Aufgaben:Aufgabe 2.8: Unsymmetrischer Kanal: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:P_ID1038__Mod_A_2_8.png|right|frame|Äquivalentes Tiefpass–Signal <br>in der komplexen Ebene]]
Ein cosinusförmiges Quellensignal $q(t)$ mit der Amplitude $A_N$ und der Frequenz $f_N$ wird ZSB–amplitudenmoduliert, so dass für das modulierte Signal gilt:
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Ein cosinusförmiges Quellensignal &nbsp;$q(t)$&nbsp; mit der Amplitude &nbsp;$A_{\rm N}$&nbsp; und der Frequenz &nbsp;$f_{\rm N}$&nbsp; wird ZSB–amplitudenmoduliert,&nbsp; so dass für das modulierte Signal gilt:
$$ s(t) = ( q(t) + A_{\rm T}) \cdot \cos(2 \pi \cdot f_{\rm T} \cdot t ) \hspace{0.05cm}.$$
+
:$$ s(t) = \big[ q(t) + A_{\rm T}\big] \cdot \cos(2 \pi \cdot f_{\rm T} \cdot t ) \hspace{0.05cm}.$$
Der Übertragungskanal weist lineare Verzerrungen auf. Während sowohl das untere Seitenband als auch der Träger unverfälscht übertragen werden, wird das obere Seitenband (bei der OSB-Frequenz $f_T + f_N$) mit dem Dämpfungsfaktor $α_O = 0.25$ gewichtet.
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Der Übertragungskanal weist lineare Verzerrungen auf:
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*Während das untere Seitenband&nbsp; $($USB-Frequenz: &nbsp; &nbsp;$f_{\rm T} - f_{\rm N})$&nbsp; und auch der Träger unverfälscht übertragen werden,  
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*wird das obere Seitenband&nbsp; $($OSB-Frequenz: &nbsp; &nbsp;$f_{\rm T} + f_{\rm N})$&nbsp; mit dem Dämpfungsfaktor &nbsp;$α_{\rm O} = 0.25$&nbsp; gewichtet.
  
Die Grafik zeigt die Ortskurve, also die Darstellung des äquivalenten Tiefpass–Signals $r_TP(t)$ in der komplexen Ebene. Wertet man das Signal $r(t)$ mit einem idealen Hüllkurvendemodulator aus, so erhält man ein Sinkensignal $υ(t)$, das wie folgt angenähert werden kann:
 
$$v(t) = 2.424 \,{\rm V} \cdot \cos(\omega_{\rm N} \cdot t ) -0.148 \,{\rm V} \cdot \cos(2\omega_{\rm N} \cdot t )+ 0.056 \,{\rm V} \cdot \cos(3\omega_{\rm N} \cdot t )- ...$$
 
Für diese Messung wurde die Nachrichtenfrequenz $f_N = 2 kHz$ benutzt.
 
  
In der Teilaufgabe g) soll das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis (SNR) wie folgt berechnet werden:
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Die Grafik zeigt die Ortskurve,&nbsp; also die Darstellung des äquivalenten Tiefpass–Signals &nbsp;$r_{\rm TP}(t)$&nbsp; in der komplexen Ebene.
$$ \rho_{v } = \frac{P_{v 1}}{P_{\varepsilon }} \hspace{0.05cm}.$$
+
 
Hierbei bezeichnen $P_{υ1} = α^2 · P_q$ und $P_ε$ die „Leistungen” der beiden Signale:
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Wertet man das Signal &nbsp;$r(t)$&nbsp; mit einem idealen Hüllkurvendemodulator aus,&nbsp; so erhält man ein Sinkensignal &nbsp;$v(t)$,&nbsp; das wie folgt angenähert werden kann:
$$ v_1(t)  =  2.424 \,{\rm V} \cdot \cos(\omega_{\rm N} \cdot t )\hspace{0.05cm},$$
+
:$$v(t) = 2.424 \,{\rm V} \cdot \cos(\omega_{\rm N} \cdot t ) -0.148 \,{\rm V} \cdot \cos(2\omega_{\rm N} \cdot t )+ 0.056 \,{\rm V} \cdot \cos(3\omega_{\rm N} \cdot t )-\text{ ...}$$
$$ \varepsilon(t)  =  v(t) - v_1(t) \approx -0.148 \,{\rm V} \cdot \cos(2\omega_{\rm N} \cdot t )+ 0.056 \,{\rm V} \cdot \cos(3\omega_{\rm N} \cdot t ) \hspace{0.05cm}.$$
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Für diese Messung wurde die Nachrichtenfrequenz &nbsp;$f_{\rm N} = 2 \ \rm kHz$&nbsp; benutzt.
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In der Teilaufgabe&nbsp; '''(7)'''&nbsp; soll das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis&nbsp; $\rm (SNR)$&nbsp; wie folgt berechnet werden:
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:$$ \rho_{v } = \frac{P_{v 1}}{P_{\varepsilon }} \hspace{0.05cm}.$$
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Hierbei bezeichnen &nbsp;$P_{v1} = α^2 · P_q$&nbsp; und &nbsp;$P_ε$&nbsp; die „Leistungen” der beiden Signale:
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:$$ v_1(t)  =  2.424 \,{\rm V} \cdot \cos(\omega_{\rm N} \cdot t )\hspace{0.05cm},$$
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:$$ \varepsilon(t)  =  v(t) - v_1(t) \approx -0.148 \,{\rm V} \cdot \cos(2\omega_{\rm N} \cdot t )+ 0.056 \,{\rm V} \cdot \cos(3\omega_{\rm N} \cdot t ) \hspace{0.05cm}.$$
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Hinweise:
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*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel&nbsp; [[Modulationsverfahren/Hüllkurvendemodulation|Hüllkurvendemodulation]].
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*Bezug genommen wird insbesondere auf das Kapitel&nbsp;  [[Modulationsverfahren/Hüllkurvendemodulation#Beschreibung_mit_Hilfe_des_.C3.A4quivalenten_Tiefpass.E2.80.93Signals|Beschreibung mit Hilfe des äquivalenten Tiefpass-Signals]].
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'''Hinweis:''' Diese Aufgabe bezieht sich auf die theoretischen Grundlagen von [http://www.lntwww.de/Modulationsverfahren/H%C3%BCllkurvendemodulation Kapitel 2.3].
 
  
 
===Fragebogen===
 
===Fragebogen===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Multiple-Choice Frage
 
|type="[]"}
 
- Falsch
 
+ Richtig
 
  
 +
{Geben Sie das Tiefpass-Signal &nbsp;$r_{\rm TP}(t)$&nbsp; in analytischer Form an.&nbsp; Welcher Wert ergibt sich für die Zeit  &nbsp;$t = 0$?
 +
|type="{}"}
 +
$r_{\rm TP}(t=0) \ = \ $ { 15 3% } $\ \rm V$
  
{Input-Box Frage
+
{Wie lauten die Amplitudenwerte &nbsp;$A_{\rm T}$&nbsp; und &nbsp;$A_{\rm N}$?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$\alpha$ = { 0.3 }
+
$A_{\rm T} \ = \ $ { 10 3% } $\ \rm V$  
 +
$A_{\rm N} \ = \ $ { 8 3% } $\ \rm V$
  
 +
{Es gelte &nbsp;$f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline{= 2 \ \rm kHz}$.&nbsp; Zu welcher Zeit &nbsp;$t_1$&nbsp; wird der Startpunkt&nbsp; '''(1)'''&nbsp; zum ersten Mal nach &nbsp;$t = 0$&nbsp; wieder erreicht?
 +
|type="{}"}
 +
$t_1 \ = \ $ { 0.5 3% } $\ \rm ms$
  
 +
{Zu welchem Zeitpunkt &nbsp;$t_2$&nbsp; wird der Ellipsenpunkt&nbsp; '''(2)'''&nbsp; mit dem Wert &nbsp;$\rm j · 3\ V$&nbsp; zum ersten Mal erreicht?
 +
|type="{}"}
 +
$t_2 \ = \ $ { 0.375 3% } $\ \rm ms$
 +
 +
{Berechnen Sie die Betragsfunktion&nbsp; ("Hüllkurve")  &nbsp;$a(t)$&nbsp; und die Phasenfunktion &nbsp;$ϕ(t)$&nbsp; für diesen Zeitpunkt &nbsp;$t_2$.
 +
|type="{}"}
 +
$a(t = t_2) \ = \ $ { 10.44 3% } $\ \rm V$
 +
$ϕ(t = t_2)\ = \ $ { 16.7 3% } $\ \rm Grad$
  
 +
{Berechnen Sie den Klirrfaktor &nbsp;$K$&nbsp; für &nbsp;$f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline{= 2 \ \rm kHz}$.
 +
|type="{}"}
 +
$K \ = \ $ { 6.6 3% } $\ \text{%}$
 +
 +
{Berechnen Sie für &nbsp;$f_{\rm N}\hspace{0.15cm}\underline{ = 2 \ \rm kHz}$&nbsp; das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis &nbsp;$\rm (SNR)$&nbsp;  gemäß der angegebenen Definition.
 +
|type="{}"}
 +
$ρ_v \ = \ $ { 230 3% }
 +
 +
{ Welcher Klirrfaktor &nbsp;$K$&nbsp; ergibt sich bei ansonsten gleichen Bedingungen mit der Nachrichtenfrequenz &nbsp;$f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline{= 4 \ \rm kHz}$?
 +
|type="{}"}
 +
$K \ = \ $ { 6.6 3% } $\ \text{%}$
 
</quiz>
 
</quiz>
  
 
===Musterlösung===
 
===Musterlösung===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''1.'''
+
'''(1)'''&nbsp;  Bei cosinusförmigem Quellensignal und Dämpfung des oberen Seitenbandes gilt:
'''2.'''
+
:$$ r_{\rm TP}(t) = A_{\rm T} + \frac{A_{\rm N}}{2} \cdot \alpha_{\rm O} \cdot{\rm e}^{{\rm j} \cdot \hspace{0.03cm}\omega_{\rm N}\cdot t} + \frac{A_{\rm N}}{2} \cdot{\rm e}^{-{\rm j} \cdot \hspace{0.03cm}\omega_{\rm N}\cdot t}\hspace{0.05cm}.$$
'''3.'''
+
*Zum Zeitpunkt&nbsp; $t = 0$&nbsp; zeigen alle Vektoren in Richtung der reellen Achse.  
'''4.'''
+
*Somit kann aus der Grafik auf der Angabenseite&nbsp; $r_{\rm TP}(t = 0)\hspace{0.15cm}\underline { = 15 \ \rm V}$&nbsp; abgelesen werden.
'''5.'''
+
 
'''6.'''
+
 
'''7.'''
+
 
 +
 
 +
'''(2)'''&nbsp;  Die Trägeramplitude ist durch den Ellipsenmittelpunkt festgelegt:&nbsp; $A_{\rm T}\hspace{0.15cm}\underline { = 10 \ \rm V}$.
 +
*Aus der in der ersten Teilaufgabe angegebenen Gleichung kann somit auch die Amplitude&nbsp; $A_{\rm N}$&nbsp; berechnet werden:
 +
:$$ \frac{A_{\rm N}}{2} \cdot ( 1+ \alpha_0) = r_{\rm TP}(t= 0) - A_{\rm T} = 5 \,{\rm V}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}A_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline {= 8 \,{\rm V}} \hspace{0.05cm}.$$
 +
*Zur Kontrolle kann der in der Grafik markierte Punkt&nbsp; '''(2)'''&nbsp; herangezogen werden:
 +
:$$\frac{A_{\rm N}}{2} \cdot ( 1- \alpha_0) = 3 \,{\rm V}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}A_{\rm N} = 8 \,{\rm V} \hspace{0.05cm}.$$
 +
 
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 +
 
 +
'''(3)'''&nbsp;  Die für einen Umlauf benötigte Zeit&nbsp; $t_1$&nbsp; ist gleich der Periodendauer des Quellensignals,&nbsp; also
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:$$t_1= 1/f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline {=0.5 \ \rm ms}.$$
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'''(4)'''&nbsp;  Da das USB größer ist als das OSB,&nbsp; bewegt sich die Spitze des Zeigerverbundes auf der Ellipse im Uhrzeigersinn.  
 +
*Der Punkt&nbsp; '''(2)'''&nbsp; wird zum Zeitpunkt&nbsp; $t_2 = 3/4 · t_1\hspace{0.15cm}\underline { = 0.375 \ \rm ms}$&nbsp; zum ersten Mal erreicht.
 +
 
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 +
 
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[[Datei:P_ID1039__Mod_A_2_8_e.png|right|frame|Zur Berechnung von&nbsp; $t_2$&nbsp; und&nbsp; $t_3$]]
 +
'''(5)'''&nbsp;  Die Zeigerlänge zur Zeit&nbsp; $t_2$&nbsp; kann mit dem&nbsp; [https://de.wikipedia.org/wiki/Satz_des_Pythagoras Satz von Pythagoras]&nbsp; bestimmt werden:
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:$$ a(t = t_2) = \sqrt{(10 \,{\rm V})^2 + (3 \,{\rm V})^2}\hspace{0.15cm}\underline { = 10.44 \,{\rm V}}\hspace{0.05cm}.$$
 +
*Für die Phasenfunktion gilt:
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:$$\phi(t = t_2) = {\rm arctan} \frac{3 \,{\rm V}}{10 \,{\rm V}} \hspace{0.15cm}\underline {= 16.7^{\circ}}\hspace{0.05cm}.$$
 +
*Die maximale Phase&nbsp; $ϕ_{\rm max}$&nbsp; ist geringfügig größer.&nbsp; Sie tritt (mit positivem Vorzeichen) zum Zeitpunkt&nbsp; $t_3 < t_2$&nbsp; dann auf, wenn eine Gerade vom Koordinatenursprung die Ellipse tangiert.
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*Durch Aufstellen der Ellipsengleichung kann dieser Punkt&nbsp; $(x_3$,&nbsp; $y_3)$&nbsp; analytisch exakt berechnet werden.
 +
*Daraus würde für die maximale Phase gelten:&nbsp; $\phi_{\rm max} = {\rm arctan} \ {y_3}/{x_3} \hspace{0.05cm}.$
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 +
 
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'''(6)'''&nbsp;  Die Klirrfaktoren zweiter und dritter Ordnung können aus der angegebenen Gleichung für&nbsp; $v(t)$&nbsp;  ermittelt werden und  lauten&nbsp; $($gültig für $f_{\rm N} = 2 \ \rm kHz)$:
 +
:$$ K_2 = \frac{0.148 \,{\rm V}}{2.424 \,{\rm V}} = 0.061, \hspace{0.3cm} K_3 = \frac{0.056 \,{\rm V}}{2.424 \,{\rm V}} = 0.023 \hspace{0.05cm}.$$
 +
*Damit erhält man für den Gesamtklirrfaktor:
 +
:$$K = \sqrt{K_2^2 + K_3^2 }\hspace{0.15cm}\underline { \approx 6.6 \%}.$$
 +
 
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 +
 
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'''(7)'''&nbsp;  Für die Leistungen von Nutz– und Störsignal erhält man:
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:$$ P_{v 1} = \frac{(2.424 \,{\rm V})^2}{2} = 2.94 \,{\rm V}^2\hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm} P_{\varepsilon} = \frac{(-0.148 \,{\rm V})^2}{2} + \frac{(0.056 \,{\rm V})^2}{2}= 0.0125 \,{\rm V}^2\hspace{0.05cm}$$
 +
*Damit ergibt sich für das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis&nbsp; $\rm (SNR)$:
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:$$\rho_{v} = \frac{P_{v 1}}{P_{\varepsilon }}= \frac{(2.94 \,{\rm V})^2}{0.0125 \,{\rm V}^2} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 230} = \frac{1}{K^2} \hspace{0.05cm}.$$
 +
*Würde man dagegen die Amplitudenverfälschung ebenfalls dem Fehlersignal zuweisen,&nbsp; so käme man zu einem deutlich kleineren&nbsp; $\rm SNR$.&nbsp; &nbsp;
 +
*Mit $P_q = A_{\rm N}^2/2 = 8 \ \rm V^2$&nbsp; und&nbsp; $P_{\varepsilon}\hspace{0.02cm}' = \overline{(v(t)-q(t))^2} = {1}/{2}\cdot ( 4 \,{\rm V} - 2.424 \,{\rm V})^2 + P_{\varepsilon}= 1.254 \,{\rm V}^2$&nbsp; würde man dann erhalten:
 +
:$$\rho_{v }\hspace{0.02cm}' = \frac{8 \,{\rm V}^2}{1.254 \,{\rm V}^2} \approx 6.4\hspace{0.05cm}.$$
 +
 
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'''(8)'''&nbsp;  Alle Berechnungen gelten unabhängig von der Nachrichtenfrequenz&nbsp; $f_{\rm N}$,&nbsp; wenn der Dämpfungsfaktor des OSB weiterhin&nbsp; $α_{\rm O} = 0.25$&nbsp; beträgt.
 +
*Damit erhält man auch für&nbsp; $f_{\rm N} = 4 \ \rm kHz$&nbsp; den gleichen Klirrfaktor&nbsp; $K\hspace{0.15cm}\underline { \approx 6.6 \%}$.
 
{{ML-Fuß}}
 
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Aktuelle Version vom 15. Februar 2022, 15:17 Uhr

Äquivalentes Tiefpass–Signal
in der komplexen Ebene

Ein cosinusförmiges Quellensignal  $q(t)$  mit der Amplitude  $A_{\rm N}$  und der Frequenz  $f_{\rm N}$  wird ZSB–amplitudenmoduliert,  so dass für das modulierte Signal gilt:

$$ s(t) = \big[ q(t) + A_{\rm T}\big] \cdot \cos(2 \pi \cdot f_{\rm T} \cdot t ) \hspace{0.05cm}.$$

Der Übertragungskanal weist lineare Verzerrungen auf:

  • Während das untere Seitenband  $($USB-Frequenz:    $f_{\rm T} - f_{\rm N})$  und auch der Träger unverfälscht übertragen werden,
  • wird das obere Seitenband  $($OSB-Frequenz:    $f_{\rm T} + f_{\rm N})$  mit dem Dämpfungsfaktor  $α_{\rm O} = 0.25$  gewichtet.


Die Grafik zeigt die Ortskurve,  also die Darstellung des äquivalenten Tiefpass–Signals  $r_{\rm TP}(t)$  in der komplexen Ebene.

Wertet man das Signal  $r(t)$  mit einem idealen Hüllkurvendemodulator aus,  so erhält man ein Sinkensignal  $v(t)$,  das wie folgt angenähert werden kann:

$$v(t) = 2.424 \,{\rm V} \cdot \cos(\omega_{\rm N} \cdot t ) -0.148 \,{\rm V} \cdot \cos(2\omega_{\rm N} \cdot t )+ 0.056 \,{\rm V} \cdot \cos(3\omega_{\rm N} \cdot t )-\text{ ...}$$

Für diese Messung wurde die Nachrichtenfrequenz  $f_{\rm N} = 2 \ \rm kHz$  benutzt.

In der Teilaufgabe  (7)  soll das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis  $\rm (SNR)$  wie folgt berechnet werden:

$$ \rho_{v } = \frac{P_{v 1}}{P_{\varepsilon }} \hspace{0.05cm}.$$

Hierbei bezeichnen  $P_{v1} = α^2 · P_q$  und  $P_ε$  die „Leistungen” der beiden Signale:

$$ v_1(t) = 2.424 \,{\rm V} \cdot \cos(\omega_{\rm N} \cdot t )\hspace{0.05cm},$$
$$ \varepsilon(t) = v(t) - v_1(t) \approx -0.148 \,{\rm V} \cdot \cos(2\omega_{\rm N} \cdot t )+ 0.056 \,{\rm V} \cdot \cos(3\omega_{\rm N} \cdot t ) \hspace{0.05cm}.$$




Hinweise:



Fragebogen

1

Geben Sie das Tiefpass-Signal  $r_{\rm TP}(t)$  in analytischer Form an.  Welcher Wert ergibt sich für die Zeit  $t = 0$?

$r_{\rm TP}(t=0) \ = \ $

$\ \rm V$

2

Wie lauten die Amplitudenwerte  $A_{\rm T}$  und  $A_{\rm N}$?

$A_{\rm T} \ = \ $

$\ \rm V$
$A_{\rm N} \ = \ $

$\ \rm V$

3

Es gelte  $f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline{= 2 \ \rm kHz}$.  Zu welcher Zeit  $t_1$  wird der Startpunkt  (1)  zum ersten Mal nach  $t = 0$  wieder erreicht?

$t_1 \ = \ $

$\ \rm ms$

4

Zu welchem Zeitpunkt  $t_2$  wird der Ellipsenpunkt  (2)  mit dem Wert  $\rm j · 3\ V$  zum ersten Mal erreicht?

$t_2 \ = \ $

$\ \rm ms$

5

Berechnen Sie die Betragsfunktion  ("Hüllkurve")  $a(t)$  und die Phasenfunktion  $ϕ(t)$  für diesen Zeitpunkt  $t_2$.

$a(t = t_2) \ = \ $

$\ \rm V$
$ϕ(t = t_2)\ = \ $

$\ \rm Grad$

6

Berechnen Sie den Klirrfaktor  $K$  für  $f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline{= 2 \ \rm kHz}$.

$K \ = \ $

$\ \text{%}$

7

Berechnen Sie für  $f_{\rm N}\hspace{0.15cm}\underline{ = 2 \ \rm kHz}$  das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis  $\rm (SNR)$  gemäß der angegebenen Definition.

$ρ_v \ = \ $

8

Welcher Klirrfaktor  $K$  ergibt sich bei ansonsten gleichen Bedingungen mit der Nachrichtenfrequenz  $f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline{= 4 \ \rm kHz}$?

$K \ = \ $

$\ \text{%}$


Musterlösung

(1)  Bei cosinusförmigem Quellensignal und Dämpfung des oberen Seitenbandes gilt:

$$ r_{\rm TP}(t) = A_{\rm T} + \frac{A_{\rm N}}{2} \cdot \alpha_{\rm O} \cdot{\rm e}^{{\rm j} \cdot \hspace{0.03cm}\omega_{\rm N}\cdot t} + \frac{A_{\rm N}}{2} \cdot{\rm e}^{-{\rm j} \cdot \hspace{0.03cm}\omega_{\rm N}\cdot t}\hspace{0.05cm}.$$
  • Zum Zeitpunkt  $t = 0$  zeigen alle Vektoren in Richtung der reellen Achse.
  • Somit kann aus der Grafik auf der Angabenseite  $r_{\rm TP}(t = 0)\hspace{0.15cm}\underline { = 15 \ \rm V}$  abgelesen werden.



(2)  Die Trägeramplitude ist durch den Ellipsenmittelpunkt festgelegt:  $A_{\rm T}\hspace{0.15cm}\underline { = 10 \ \rm V}$.

  • Aus der in der ersten Teilaufgabe angegebenen Gleichung kann somit auch die Amplitude  $A_{\rm N}$  berechnet werden:
$$ \frac{A_{\rm N}}{2} \cdot ( 1+ \alpha_0) = r_{\rm TP}(t= 0) - A_{\rm T} = 5 \,{\rm V}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}A_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline {= 8 \,{\rm V}} \hspace{0.05cm}.$$
  • Zur Kontrolle kann der in der Grafik markierte Punkt  (2)  herangezogen werden:
$$\frac{A_{\rm N}}{2} \cdot ( 1- \alpha_0) = 3 \,{\rm V}\hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}A_{\rm N} = 8 \,{\rm V} \hspace{0.05cm}.$$


(3)  Die für einen Umlauf benötigte Zeit  $t_1$  ist gleich der Periodendauer des Quellensignals,  also

$$t_1= 1/f_{\rm N} \hspace{0.15cm}\underline {=0.5 \ \rm ms}.$$


(4)  Da das USB größer ist als das OSB,  bewegt sich die Spitze des Zeigerverbundes auf der Ellipse im Uhrzeigersinn.

  • Der Punkt  (2)  wird zum Zeitpunkt  $t_2 = 3/4 · t_1\hspace{0.15cm}\underline { = 0.375 \ \rm ms}$  zum ersten Mal erreicht.


Zur Berechnung von  $t_2$  und  $t_3$

(5)  Die Zeigerlänge zur Zeit  $t_2$  kann mit dem  Satz von Pythagoras  bestimmt werden:

$$ a(t = t_2) = \sqrt{(10 \,{\rm V})^2 + (3 \,{\rm V})^2}\hspace{0.15cm}\underline { = 10.44 \,{\rm V}}\hspace{0.05cm}.$$
  • Für die Phasenfunktion gilt:
$$\phi(t = t_2) = {\rm arctan} \frac{3 \,{\rm V}}{10 \,{\rm V}} \hspace{0.15cm}\underline {= 16.7^{\circ}}\hspace{0.05cm}.$$
  • Die maximale Phase  $ϕ_{\rm max}$  ist geringfügig größer.  Sie tritt (mit positivem Vorzeichen) zum Zeitpunkt  $t_3 < t_2$  dann auf, wenn eine Gerade vom Koordinatenursprung die Ellipse tangiert.
  • Durch Aufstellen der Ellipsengleichung kann dieser Punkt  $(x_3$,  $y_3)$  analytisch exakt berechnet werden.
  • Daraus würde für die maximale Phase gelten:  $\phi_{\rm max} = {\rm arctan} \ {y_3}/{x_3} \hspace{0.05cm}.$


(6)  Die Klirrfaktoren zweiter und dritter Ordnung können aus der angegebenen Gleichung für  $v(t)$  ermittelt werden und lauten  $($gültig für $f_{\rm N} = 2 \ \rm kHz)$:

$$ K_2 = \frac{0.148 \,{\rm V}}{2.424 \,{\rm V}} = 0.061, \hspace{0.3cm} K_3 = \frac{0.056 \,{\rm V}}{2.424 \,{\rm V}} = 0.023 \hspace{0.05cm}.$$
  • Damit erhält man für den Gesamtklirrfaktor:
$$K = \sqrt{K_2^2 + K_3^2 }\hspace{0.15cm}\underline { \approx 6.6 \%}.$$


(7)  Für die Leistungen von Nutz– und Störsignal erhält man:

$$ P_{v 1} = \frac{(2.424 \,{\rm V})^2}{2} = 2.94 \,{\rm V}^2\hspace{0.05cm},\hspace{0.3cm} P_{\varepsilon} = \frac{(-0.148 \,{\rm V})^2}{2} + \frac{(0.056 \,{\rm V})^2}{2}= 0.0125 \,{\rm V}^2\hspace{0.05cm}$$
  • Damit ergibt sich für das Signal–zu–Stör–Leistungsverhältnis  $\rm (SNR)$:
$$\rho_{v} = \frac{P_{v 1}}{P_{\varepsilon }}= \frac{(2.94 \,{\rm V})^2}{0.0125 \,{\rm V}^2} \hspace{0.15cm}\underline {\approx 230} = \frac{1}{K^2} \hspace{0.05cm}.$$
  • Würde man dagegen die Amplitudenverfälschung ebenfalls dem Fehlersignal zuweisen,  so käme man zu einem deutlich kleineren  $\rm SNR$.   
  • Mit $P_q = A_{\rm N}^2/2 = 8 \ \rm V^2$  und  $P_{\varepsilon}\hspace{0.02cm}' = \overline{(v(t)-q(t))^2} = {1}/{2}\cdot ( 4 \,{\rm V} - 2.424 \,{\rm V})^2 + P_{\varepsilon}= 1.254 \,{\rm V}^2$  würde man dann erhalten:
$$\rho_{v }\hspace{0.02cm}' = \frac{8 \,{\rm V}^2}{1.254 \,{\rm V}^2} \approx 6.4\hspace{0.05cm}.$$


(8)  Alle Berechnungen gelten unabhängig von der Nachrichtenfrequenz  $f_{\rm N}$,  wenn der Dämpfungsfaktor des OSB weiterhin  $α_{\rm O} = 0.25$  beträgt.

  • Damit erhält man auch für  $f_{\rm N} = 4 \ \rm kHz$  den gleichen Klirrfaktor  $K\hspace{0.15cm}\underline { \approx 6.6 \%}$.