Glossar/Anlagen

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Dieser Abschnitt erläutert einige verwendete Begriffe.

ASK - Amplitude Shift Keying

Modulationsverfahren zur Informationsübertragung in der Nachrichtentechnik. Die Kodierung der Information erfolgt durch die Umschaltung bestimmter Amplitudenlagen der Trägerschwingung.

Diskrete Fourier Transformation (DFT)

Die diskrete Fouriertransformation berechnet aus einer Sequenz von N Abtastwerten eines Signals wiederum N Linien seines Frequenzspektrums. Meistens wählt man N als eine Zweierpotenz, aber natürlich sind alle ganzzahligen N erlaubt. Besonders recheneffiziente Realisierungen der DFT sind verschiedene Arten der Fast Fourier Transformation (FFT), siehe unten.

Digital-Down-Conversion (DDC)

Wenn innerhalb der Frequenzbandbreite eines gegebenen Signals nur ein bestimmtes Frequenzintervall interessiert, dann kann man dieses herausfiltern und seine Frequenzlage verschieben. Meistens veschiebt man das Frequenzintervall hinunter in Richtung f=0, daher "down".
Die Frequenzbandbreite des verbleibenden Signals ist auf das interessante Frequenzintervall reduziert. Das erlaubt es, optional eine anschließende Abtastratenreduktion zur Datenmengenverminderung vorzunehmen.
Die Frequenzverschiebung des interessanten Frequenzintervalls kann auch über die Frequenz f=0 Hz hinaus erfolgen. Dann entsteht z.B. aus einem reellwertigen (siehe Reell- bzw. Komplexwertigkeit ) Signal ein komplexwertiges. Solche Operation lassen sich z.B. mit der Software TFA (siehe Zeit-Frequenzanalyse ) durchführen.
Vorteile eine Digital-Down-Conversion sind:

Dongle

Ein Dongle ist ein Hardwareschutz-Stecker, der in einen Computer-Anschluss eingesteckt die rechtmäßige Nutzung in Art und Umfang eines Softwareprodukts entsprechend seinen Lizenzbedingungen gewährleistet. Er verhindert unkontrolliertes Kopieren und den unlizenzierten Betrieb einer Software, weil er als Hardware-"Gerät" nicht kopierbar ist. Dongles fördern die Weiterentwicklung von Softwareprodukten dadurch, dass hiermit immer ein zu leistender geldwerter Aufwand verbunden ist. IND setzt aktuell nur Dongles für den USB-Anschluss ein.

EU-RoHS-Richtlinie

Das Kürzel RoHS (engl. Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment: „Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten“) bezeichnet zusammenfassend die EG-Richtlinie 2002/95/EG zum Verbot bestimmter Substanzen bei der Herstellung und Verarbeitung von elektrischen und elektronischen Geräten und Bauteilen. Dazu gehört unter anderem das Ziel der bleifreien Verlötung elektronischer Bauteile. Doch die Umsetzung beginnt bei der Auswahl entsprechender Bauteile.

Fast Fourier Transformation (FFT)

Die Fast Fourier Transformation FFT ist eine sehr recheneffiziente Realisierung der Diskreten Fourier Transformation (DFT). Sie errechnet das gleiche Ergebnis wie die DFT, kommt aber mit wesentlich weniger Rechenoperationen aus (nur N log(N) Multiplikationen).

FSK - Frequency Shift Keying

Modulationsverfahren zur Informationsübertragung in der Nachrichtentechnik. Die Kodierung der Information erfolgt durch die Umschaltung bestimmter Frequenzlagen der Trägerschwingung.

Galvanische Trennung

Bei dieser Trennung zweier Stromkreise gibt es keinen Weg des Ladungsträgeraustauschs, also keine elektrische Verbindung.

Insolation

Die Insolation bezeichnet die Sonnenbestrahlung der Erde in Watt pro Quadratmeter [W/m2]. Klimaforscher berechnen Zeitreihen der Insolation durch Entnahme und Analyse von Bohrkernen, welche im Eis der Arktis bei etwa 65 Grad nördlicher Breite gewonnen werden. Die Insolation ist zeitlich variant, weil sich die Erdumlaufbahn im Laufe der Jahrmillionen ändert.
Mehr hierzu: Insolation

Joseph von Fraunhofer

Immer wieder taucht sein Name in Verbindung auch mit großen Erfindungen unserer Zeit auf, das MP3-Verfahren zur Komprimierung von Musik ist vielleicht eines der allgemein bekanntesten Errungenschaften der nach ihm benannten Fraunhofer-Gesellschaft.
Der deutsche Physiker Fraunhofer (* 6. März 1787 in Straubing; † 7. Juni 1826 in München) beschäftigte sich ua. mit optischer Physik und der optischen Spektralanalyse.
Die Spektralanalyse des Lichts ist prinzipiell auch mit nachrichtentechnischen Verfahren möglich, doch das zu verarbeitende Frequenzband von mehreren Hundert Terahertz (THz) allein im Bereich des sichtbaren Lichtes ist derzeit für eine Realisierung um Größenordnungen zu groß.

JTFA - Joint-Time-Frequency-Analysis

Gleichzeitige, verbundene (engl.: joint) Analyse im Zeit- und Frequenzbereich. Gemäß der Unschärferelation der Nachrichtentechnik s.u. ist die Präzision von Zeit-/und Frequenzmessung gegenläufig verkoppelt.

Modulationsspektrum, Modulationsspektren

Wenn eine Schwingung - egal, es ob sich dabei z.B um eine elektromagnetische Funkwelle oder die Grundwelle eines akustischen Instruments handelt - in der Amplitude, der Frequenz, der Phase oder mehrerem davon verändert wird, liegt eine sog. Modulation der Schwingung vor. Die Modulation kann daher direkt in den zeitlichen Momentanwert-Verläufen Betrag, Frequenz und Phase nachgewiesen werden. Die Frequenzanalyse des Momentanwert-Verlaufs ergibt das Modulationsspektrum. Solche Spektren lassen sich z.B. zur Funk-Signalklassifikation nutzen, zur Sprechererkennung oder zur messtechnischen Beurteilung von Musikinstrumenten.

PSK Phase-Shift-Keying

Modulationsverfahren zur Informationsübertragung in der Nachrichtentechnik. Die Kodierung der Information erfolgt durch die Umschaltung bestimmter Phasenlagen der Trägerschwingung.

Reell- bzw. Komplexwertigkeit

In der Mathematik meint man hiermit das Format eines einzelnen Zahlenwerts. Komplexe Zahlen bestehen im Gegensatz zu reellen aus einem Realteil und einem Imaginärteil. Bei reellen Zahlen gibt es keinen Imaginärteil. Reelle Zahlen können als komplexe aufgefasst werden, bei denen der Imaginärteil Null ist. Das komplexe Zahlenformat erfordert eine etwas aufwändigere Arithmetik, erleichtert aber oft die mathematische Beschreibung von Prozessen und Signalen ungemein.

RS-232-Schnittstelle

Bidirektionale Datenschnittstelle zwischen elektronischen Geräten, bei der die Datenbytes ergänzt um Start- und Stopbits seriell über eine mindestens 2-adrige Verbindung übertragen werden.

SNR - Signal-Rauschabstand

Eine wichtige nachrichtentechnische Messgröße ist der Signal-Rauschabstand SNR (engl.: Signal To Noise Ratio). Das SNR gibt das Verhältnis zwischen der Signalleistungsdichte und der Rauschleistungdichte innerhalb einer betrachteten Frequenzbandbreite an.
Meist stellt "Rauschen" eine Signalstörung dar, weswegen das Vermögen, möglichst fehlerarm mit dieser Störung umzugehen, auf das SNR bezogen ist (Beispiel: Bitfehlerrate (BER) bei digitaler Datenübertragung über eine Funkstrecke).
Vorteilhaft erfolgt die Messung direkt in der Zeit-Frequenzebene, was mit der Software TFA - Zeit-Frequenzanalyse einfach möglich ist.

TFA - ZEIT-/FREQUENZANALYSE UND -MODIFIKATION

Gemäß der Unschärferelation der Nachrichtentechnik s.u. ist die Präzision von Zeit-/und Frequenzmessung gegenläufig verkoppelt. Im englischen spricht man auch von JTFA - Joint-Time-Frequency-Analysis. Für die Zeit-Dimension hat sich die Bezeichnung "t" etabliert, für die Frequenz-Dimension "f". Daraus leitet sich "TFA" ab.
Die Software TFA - Zeit-Frequenzanalyse wurde mit dem Ziel entwickelt, die Verkopplung zwischen Zeit- und Frequenzbereich aufzulösen.

Unschärferelation der Quantenmechanik

Die Heisenbergsche Unschärferelation oder Unbestimmtheitsrelation ist die Aussage der Quantenphysik, dass jeweils zwei Messgrößen eines Teilchens (etwa sein Ort und Impuls) nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmt sind. Sie ist nicht die Folge von Unzulänglichkeiten eines entsprechenden Messvorgangs, sondern prinzipieller Natur. Die Unschärferelation wurde 1927 von Werner Heisenberg im Rahmen der Quantenmechanik formuliert. In der Nachrichtentechnik existiert eine Analogie hierzu, das komplementäre Größenpaar ist hier die Zeit- vs. der Frequenzauflösung: Die Unschärferelation der Nachrichtentechnik.

USB-Schnittstelle

Bidirektionale Datenschnittstelle zwischen elektronischen Geräten, welche ua. wegen der wesentlich höheren Datenübertragungsrate die RS-232-Schnittstelle heute weitgehend vielleicht abgelöst hat. Sie erfordert andererseits auch mehr Ressourcen der beteiligten Geräte.

Wavelet-Transformation

Im Gegensatz zur Diskreten Fourier Transformation (DFT) transformiert die diskrete Wavelet-Transformation ein gegebenes Eingangssignal so in den Phasenraum, dass die Verteilung der Zeit-Frequenzunschärfe frequenzabhängig ist.

Für tiefe Frequenzen ist die Frequenzgenauigkeit höher, während die Zeitauflösung ungenauer ist. Das Ergebnis ist in diesem Frequenzbereich vergleichbar einer DFT mit hoher Linienzahl.

Für hohe Frequenzen ist die Frequenzgenauigkeit ungenauer während die Zeitauflösung präziser ist. Das Ergebnis ist in diesem Frequenzbereich vergleichbar einer DFT mit niedriger Linienzahl.

Das Zeit-Frequenzunschärfeprodukt, also die Analysegenauigkeit, ist exakt identisch zur DFT. Die Wavelet-Transformation bietet keine schärfere Abbildung.
Die Wavelet-Transformation löst das Zeit-Frequenzunschärfe-Problem nicht.

Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg (* 5. Dezember 1901 in Würzburg; † 1. Februar 1976 in München) war einer der bedeutendsten Physiker des 20. Jahrhunderts und Nobelpreisträger. Er formulierte 1927 die nach ihm benannte Heisenbergsche Unschärferelation.
Siehe oben: "Unschärferelation"

Wigner-, Wigner-Ville-Transformation

Diese Transformationen verwenden im Gegensatz zur Diskreten Fourier Transformation (DFT) eine Multiplikation des gegebenen Eingangssignals mit einer Version desselben. Ihr quadratischer Charakter führt zu einer Verdopplung der Abbildungsschärfe, jedoch bilden sich durch Kreuzterme unerwünschte Mischprodukte von Signalbestandteilen, die das Analyseergebnis mit der Anzahl der enthaltenen Signalbestandteile stark verfälschen oder völlig entwerten können.
Diese Transformationen-Klasse löst das Zeit-Frequenzunschärfe-Problem nicht.

ZEIT-FREQUENZANALYSE

Gleichzeitige Analyse im Zeit- und Frequenzbereich. Gemäß der Unschärferelation der Nachrichtentechnik s.u. ist die Präzision von Zeit-/und Frequenzmessung gegenläufig verkoppelt. Im englischen spricht man auch von JTFA - Joint-Time-Frequency-Analysis. Für die Zeit-Dimension hat sich die Bezeichnung "t" etabliert, für die Frequenz-Dimension "f". Daraus leitet sich "TFA" ab.

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Weiterführende Informationen zu einigen Themen erhalten Sie hier:

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