Holdings: Nachrichtenübertragung

Nachrichtenübertragung:

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Main Authors:	Kammeyer, Karl-Dirk 1944- (Author), Dekorsy, Armin (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Wiesbaden Springer Vieweg [2018]
Edition:	6., erweiterte und aktualisierte Auflage
Series:	Lehrbuch
Subjects:	Nachrichtenübertragungstechnik Signaltheorie Digitalmodulation Signalverarbeitung Informationsübertragung GPJ PHV Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik Mobilfunk Funkkanalübertragung Datenübertragung Antenne System Übertragung Datenübertragungstechnik Mehrantennensystem Entzerrung Modulation Rauschen Funk Demodulation Signal Lehrbuch
Online Access:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	XVIII, 923 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm
ISBN:	9783658170042

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS I SIGNALE UND UEBERTRAGUNGSSYSTEM E 1 1 SYSTEM THEORETISCHE G RUNDLAGEN 3 1.1 KLASSIFIKATIONEN VON S IG N ALEN ....................................................................... 4 1.2 FOURIER-TRANSFORMATION ............................. 7 1.2.1 ZUSAMMENFASSUNG DER WICHTIGSTEN EIGENSCHAFTEN ........................... 7 1.2.2 SYMMETRIE DER SPEKTREN REELLER ZEITSIGNALE....................................... 10 1.3 HILBERT-TRANSFORMATION................................................................................... 11 1.3.1 DEFINITION UND EIGENSCHAFTEN............................................................ 11 1.3.2 HILBERT-TRANSFORMATOREN FUER BANDPASS-SIGNALE .............................. 14 1.3.3 ANALYTISCHE SIGNALE ............................................................................. 16 1.4 AEQUIVALENTE TIEFPASS-DARSTELLUNG VON BANDPASS-SIGNALEN UND -SYSTEMEN . 18 1.4.1 TIEFPASS-DARSTELLUNG VON BANDPASS-SIGNALEN.................................... 18 1.4.2 STRUKTUREN VON QUADRATURMISCHERN................................................... 20 1.4.3 BASISBAND-DARSTELLUNG VON BANDPASS-UBERTRAGUNGSSYSTEMEN...................................................... 21 1.5 EMPFAENGER STRUKTUREN ..................................................... 24 1.5.1 PRINZIP DES FREQUENZM ULTIPLEX......................................................... 24 1.5.2 GERADEAUS-EMPFAENGER ....................................................................... 25 1.5.3 SUPERHETERODYN-PRINZIP .................................................................... 27 1.5.4 DIREKTMISCHENDE STRUKTUREN .............................................................. 29 1.6 RAUSCHSIGNALE .......................... 30 1.6.1 BESCHREIBUNG VON STOCHASTISCHEN P RO ZESSEN .................................... 30 1.6.2 AEQUIVALENTE BASISBANDDARSTELLUNG STATIONAERER BANDPASS-RAUSCHPROZESSE ................................................................. 35 1.6.3 DIE AUTOKORRELATIONSMATRIX .............. 40 1.6.4 W IENER-FILTER.................................................. 41 LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................... 44 2 EIGENSCHAFTEN VON UEBERTRAGUNGSKANAELEN 45 2.1 APPROXIMATION IDEALISIERTER UBERTRAGUNGSKANAELE....................................... 46 2.1.1 DER IDEALE TIEFPASS ................................... 46 2.1.2 DIE ERSTE NYQUIST B ED IN G U N G ........................................................... 47 2.1.3 FILTER MIT KOSINUS-ROLL-OFF-FLANKE ..................................................... 51 2.2 ZEITDAUER-BANDBREITE-PRODUKT ....................................................................... 53 2.3 EIGENSCHAFTEN REALER K A N AE LE .......................................................................... 57 2.3.1 LINEARE VERZERRUNGEN ........................................................................ 57 2.3.2 NICHTLINEARE VERZERRUNGEN.................................................................. 60 2.3.3 FREQUENZVERWERFUNG ALS BEISPIEL FUER EINEN ZEIT VARIANTEN KANAL . . . 64 2.3.4 ADDITIVE STOERUNGEN.............................................................................. 65 2.4 DER F U N K K AN AL ............................................................................................... 70 2.4.1 ZEITINVARIANTE MEHRWEGEKANAELE......................................................... 70 2.4.2 MOBILFUNKKANAL.................................................................................... 75 LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................... 84 II ANALOGE UEBERTRAGUNG 87 3 A NALOGE M ODULATIONSVERFAHREN 89 3.1 DEFINITIONEN ANALOGER M ODULATIONSFORMEN................................................... 90 3.1.1 AMPLITUDENMODULATION ........................................................... 90 3.1.2 W INKELMODULATION.............................................................................. 91 3.1.3 EINSEITENBANDMODULATION.................................................................. 94 3.1.4 UE B ERSICH T............................................................................................. 95 3.2 SPEKTRALEIGENSCHAFTEN .................................................................................... 96 3.2.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN............................................................... 96 3.2.2 W INKELMODULATION.................................................................................101 3.3 AEQUIVALENTE TIEFPASSDARSTELLUNG VON M ODULATIONSSIGNALEN...........................108 3.3.1 EIGENSCHAFTEN......................................................................................... 108 3.3.2 DEMODULATIONSVORSCHRIFTEN ..................................................................112 3.3.3 KOMPLEXE SENDER- UND EM PFAENGERSTRUKTUREN....................................117 3.4 PRAKTISCHE SYSTEME ZUR D EM ODULATION............................................................123 3.4.1 EINHUELLENDEN-DEMODULATION VON AM-SIGNALEN....................................123 3.4.2 FM-DEMODULATION MIT AMPLITUDENBEGRENZUNG.................................124 3.4.3 DIGITALE FM -D EM ODULATION..................................................................127 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 129 4 EINFLUESSE REALER UBERTRAGUNGSKANAELE 131 4.1 KANALVERZERRUNGEN BEI LINEAREN M ODULATIONSVERFAHREN.................................132 4.1.1 KOHAERENTE AM-DEMODULATION .............................................................. 133 4.1.2 EINHUELLENDEN-DEMODULATION..................................................................134 4.1.3 EINSEITENBAND-DEMODULATION . .............................................................. 135 4.2 LINEARE KANALVERZERRUNGEN BEI WINKELMODULATION..........................................135 4.2.1 QUASISTATIONAERES M ODELL....................................................................... 137 4.2.2 NUMERISCHE LOESUNG FUER SINUSFOERMIGE M ODULATION .............. 141 4.2.3 KONSTANT-MODULUS-ALGORITHMUS (CMA) ZUR ENTZERRUNG WINKELMODULIERTER SIGNALE . ......................................... 144 4.3 STOERUNGEN DURCH ADDITIVES R AU SCH EN .............................................................. 147 4.3.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN ................................................................. 147 4.3.2 FREQUENZMODULATION ............................................................................. 153 LITERATURVERZEICHNIS . . . ............................................................................................157 5 U K W -RUNDFUNK: SYSTEM BEISPIEL FUER ANALOGE M ODULATION 159 5.1 FREQUENZBAENDER FUER DEN HOERRUNDFUNK UND FERNSEHEN....................................160 5.1.1 ANALOGER H OE RRU N D FU N K ............................................ 160 5.1.2 ANALOGES FERNSEHEN ............................................................................. 161 5.2 UKW-RUNDFUNKSYSTEM ....................................................................................162 5.2.1 PREEMPHASE UND D EEM PHASE...............................................................162 5.2.2 STEREOPHONIE................................................................................ 163 5.2.3 VERKEHRSFUNK, R D S ............................................... 165 III D IGITALE UEBERTRAGUNG 167 6 D ISKRETISIERUNG ANALOGER Q UELLENSIGNALE 169 6.1 ZEITDISKRETE, AMPLITUDENKONTINUIERLICHE DARSTELLUNG.......................................170 6.1.1 PULSAMPLITUDENMODULATION ................................................................. 170 6.1.2 PULSDAUER-, PULSPHASENMODULATION......................................................175 6.2 ZEIT- UND AMPLITUDENDISKRETE DARSTELLUNG: PULSCODEMODULATION ................... 177 6.2.1 LINEARE Q UANTISIERUNG .......................................................................... 177 6.2.2 NICHTLINEARE QUANTISIERUNG ................................................................. 180 6.3 DIFFERENTIELLE PULSCODEMODULATION .................................................................... 182 6.3.1 G RUNDPRINZIP......................................................................................... 182 6.3.2 LINEARE P RAED IK TIO N ................................................................................ 183 6.3.3 VORWAERTS- UND RUECKWAERTSPRAEDIKTION...................................................188 6.3.4 LPC-SPRACHCODER................................................................................... 190 6.4 D ELTAM ODULATION............................................................................................... 194 6.4.1 G RUNDPRINZIP......................................................................................... 194 6.4.2 SIGMA-DELTA-MODULATION ....................................................................... 196 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 199 7 G RUNDLAGEN DER DIGITALEN D ATENUEBERTRAGUNG 201 7.1 PRINZIP DER DIGITALEN UEBERTRAGUNG ................................................................. 202 7.1.1 GRUNDSTRUKTUR EINES DATENUEBERTRAGUNGSSYSTEMS . . .......................... 202 7.1.2 SPEKTRUM EINES D ATENSIGNALS .............................................................. 203 7.1.3 INTERSYMBOL-INTERFERENZ - DIE ERSTE N YQUISTBEDINGUNG.....................206 7.1.4 AUGENDIAGRAMM - DIE ZWEITE NYQUISTBEDINGUNG.................................211 7.2 ANPASSUNG AN DEN ANALOGEN K A N A L ................................................................. 214 7.2.1 LEITUNGSCODES.........................................................................................214 7.2.2 PARTIAL-RESPONSE-CODIERUNG ................................................................. 217 7.2.3 PARTIAL-RESPONSE-VORCODIERUNG ........................................................... 225 7.3 SYMBOLTAKT-SYNCHRONISATION............................................................................. 229 7.3.1 LEISTUNGSDICHTESPEKTRUM EINES QUADRIERTEN DATENSIGNALS..................229 7.3.2 TAKTRUECKGEWINNUNG DURCH GLEICHRICHTUNG DES DATENSIGNALS .... 233 7.3.3 GARDNER-TAKTREGELUNG.......................................................................... 234 7.3.4 ENTSCHEIDUNGSRUECKGEKOPPELTE T AKTREGELUNG ...................................... 237 7.4 UEBERTRAGUNG UNTER RAUSCHEINFLUSS ................................................................. 241 7.4.1 RAUSCHANGEPASSTE EMPFANGSFILTER (M ATCHED-FILTER)...........................241 7.4.2 BITFEHLER WAHRSCHEINLICHKEIT ................................................................. 247 7.4.3 SIGNAL-STOER VERHAELTNIS BEI PGM-UEBERTRAGUNG ...................................... 253 7.5 SYSTEMBEISPIEL: PCM-UEBERTRAGUNG IM FERNSPRECHNETZ.................................255 7.5.1 PRINZIP DES Z EITM ULTIPLEX .................................................................... 255 7.5.2 FERNSPRECH-PCM-HIERARCHIE ................................................................. 257 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 258 8 D IGITALE M ODULATION 259 8.1 LINEARE M ODULATIONSFORMEN ............................................................................. 260 8.1.1 BESCHREIBUNG IM S IG N ALRAU M .............................................................. 260 8.1.2 DIGITALE MODULATION MIT NYQUIST-IMPULSFORMUNG..............................264 8.1.3 O FFSET-PSK ............................................................................................ 266 8.1.4 DIFFERENTIELLE PSK-MODULATION (DPSK) .............................................267 8.1.5 KLASSIFIKATION DIGITALER MODULATIONSSIGNALE..........................................269 8.2 NICHTLINEARE MODULATIONSFORMEN ....................................................................... 272 8.2.1 DISKRETE FREQUENZMODULATION (F S K ) .................................................. 272 8.2.2 MINIMUM SHIFT KEYING ( M S K ) ........................................................... 276 8.2.3 GAUSSSCHES MINIMUM SHIFT KEYING (O M S K ).......................................279 8.2.4 CONTINUOUS-PHASE-MODULATION (C P M ) ............................................... 281 8.3 SPEKTRALEIGENSCHAFTEN ...................................................................................... 283 8.3.1 LINEARE MODULATIONSFORMEN ................................................................. 283 8.3.2 SPEKTREN ORTHOGONALER FSK-SIGNALE ..................................................... 286 8.3.3 NUMERISCHES BERECHNUNGSVERFAHREN ZUR SPEKTRALANALYSE BELIEBIGER CPM -FORMEN......................................................................................... 288 8.3.4 VERGLEICH DER SPEKTREN VERSCHIEDENER MODULATIONSSIGNALE..................292 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 296 9 PRINZIPIEN DER D EM ODULATION 297 9.1 KOHAERENTE DEMODULATION ................................................................................ 298 9.1.1 GRUNDSTRUKTUREN KOHAERENTER EMPFAENGER FUER LINEARE M ODULATIONSFORM EN ........................................................... 298 9.1.2 KOHAERENTE DEMODULATION VON MSK- SIGNALEN ................................... 300 9.1.3 NAEHERUNGS WEISE BESCHREIBUNG VON CPM-SIGNALEN DURCH LINEARE MODULATIONSFORMEN ............................................... 302 9.1.4 KOHAERENTE DEMODULATION VON C PM -SIGNALEN....................................306 9.2 INKOHAERENTE DEMODULATION................................................................................ 308 9.2.1 BEGRIFFSKLAERUNG...................................................................................... 308 9.2.2 INKOHAERENTE DEMODULATION VON DPSK-SIGNALEN.................................310 9.2.3 INKOHAERENTE DEMODULATION VON DAPSK-SIGNALEN..............................313 9.2.4 DIFFERENTIELLER DEMODULATOR FUER CPM -SIGNALE....................................314 9.2.5 DISKRIMINATOR-DEMODULATOR FUER CPM -SIGNALE....................................317 9.3 TRAEGERREGELUNG.............................................................. 319 9.3.1 TRAEGERREGELUNG IM BANDPASS-BEREICH ....................... 319 9.3.2 ENTSCHEIDUNGSRUECKGEKOPPELTE TRAEGERREGELUNG IM BASISBAND .... 323 9.3.3 LINEARISIERTES MODELL FUER DEN PHASENREGELKREIS ................................... 325 9.3.4 STATISCHER PHASENFEHLER INFOLGE FREQUENZVERWERFUNG...........................327 9.3.5 PHASENJITTER............................................................................................ 328 9.3.6 PHASENRAUSCHEN...................................................................................... 330 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 332 10 UE BERTRAGUNG UEBER A G N -K ANAELE 333 10.1 OPTIMALER EMPFAENGER FUER GAUSSSCHE STOERUNGEN ............................................... 334 10.2 SPEZIALFALL WEISSER RAUSCHSTOERUNGEN (AWGN-KANAL).......................................337 10.2.1 KORRELATIONSEMPFAENGER.......................................................................... 337 10.2.2 MATCHED-FILTER-EMPFAENGER .................................................................... 338 10.3 STOERUNG DURCH FARBIGES R AUSCHEN.................................................................... 341 10.3.1 KORRELATIONSEMPFAENGER FUER FARBIGES R AU SCH EN ................................... 341 10.3.2 MATCHED-FILTER FUER FARBIGES RAUSCHEN .................................................. 343 10.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER AWGN-KANAELE .................................................. 346 10.4.1 SIGNAL- UND STOERLEISTUNGSBEZIEHUNGEN IM AEQUIVALENTEN TIEFPASSBEREICH ........................................................... 346 10.4.2 BITFEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI ZWEISTUFIGEN SIGNALFORM EN...............349 10.4.3 BIT-ZUORDNUNG BEI HOEHERSTUFIGEN M ODULATIONSVERFAHREN..................351 10.4.4 BIT- UND SYMBOLFEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT FUER Q P S K ...........................354 10.4.5 NAEHERUNGSLOESUNG FUER HOEHERSTUFIGE PSK-UE BERTRAGUNG........................356 10.4.6 QUADRATUR-AMPLITUDEN-MODULATION (Q A M ) ...................................... 362 10.4.7 EINFLUSS EINES STATISCHEN PHASENFEHLERS ............................................... 364 10.4.8 INKOHAERENTE DPSK-DEMODULATION ..................................................... 365 10.4.9 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEITEN FUER MSK UND G M S K ..............................367 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................................. 371 11 ENTZERRUNG 373 11.1 GRUNDSTRUKTUREN VON E N TZ E RRE RN .................................................................... 374 11.1.1 MATCHED-FILTER-EMPFAENGER MIT ENTZERRUNG ...................................... 374 11.1.2 BANDPASS- UND BASISBANDENTZERRUNG .................................................. 376 11.1.3 INVERSE SYSTEME...................................................................................... 378 11.1.4 LEAST-SQUARES-LOESUNGEN FUER INVERSE SYSTEME ...................................... 384 11.2 LINEARE ENTZERRUNG MIT NICHTREKURSIVEN SYSTEMEN ......................................... 387 11.2.1 BEDINGUNGEN ZUR PERFEKTEN ENTZERRUNG ............................................... 387 11.2.2 SYMBOLTAKTENTZERRER............................................................................. 390 11.2.3 ENTZERRER MIT DOPPELABTASTUNG ........................................................... 392 11.2.4 BESCHREIBUNG DER ENTZERRERLOESUNGEN DURCH DIE PSEUDOINVERSE . . . 396 11.2.5 MINIMUM-MEAN-SQUARE-ERROR-LOESUNG (MMSE) FUER LINEARE ENTZERRER397 11.2.6 BEISPIELE ZUR LINEAREN ENTZERRUNG ........................................................ 402 11.2.7 EINFLUSS DES ABTASTZEITPUNKTES AUF DIE E N TZ E RRU N G .......................... 403 11.3 NICHTLINEARE ENTZERRERSTRUKTUREN.................................................................... 406 11.3.1 QUANTISIERTE RUECKFUEHRUNG (DECISION F EEDBACK) ................................ 406 11.3.2 MMSE-LOESUNG FUER ENTZERRER MIT QUANTISIERTER RUECKFUEHRUNG .... 408 11.3.3 BEISPIEL: MMSE-ENTWURF FUER LINEARE UND NICHTLINEARE ENTZERRUNG . 411 11.3.4 TOMLINSON-HARASHIMA-VORCODIERUNG . ..................................................413 11.4 ADAPTIVE ENTZERREREINSTELLUNG.......................................................................... 416 11.4.1 LEAST-MEAN-SQUARES-ALGORITHMUS (LMS) . ............................................418 11.4.2 KONVERGENZ DES LMS-ALGORITHMUS..................................................... 421 11.4.3 REKURSIVER LEAST-SQUARES-ALGORITHMUS (R L S ) ................................... 426 11.5 LATTICE-ENTZERRER...............................................................................................429 11.5.1 LATTICE-PRAEDIKTOR ZUR DEKORRELATION .................................................. 429 11.5.2 STRUKTUR DES LATTICE-ENTZERRERS ........................................................... 433 11.5.3 LATTICE-GRADIENTENVERFAHREN ................................................................. 438 11.5.4 KONVERGENZVERGLEICH DER ADAPTIONSALGORITHMEN.................................442 11.6 ENTZERRUNG UNTER ADDITIVEM K ANALRAUSCHEN.................................................445 11.6.1 EINFLUSS VON RAUSCHEN AUF DIE MMSE-LOESUNG ................................... 445 11.6.2 S/N-VERLUST INFOLGE DER ENTZERRUNG ..................................................... 447 11.6.3 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT UNTER ENTZERRER-EINFLUSS . . . ; ..................450 11.6.4 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI TOMLINSON-HARASHIMA-VORCODIERUNG . 455 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 457 12 M AXIM UM -LIKELIHOOD-SCHAETZUNG VON D ATENFOLGEN 459 12.1 MAXIMUM-LIKELIHOOD-SCHAETZUNG .................................................................... 460 12.1.1 GRUNDSTRUKTUR DES OPTIMALEN EM PFAENGERS ......................................... 460 12.1.2 OPTIMALER EMPFAENGER MIT DEKORRELATIONSFILTER (FORNEY-EMPFAENGER)............................................................................. 462 12.2 VITERBI-ALGORITHM US......................................................................................... 466 12.2.1 VITERBI-DETEKTION ENDLICHER DATENFOLGEN ............................................ 466 12.2.2 DETEKTION UNBEGRENZTER D ATENFOLGEN .................................................. 473 12.3 EINFLUSS VON ADDITIVEM K ANALRAUSCHEN ........................................................... 475 12.3.1 FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI V ITERBI-D ETEKTION.................................475 12.3.2 S/N -V ERLUSTFAKTOR................................................................................ 482 12.3.3 UNGUENSTIGSTE KANAELE 1. UND 2. O RD N U N G ............................................ 483 12.4 VORENTZERRER ZUR VERKUERZUNG DER KANALIMPULSANTWORT .................................488 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 493 13 K ANALSCHAETZUNG 495 13.1 REFERENZSIGNAL-GESTUETZTE KANALSCHAETZUNG .............. 496 13.1.1 GESCHLOSSENE LOESUNG NACH W IENER-LEE ............................................... 496 13.1.2 LMS-KANALSCHAETZUNG .......................................................................... 497 13.1.3 MAXIMUM-LIKELIHOOD-KANALSCHAETZUNG ............................................... 499 13.1.4 MAXIMUM-A-POSTERIORI-SCHAETZUNG ........................................................ 501 13.1.5 ORTHOGONALE FOLGEN .......................... 505 13.1.6 SYSTEMBEISPIEL: GSM -KANALSCHAETZUNG ............................................... 508 13.2 BLINDE KANALSCHAETZUNG..................................................................................... 514 13.2.1 PRINZIPIELLE A N S AE TZ E ............................................................................. 514 13.2.2 SOGS-ALGORITHMEN........................................................................... . 517 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 521 IV M OBILFUNK-KOMMUNIKATION 525 14 UE BERTRAGUNG UEBER FUNKKANAELE 527 14.1 STANDARDS ZUR MOBILFUNK-UEBERTRAGUNG .............. 528 14.2 UEBERTRAGUNG UEBER NICHT FREQUENZSELEKTIVE RAYLEIGH-KANAELE...........................531 14.2.1 ERGODISCHE FEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT .................................................. 531 14.2.2 AUSFALL-WAHRSCHEINLICHKEIT .................................................................... 535 14.3 D IV ERSITAET........................................................................................................... 536 14.3.1 KANALMODELL UND EM PFAENGERSTRUKTUREN.............................................536 14.3.2 ERGODISCHE BIT FEHLER WAHRSCHEINLICHKEIT ............................................... 541 14.4 ENTZERRUNG VON FREQUENZSELEKTIVEN SCHWUNDKANAELEN.....................................546 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 547 15 M EHRTRAEGER-M ODULATION 549 15.1 GRUNDPRINZIP DER MEHRTRAEGER-UEBERTRAGUNG .................................................. 550 15.1.1 STRUKTUR EINES MEHRTRAEGERSYSTEMS ................................................ 550 15.1.2 DAS OFDM-KONZEPT............................................................................. 554 15.2 E N TZ E RRU N G ........................................................................................................ 557 15.2.1 DAS GUARDINTERVALL ............................. 557 15.2.2 ENTZERRUNG IM FREQUENZBEREICH ........................................................... 562 15.2.3 VORENTZERRER ZUR IMPULS VERKUERZUNG ..................................................... 564 15.2.4 EINTRAEGER-FREQUENZBEREICHS-ENTZERRER .................................................. 566 15.3 OFDM -KANALSCHAETZUNG .......................... 570 15.3.1 KOHAERENTE UND INKOHAERENTE EMPFAENGERSTRUKTUREN..............................570 15.3.2 OFDM-KANALSCHAETZUNG MIT HILFE EINER P RAEAM BEL..............................572 15.3.3 OFDM-KANALSCHAETZUNG IN ZEIT- UND FREQUENZRICHTUNG.....................577 15.4 UEBERGANG AUF DEN ANALOGEN KANAL ................................................................. 583 15.4.1 SPEKTRALFORMUNG DES SENDESIGNALS ..................................................... 583 15.4.2 AUSSERBANDSTRAHLUNG INFOLGE NICHTLINEARER VERZERRUNGEN.....................584 15.4.3 VERFAHREN ZUR SPITZENWERTREDUKTION .................. 587 15.5 MEHR TRAEGER-SYSTEME MIT WEICHER IMPULSFORMUNG ......................................... 590 15.5.1 INTERSYMBOL- UND INTERCARRIER-INTERFERENZ ............................................ 590 15.5.2 ORTHOGONALES VERFAHREN MIT OFFSET-QAM ......................................... 594 15.5.3 NICHT ORTHOGONALE SYSTEME MIT MINIMALEM ZEIT-BANDBREITEPRODUKT 595 15.6 DREI BEISPIELE ZUR OFDM-UEBERTRAGUNG ........................................................... 598 15.6.1 DIE WLAN-SYSTEME IEEE 802.11A UND HIPERLAN/2 ................. 598 15.6.2 DAB UND DVB-T . . .............................................................................602 15.6.3 LONG TERM EVOLUTION (LTE) .............................................................. 605 LITERATURVERZEICHNIS ..................................................................................................607 16 C ODEM ULTIPLEX-UE BERTRAGUNG 611 16.1 GRUNDPRINZIP DES CODEM ULTIPLEX.................................................................... 613 16.2 SPREIZSEQUENZEN...............................................................................................618 16.2.1 PSEUDO-ZUFALLSFOLGEN.................................................................... 619 16.2.2 W ALSH-CODES..................................................... 625 16.3 CDMA-EMPFANGSMODELLE................................................................................629 16.3.1 NICHT-FREQUENZSELEKTIVER KANAL: ZEITDISKRETE (A)SYNCHRONE EMP FANGSMODELLE .........................................................................................630 16.3.2 FREQUENZSELEKTIVER KANAL: BLOCKWEISES, ZEIT DISKRETES (A) SYNCHRONES EMPFANGSMODELL...................................................................................633 16.4 EINNUTZER-DETEKTION.........................................................................................636 16.4.1 KORRELATIONSEMPFAENGER (SINGLE-USER M ATCHED-FILTER)........................636 16.4.2 BAKE-EMPFAENGER...................................................................................641 16.4.3 INKOHAERENTER BAKE-EMPFAENGER ............................. 648 16.4.4 BITFEHLERWAHRSCHEINLICHKEIT BEI EINNUTZER-UEBERTRAGUNG.....................649 16.4.5 MEHRNUTZER-INTERFERENZ .......................................................................... 651 16.5 M EHRNUTZER-DETEKTION...................................................................................... 658 16.5.1 EINLEITUNG............................................................................................... 658 16.5.2 LINEARE EMPFAENGER FUER EINE M EHRNUTZER-DETEKTION...........................659 16.5.3 M ATCHED-FILTER...................................................................................... 665 16.5.4 ZERO-FORCING- / LEAST SQUARES-EMPFAENGER ......................................... 668 16.5.5 MINIMUM MEAN-SQUARE ERROR (MMSE)-EMPFAENGER...........................671 16.6 LEISTUNGSREGELUNG............................................................................................... 682 16.6.1 STANDARD-INTERFERENZFUNKTION UND STANDARD-LEISTUNGSREGELUNG . . 684 16.6.2 AUF MAXIMALE LEISTUNGEN BEGRENZTE LEISTUNGSREGELUNG.....................690 16.6.3 GEMEINSAME LEISTUNGSREGELUNG UND LINEAR MINIMUM MEAN SQUARE ERROR (LMMSE) INTERFERENZUNTERDRUECKUNG ....................... 692 16.7 WEITERE ASPEKTE VON CDMA . .......................................................................... 699 16.8 MEHRTRAEGER-CDMA............................................................................................ 702 16.8.1 PRINZIP DES M C-CD M A ....................................................................... 702 16.8.2 VERGLEICH MIT EINTRAEGER-CDMA............................................................706 16.9 UMTS: BEISPIEL EINES CDMA MOBILFUNKSYSTEMS.............................................709 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 714 17 M EHRANTENNEN-SYSTEM E 719 17.1 KANAELE MIT MEHREREN EIN- UND AUSGAENGEN (MIMO).......................................720 17.1.1 ZIELSETZUNG................................................................................... 720 17.1.2 SYSTEMMODELL......................................................................................... 721 17.1.3 EIGENMODEN EINES MIMO-UEBERTRAGUNGSSYSTEMS.................................723 17.1.4 KORRELATIONSMATRIZEN VON M IMO-SYSTEMEN.......................................726 17.1.5 KANALKAPAZITAET DES M IM O -K ANALS......................................................727 17.2 MEHRANTENNEN-KONZEPTE ZUR VERBESSERUNG DER UEBERTRAGUNGSSICHERHEIT . . 732 17.2.1 SIMO-SYSTEME: MAXIMUM RATIO COMBINING AM EMPFAENGER .... 732 17.2.2 MISO-SYSTEME MIT KANALKENNTNIS AM SENDER: BEAMFORMING .... 733 17.2.3 MISO-SYSTEME OHNE KANALKENNTNIS AM SENDER: SPACE-TIME-CODES................................................................................ 737 17.3 ERHOEHUNG DER UEBERTRAGUNGSRATE DURCH R AUM -M ULTIPLEX..............................747 17.3.1 MULTI-LAYER-UEBERTRAGUNG BEI KANALKENNTNIS AM S E N D E R ..................747 17.3.2 MULTI-LAYER-KONZEPTE OHNE KANALKENNTNIS AM S E N D E R.....................752 17.3.3 DETEKTIONSVERFAHREN............................................................................. 753 17.3.4 MESSERGEBNISSE...................................................................................... 757 17.4 MEHRNUTZER-SZENARIEN...................................................................................... 760 17.4.1 U PLINK .......................... 761 17.4.2 D OW NLINK .................................................. 761 LITERATURVERZEICHNIS ......................................................................................... 763 18 COM PRESSIVE SENSING 767 18.1 DEFINITIONEN UND SPARSES SYSTEMMODELL . . . ..................................................... 769 18.2 REKONSTRUKTIONSKRITERIEN................................................................................... 775 18.2.1 NULLRAUM-BEDINGUNG............................................................................ 775 18.2.2 RESTRICTED ISOMETRY PROPERTY ( R I P ) ................. 776 18.2.3 KOHAERENZ . . . . ................................ 780 18.2.4 ANZAHL DER BEOBACHTUNGEN M .............................................................. 781 18.2.5 SENSING-MATRIZEN................................................................................... 782 18.3 REKONSTRUKTIONSGUETE......................................................................................... 783 18.3.1 C -R OBUSTHEIT......................................................................................... 784 18.3.2 REKONSTRUKTIONSFEHLER.......................................................................... 786 18.4 COMPRESSIVE SENSING ALGORITHMEN . .................................................................790 18.4.1 ZI-OPTIMIERUNG...................................................................................... 790 18.4.2 G REEDY-M ETHODEN................................................................................ 797 18.4.3 ITERATIVE HARD THRESHOLDING-METHODEN ............................. 800 18.4.4 LEISTUNGSFAEHIGKEIT VON COMPRESSIVE SENSING A LGORITHM EN...............801 18.4.5 BLOCK-/GRUPPEN-SPARSE ALGORITHMEN .................................................. 802 18.5 CS-BASIERTE KANALSCHAETZUNG............................................................................. 807 18.5.1 CS-BASIERTE KANALSCHAETZUNG FUER EINE OFDM -UEBERTRAGUNG ............... 807 18.5.2 CS-BASIERTE KANALSCHAETZUNG FUER EINE EINTRAEGERUEBERTRAGUNG .... 812 18.6 COMPRESSIVE SENSING M EHRNUTZERDETEKTION .................................................. 813 18.6.1 SPORADISCHE DATENUEBERTRAGUNG KURZZEITIG AKTIVER N UTZER..................815 18.6.2 BLOCK-CORRELATION SUCCESSIVE INTERFERENCE CANCELLATION - EIN BEI SPIEL EINER GREEDY-BASIERTEN CS-MUD MIT KANALDECODIERUNG . . . 819 18.6.3 MAXIMUM A-POSTERIORI (MAP)-CS-DETEKTION ...................................... 824 LITERATURVERZEICHNIS ..................................................................................................829 ANHANG A-H 835 A K ORRESPONDENZEN ZUR FOURIER- UND H ILBERTTRANSFORM ATION 835 A.L FOURIERTRANSFORM ATION...................................................................................... 835 A. 2 HILBERTTRANSFORM ATION .......................... 837 B A USZUEGE AUS DER LINEAREN ALGEBRA 839 B. L UEBERSICHT UEBER WICHTIGE BEZIEHUNGEN...........................................................839 B .L.L NOMENKLATUR UND D EFINITIONEN.......................................................... 839 B .L.2 ADDITION, MULTIPLIKATION, ELEMENTARE EIGENSCHAFTEN ......................... 843 B.L. 3 D ETERM INANTEN........................................... 844 B.L.4 INVERSE EINER M ATRIX.............................................................................. 846 B .L.5 UNITAERE M ATRIZEN..................................................................................846 B .L.6 EIGENWERTE UND E IGENVEKTOREN..........................................................847 B.L. 7 SINGULAER WERTZERLEGUNG.........................................................................849 B .L.8 PSEUDOINVERSE........................................................................................850 B .L.9 WEITERE MATRIX-ZERLEGUNGEN................................................................851 B .L.10 ZUFALLSVARIABLEN/ -VEKTOREN/-MATRIZEN ................................................. 853 B .L.L 1 ABLEITUNG NACH VEKTOREN ...................................................................854 B.2 VEKTORIELLE DARSTELLUNG VON S IG N ALEN .............................................................. 855 B.2.1 BESCHREIBUNG DER FALTUNG ALS SKALARPRODUKT ........ ............................. 855 B.2.2 DIE FALTUNGSMATRIX...............................................................................856 C ZEITDISKRETE SIM ULATIONSM ODELLE 859 C.L UEBERGANG VON EINEM ZEITKONTINUIERLICHEN AUF EINEN ZEIT DISKRETEN RAUSCH PROZESS ................................................................................................................. 859 C.2 DAS STOERABSTANDSMASS E S / N O ..........................................................................861 C.2.1 REELLE TIEFPASS-UEBERTRAGUNG .............................................................. 861 C.2.2 MODULIERTE UEBERTRAGUNG IM AEQUIVALENTEN TIEFPASSBEREICH ................ 863 C.2.3 SYMBOLTAKTMODELL EINES UEBERTRAGUNGSSYSTEMS....................................865 C. 3 ERZEUGUNG EINER GAUSSVERTEILUNG AUS EINEM GLEICHVERTEILTEN PROZESS .... 868 D B ESCHREIBUNG GAUSSVERTEILTER R AUSCHPROZESSE 871 D. L DISKRETE KARHUNEN-LOEVE T RANSFORM ATION.....................................................871 D. 2 VERBUNDDICHTE EINES FARBIGEN G AUSS-PROZESSES...............................................873 E A BLEITUNGEN ZUM LATTICE-ENTZERRER 875 E. L LEVINSON-DURBIN-REKURSION.............................................................................875 E.2 ORTHOGONALITAET DER RUECKWAERTS-PRAEDIKTIONSFEHLER............................................878 E. 3 HERLEITUNGEN ZUM LATTICE-GRADIENTENALGORITHMUS.........................................880 F ERGAENZUNG ZUR M AXIM UM -LIKELIHOOD-SCHAETZUNG 883 F. L FALTUNGSMATRIZEN...............................................................................................883 E.2 DEKORRELATIONSFILTER ................................................................... 885 G B EDINGUNGEN FUER DIE IDEALE K ANALENTZERRUNG M IT H ILFE VON T /2 - ENTZERRERN 889 C .L HERLEITUNG DER SINGULARITAETS-BEDINGUNGEN.....................................................889 C.2 BEISPIELE............................................................................................................. 892 H M ATRIX-INVERSIONSLEM M A 897 H.L ALLGEMEINE H ERLEITUNG......................................................................................897 H.2 SPEZIELLE FORM IM RLS-ALGORITHMUS . ...... .................................................... 898 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................................. 899 A BKUERZUNGEN 901 SACHVERZEICHNIS 907
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