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| Question | Answer |
| I Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Worin besteht der Unterschied zwischen Schwingung & Welle? | Schwingung tritt nur lokal auf, sich zeitlich verändernde & wiederholende Größe. Welle = sich ausbreitende Schwingung. Jede Welle hat Ausbreitungsgeschwindigkeit c=λ*f. Manche Wellen können sich nur ausbreiten, wenn Luftmoleküle vorhanden sind, die in Bewegung gesetzt werden können. Andere Wellen können sich im Vakuum ausbreiten, wo keine Teilchen vorhanden sind. Funktioniert durch elektrische & magnetische Felder, die sich periodisch verändern. Es liegen elektrisches & magnetisches Feld 90° zueinander um Ausbreitungsachse der Wellen versetzt & treten im Wechsel auf. |
| I Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Nennen & skizzieren Sie auch einen Wellentyp, der sich OHNE Materieteilchen/Medium ausbreitet! | |
| I Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Was ist digitale Modulation? Erklären Sie anhand eines Beispiels (Skizze!) & gehen Sie auf die Ziele der digitalen Modulation ein. | Es wird jeder zu übertragenden Informationseinheit Wertepaar aus Amplitude & Phasenwinkel vom Trägersignal zugeordnet. Beispiel: Telefonanschluss ist für Übertragung Töne entwickelt worden, nicht für Übertragung digitaler Bits. Computer können über Telefonleitung mit Modems kommunizieren, die digitale Bits durch Symbole repräsentieren. Wenn es 4 Symbole gibt, kann das 1. Symbol Bitfolge 00, 2. 01, 3. 10, 4. 11 darstellen. Wenn Modem Melodie aus 1.000 Tönen pro s spielt, ist Symbolrate 1.000 Zeichen/s. Da jeder Ton Nachricht aus 2 Bits repräsentiert, ist Bitrate 2xSymbolrate, d.h. 2.000 Bits/s. Beispiel ist relativ zuzuordnen, da Sinus bei gedachtem mathematischen Einheitskreis mit bestimmter Trägerfrequenz rotiert, konstante Amplitude haben kann & 4 oder mehr Zuordnungen eindeutig codiert & bei Störungen meistens decodiert werden kann. Ziel: Mehrfachnutzung Übertragungsmedium bei Erhöhung Störsicherheit. |
| I Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Welche unterschiedlichen Empfangszonen gibt es bei Wellenausbreitungen? Skizzieren & erklären Sie | - Nahempfangszone: Es werden nur Bodenwellen empfangen, es treten keine Reflexionen auf - Fernempfangszone: Nur reflektierte Raumwellen empfangen, keine Bodenwellen - Tote Zone: Bodenwellen werden nicht mehr, Raumwellen noch nicht empfangen. In diesem Bereich kein Empfang möglich - Interferenzzone: Empfang Bodenwellen & Raumwellen mit unterschiedlicher Ankunftszeit, alle Fälle von Gleich- & Gegenphasigkeit möglich. |
| II Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Was ist eine Bodenwelle, was eine Raumwelle? Erklären & skizzieren Sie! | Bodenwellen verlaufen längs zur Erdoberfläche. Durch Geländestruktur / Bebauung/ Bewuchs können Dämpfung, Abschirmung & Reflexion auftreten. Raumwellen strahlen in Richtung Ionosphäre & sind erst nach Reflexion an dieser auf Erdoberfläche empfangbar. Aber: Schichten, insbesondere die für Reflexionen wichtige F2 Ionosphärenschicht verändern sich in jeder Sekunde, abhängig von Tages- & Jahreszeit & solarem Flux. |
| II Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Erläutern Sie Vorteile der digitalen Modulation, sowie die 3 Hauptparameter, die bei Modulationsverfahren „umgetastet“ werden können. Skizzieren Sie exemplarisch die Umtastung eines der 3 Parameter! | Modulationsverfahren werden in digitaler Nachrichtentechnik verwendet, um begrenzte Bandbreite optimaler zu nutzen, damit mehr Daten versendet werden können. Um höhere Datenrate zu erzielen, wird Trägerfrequenz durch zu sendendes Signal - modulierte Trägerschwingung- verändert. Vorteile: - Höhere Bandbreiteneffizienz - Bessere Weiterverarbeitung - Weniger Störanfälligkeit - Verschlüsselung möglich, bessere Abhörsicherheit - Einfache Manipulation - Einfache Fehlerkorrekturmaßnahmen - Keine Nichlinearitäten & konstantes S/N-Verhältnis - Hardwaretechnisch realisierbar durch digitale Schaltungstechnik Umtastparameter: Amplitude, Frequenz, Phase |
| II Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Was ist IQ-Modulation & wie funktioniert sie? | Modernes digitales Modulationsverfahren, Kombination aus Amplitudenmodulation & Phasenmodulation. Anwendung in BCT & Fernsehtechnik. Dient dazu, mit Welle einer Trägerfrequenz 2x so viel Informationen gleichzeitig zu übertragen wie mit normaler Amplitudenmodulation. Dazu aufaddierung 2 Wellen, wodurch sich komplexes Muster ergibt. 2 Sinuswellen um 90° 1/2 π gegeneinander verschoben. Minima & Maxima einer Welle liegen genau an X-Koordinaten, an denen Welle Wert 0 annimmt. Werden Wellen & verschobene Signale addiert, trägt Summe der einen Welle, an der die andere Minima & Maxima hat, nichts zur Summe bei. Trotz Überlagerung werden an diesen Stellen Werte einzelner Signale sichtbar. Amplituden können mit +/-n multipliziert werden, um mehr Bits pro Welle zu codieren. Varianten von Wellen mit verschiedenen Verschiebungen & Überlagerungen = Lissajous-Figuren. |
| II Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Nennen Sie in diesem Zusammenhang 3 grundlegende Modulationsverfahren & das Prinzip, auf dem diese 3 basieren. | - PSK: Endliche Anzahl von Phasen wird verwendet - FSK: Endliche Anzahl von Frequenzen wird verwendet - ASK: Endliche Anzahl von Amplituden wird verwendet Alle basieren auf Keying, genauer Shift Keying |
| III DVB & Co Dopplereffekt ist mithilfe DVB-T Messtechnik erfassbarer Störeinfluss. Erklären Sie dessen Auswirkung auf das DVBT-Spektrum & warum er kein Problem für die DVB-T Übertragung darstellt. Nennen Sie weitere Störeinflüsse. | Frequenzverschiebung DVB-T Spektrum von wenigen 100 Hz. Bei Geschwindigkeiten von KFZ nicht störend & keine Auswirkung auf Übertragung. Störeinflüsse: - Phasenjitter: Differenz zwischen theoretischer & tatsächlicher Phasenlage harmonischer Schwingung/periodischem Signal. Erkennbar durch schlierenförmige Verzerrungen im Konstellationsdiagramm. - Weißes Rauschen: Im Konstellationsdiagramm durch große wolkenförmige Konstellationspunkte erkennbar. Je größer Punkte, desto größer Rauschen. - Interferenzstörer: Interferenz ist, wenn sich 2 Signale gegenseitig beeinflussen. Rauschförmige Interreferenzstörer stellen Rauschwolke dar, sinusförmige Interreferenzstörer Kreise. - IQ-Fehler Modulator: Im Konstellationsdiagramm an in I-Richtung zusammengedrückte Konstellationspunkte erkennbar. |
| III DVB & Co Welche 5 Messwerte bei DVB-T-Messungen sind mit dem Konstellationsdiagramm erfassbar & wie sehen diese im Diagramm aus (Skizzen!)? | |
| III DVB & Co Worin unterscheidet sich DVB-T2 von DVB-T. Nenne 2 Kriterien & jeweils 3 Vor- & Nachteile von DVB-T2. | DVB - Guard-Intervall: QPSK, 16-QAM, 64-QAM - DFT:2k, 8k DVB-T2 - Guard-Intervall: QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM - DFT: 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k Vorteile: - Robusteres Signal - Schnellere Umschaltzeiten - Bessere Bildqualität Nachteile: - Neue Empfänger notwendig - Teurere Receiver - Entschlüsselung H.264 rechenintensiver als MPEG2 |
| IV DVB & Co Welche Voraussetzungen muss ein zur Satellitenübertragung verwendetes Modulationsverfahren erfüllen & was versteht man diesbezüglich unter dem Begriff FEC? | Muss robust gegenüber Rauschen sein & mit starken Nichtlinearitäten zurechtkommen, denen Signal auf Weg vom PlayOutCenter bis Satellit & zurück zum Empfänger unterliegt. FEC = vorwärtsgerichtetes, auf Datenstrom vorausschauendes Fehlerkorrekturverfahren, bei digitaler Datenübertragung. Zusätzlich zu übertragenden Daten werden Sicherungspakete mitgeschickt, die Teile der Datenpakete enthalten. Wenn Datenpaket verloren geht, kann es durch Sicherungspaket rekonstruiert werden, sofern vollständig übertragen. Um Totalausfall-Risiko gering zu halten, werden bei Datenübertragung zusätzlich Interleaver eingesetzt, verschachteln Daten in kleine Häppchen. Totalverlust großer Datenblock durch Störsignal nicht möglich. Verfahren wird RAID genannt. Durch externe Störungen bei Satellitenübertragung, z. B. schlechtes Wetter, atmosphärische & kosmische Einflüsse, können Daten verloren gehen. Wiederherstellung durch Sicherungspakete. |
| IV DVB & Co Welche Messgeräte kommen bei der DVB-S/S2-Messtechnik zum Einsatz & welche wesentlichen Messparameter werden damit ermittelt? Erklären Sie einen davon sehr ausführlich! | - Spektrumanalyzer - DVB-S-Empfänger mit BER-Messbereich - Antennenmessgerät - MPEG-Analyzer mit RF-Interface Gemessen werden - Signalpegel - BER - C/N - Eb/N0 - MER - Schulterabstand Beispiel C/N Trägerleistung C = Nutzleistung auf Übertragungsstrecke bis Demodulator. Rauschleistung N = Leistung Störsignal. Je größer Abstand, desto besser können Signale voneinander unterschieden werden & Verbesserung Übertragungsqualität. Guter C/N-Rauschabstand = kleinere Bitfehler bei Übertragung. C/N unabhängig von Sendeleistung Satellit, Antennengewinnen auf Sender- & Empfangsseiten, Raumdämpfung, Antennenausrichtung & Rauschzahl LNB. C/N von vielen Antennenempfängern im Menü angezeigt & hilft bei genauer Ausrichtung Satellitenantenne. Elevationswinkel/Azimutwinkel. |
| IV DVB & Co Ergänzen Sie im Schaltbild zum Bitfehlerverhältnis vor Viterbi die fehlenden Bezeichnungen & erläutern Sie, wie gemessen wird | Bitfehlerverhältnis von Viterbi wird gemessen, indem Datenstrom nach Viterbi-Decoder wieder durch Faltungscoder geht, der genauso aufgebaut ist wie Faltungscoder auf Senderseite. Vergleich Datenstrom vor Viterbi-Decoder mit Datenstrom nach Faltungscoder & Ermittlung Unterschiede/Bitfehler. Gezählte Bitfehler werden zu Gesamten in Verhältnis gesetzt, ergeben Bitfehlerrate vor Viterbi. |
| V DxB+ Was ist „MediaFLO“? | Standard zur Übertragung Fernsehbilder an mobile Endgeräte. Idee: Übertragung an Mobilfunkgeräte auf 1 Frequenz für alle & Berücksichtigung Entfernung Empfänger vom Sender. Alle Mobilfunkgeräte bekommen BaseLayer, Fernsehbild mit niedriger Bitrate. Geräte, die sich nahe an Sender befinden, bekommen gleiches Fernsehbild mit höherer Bitrate, EnhancedLayer. Datenübertragungsrate soll höher & Batterieverbrauch mobiles Endgerät geringer sein, als bei anderen Standards. |
| V DxB+ Was sind die technischen Parameter von MediaFLO? | - CODFM - 4K Mode QPSK/16QAM - Guard Interval: 1/8 - Kanalbandbreite: 5,6,7, 8MHz - Verketteter RS 16 k=12,14,16 & Turbo-Code-Fehlerschutz Coderate 1/3,2/3,1/2 - Nettodatenrate 8,4MBit/s - Datenraten bis 11,2 MBit/s - Quellcodierung MPEG-4 Part 10 AVC Video , MPEG-4 AAC+ Audio oder IP |
| V DxB+ In einem DVB-T Gleichwellen-Netz senden mehrere Sender auf der gleichen Frequenz den gleichen Inhalt & sind Frequenzökonomisch. Welche Probleme könnten hierdurch entstehen & wie können diese gelöst werden? | Mehrere Sender senden auf gleicher Frequenz = Überschneidungen im Empfangsbereich, Signale mehrerer Sender stören sich. Problemlösung = Signale aller Sender müssen im Gleichwellennetz synchron sein. Dazu Einstanzung Timestamps in PlayOutCenter. Zusätzlich 1pps-Signale von GPS-Satelliten als Referenz für 10 MHz Oszillatoren verwendet, ausgesendetes Signal = Synchron-Referenz. Damit in mehreren Gleichwellennetzen über verschiedene Senderwege keine Intersymbolinterferenz zwischen einzelnen Datensymbolen geschieht, dürfen einzelne Sender nicht maximale Leistung abstrahlen, sondern nur die, bei denen das gerade stattfindet. Fehlertoleranter Zeitpuffer = Schutzintervall im Symbolstrom. |
| V DxB+ Nennen Sie 3 verschiedene Datendienste & Typen, die in DAB spezifiziert sind. | TPEG: Überträgt Verkehrs- & Reiseinformationen. Daten werden codiert ausgesendet & können im Empfangsgerät in verschiedenen Formen ausgegeben werden. MOT: Protokoll für Datentransfer, multimediale Daten werden im Broadcast ohne Rückkanal an Empfänger übertragen. Dateien als einzelne Segmente übertragen, einzelne Segmente können wiederholt übertragen werden, sodass Empfänger über Zeit vollständige Datei sammelt. Spezielle Zusatzinformationen im Header beschreiben übertragenes Objekt + weitere Attribute. DLS: Übertragung Radiotextähnliche Informationen in Audioprogramm als programmbegleitende Daten. Max. 128 Zeichen/Nachricht übertragbar. |
| VI Antennen Welche Antennenart arbeitet nach dem Prinzip der Induktion? Beschreiben & skizzieren Sie diese! | Rahmenantenne besteht aus Drahtschleifen. Entnehmen nach Induktionsprinzip gesendetem elektromagnetischem Feld Energie in Form hochfrequenter Spannung. Induktion größter Spannungswert, wenn Rahmen senkrecht zu magnetischen Feldlinien Sender steht. Deshalb Verwendung Rahmenantenne als Peilantenne, Sender muss dort stehen, wo Rahmenfläche hinzeigt, wenn Antenne größte Spannung liefert. Je kleiner Frequenz, desto größer muss Antennenrahmen sein. Bei hohen Frequenzen & kleinen Wellenlängen reichen kleine Antennenrahmen. Rahmenantennen fast aus Radio- & Fernsehbereich verschwunden, Verwendung als RFID-Antennen. |
| VI Antennen Worin besteht der Unterschied einer zentralgespeisten Parabolantenne & einer Offset-Parabolantenne? Welche Vorteile ergeben sich? Erklären Sie anhand einer Skizze! | Parabolspiegel bündelt empfangene Signale in Brennpunkt des Paraboloiden, Sitz der Empfangsantenne. Bei großen, wissenschaftlichen Parabolantennen sitzt Empfangsantenne direkt im Brennpunkt vor Parabolspiegel im Empfangssignalweg. Nicht störend, da Speise-/Empfangssystem relativ klein ist im Vergleich zum Parabolreflektor. Anders bei kleinen Consumer-Antennen. Dort würde Empfangseinheit Signal verhältnismäßig stark stören. Daher wird hier nur Teilausschnitt eines großen Parabolspiegels verwendet. An Parabolsegment wird unten Haltearm befestigt, der Empfangseinheit - LNB - trägt. Wurde Parabolsegment richtig gewählt, kann Signal ungestört von Haltearm & Empfangseinheit empfangen werden. Vorteil: Relativ senkrechter Aufstellwinkel, den Parabolsegment vorgibt. Dadurch sammelt sich kein Regenwasser & Schnee rutscht besser ab. |
| VI Antennen Bei Antennen gibt es in Abhängigkeit der Entfernung verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Strahlungscharakteristiken. | - Reaktives Nahfeld: Direkt an Antenne, reicht bis zu r=λ/(2π) weit, Wellenabhängig. Bis dahin keine verlässlichen Messungen & Aussagen über Antennenwerte möglich. Abgegebene Strahlung reagiert stark mit Umgebung & Speicherung Blindenergie wegen Phasenverschiebungen zwischen magnetischer & elektrischer Signalkomponente. Keine Ausstrahlung echter Sendeenergie. - Stehendes Nahfeld: Abstand 1 Wellenlänge von Antenne. Kennwerte messbar, jedoch Strahlungsleitungsdichte sehr winkelabhängig. - Übergangsbereich & Fernfeld: Ebene Wellenfront Sendesignal, keine Beeinflussung durch Abstrahlwinkel. - Fernfeld: Beginn Abstand 2 Wellenlängen von Antenne. |
| VI Antennen Tragen Sie die Namen dieser Bereiche in unten stehende Skizze ein & erläutern Sie die Besonderheiten des jeweiligen Bereichs. | |
| VII Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation In der Hochfrequenztechnik werden u. a. für Antennen Materialien verwendet, die über bestimmte Frequenzbereiche hinweg näherungsweise als linear, zeitinvariant, isotrop, nicht dispersiv & homogen betrachtet werden. Erläutern Sie, was man darunter versteht. | - Linearität: Materialeigenschaften unabhängig von elektromagnetischen Feldgrößen im Material. - Zeitinvarianz: Materialeigenschaften zeitlich konstant. - Isotropie: Materialeigenschaften richtungsunabhängig. - Dispersion: Materialeigenschaften frequenzabhängig. - Homogenität: Materialeigenschaften ändern sich räumlich nicht. |
| VII Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Was versteht man unter Beugung einer Funkwelle & was ist der geometrische Schattenbereich? (Erklären Sie anhand einer Skizze!) | Trifft Wellenfront auf Hindernis, so liegt in Ausbreitungsrichtung hinter Hindernis geometrischer Schattenraum. In diesem Bereich sollten keine elektromagnetischen Felder vorhanden sein. Aufgrund Huygens‘sches Prinzip - besagt, dass jeder Punkt von Wellenfront Ausgangspunkt neuer Elementarwelle sein kann - breitet sich Wellenpunkt, der genau hinter Hindernis ist wieder neu aus. Hier ist Wellenpunkt Beginn einer sich erneut ausbreitenden Wellenfront. |
| VII Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Elektromagnetische Wellen erfahren in Luft aufgrund verschiedener Parameter entfernungsabhängige Dämpfung. Fading wirkt sich bei unterschiedlichen Frequenzen verschieden aus. Nennen sie Einflüsse, die Signalausbreitung abschwächen | - Regen - Nebel - Schnee - allg. Absorption durch Sauerstoffmoleküle |
| VII Elektromagnetische Felder, Wellen & Modulation Elektromagnetische Wellen erfahren in Luft aufgrund verschiedener Parameter entfernungsabhängige Dämpfung. Fading wirkt sich bei unterschiedlichen Frequenzen verschieden aus. Vervollständigen Sie folgende Skizze & erläutern Sie 3 Kennlinien! | - Kurve rot: Dämpfung bei trockener Luft - Kurve blau: Dämpfung bei Wasserdampf - Kurve grün: Dämpfung in „normaler“ Luft Bedingungen bei „normaler“ Luft 20 & 60 GHz sehr ungünstig, weil dort Resonanzfrequenzen liegen, die besonders hohe Dämpfung hervorrufen. Geeignete Sendefrequenzen liegen da, wo möglichst niedrige Dämpfung vorliegt, die sich wetterabhängig wenig ändert. Bei Auswahl Frequenzen wichtig: Kosten, Bandbreiten, Übertragungsgeschwindigkeiten. |
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