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Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Modulationen: Phasenmodulation und Einführung in digitale Signale (5)

Diese Beitragsreihe erörtert die Grundlagen der Modulationsverfahren und zeigt deren Nutzen und Einsatzbereiche auf. Es geht um grundlegende Methoden sowie das Verständnis zu den Verfahren. Umfassende mathematische Betrachtungen werden dabei größtenteils vermieden. Die Ausführungen zur Phasenmodulation (Veränderung der Phasenlage) runden den Bereich der analogen Signale ab. Den digitalen Modulationsverfahren nähert sich der Beitrag über die Amplitudenumtastung.

Phasenmodulation: Einfache Amplituden-umtastung (Bild: T. Wübbe/ep)

Phasenmodulation

Phasenmodulation und Frequenzmodulation unterscheiden sich bei sinusförmiger Nachrichtenfrequenz nicht. Beide gehören zu den Winkelmodulationen und finden ihre Unterscheidung erst, wenn die Nachrichtenfrequenz nicht konstant ist.

Bei der Phasenmodulation werden nun die Nachrichten zur Veränderung des Phasenwinkels genutzt. Auch hierbei gilt, wie bei den anderen Modulationen, dass die Nachrichtenfrequenz deutlich kleiner ist, als die des Trägers.

Phasenmodulation = Veränderung der Phasenlage

Mathematische Beschreibung

Mit der Ableitung aus der Basisformel für die Sinusschwingung wird nun der Phasenwinkel direkt im Rhythmus der Nachrichtenspannung verändert.

Basisformel:

Um nun die Phasenmodulation zu erzeugen, wird die Nachrichtenspannung in die Formel der Trägerspannung anstelle des Phasenwinkels eingesetzt:

Komplett ausformuliert, weiterhin ohne Berücksichtigung des Phasenwinkels, lautet die Formel:

Damit sieht die Formel zunächst genauso aus, wie die der Frequenzmodulation. Einzig der Scheitelwert wird bei der Phasenmodulation durch ΔΦ ersetzt, was dem Phasenhub entspricht.

Signalverlauf

Der Signalverlauf sieht dabei exakt so aus wie bei der FM, wenn die Nachrichtenfrequenz eine konstante Sinuswelle ist [4]. Ihre Unterschiede werden dann deutlich, wenn die Phasenmodulation in das Zeigerdiagramm übertragen wird. Dieses findet seine Anwendung in der digitalen Modulation, der Quadratur-Amplitudenmodulation z. B. bei FAX oder DSL-System.

Digitale Signale

Systeme wie die FAX-Übertragung, das GSM-Netz oder DSL-Anschlüsse sind ohne digitale Modulationsverfahren nicht denkbar. Hierbei werden keine analogen Signale (wie ein Sinussignal) übertragen, sondern nur digitale Signale.

Digitale Signale sind in der Informationsverarbeitung z. B. als Bit, binäres Informationselement definiert. Dieses Bit kann zwei Zustände einnehmen, logisch „0“ oder logisch „1“ (binär bedeutet 2-wertig). Alle Rechnersysteme unter anderem Personal Computer, Mobiltelefone oder digitale Waschmaschinen arbeiten mit dieser 2-wertigen Informationsverarbeitung.

Digitale Information. Eine digitale Information ist immer:

  • wertdiskret, hat nur einen begrenzten Wertevorrat, z. B. Bit = 2 Werte,
  • zeitdiskret, wechselt seinen Wert (Zustand) nur in bestimmten Zeitrhythmen, dem Takt.

Zur Informationsübertragung (digitale Übertragungstechnik) werden diese 2-wertigen Informationen (Bits) grundsätzlich zusammengefasst und in Gruppen aus mehreren Bits übertragen. Dabei nehmen die digitalen Übertragungssysteme ebenfalls nur eine definierte, begrenzte Anzahl von Zuständen ein und ändern diese nur im Rhythmus eines Taktes.

Umtastung. Zur Unterscheidung mit analogen Modulationsverfahren werden digitale Modulationen gerne auch als Umtastung oder einfach Tastung (englisch shift keying) bezeichnet.

Amplitudenumtastung

Digitale Amplitudenmodulation = Amplitudenumtastung

Die wohl bekannteste digitale Amplitudenmodulation bzw. Amplitudenumtastung (englisch Amplitude Shift Keying, ASK) ist das Morsen, mit der Übertragung des Morsealphabetes. Hierbei werden die Buchstaben in festen Tongruppen übertragen. Sollte dieses Verfahren mittels einer Amplitudenumtastung realisiert werden, dann kann dies durch Senden oder Nichtsenden des Trägersignals erfolgen. Diese einfache Tastung ist im Bild dargestellt.

Autor: T. Wübbe

Literatur:

[1] Wübbe, T.: Modulationen; Trägersignale – Grundlage ist das Sinussignal. Elektropraktiker Berlin 71(2017)7, LERNEN & KÖNNEN S. 1, 11–12.

[2] Wübbe, T.: Modulationen; Kennwertänderung des Sinussignals und Amplitudenmodulation. Elektropraktiker Berlin 71(2017)8, LERNEN & KÖNNEN S. 10–12.

[3] Wübbe, T.: Modulationen; Amplitudenmodulation – Modulationsgrad, Störempfindlichkeit, Frequenzumfang. Elektropraktiker Berlin 71(2017)9, LERNEN & KÖNNEN S. 11–12.

[4] Wübbe, T.: Modulationen; Frequenzmodulation. Elektropraktiker Berlin 71(2017)10, LERNEN & KÖNNEN S. 5–7.

Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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