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Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Modulationen: Phasenumtastung – PSK (6)

Diese Beitragsreihe[1]–[5] 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. Von den digitalen Modulationsverfahren wurden im letzten Teil die Amplituden- und Frequenzumtastung betrachtet. Darauf aufbauend folgt nun die Phasenumtastung.

Phasenumtastung (Bild: T. Wübbe/ep)

Phasenumtastung

Digitale Phasenmodulation = Phasenumtastung

Die im letzten Beitrag angeführte Frequenzumtastung (FSK) [5] kommt in der Praxis nur selten vor. Viel beliebter ist die Phasenumtastung (Phase Shift Keying, PSK). Diese digitale Modulation wird gerne eingesetzt und ist technisch einfach zu realisieren. Gegenüber der Frequenzumtastung ist sie noch robuster gegen Störungen.

Wie aus dem Spannungs-Zeit-Diagramm der Phasenumtastung (Bild) zu entnehmen ist, wird weder die Frequenz noch die Amplitude verändert. Bei jedem Bitwechsel wird jedoch die Phasenlage angepasst. Aus diesem Grunde wird die Phasenumtastung üblicherweise in einem Zeigerdiagramm dargestellt.

Die Länge der Zeiger steht für die Amplitude des Trägersignals. Da sich die Trägeramplitude nicht ändert, bleiben die Zeiger gleich lang. Durch die Lage der Zeiger, einmal in der Phasenlage 0° und dann in der Phasenlage 180°, wird das Bit mit den Werten „0“ bzw. „1“ übertragen.

Mehrwertige Phasenumtastung

Die digitale Phasenmodulation bzw. Phasenumtastung unterscheidet die digitalen Informationen durch unterschiedliche Phasenwinkel.

Wie viele Winkel werden nun benötigt? Diese Frage wird durch die Störfreiheit des Übertragungsweges beantwortet. Nimmt man an, dass der Kanal völlig störungsfrei ist, dann kann die Modulation nahezu beliebig gestaltet werden. Auf Basis der digitalen Informationseinheit „Bit“ werden nun mit jedem Schritt bzw. jedem neuen Phasenwinkel eine Gruppe von Bits gleichzeitig übertragen.

Die Anzahl der Bits je Gruppe gibt dabei die Anzahl der benötigten Phasenwinkel vor. Die Berechnung ergibt sich nach folgender Formel:

Nφ = 2n

Nφ Anzahl der Phasenwinkel

n Anzahl der Bits

Solche Modulationen werden nun nicht mehr mit sinusförmigen Signalverläufen dargestellt, sondern nur noch als Zeigerdiagramme. Dabei werden nur noch die Pfeilspitzen, bzw. Phasenpunkte oder Vektorlagen dargestellt. Damit erhöht sich die Übersichtlichkeit. Solche Zeigerdiagramm-Darstellungen werden auch als Konstellationsdiagramme oder Vektordiagramme bezeichnet und kommen sowohl in der Telekommunikation, als auch in der TV-Übertragungstechnik zum Einsatz.

Die Kodierung, welcher Phasenwinkel nun welche Bitkombination darstellt, bleibt dem Entwickler vorbehalten. Allgemeine Vorschriften in beispielsweise ITU-Regelungen1) legen Standards für Datenübertragungen bei z. B. Fax oder DSL fest. In der nächsten Folge werden daher die Bitkombinationen weglassen und nur die Konstellationsdiagramme alleine betrachten.

Bei der 16-wertigen Phasenumtastung wird deutlich, dass die Anzahl der zu unterscheidenden Winkel auf 16 angestiegen ist. Damit bleibt für jeden Phasenpunkt nur 22,5° Phasenversatz. Die Unterscheidung einzelner Punkte gestaltet sich immer schwieriger, da die Winkel immer kleiner werden. Störungen die auftreten, beeinflussen das Signal und können zu Bitfehlern führen. Der Signal-Rausch-Abstand wird mit jedem weiteren Vektor, bzw. jeder weiteren Phasenlage schlechter.

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.

[5] Wübbe, T.: Modulationen; Phasenmodulation und Einführung in digitale Signale. Elektropraktiker Berlin 71(2017)11, LERNEN & KÖNNEN S. 10–12.

1) ITU,  Internationale  Telecommunication  Union, weltweites Normierungsgremium für die Telekommunikation

 

Dieser Artikel wurde unserem Facharchiv entnommen.

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