COM4LAB: Digitale Modulationen BPSK, QPSK, QAM und FSK

Die COM4LAB Kurse der Sende- und Empfangstechnik erläutern schrittweise den Aufbau klassischer und moderner Funkanlagen sowie Modulation und Demodulation der Signale. Die Eigenschaften der Signale werden im Zeitbereich und im Frequenzbereich genauer untersucht. Dazu befindet sich auf dem Board jeweils eine komplette Sende- und eine Empfangsanlage. Komponenten können einzeln analysiert werden.

Der erste Kurs behandelt den Aufbau und die Funktionen der Sender- und Empfängerseite sowie analoge Modulationsverfahren (Amplitudenmodulation, Doppelseitenbandmodulation, Einseitenbandmodulation, Frequenzmodulation).

Im vorliegenden zweiten Kurs werden übliche digitale Modulationsverfahren (BPSK, QPSK, QAM und FSK) messtechnisch untersucht.

Gesamtdauer: Bis zu 16 Stunden.

Zielgruppen

Der Kurs kann u. a. im Ausbildungsprozess für die folgenden Berufe unterstützend eingesetzt werden:

• Elektroberufe in der Industrie:

  Elektroniker/-in für Betriebstechnik

  Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik

  Elektroniker/-in für Geräte und Systeme

  Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik

  Fluggerätelektroniker/-in

  Mechatroniker/-in

• Elektroberufe im Handwerk:

  Elektroniker/-in Fachrichtung Automatisierungs- und Systemtechnik

  Elektroniker/-in für Gebäudesystemintegration

  Informationselektroniker/-in

• IT-Berufe:

  IT-System-Elektroniker/-in

  Fachinformatiker/-in Fachrichtung Digitale Vernetzung

  Fachinformatiker/in Fachrichtung Systemintegration

Lernziele

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• die Verwandtschaft zwischen AM- und ASK-Signalen erkennen können,
• die Verwandtschaft zwischen FM- und FSK-Signalen erkennen können,
• BPSK-Signale im Zeit- und Frequenzbereich sowie mithilfe von Konstellationsdiagrammen untersuchen können,
• QPSK-Signale im Zeit- und Frequenzbereich sowie mithilfe von Konstellationsdiagrammen untersuchen können,
• QAM-Signale im Zeit- und Frequenzbereich sowie mithilfe von Konstellationsdiagrammen untersuchen können,
• die Auswirkung des auf der Übertragungsstrecke entstehenden zusätzlichen Phasenwinkels auf die Lage der Konstellationsdiagramme untersuchen können,
• BPSK, QPSK, QAM und FSK hinsichtlich Datenrate und Bandbreite vergleichen können,
• anhand der Konstellationsdiagramme von 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM und 256-QAM Aussagen zum benötigten Signal-Rauschabstand machen können,
• durch Absenken der Feldstärke auf der „Luftschnittstelle“ mithilfe des Einschiebens der Teleskopantennen die Auswirkung auf den Signal-Rauschabstand und die Synchronisierung messen können,
• die Größen „Crest-Faktor“ und „PAPR“ zur Beurteilung des Signal-Rauschabstandes einsetzen können,
• den Begriff „QoS“ (Quality of Service) verstehen.

Themen

Im Kurs werden die folgenden Themen behandelt:

• BPSK (Binary Phase Shift Keying)
• QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
• FSK (Frequency Shift Keying)
• Zeit-, Frequenz- und Konstellationsdiagramme
• SNR (Signal-Rauschabstand, engl.: Signal-to-Noise-Ratio)
• QoS (Qualitiy of Services)
• Crest-Faktor und PAPR (Peak-to-Average-Power-Ratio, deutsch: Verhältnis von der Spitzenleistung zum Durchschnittswert der Leistung)

Vorkenntnisse

Die Schülerinnen und Schüler benötigen Kenntnisse im Aufbau von elektronischen Schaltungen sowie grundlegendes Wissen über die Funktion der eingesetzten Messinstrumente „Oszilloskop“ und „Bandscanner“, um den Kurs erfolgreich bearbeiten zu können. Der Umgang mit Formeln wird vorausgesetzt.