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Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Modulationen: Quadratur-Amplituden-Modulation in der Praxis (8)

Die mit diesem Beitrag endende Reihe [1] – [7] 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 digitalen Modulationsverfahren Amplituden- und Phasenumtastung wurden bereits besprochen. Mit der Kombination daraus – QAM – lassen sich die Signale besser in Spannung und Phase kodieren.

QAM nach ITU V.32 bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 12 dB - zufälliger Rauschbereich (Bild: T. Wübbe/ep)

 

ITU1) V.32

Da in nahezu allen modernen digitalen Modulationen das Verfahren der Quadratur-Amplituden-Modulation eingesetzt wird, zeigen die Konstellationsdiagramme – je nach Methode – eine „runde“ oder „eckige“ Darstellung [7]. In der Praxis hat sich die Modulation als „eckige“ Darstellung durchgesetzt. Bei dieser QAM wird die Verteilung der Phasenpunkte in der Fläche besser vorgenommen und die Störanfälligkeit ist daher deutlich geringer, als bei der reinen Phasenumtastung (PSK).

Bereits in den 1980er Jahren wurde in der ITU1)-Empfehlung V.32 dieses Verfahren für den Einsatz auf analogen Telefonverbindungen beschrieben.

Die analoge Telefonverbindung hat eine maximale Bandbreite bis 3 400 Hz. In diesem V.32-Verfahren wird die Modulation im Rhythmus von 2 400 Signalwechseln je Sekunde verändert. Das entspricht einer Schrittgeschwindigkeit von 2 400 bd (Baud). Da die Bandbreite mit 3 400 Hz größer ist, als die Schrittgeschwindigkeit mit 2 400 Schritten je Sekunde, kann das Signal hier übertragen werden.

Mit jedem Schritt werden 4 Bit übermittelt. Die Bitgeschwindigkeit (Übertragungsgeschwindigkeit) wird somit 4-mal so groß wie die Schrittgeschwindigkeit. Dieser mathematische Zusammenhang wurde bereits in [5] erörtert. Durch den Einsatz dieser höherwertigen Modulation lässt sich die Übertragungsgeschwindigkeit deutlich erhöhen.

SNRbei 16-wertiger QAM

Wenn man nun die Signal-Rausch-Abstände [7] bei der Quadratur-Amplituden-Modulation nach V.32 betrachtet, dann ergeben sich unterschiedliche Bilder.

1. SNR-Wert beträgt 12 dB

Bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 12 Dezibel ist mit fast keiner Beeinträchtigung zu rechnen – wie bereits in [7] im Abschnitt SNR-Bedarf erörtert. Die einzelnen Phasenpunkt liegen so weit auseinander, dass eine Fehlinterpretation kaum möglich ist. Lediglich bei den kleinen Spannungswerten kann es zu Verlusten auf der Übertragungsstrecke kommen. Das Bild zeigt dieses Signal einmal mit dem maximalen Rauschbereich und ein anderes Mal mit einer zufälligen Verteilung.

2. SNR-Wert beträgt 6 dB

Wenn der Signal-Rausch-Abstand kleiner wird, dann verwischen die Grenzen und die Phasenpunkte überlappen sich. Bitfehler sind vorprogrammiert und eine Übertragung ist nur mit vielen Fehlern möglich.

Schlussbemerkung

Moderne Übertragungstechnik ist in der DSL- oder UMTS-Technik nicht mehr wegzudenken. Diese Beitragsreihe sollte – ohne zu viel Mathematik – auf die Zusammenhänge weisen und grundlegende Funktionsweisen zeigen.

Die aktuelle ADSL- und VDSL-Technik setzt QAM-Verfahren mit bis zu 15 Bit bzw. 32 768 verschiedenen Amplituden-Phasen-Lagen ein. Das hierzu die Betrachtung des SNR-Wertes der Übertragungsstrecke eine besondere Bedeutung erfährt, mag nun verständlicher erscheinen. Qualitativ hochwertige Installationen sind für einen störunempfindlichen Betrieb notwendig. Auch das Verständnis dafür, dass die DSL-Verbindung mal abreißen kann, ist – bei solch komplexen Modulationsverfahren – nun hoffentlich größer.

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.

[6] Wübbe, T.: Modulationen; Phasenumtastung – PSK. Elektropraktiker Berlin 71(2017)12, LERNEN & KÖNNEN S. 8–9.

[7] Wübbe, T.: Modulationen; Signal-Rausch-Abstand und Quadratur-Amplituden-Modulation. Elektropraktiker Berlin 72(2017)1, LERNEN & KÖNNEN S. 8–9.

Der Artikel wurde unserem Facharchiv entnommen.

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