395
6.1.1 Richtfunk-Strecken 396
6.1.2 Satelliten-Strecken 399
6.1.2.1 Frequenzbander fur Satellitenverbindungen 400
6.1.2.2 Satellitenbahnen, Ausleuchtgebiete 402
6.1.2.3 Streckenanalyse (Link-Budget) 406
6.2 Funkstrecken ohne optische Sicht 409
6.2.1 Mobilfunkstrecken 410
6.2.2 Kurzwellen-Strecken 413
6.2.3 Mittelwellen-Strecken 414
6.2.4 Lang- und Langswellenstrecken 415
Ubungsaufgaben 416
7 Analoge Nachrichteniibertragungs- und Multiplexverfahren . 419
7.1 Fernsprechapparat, Fernsprech-Ubertragungstechnik 421
7.2 NF-Ubertragung 426
7.3 Modulationsverfahren 427
7.3.1 Amplitudenmodulation (AM) 428
7.3.1.1 Zweiseitenband-Amplitudenmodulation (ZSB-AM) 428
7.3.1.2 Zweiseitenband-Amplitudenmodulation mit unterdriicktem
Trager 432
7.3.1.3 Einseitenband-Modulation 434
7.3.1.4 Restseitenband-modulation (RSB-AM) 436
7.3.2 Winkelmodulation 437
7.3.2.1 Phasenmodulation (PM) 437
7.3.2.2 Frequenzmodulation (FM) 439
7.3.2.3 Spektrum eines WM-Signals 442
7.3.2.4 Bandbreite und Leistung eines WM-Signals 443
7.4 Tragerfrequenztechnik 445
7.4.1 Harmonischer Frequenzplan 446
Ubungsaufgaben 449
8 Digitale Nachrichteniibertragungs- und Multiplexverfahren .453
8.1 Puls-Modulation 453
8.1.1 Puls-Amplituden-Modulation (PAM) 455
Inhaltsverzeichnis xix
8.1.2 Puls-Dauer-Modulation (PDM) 456
8.1.3 Puls-Phasen- (PPM) und Puls-Frequenzmodulation 458
8.1.4 Puls-Code-Modulation (PCM) 460
8.1.4.1 Lineare Quantisierung 461
8.1.4.2 Nichtlineare Quantisierung 462
8.1.5 Adaptive Differenz-Puls-Code-Modulation (ADPCM) 165
8.1.6 Delta-Modulation 466
8.2 Zeitmultiplex-Verfahren 467
8.2.1 Plesiochrone digitale Hierarchie (PDH) 469
8.2.2 Synchrone digitale Hierarchie (SDH) 474
8.2.3 Asynchronous Transfer Mode (ATM) 480
8.3 Basisband-Ubertragung auf metallischen Leitungen •. 184
8.3.1 Merkmale des idealen Basisband-Ubertragungssystems 485
8.3.2 Reale Basisband-Ubertragungssysteme 487
8.3.2.1 Impulsformung, spektrale Formung 487
8.3.3 Leitungscodierung 494
8.3.3.1 Scrambler-Descrambler 495
8.3.3.2 Ternare Leitungscodes 498
8.3.3.3 Binare Leitungscodes 499
8.3.4 Syrnbolfehler-Wahrscheinlichkeit bei m-stufiger Ubertragung . 501
8.4 Signal-Ubertragung auf Lichtwellenleitern 504
8.4.1 LWL-Impulsiibertragung 504
8.4.1.1 Impulsiibertragung beim Einmoden-LWL 506
8.4.1.2 Impulsiibertragung auf Mehrmoden-Lichtwellenleitern 508
8.4.2 LWL-Modulationsverfahren 509
8.4.2.1 Intensitatsmodulation 509
8.4.2.2 Koharente optische Modulationsverfahren 511
8.4.3 LWL-Multiplextechnik 513
8.4.4 LWL-Netzwerk-Komponenten 514
8.4.4.1 Koppel- und Steckerverluste an optischen Datenbus-Systemen .515
8.5 Digitale Sinustrager-Modulation 518
8.5.1 Amplituden-Tastung (ASK) 518
8.5.2 Phasen-Umtastung (PSK) 524
8.5.2.1 Offset-4PSK 533
8.5.3 Amplituden-Phasen-Tastung (APK) 536
8.5.4 Frequenz-Umtastung (FSK) 512
8.5.4.1 Continous Phase Modulation (CPM) 550
8.6 Ubertragung hoher Bitraten in teilnehmernahen Bereich 551
8.6.1 HDSL- und VIIDSL-Verfahren (High and Very High - Bit
Rate Digital Subscriber Line) 551
8.6.2 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 553
8.7 Vielfachzugriff 555
8.7.1 Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex 555
XX
Inhaltsverzeichnis
8.7.2 Vielfachzugriff im Zeitmultiplex 559
8.7.3 Vielfachzugriff im Codemultiplex 563
8.8 MeBtechnik bei Digitaliibertragung 569
8.8.1 Messung des Zustands- und Augendiagramms 570
8.8.2 Messung der spektralen Leistungsdichte 572
8.8.3 Messung der Bitfehlerquote 573
8.8.3.1 Bitfehlerquote bei Basisband-Ubertragung 574
8.8.3.2 Bitfehlerquote bei tragerfrequenter Ubertragung 576
Ubungsaufgaben 578
9 Digitate Signalverarbeitung 581
9.1 Grundlagen digitaler Filter 582
9.1.1 Signaldarstellung im Zeitbereich, Differenzengleichungen 583
9.1.2 Dikontinuierliche Signale und Systeme im z-Bereich 588
9.2 Entwurf digitaler Filter 593
9.2.1 Nichtrekursive Digitalfilter, FIR-Filter 596
9.2.2 Rekursive Digitalfilter, IIR-Filter 601
Ubungsaufgaben 606
10 Codierung 609
10.1 Quellencodierung 612
10.2 Kanalcodierung 621
10.2.1 Begriffe der Kanalcodierung 622
10.2.2 Fehlerkorrektur durch wiederholte Aussendung, Parity Codes 626
10.2.3 Binare (lineare) Blockcodes 630
10.2.4 Zyklische binare Blockcodes 634
10.2.5 CRC-Verfahren (Cyclic Redundancy Check) 643
10.2.6 BCH-Codes, Reed-Solomon Codes 645
10.2.7 Faltungscodes 645
10.2.7.1 Decodierung von Faltungscodes 648
10.2.8 Codierte Modulation 652
Ubungsaufgaben 657
11 Telekommunikationsnetze 659
11.1 OSI-Referenzmodell 662
11.2 Protokolle 573
11.2.1 ARQ-Protokolle 573
11.2.2 HDLC-Protokoll 678
11.2.3 Protokoll/Schnittstelle X.21 682
11.2.4 Protokoll X.25 gg6
11.2.5 Zeichengabe-System Nr. 7 (ZGS Nr. 7) . . . .688
11.2.6 Protokoll-Familie TCP/IP 693
Inhaltsverzeichnis xxj
11.3 Netzklassen 704
11.3.1 Local Area Networks (LANs) 706
11.3.1.1 LAN-Zugriffsverfahren 707
11.3.1.2 Token-Ring und Token-Bus 713
11.3.1.3 Ethernet 717
11.3.2 Koppelelemente 721
11.3.3 Metropolitan Area Networks (MANs) 720
11.3.3.1 Fiber Distributed Data Interface (FDDI) 720
11.3.3.2 Distributed Queue Dual Bus (DQDB) 728
11.3.3.3 ATM-MAN " 730
11.3.4 Wide Area Networks (WANs) 732
11.3.4.1 Integrated Service Digital Network (ISDN) 732
11.3.4.2 Schnittstellen im ISDN 734
11.3.4.3 B-ISDN 743
11.3.4.4 Frame-Relay-Netze 749
11.3.4.5 Datex-P 751
11.3.4.6 Mobilfunknetze 752
11.3.5 Global Area Networks (GANs) 702
11.3.5.1 Globales Femsprechnetz 702
11.3.5.2 Internet 705
Ubungsaufgaben 709
12 Vermittlungstechnik 771
12.1 Verkehrstheorie, Bedientheorie 772
12.1.1 Statistik des Nachrichtenverkehrs 773
12.1.2 Verlustsysteme 777
12.1.3 Wartesysteme 781
12.1.4 Warte-Verlust-Systeme 784
12.1.5 Warteschlangen 780
12.2 Durchschaltevermittlung 787
12.2.1 Koppelnetze fur die Durchschaltevermittlung 788
12.2.2 Wegesuche bei Durchschaltevermittlung 790
12.2.3 Vermittlungssystem zur Durchschaltevermittlung (Prinzip) . 799
12.3 Paketvermittlung (Speichervermittlung) 800
12.3.1 Prinzip der Paketvermittlung 801
12.3.2 Koppelnetze zur Paketvermittlung 805
12.3.2.1 ATM-Switch 809
12.3.3 Routing (Wegesuche) bei Paketvermittlung 811
12.3.3.1 ATM-Table-Routing 813
12.3.3.2 ATM-Self-Routing 810
12.3.3.3 Internet-Routing 817
Ubungsaufgaben 823
XXII
Inh a 1 tsverzeichnis
Anhang 825
Literaturverzeichnis 829
Index 841 |
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