Kommunikations- und Informationstechnik: Signale, Modulation und Informationsgehalt
Signale und Spektren
Ein Kandidat muss zwischen Zeit- und Frequenzbereich sicher wechseln können: Rechteck, Dreieck, Sinus, deren Oberwellen und die Bedeutung von Bandbreite. Wichtige Begriffe sind Abtasttheorem (Nyquist: Abtastrate mindestens doppelt so hoch wie höchste Signalfrequenz), Quantisierung, Aliasing und Signal-Rausch-Verhältnis. Aus dem SNR lässt sich nach Shannon die Kanalkapazität C = B · log₂(1 + S/N) abschätzen.
Modulation und Codierung
Analoge Verfahren (AM, FM) und digitale Verfahren (ASK, FSK, PSK, QAM) sind zu unterscheiden, ebenso ihre Störanfälligkeit und Bandbreiteneffizienz. Bei der Leitungscodierung sind NRZ, RZ und Manchester zu kennen; Manchester ist selbsttaktend, benötigt aber mehr Bandbreite. Fehlersicherung über Prüfbits, Parität, CRC und Hamming-Distanz gehört zum Grundwissen.
Typische Fallen
Häufig wird die dB-Rechnung falsch angewendet: Leistungsverhältnisse 10·log, Spannungsverhältnisse 20·log. Ebenso beliebt: Verwechslung von Bitrate und Baudrate (bei mehrstufigen Verfahren gilt Bitrate = Baudrate · log₂(Stufen)). Ein weiterer Stolperstein ist die Annahme, FM sei grundsätzlich rauschfreier als AM – richtig ist, dass FM Rauschen besser unterdrückt, aber bei geringem Pegel stärker einbricht.
Merksatz und Beispiel
Faustregel: 3 dB entsprechen dem Faktor 2 bei Leistung, 6 dB dem Faktor 2 bei Spannung. Beispiel: Ein Verstärker hebt die Leistung von 1 mW auf 100 mW an; das sind 10·log₁₀(100) = 20 dB. Bei einer Spannungserhöhung von 1 V auf 10 V wären es dagegen 20·log₁₀(10) = 20 dB, obwohl das Leistungsverhältnis bei konstantem Widerstand 100 beträgt – hier liegt die klassische Verwechslung.