Digitala överföringsmetoder

Navigeringshjälp

Den här navigeringshjälpen visar de första stegen för att använda presentationen. Du kan hoppa över den med ⟶ (högerpil).

Navigering

Du kan bläddra mellan bilder och avsnitt med piltangenterna på datorn.

Pil ned och upp: nästa / föregående bild
Pil höger och vänster: nästa / föregående avsnitt
Blanksteg eller ”n”: visa elementen på bilden ett i taget eller gå till nästa bild
Skift-blanksteg eller ”p”: dölj elementen baklänges eller gå till föregående bild

Fler funktioner

Med några kortkommandon kommer du åt fler funktioner. De viktigaste är:

F1: Help / hjälp
o: Overview / översikt över alla bilder
s: Speaker View / talarvy
f: Full Screen / helskärmsläge
b: Break, Black, Pause / dölj presentationen
Alt-klick: Zooma in på eller ut från bilden

Översikt

Presentationen är tvådimensionell: kolumnerna är kapitlets avsnitt och raderna är bilderna i respektive avsnitt.

Skriver du ett ”o” får du en översikt över alla bilder i presentationen. Det hjälper dig att få en överblick eller hitta tillbaka om du känner att du ”gått vilse”. Navigera med piltangenterna.

Klicka på en bild för att visa den.

Talarvy

Skriver du ett ”s” öppnas ett nytt fönster, talarvyn.

Under ”Layout” kan du välja mellan olika placeringar av elementen.

Talarvyn innehåller följande:

Till vänster syns den aktuella bilden
Uppe till höger syns nästa bild
I mitten till höger finns hjälpmedel för tidsplaneringen
Nere till höger finns ”anteckningar för talaren”
Längst ned finns navigeringspilarna

Praktiska tips för talarvyn

Om du använder en projektor ställer du in operativsystemet på två skärmar: talarvyn visas då till exempel på laptopen medan deltagarna ser presentationen.
Vid en onlinepresentation delar du webbläsarfliken och navigerar i fönstret ”Speaker View”.
Talarvyn gäller alltid ett kapitel. I slutet av kapitlet måste den stängas för att kunna öppna en ny talarvy i nästa kapitel.
För att markera något med muspekaren eller använda zoom måste du byta till det fönster där presentationen visas.

Helskärm

Skriver du ett ”f” visas den aktuella bilden i helskärm. Med ”Esc” lämnar du helskärmsläget.

Det är särskilt praktiskt för skärmen som visar presentationen för publiken.

Dölj

Skriver du ett ”b” döljs presentationen.

Du visar den igen på något av följande sätt:

Klicka i fönstret.
Tryck på ”b” igen.
Klicka på knappen ”Resume presentation”.

Zoom

Håller du ned Alt-tangenten och klickar i presentationen zoomas den delen in. Det är praktiskt för att lyfta fram detaljer i kopplingar. Ett nytt klick tillsammans med Alt zoomar ut igen.

Zoomen fungerar bara i det valda fönstret. Talarvyn är inte synkroniserad med presentationsvyn när det gäller zoom.

Binära tal

Decimalsystemet

Människor är vana vid att använda de tio siffrorna från $\num{0}$ till $\num{9}$
Man talar om ett tiosystem eller decimalsystem

Binärsystemet

För datorer är det däremot enklare att arbeta med bara 2 siffror: $\num{0}$ och $\num{1}$
Det motsvarar två tillstånd: till exempel avstängd och påslagen eller också $\qty{0}{\volt}$ och $\qty{5}{\volt}$

Med en bit är två värden möjliga ($\num{0}$ och $\num{1}$)
Med två bitar redan fyra ($\num{00}$, $\num{01}$, $\num{10}$ och $\num{11}$) och med varje ytterligare bit dubbelt så många
Matematiskt uttryckt: med $n$ bitar kan $2^n$ olika tal representeras

Omvandling

Binära tal till decimala tal med $\num{10001110}$ som exempel

Tabell UPPGRADERINGS-12.1.1: Positionsvärden för det åttasiffriga binära talet $\num{10001110}$

$2^7$	$2^6$	$2^5$	$2^4$	$2^3$	$2^2$	$2^1$	$2^0$
$\num{128}$	$\num{64}$	$\num{32}$	$\num{16}$	$\num{8}$	$\num{4}$	$\num{2}$	$\num{1}$
$\num{1}$	$\num{0}$	$\num{0}$	$\num{0}$	$\num{1}$	$\num{1}$	$\num{1}$	$\num{0}$

$$128 + 8 + 4 + 2 = 142$$

Digimodes i SSB, SSTV och ATV

Bandbredd hos digimodes

Till skillnad från tal kräver många digimodes mindre bandbredd
T. ex. BPSK31 med $\qty{31,25}{\hertz}$ eller FT8 med $\qty{50}{\hertz}$
De skapade tonerna moduleras i SSB
Den utsända signalens bandbredd förblir densamma

Mottagning av digimodes

Vid SSB-mottagning kan flera smalbandiga digimodes tas emot inom den vanliga bandbredden på $\qty{2,4}{\kilo\hertz}$
FT8: $\frac{\qty{2400}{\hertz}}{\qty{50}{\hertz}}$ = max. $\num{48}$ signaler
BPSK31: $\frac{\qty{2400}{\hertz}}{\qty{31,25}{\hertz}}$ = max. $\num{76}$ signaler
På datorn väljs sedan önskad digimode-signal ut

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Ett diagram med märkningen — Figur UPPGRADERINGS-12.2.1: Vattenfallsdiagram från mottagning av flera digimode-signaler inom SSB-bandbredden på $\qty{2,4}{\kilo\hertz}$. Varje kolumn är överföringen av en annan signal

SSTV

Slow-Scan Television är överföring av stillbilder med hjälp av digimodes
Bilder överförs rad för rad
Olika metoder med olika upplösning och överföringshastighet
Bandbredd under $\qty{3}{\kilo\hertz}$ och användbart på kortvågsbanden

ATV

Amateur Television är överföring av rörliga bilder
Kräver flera MHz bandbredd ($\qty{6}{\mega\hertz}$ och mer)
Därför bara användbart från $\qty{70}{\centi\meter}$-bandet och uppåt

9600-porten (DATA)

För att kringgå filter har vissa FM-radioapparater en separat port för digimodes
Den är ofta märkt DATA eller 9600
9600 motsvarar datahastigheten i baud ($\unit{\baud}$) som kan överföras med den
Där ansluts direkt datorns TNC (Terminal Node Controller)
I dag ofta utförd direkt som USB-anslutning

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

1. Kort sammanfattning: Baksida av en elektronisk apparat (modell FT-710) med många anslutningar, centralt fläktgaller och ansluten DC-strömkabel.

2. Detaljerad beskrivning: Apparaten står på ett ljust bord; i mitten finns en stor, rund fläkt fastsatt med fyra skruvar, med metallskyddsgaller och synlig dekal ”Brushless Fan”. Till vänster finns flera uttag och texter: överst ”TUNER/LINEAR” vid ett runt flerpoligt Mini-DIN-uttag, därunder ”GND” vid en jordbult med rändelmutter, bredvid ”Y ANT” vid ett stort koaxialt SO-239-uttag. I den nedre vänstra raden står klinkuttag och Mini-DIN-uttag bredvid varandra, märkta ”EXT SPKR”, ”REM/ALC”, ”KEY” och ”RTTY/DATA”. Till höger om fläkten sitter en vit typskylt med texten ”FT-710”, tillverkar- och godkännandemärken samt ett serienummer. Längst upp till höger syns ”DC IN” med en vit kontakt i vilken röda och svarta strömkablar är instuckna. Nere till höger finns området ”EXT-DISPLAY” med flera gränssnitt: två USB-anslutningar (till vänster en kvadratisk typ B, bredvid en rektangulär typ A), en liten gängad koaxialanslutning och en vit DVI-anslutning med två fästskruvar. Bakgrunden är oskarp och visar en ljus omgivning. — Figur UPPGRADERINGS-12.3.1: Radio med DATA-port

Både sändning och mottagning sker utan LF-filter och LF-slutsteg
FM-modulatorn eller FM-demodulatorn adresseras direkt
Signalerna förvrängs inte

1) Kort beskrivning: Blockschema med signalflöde från vänster till höger: LF-källa, LF-förstärkare, LF-filter, FM-modulator, blandare med VFO underifrån, HF-filter, HF-förstärkare, HF-filter, antenn; vertikala linjer efter LF-förstärkaren (”1”), efter LF-filtret (”2”), efter FM-modulatorn (”3”) och efter blandaren (”4”).

2) Utförlig beskrivning: Visat är ett blockschema av flera block förbundna med en horisontell linje. Längst till vänster finns en omärkt cirkel med ett vertikalt streck på vänster sida. Till höger följer ett block med en triangel som pekar åt höger, märkt ”NF” (LF-förstärkare). Därefter följer ett block märkt ”NF” med tre vågformade linjer, varav den övre och den nedre är överstrukna (LF-filter). Bredvid finns ett block med en vågformad linje och märkt ”FM”, som har rubriken ”Modulator”. Därefter följer ett block med en cirkel med ett diagonalt kors (blandare). Underifrån finns en vertikal förbindelse från ett block märkt ”VFO” med texten ”G”, tre vågformade linjer och en liten rektangel med en linje över och en under (oscillator). Till höger om blandaren står ett block märkt ”HF” med tre vågformade linjer, varav den övre och den nedre är överstrukna (HF-filter). Därefter följer ännu ett block med en triangel som pekar åt höger (HF-förstärkare). Till höger därom finns ytterligare ett block märkt ”HF” med tre vågformade linjer, varav den övre och den nedre är överstrukna (HF-filter). Från dess utgång leder ledaren åt höger uppåt till en antennsymbol (V-formad symbol). Efter LF-förstärkaren finns en vertikal streckad linje märkt ”1”. Efter LF-filtret finns en andra linje med ”2”, efter FM-modulatorn en tredje linje med ”3” och efter blandaren en fjärde linje med ”4”. — Figur UPPGRADERINGS-12.3.2: FM-sändare där $\qty{9600}{\baud}$-datasignalen tillförs i punkt 2

1) Kort beskrivning: Blockschema med signalflöde från vänster till höger: antenn, HF-förstärkare, blandare med VFO underifrån, MF-filter, FM-demodulator, LF-filter, LF-förstärkare, högtalare; vertikala linjer efter HF-förstärkaren (”1”), efter blandaren (”2”), efter MF-filtret (”3”) och efter FM-demodulatorn (”4”).

2) Utförlig beskrivning: Visat är ett blockschema av flera block förbundna med en horisontell linje. Längst upp till vänster finns en antennsymbol (V-formad symbol). Därefter följer ett block märkt ”HF” med en triangel som pekar åt höger (HF-förstärkare). Sedan följer ett block med en cirkel med ett diagonalt kors (blandare). Underifrån finns en vertikal förbindelse från ett block märkt ”VFO” med texten ”G”, tre vågformade linjer och en liten rektangel med en linje över och en under (oscillator). Därefter följer ett block märkt ”ZF” med tre vågformade linjer, varav den övre och den nedre är överstrukna (MF-filter). Bredvid finns ett block med en vågformad linje och märkt ”FM”, som har rubriken ”Demodulator” (FM-demodulator). Till höger därom står ett block märkt ”NF” med tre vågformade linjer, varav den övre och den nedre är överstrukna (LF-filter). Sedan följer ett block med en triangel som pekar åt höger, märkt ”NF” (LF-förstärkare). Längst till höger är symbolen för en högtalare ritad. Efter HF-förstärkaren finns en vertikal streckad linje märkt ”1”. Efter blandaren finns en andra linje med ”2”, efter MF-filtret en tredje linje med ”3” och efter FM-demodulatorn en fjärde linje med ”4”. — Figur UPPGRADERINGS-12.3.3: FM-mottagare där $\qty{9600}{\baud}$-datasignalen tas ut i punkt 4

Användes förr för packet radio
I dag för moderna och fria moder som M17

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

1) Sammanfattning: Ett grönt kretskort med 1,3-tums OLED-display, flera knappar, en vridgivare och olika kontakter, fotograferat snett på ett ljust underlag.

2) Detaljerad beskrivning: Det rektangulära kretskortet har överst en stor text ”M17” samt ytterligare märkning som ”OPN” och ”Module 1.7”. Upptill i mitten sitter ett 9-poligt D-Sub-uttag; uppe till höger finns ett svart strömuttag för DC-kontakt, bredvid flera SMD-komponenter. I mitten syns en påskruvad modul med blå ram och texten ”1.3 inch OLED Module (C)”, ansluten via en stiftlist. Under displayen ligger fem runda knappar i två rader, märkta ”Left”, ”Right”, ”Up”, ”Down” och ”Select”. Nere till vänster sticker metallaxeln på en blå vridgivare (encoder) ut ur kortet. Över ytan finns integrerade kretsar, motstånd, kondensatorer, en liten skjutomkopplare, obestyckade lödplatser och stiftlistplatser samt fyra monteringshål i hörnen. Kortet ligger fritt på ett lätt strukturerat, ljust underlag som kastar mjuka skuggor. — Figur UPPGRADERINGS-12.3.4: Modulen M17, en TNC för överföringsmetoden M17

Överstyrning vid digimodes

För stark ljudsignal på sändarens ingång $\rightarrow$ övertoner
Till vänster i gult den önskade signalen
Till höger om den de oönskade övertonerna

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Tomt koordinatdiagram med tidsaxel till vänster och frekvensaxel nedtill, endast axlar och märkningar, utan inritade data.
2) Detaljerad beskrivning: Till vänster löper en lodrät axel med tre märkningar: överst ”0 s”, i mitten ”6,5 s” och nederst ”13 s”. Nedtill löper en vågrät axel med tre märkningar: till vänster ”f_t + 1 kHz”, i mitten ”f_t + 5 kHz” och till höger ”f_t + 9 kHz”. Båda axlarna är ritade som tunna linjer med korta skalstreck. Diagrammets inre är tomt; inga kurvor, staplar, punkter, symboler eller andra textelement syns. Bakgrunden är enfärgad och ljus. — Figur UPPGRADERINGS-12.4.1: En överstyrd FT8-signal, längst till vänster den önskade, till höger om den de oönskade övertonerna

Distorsion genom överstyrning kan också uppstå i sändarförstärkaren
För att förhindra det har många radioapparater en automatisk nivåreglering (engelska: Automatic Level Control, ALC) $\rightarrow$ drar automatiskt ner förstärkningen
Vid digitala överföringsmetoder kan ALC dock leda till problem
Signalen kan beroende på volym eller frekvens få ALC att lösa ut olika kraftigt vid olika tidpunkter $\rightarrow$ amplituden förändras oönskat

ALC-problem beror på olika faktorer
Överföringsmetod
ALC:s implementering i transceivern (reaktions- och hålltid)
ALC-visningen i transceivern
$\rightarrow$ ingriper inte ALC skapar den inga problem

Automatiska mottagningsrapporter

Anropssignaler som tagits emot med digimodes kan skickas till internetplattformar
Dessa kan visas på en karta med mottaget band
För att testa de egna utbredningsförhållandena

WSPR

Weak Signal Propagation Reporter Network
QRP-digimode som utvecklats enbart för att testa de egna utbredningsförhållandena
Inget tvåvägs-QSO är möjligt
Mycket långsam överföring med hög felkorrigering
1 minut sändning, flera minuters mottagning
Resultaten skickas till servrar och kan visas på WSPRnet

Paketförmedlade nätverk och IP-adresser

IP-baserade amatörradionätverk, nätverk bara för radioamatörer, bygger på internetprotokollet (IP).
Därför kan man använda dem med samma programvara som används för internet.
I enklaste fall är det en webbläsare.

Internetprotokollet (IP) tilldelar de inblandade datorerna IP-adresser så att de kan nå varandra.
IP-adresser skrivs som fyra decimaltal med en punkt emellan. Exempel: 141.17.5.18
Varje decimaltal har en längd på 8 bitar, därför är det största möjliga talet 255 (binärt: 11111111).

IP-adresser är uppdelade i en nät- och en värddel.
Hos alla datorer som finns i samma nätverk är början av IP-adresserna lika, denna början kallas nätdel.
Nätdelen är olika stor beroende på hur många datorer (värdar) som ska hanteras i nätverket.

Exempel:

 *10*.100.234.22 (liten nätdel, stor värddel)
 
 *192.168.1*.252 (stor nätdel, liten värddel)

Denna princip känner man från telefonnätet. De stora städerna har kortare riktnummer än små städer.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Sammanfattning: Diagram med en IPv4-adress och tillhörande nätmask i decimal och binär form, färgmässigt uppdelad i nätverksdel och värddel.
Detaljerad beskrivning: Till vänster står radrubrikerna ”IPv4-adress” och under den ”Nätmask”. Det finns fyra kolumner med färgade rutor för decimalvärdena (överst) och grå rutor för binärvärdena (nederst), åtskilda av små svarta punkter mellan kolumnerna. I raden ”IPv4-adress” står överst: gula rutor ”141”, ”17”, ”5” och en blå ruta ”18”. Under dem i grå rutor binärvärdena: ”10001101”, ”00010001”, ”00000101”, ”00010010”. I raden ”Nätmask” står överst: gula rutor ”255”, ”255”, ”255” och en blå ruta ”0”. Under dem i grå rutor binärvärdena: ”11111111”, ”11111111”, ”11111111”, ”00000000”. Mellan tredje och fjärde kolumnen löper en röd, vertikal, prickad skiljelinje. Under de tre vänstra kolumnerna står med rött ”Nätverksdel”, under den högra kolumnen med rött ”Värddel”. — Figur UPPGRADERINGS-12.6.1: IPv4-adress och nätmask i decimal och binär skrivning

En nätmask anger uppdelningen av en IP-adress i nät- och värddel genom att visa alla bitar i nätdelen som 1.

Det finns två sätt att skriva ned detta, exempel för en nätdel på 24:
255.255.255.0, vilket binärt är 11111111.11111111.11111111.00000000.
Skrivsättet med snedstreck, till exempel 192.168.111.90/24

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort sammanfattning: Nätverksblockdiagram med två routersymboler märkta ”Router”, områdena ”Servernät”, ”internt nät” och ”Internetanslutning”, en bärbar dator och flera orange/blå sifferblock vid förbindelserna.
Detaljerad beskrivning:
- Överst i mitten finns ett moln märkt ”Servernät”. Till vänster och höger leder en horisontell ledning till en rund routersymbol (cirkel med fyra pilar uppåt, åt höger, nedåt, åt vänster), båda med textmärkningen ”Router”.
- Nere till vänster finns ett moln märkt ”internt nät”, som via en lodrät ledning är förbundet med den vänstra routern. Till höger om detta moln står en bärbar dator, förbunden med molnet via en kort horisontell linje.
- Nere till höger står texten ”Internetanslutning”, från vilken en lodrät ledning leder uppåt till den högra routern.
Sifferblock (vardera två rader med fyra små rutor; orange och blå):
- På den övre ledningen mellan vänstra routern och ”Servernät”:
- övre raden: orange ”141”, orange ”17”, orange ”5”, blå ”18”
- nedre raden: orange ”255”, orange ”255”, orange ”255”, blå ”0”
- På den lodräta ledningen mellan vänstra routern och ”internt nät”:
- övre raden: orange ”10”, orange ”33”, orange ”0”, blå ”1”
- nedre raden: orange ”255”, orange ”255”, orange ”0”, blå ”0”
- Bredvid den bärbara datorn (vid förbindelsen till ”internt nät”):
- övre raden: orange ”10”, orange ”33”, orange ”0”, blå ”100”
- nedre raden: orange ”255”, orange ”255”, orange ”0”, blå ”0”
- På den övre ledningen mellan högra routern och ”Servernät”:
- övre raden: orange ”141”, orange ”17”, orange ”5”, blå ”1”
- nedre raden: orange ”255”, orange ”255”, orange ”255”, blå ”0”
- På den lodräta ledningen mellan högra routern och ”Internetanslutning”:
- övre raden: orange ”46”, orange ”142”, orange ”171”, blå ”229”
- nedre raden: orange ”255”, orange ”255”, orange ”255”, blå ”0” — Figur UPPGRADERINGS-12.6.2: Utsnitt ur en nätverksinfrastruktur

Nätverksenheter kan bara kommunicera direkt med varandra inom sitt eget lokala nätverk.

Man känner igen dem på att den egna IP-adressen och nätmasken ger samma nätdel som hos partnern.

I alla andra fall skickar de data till en router. Det är en mellanstation som förbinder två eller flera nätverk för att vidarebefordra datapaketen.

Dataöverföringshastighet och bandbredd

Bandbredden är det använda frekvensområdet i $\unit{\hertz}$
Dataöverföringshastigheten är den datamängd som överförs per tidsenhet i $\unit{\bit\per\second}$

Dataöverföringshastigheter som kan nås i praktiken skiljer sig tydligt åt beroende på överföringsmetod och radioförhållanden.
WLAN och 5G stöder vid optimala förhållanden dataöverföringshastigheter upp i området gigabit per sekund.
FT8 kan däremot användas även under svåra förhållanden, men överför bara få bitar per sekund.

Symboler och symbolhastighet

Symbol

En symbol är ett urskiljbart signaltillstånd.
Symboler kan skilja sig t. ex. genom amplitud, frekvens eller fas.
Fler möjliga symboler ger fler bitar per symbol.

Symbolhastighet

Symbolhastigheten anger antalet överförda symboler per sekund, enheten för symbolhastighet är baud
Datahastighet och symbolhastighet är därför inte alltid identiska.
Om bara två symboler används och varje bit alltså sänds för sig motsvarar symbolhastigheten i baud datahastigheten i $\unit{\bit\per\second}$.
Om fler symboler används och flera bitar alltså överförs samtidigt är datahastigheten högre än symbolhastigheten.

Exempel

2 symboler → 1 bit/symbol
4 symboler → 2 bitar/symbol
8 symboler → 3 bitar/symbol

Formeln $R_\mathrm{D} = R_\mathrm{S} \cdot N$ visar sambandet:

$R_\mathrm{D}$ → dataöverföringshastighet i $\unit{\bit\per\second}$
$R_\mathrm{S}$ → symbolhastighet i $\unit{\baud}$
$N$ → symbolstorlek i $\unit{\bit\per\text{symbol}}$

Exempel:

RTTY: växling mellan två symbolfrekvenser, så att en bit ($\num{0}$ eller $\num{1}$) kan överföras per symbol. → Datahastighet = symbolhastighet

FT4: växling mellan fyra symbolfrekvenser, så att två bitar ($\num{00}$, $\num{01}$, $\num{10}$ eller $\num{11}$) kan överföras per symbol. → Datahastighet = 2 $\cdot$ symbolhastighet

Lösningsgång

given: $R_S = \qty{45,45}{\baud}$
given: $N=\qty{1}{\bit\per\text{symbol}}$
sökt: $R_\mathrm{D}$

$$R_\mathrm{D} = R_\mathrm{S} \cdot N = \qty{45,45}{\baud} \cdot \qty{1}{\bit\per\text{symbol}} = \qty{45,45}{\bit\per\second}$$

Lösningsgång

given: $R_S = \qty{23,4}{\baud}$
given: $N=\qty{2}{\bit\per\text{symbol}}$
sökt: $R_\mathrm{D}$

$$R_\mathrm{D} = R_\mathrm{S} \cdot N = \qty{23,4}{\baud} \cdot \qty{2}{\bit\per\text{symbol}} = \qty{46,8}{\bit\per\second}$$

I/Q-framställning

Varför I/Q?

Symboler kan skilja sig genom amplitud, frekvens eller fas.
För amplitud och fas behövs en överskådlig framställning.
Denna framställning kallas I/Q-framställning.
Den visar en symbols signaltillstånd som en punkt i ett plan.

Amplitud A 0,75 Fas φ 0°

Symbolens begynnelsetillstånd vid t = 0

I = 0,75 Q = 0,00 A = 0,75 φ = 0°

Vid t = 0 är den vågräta projektionen I-komponenten och den lodräta projektionen Q-komponenten.

Symbol som visare

Visarens längd: amplitud $A$
Visarens vinkel: fas $\varphi$
Visaren kan delas upp i två delar:

$$I=A\cdot\cos(\varphi)$$ $$Q=A\cdot\cos(\varphi-\qty{90}{\degree})=A\cdot\sin(\varphi)$$

Konstellationsdiagrammet visar visarens starttillstånd för varje symbol.

Konstellationsdiagram

TODO — Figur UPPGRADERINGS-12.9.1: Konstellationsdiagram

Konstellationsdiagram

För framställningen av symbolerna tittar vi inte på bärvågens fortlöpande rotation.
I stället tittar vi på det signaltillstånd som hör till en symbol.
Varje möjligt symboltillstånd visas som en punkt i I/Q-planet.
Avstånd från origo: amplitud
Vinkel mot I-axeln: fasläge

Varför behöver vi detta?

Konstellationsdiagram visar med en blick de möjliga symbolerna hos en digital överföringsmetod.
Man ser om symboler skiljer sig genom amplitud, fas eller båda.
I de nästa avsnitten använder vi denna framställning för mapping, PSK och QAM.

ASK och FSK

Precis som det finns olika analoga moduleringsmetoder finns det också olika digitala moduleringsmetoder.
De grundläggande sätten att modulera en signal, alltså pålägga den på en högfrekvent bärvåg, är desamma: ändring av bärvågens amplitud, frekvens eller fas.
Hos den omodulerade bärvågen förblir däremot amplitud, frekvens och fasläge konstanta.

Vid amplitudskiftnyckling (Amplitude Shift Keying, ASK) växlas i enklaste fall mellan två amplituder.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Ett diagram med rubriken — Figur UPPGRADERINGS-12.10.1: Amplitudskiftnyckling (Amplitude-shift Keying)

Vid frekvensskiftnyckling (Frequency Shift Keying, FSK) växlar sändaren mellan bestämda frekvenser.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Diagram med rubriken ”FSK” som visar en blå sinussvängning med konstant amplitud vars frekvens växlar i sex tidsavsnitt; under avsnitten står bitarna ”0 0 1 0 1 1”.
2) Detaljerad beskrivning: Överst i mitten står titeln ”FSK”. Till vänster finns en vertikal axel med pil uppåt och märkningen ”U”, i mitten löper en svart vågrät nollinje, till höger visar en pil åt höger tidsaxeln ”t”. Ytan är indelad i sex lika breda avsnitt av tunna grå lodräta linjer. I varje avsnitt löper en genomgående blå sinuskurva symmetriskt kring nollinjen; amplituden är densamma i alla avsnitt, bara antalet svängningar per avsnitt ändras. Under avsnitten står i små, gråkantade rutor (från vänster till höger) siffrorna: 0, 0, 1, 0, 1, 1. Ett byte mellan två frekvenser syns: Avsnitt 1 och 2 visar den lägre frekvensen (färre vågtoppar), avsnitt 3 den högre frekvensen (tätare perioder), avsnitt 4 åter den lägre frekvensen, och avsnitt 5 och 6 åter den högre frekvensen. Det finns inga andra märkningar eller komponenter. — Figur UPPGRADERINGS-12.10.2: Frekvensskiftnyckling (Frequency-shift Keying)

Mapping

Bitar måste tilldelas de möjliga symbolerna.
Denna tilldelning kallas mapping.
Byggstenen för det kallas mapper.
Den omvandlar bitkombinationer till symboler.

Bildbeskrivning saknas ännu — Figur UPPGRADERINGS-12.11.1: Blockschema över en mapper

Exempel: ASK

Vid ASK skiljer sig symbolerna genom sin amplitud.
Binär ASK använder två amplituder.
Exempel:
- liten amplitud → $0$
- stor amplitud → $1$

ASK i konstellationsdiagrammet

Båda symbolerna ligger på I-axeln.
Fasen förblir densamma.
Avståndet från origo beskriver amplituden.
Mappingen tilldelar varje punkt ett bitvärde.

4ASK

ASK är inte begränsad till två amplituder.
Fyra amplituder ger fyra symboler.
Fyra symboler kan överföra två bitar per symbol: $00$, $01$, $10$, $11$

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Diagram med rubriken — Figur UPPGRADERINGS-12.11.4: Kvartär amplitudskiftnyckling

4ASK i konstellationsdiagrammet

Också vid 4ASK ligger alla punkter på I-axeln.
Punkterna skiljer sig bara i avstånd från origo.
Varje punkt har tilldelats en bitkombination.

Fasskiftning (PSK)

Digital moduleringsmetod för dataöverföring
Symbolerna representeras av olika faslägen hos en bärvåg
Bärvågens amplitud och frekvens förblir oförändrade vid ideal PSK
Vid symbolbyte kan fasläget ändras

PSK som funktion av tiden

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort: Diagram med rubriken ”PSK” som visar en blå sinuskurva med konstant amplitud som byter fas på tre ställen; därunder är bitarna 0 0 1 0 1 1 ordnade per symboltid.
Detalj: Koordinatsystem med y-axel till vänster (pil uppåt, märkt ”U”) och x-axel horisontellt i mitten (pil åt höger, märkt ”t”). Överst i mitten står ”PSK”. En genomgående, blå sinussvängning löper kring nollinjen, med oförändrad amplitud och frekvens. Jämnt fördelade, grå vertikala linjer markerar symbolgränser. Ovanför tre av dessa gränser står gula märkningar ”Fasbyte”. De synliga fashoppen ligger över gränserna mellan symbolerna ”0 | 1”, ”1 | 0” och ”0 | 1”; på dessa ställen är sinuskurvan fasspeglad jämfört med föregående avsnitt. Under x-axeln finns per symboltid ljusgrått inramade rutor med siffrorna ”0 0 1 0 1 1”. — Figur UPPGRADERINGS-12.12.1: Fasskiftning (Phase-Shift Keying)

Amplituden är konstant
Informationen finns i fasläget
Vid byte mellan två symboler kan fasen ändras abrupt
Om samma symbol skickas igen förblir också fasläget detsamma

Binär fasskiftning (BPSK)

Två olika faslägen
Två möjliga symboler
Därmed kan $\num{1}$ bit per symbol överföras
Exempel: $\qty{0}{\degree}$ → $0$ och $\qty{180}{\degree}$ → $1$
De två signalpunkterna ligger mitt emot varandra i konstellationsdiagrammet

Fler faslägen – fler symboler

Med fler faslägen kan fler olika symboler representeras
Då kan flera bitar slås ihop till en symbol

BPSK: $\num{2}$ symboler → $\num{1}$ bit per symbol
QPSK: $\num{4}$ symboler → $\num{2}$ bitar per symbol
8-PSK: $\num{8}$ symboler → $\num{3}$ bitar per symbol

Kvadraturfasskiftning (QPSK)

QPSK använder fyra olika faslägen
Därmed finns fyra olika symboler
Två bitar slås ihop till en symbol: $00$, $01$, $10$, $11$
Med varje QPSK-symbol överförs alltså $\num{2}$ bitar

QPSK i konstellationsdiagram

I det här exemplet gäller:

$11$ → $\qty{45}{\degree}$
$01$ → $\qty{135}{\degree}$
$00$ → $\qty{225}{\degree}$
$10$ → $\qty{315}{\degree}$

Alla signalpunkter har samma amplitud
Faslägena är förskjutna $\qty{90}{\degree}$ i förhållande till varandra
De fyra punkterna ligger på en cirkel

Gray-kod vid QPSK

Angränsande symboler skiljer sig åt i endast en bit
En sådan tilldelning kallas Gray-kod

Exempel:

$$11 \leftrightarrow 01 \leftrightarrow 00 \leftrightarrow 10$$

Om en angränsande symbol av misstag identifieras på grund av brus uppstår ofta bara ett enda bitfel.

Brus 18 %

QPSK vid brus

Brus förändrar den mottagna signalens amplitud och fas
Mottagna värden sprids kring de ideala QPSK-symbolerna
Mottagaren väljer den närmaste symbolen
Om en beslutsgräns passeras uppstår ett symbolfel

Appleten visar inte bara de ideala QPSK-symbolerna utan också situationen i mottagaren.

Kryssen markerar de fyra ideala signalpunkterna. De små färgade punkterna föreställer brusiga mottagna värden. Genom brus och andra störningar ändras både amplitud och fas hos den mottagna signalen.

De färgade områdena är mottagarens beslutsområden. Mottagaren tilldelar ett mottaget värde den närmaste ideala symbolen.

Så länge en brusig punkt ligger i beslutsområdet för den symbol som ursprungligen skickades identifieras symbolen rätt. Om punkten på grund av kraftigt brus passerar en beslutsgräns identifieras i stället en annan symbol.

Med ”Överför igen” skickas samma bitström en gång till med nytt brus. Då syns tydligt att trots samma skickade symboler blir de mottagna värdena lite olika varje gång.

När bruset ökar stiger sannolikheten för symbolfel och därmed bitfel. Med lämplig kanalkodning kan många sådana fel upptäckas och rättas.

ASK och PSK i konstellationsdiagram

Vid ASK skiljer sig symbolerna huvudsakligen i amplitud
- olika avstånd från origo
- samma fasläge
Vid PSK skiljer sig symbolerna i fasläge
- samma avstånd från origo
- olika vinkel
Vid PSK ligger signalpunkterna därför på en cirkel när amplituden är densamma.

Kvadraturamplitudmodulation (QAM) och I/Q-modulator

Utgångsläge: ASK och PSK

Vid ASK och PSK kan fler symboler användas för att överföra fler bitar per symbol
Vid mycket många symboler ligger de möjliga signaltillstånden dock allt tätare
Mottagaren måste därmed kunna upptäcka mindre skillnader
Metoden blir känsligare för störningar

Kvadraturamplitudmodulation (QAM)

Knepet: Det är inte bara en parameter som ändras
QAM kombinerar olika
- amplituder och
- faslägen
En symbol motsvarar en viss kombination av amplitud och fas

Vid samma symbolhastighet kan därmed fler bitar per sekund överföras.

Exempel: 8-QAM

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort sammanfattning: Diagram med titeln ”8QAM” som visar en blå sinussvängning U över tiden t, indelad i åtta avsnitt, vart och ett med amplitud-/fasangivelser och trebitskoder; vid varje avsnittsövergång är ”Fasbyte” markerat.
Detaljerad beskrivning: Överst i mitten står titeln ”8QAM”. Till vänster finns den lodräta axeln med ”U” och pil uppåt, nere till höger den vågräta axeln med ”t” och pil åt höger; i mitten löper en tunn horisontell nollinje. En genomgående blå sinuskurva är delad av sju tunna vertikala linjer i åtta lika breda tidsavsnitt. Ovanför varje skiljelinje finns en liten gul skylt med texten ”Fasbyte” (sammanlagt 7 skyltar). Under varje avsnitt står två grå rutor: överst amplitud och fas, nederst en trebitskod. Från vänster till höger:
- Avsnitt 1: ”1 | 0°”, under det ”000”; sinusamplituden är stor.
- Avsnitt 2: ”0,5 | 45°”, under det ”001”; amplituden är mindre.
- Avsnitt 3: ”0,5 | 135°”, under det ”010”; liten amplitud.
- Avsnitt 4: ”1 | 90°”, under det ”011”; stor amplitud.
- Avsnitt 5: ”0,5 | 315°”, under det ”100”; liten amplitud.
- Avsnitt 6: ”1 | 270°”, under det ”101”; stor amplitud.
- Avsnitt 7: ”1 | 180°”, under det ”110”; stor amplitud.
- Avsnitt 8: ”0,5 | 225°”, under det ”111”; liten amplitud.
De synliga fasangivelserna (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°) och amplitudvärdena (1 respektive 0,5) motsvarar sinuskurvans relativa läge och höjd i respektive avsnitt. — Figur UPPGRADERINGS-12.13.1: Signalförlopp för en 8QAM-signal, för varje symbol med amplitud ($\num{0,5}$ resp. $\num{1}$), fasläge och tresiffrig bitföljd

$\num{8}$ olika symboler
Varje symbol har en viss amplitud och ett visst fasläge
$\num{8}$ symboler → $\num{3}$ bitar per symbol

Exempel: 16-QAM

$\num{16}$ olika signalpunkter
Varje punkt motsvarar ett värdepar $(I,Q)$
Därav följer olika amplituder och faslägen
$\num{16}$ symboler → $\num{4}$ bitar per symbol

Hur skapas en QAM-signal?

Nu när vi har lärt oss konstellationsdiagrammet uppstår frågan:

Hur skapar en sändare en önskad signalpunkt?

Det kan göras med en I/Q-modulator.

I/Q-modulator

1) Kort beskrivning: Blockschema med signalflöde från vänster till höger, med två blandare, en generator ”G”, ett block ”φ” och en adderare; ingångarna ”I” och ”Q” blandas var för sig och resultaten förs samman till utgången ”X”.

2) Utförlig beskrivning: Bilden visar ett blockschema med fyra block placerade under varandra. Uppe till vänster går en förbindelse från anslutningspunkten ”I” åt höger in i en blandare (kvadrat med cirkel och diagonal ”X”-markering). Under blandaren finns ett block med texten ”G”, tre vågformade linjer och en liten rektangel med en linje över och en under (oscillator). Från ”G” går en vertikal linje uppåt till den övre blandaren samt ytterligare en vertikal linje nedåt till ett block med symbolen ”φ”. Från ”φ”-blocket går en vertikal linje nedåt in i en nedre blandare (samma symbol som ovan). Nere till vänster går en linje från anslutningspunkten ”Q” åt höger in i denna nedre blandare. Från den övre blandarens högra utgång går en horisontell ledning åt höger och viker av nedåt till en adderare (kvadrat med cirkel och plustecken). Från den nedre blandarens högra utgång går en horisontell linje åt höger och sedan uppåt in i adderarens nedre ingång. Till höger om adderaren går en horisontell linje till en anslutningspunkt ”X”. — Figur UPPGRADERINGS-12.13.3: Blockschema för en I/Q-modulator

Två bärvågor med samma frekvens
Fasförskjutning på $\qty{90}{\degree}$
En bärvåg viktas med I-signalen
Den andra bärvågen viktas med Q-signalen
Därefter adderas de båda signalerna

I och Q bestämmer amplitud och fas

Varje signalpunkt i konstellationsdiagrammet motsvarar ett värdepar $(I,Q)$
När I och Q ändras ändras
- amplituden och
- fasläget hos den resulterande signalen

Därmed kan I/Q-modulatorn skapa varje önskad punkt i mappningen.

Prova I/Q-modulation

I 50 % Q 50 %

I- och Q-komponent

Summerad I/Q-signal

Konstellationsdiagram

A = 71 % φ = 45°

I och Q från programvara

En mikrokontroller, signalprocessor eller SDR beräknar värdena för I och Q
För varje symbol bestäms motsvarande värdepar $(I,Q)$

Exempel 16-QAM:

$\num{4}$ möjliga I-värden
$\num{4}$ möjliga Q-värden
$\num{4}\cdot\num{4}=\num{16}$ möjliga signalpunkter

Från talvärde till I/Q-signal

I och Q finns först som digitala talvärden
DA-omvandlare skapar av dem analoga I- och Q-signaler
Dessa signaler styr I/Q-modulatorn

Den önskade mappningen kan därmed till stor del fastställas i programvara.

Software Defined Radio

I en Software Defined Radio (SDR) utförs en stor del av signalbehandlingen i programvara
Programvaran beräknar de nödvändiga I- och Q-signalerna
Högfrekvenshårdvaran kan vara densamma för många olika moduleringsmetoder

Moduleringsmetoden bestäms därmed till stor del av programvara.

Inte bara digital modulation

En I/Q-modulator kan också hantera kontinuerligt varierande I- och Q-signaler.

Därmed kan man till exempel skapa:

Inte bara digital modulation

Samma I/Q-modulator kan skapa många olika moduleringsmetoder
Det är bara förloppen för I och Q som måste beräknas annorlunda
HF-hårdvaran kan i stort sett förbli oförändrad

I/Q-modulatorn är därmed på sätt och vis
”modulatorernas armékniv”.

Symbolomkoppling och bandbredd

Som symbol betecknas inom digitaltekniken de olika teckenenheterna för överföring av informationsinnehållet.
Antalet symboler som överförs per tidsenhet är symbolhastigheten och anges i enheten baud ($\unit{\baud}$).

Vid varje omkoppling mellan två symboler ändras en bärvågs amplitud, frekvens eller fas.
Ju snabbare amplitud, frekvens eller fas ändras, desto bredare blir den skapade signalen.
Ju oftare man växlar mellan olika symboler, desto större blir bandbredden.

Från morsetelegrafi känner vi redan nyckelklickar, som är bredbandiga störningar.
De uppstår när bärvågen plötsligt slås på respektive av när morsenyckeln trycks ned respektive släpps.

AFSK

En specialform av digital modulation är Audio Frequency Shift Keying (AFSK).
Till skillnad från ASK står ”A” här inte för amplitud utan för audio, alltså hörbara frekvenser (lågfrekvens).
En frekvensskiftning (FSK) genomförs inom ett område klart under $\qty{20}{\kilo\hertz}$. Ofta används området från ca $\qtyrange{300}{2700}{\hertz}$.
För en utsändning via radio måste ytterligare en modulation ske, till exempel med FM, AM eller SSB.

Shannon–Hartleys lag

Vilken dataöverföringshastighet som kan uppnås beror på den användbara bandbredden och signal-brusförhållandet.
Av dessa två storheter kan man med Shannon–Hartleys lag beräkna den teoretiskt högsta dataöverföringshastigheten för en överföringskanal.
Ett värde som är lätt att komma ihåg får man vid ett signal-brusförhållande på $\qty{0}{\dB}$.
Då motsvarar bandbredden i hertz exakt den högsta uppnåeliga datahastigheten i $\unit{\bit\per\second}$.

Sämre signal-brusförhållanden ger motsvarande lägre datahastighet, bättre signal-brusförhållanden högre datahastigheter.
Eftersom beräkningarna är ganska komplexa är det praktiskt att kunna uppskatta resultatet med minnesregeln ovan.

Källkodning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort sammanfattning: Blockdiagram med ett märkt block ”Källkodare” mellan en ingångs- och en utgångspil.
Detaljerad beskrivning: En vågrät linje löper från vänster till höger. Till vänster pekar en pil åt höger mot ett kvadratiskt block. Ovanför blocket står texten ”Källkodare”. Inuti kvadraten löper en diagonal linje från nere till vänster till uppe till höger. Under blocket står mitt emellan texten ”01”. Från kvadratens högra kant fortsätter den vågräta linjen och slutar i en åt höger riktad pil. Det finns inga andra märkningar eller axlar. — Figur UPPGRADERINGS-12.17.1: Källkodare

Så effektivt utnyttjande av frekvensspektrumet som möjligt.
$\rightarrow$ Komprimering av nyttodata, så kallad källkodning.
Borttagning av redundans (till exempel upprepningar) eller irrelevans (mindre viktiga delar av informationen) ur dataströmmen.

Kanalkodning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort sammanfattning: Blockdiagram med en ”sändare” till vänster, ett moln med texten ”kanal” i mitten och en ”mottagare” till höger; radiovågor löper mellan en antenn vid sändaren och en vid mottagaren genom kanalen.
Detaljerad beskrivning: Till vänster står en rektangulär apparat med frontpanel, märkt ”Sändare”. På fronten syns en liten rektangel (display) och till höger en stor rund knapp. Från apparaten leder en ledning uppåt till en antenn: en kort vertikal mast med en triangelformad strålare överst. Till höger om antennen är flera böjda linjer ritade som symboliserar utstrålande radiovågor. I mitten finns en molnformad kontur med textmärkningen ”Kanal”. Till höger om den är åter flera böjda linjer som löper mot en andra antenn; denna antenn är avbildad likadant (vertikal mast med triangelformad strålare). Från antennen leder en ledning nedåt till en andra rektangulär apparat med frontpanel, märkt ”Mottagare”. På dess front syns till vänster två små cirklar och en rektangel (reglage/display) och till höger en stor rund knapp. Anordningen löper horisontellt: sändare till vänster → radiovågor → moln ”Kanal” → radiovågor → mottagare till höger. — Figur UPPGRADERINGS-12.18.1: Kanal

Bilden visar en sändare och en mottagare som är förbundna med varandra via en kanal.
Genom atmosfäriska inflytanden eller utsändningar från andra stationer kan störningar uppstå på kanalen, vilka leder till fel vid överföringen.

Kanalkodningen lägger avsiktligt till redundans i den information som ska överföras, till exempel upprepningar eller kontrollsummor.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Sammanfattning: Blockdiagram med ett rektangulärt block ”Kanalkodare” på en genomgående horisontell ledning med pilar, därunder siffersekvensen ”0101”.
Detaljerad beskrivning: En tunn horisontell linje löper från vänster till höger; till vänster pekar en pil åt höger mot ett centralt placerat rektangulärt block, till höger fortsätter linjen med ytterligare en pil åt höger. Ovanför blocket står texten ”Kanalkodare”. Inuti blocket löper en diagonal linje från det nedre vänstra hörnet till det övre högra hörnet. Under blocket, i mitten, står siffersekvensen ”0101”. Det finns inga andra märkningar eller skalor. — Figur UPPGRADERINGS-12.18.2: Kanalkodare

Vi skiljer mellan två typer av kanalkodning:

Felupptäckt: Man kan upptäcka att ett fel har uppstått vid överföringen och sedan till exempel begära en ny överföring.
Framåtriktad felrättning: Fel som uppstår vid överföringen rättas hos mottagaren med hjälp av redundansen.

Felupptäckt

Felupptäckt: paritetsbit

En extra kontrollbit (paritetsbit) läggs till data
Två varianter:
Jämn paritet: Antalet ettor görs jämnt
Udda paritet: Antalet ettor görs udda
Sändare och mottagare måste vara överens om vilken metod som används

Jämn paritet: exempel 1

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort sammanfattning: En horisontell rad av åtta svartkantade rutor med siffrorna 1 och 0.
Detaljerad beskrivning: Rutorna är lika stora, med vit bakgrund och var och en märkt med en svart serifsiffra. Från vänster till höger står siffrorna: ”1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1”. Mellan rutorna löper smala svarta skiljelinjer; det finns inga andra märkningar, axlar eller symboler. — Figur UPPGRADERINGS-12.19.1: En byte

Byte som ska överföras
Det räknas 5 ettor → udda antal
Kontrollbiten måste sättas till $\num{1}$ för att få ett jämnt antal

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Sammanfattning: Nio rutor placerade bredvid varandra med siffrorna 1 och 0, där den yttersta högra rutan har grå bakgrund.
Detaljerad beskrivning: En horisontell rad av nio lika stora, svartkantade kvadrater; i var och en står en siffra i mitten. Från vänster till höger lyder siffrorna: 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1. De första åtta rutorna är vita, den nionde (längst till höger) är fylld med ljusgrått. Det finns inga axlar, inga andra märkningar eller symboler. — Figur UPPGRADERINGS-12.19.2: Byten med jämn paritetsbit

Kontrollbiten har satts till $\num{1}$
Den resulterande byten har ett jämnt antal ettor
Vid ett överföringsfel stämmer kontrollbiten inte längre

Jämn paritet: exempel 2

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: En horisontell rad av nio kantade kvadrater med siffrorna 0 och 1; den högra slutrutan har grå bakgrund.
2) Detaljerad beskrivning: Från vänster till höger syns nio lika stora, svartkantade rutor. I de första åtta, vitbottnade rutorna står med svart text siffrorna: 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1. Den nionde rutan vid högra kanten har ljusgrå bakgrund och visar den svarta siffran 0. Det finns inga andra märkningar, axlar eller symboler. — Figur UPPGRADERINGS-12.19.2: Byte med jämn paritet

Ursprunglig byte: 4 ettor (jämnt)
Kontrollbiten sätts till $\num{0}$

Felupptäckt vid bitfel

Vid ett enbitsfel vänds pariteten → felet upptäcks
Vid två fel förblir pariteten densamma → felet förblir oupptäckt
Vid tre fel ändras pariteten igen → felet upptäcks

Utökad felupptäckt

Ytterligare kontrollbitar kan upptäcka flerbitsfel
Vid meddelanden med variabel längd används ofta kontrollsummemetoder som cyklisk redundanskontroll (CRC)
CRC upptäcker fel med undantag för en viss restsannolikhet

Felrättning

Framåtriktad felrättning (FEC)

Om mottagaren upptäcker ett fel (t. ex. med kontrollbitar) kan den be om omsändning
Vid framåtriktad felrättning läggs extra redundans till (t. ex. fler kontrollbitar)
Då upptäcks inte bara att ett fel föreligger, utan också var $\rightarrow$ den felaktiga biten kan rättas
På engelska talar man om Forward Error Correction (FEC)

Hamming-kod – felrättning i detalj

Hamming-koden använder flera paritetsbitar för att inte bara upptäcka fel utan också rätta dem
Mål: Ett enskilt bitfel ska lokaliseras och rättas

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: En vågrät rad av elva bredvid varandra liggande, svartkantade rutor, där siffrorna 0 och 1 står.
2) Detaljerad beskrivning: Rutorna är rektangulära, lika stora och visade på vit botten, var och en med en enskild siffra centrerad. Från vänster till höger lyder siffrorna: 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1. Det finns inga axlar, pilar eller ytterligare märkningar. — Figur UPPGRADERINGS-12.20.1: Överföring av 11 bitar

Exempel: Överföring av ett dataord på 11 bitar
Mål: Felupptäckt och felrättning vid ett bitfel

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort beskrivning: En vågrät rad av elva lika stora, inramade rutor, var och en märkt med gemenerna ”a” till ”k”.
2) Detaljerad beskrivning: Från vänster till höger syns elva rektangulära fält med tunn svart ram, åtskilda av lodräta linjer. I varje fält står en enskild gemen centrerad, i ordning: ”a”, ”b”, ”c”, ”d”, ”e”, ”f”, ”g”, ”h”, ”i”, ”j”, ”k”. Det finns inga andra märkningar, axlar eller symboler; bakgrund och fält är ljusa. — Figur UPPGRADERINGS-12.20.2: Bokstavsnamn på bitpositionerna

Bitarnas positioner ges bokstavsnamn i alfabetisk ordning för att identifiera de olika områdena

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1. Kort sammanfattning: Ett 4×4-rutnät med svarta rutnätslinjer; några fält innehåller svarta gemener från a till k.
2. Detaljerad beskrivning: Vit bakgrund, tjocka svarta linjer bildar ett kvadratiskt rutnät på 4 kolumner × 4 rader. Bokstäverna står centrerade i vissa celler. Positionerna (rader uppifrån och ned 1–4, kolumner från vänster till höger 1–4): Rad 1: kolumn 1–3 tomma, kolumn 4 ”a”. Rad 2: kolumn 1 tom, kolumn 2 ”b”, kolumn 3 ”c”, kolumn 4 ”d”. Rad 3: kolumn 1 tom, kolumn 2 ”e”, kolumn 3 ”f”, kolumn 4 ”g”. Rad 4: kolumn 1 ”h”, kolumn 2 ”i”, kolumn 3 ”j”, kolumn 4 ”k”. Alla bokstäver är svarta och visas som gemener. — Figur UPPGRADERINGS-12.20.3: Omordning med extra bitar

Databitarna ordnas med extra bitpositioner för paritetsbitar

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort beskrivning: Ett 4×4-rutnät med tjocka svarta linjer; cellerna innehåller delvis tecknen p1–p4 och bokstäverna a–k, en cell är tom.
Detaljerad beskrivning: Rutnätet har fyra rader och fyra kolumner. Uppifrån och ned, läst från vänster till höger:
- Rad 1: Cell 1 tom; cell 2 ”p1” (kursiv); cell 3 ”p2” (kursiv); cell 4 ”a”.
- Rad 2: Cell 1 ”p3” (kursiv); cell 2 ”b”; cell 3 ”c”; cell 4 ”d”.
- Rad 3: Cell 1 ”p4” (kursiv); cell 2 ”e”; cell 3 ”f”; cell 4 ”g”.
- Rad 4: Cell 1 ”h”; cell 2 ”i”; cell 3 ”j”; cell 4 ”k”.
Bokstäverna a–k är satta med normal, upprätt stil. — Figur UPPGRADERINGS-12.20.4: Fyra paritetsbitar i Hamming-koden

I stället för en enda kontrollbit används fyra paritetsbitar ($p_1$–$p_4$)
De täcker olika områden av databitarna – ungefär som ett korsord

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: En rutnätsgrafik med 4 rader och 16 kolumner med växelvis grå och vita celler, indelad i fyra identiska block om 4 kolumner med märkningarna p1, p2, a, p3, b, c, d, p4, e, f, g, h, i, j, k.
2) Detaljerad beskrivning: Rutnätet består av fyra rader och sexton kolumner, visuellt indelade i fyra lika breda block om fyra kolumner. I varje block upprepas samma ordning på cellernas text. Rad 1 i ett block visar (från vänster till höger): ”p1”, ”p2”, ”a” och en tom cell. Rad 2 visar: ”p3”, ”b”, ”c”, ”d”. Rad 3 visar: ”p4”, ”e”, ”f”, ”g”. Rad 4 visar: ”h”, ”i”, ”j”, ”k”. Många celler har grå bakgrund, andra vit; de grå och vita ytorna växlar fältvis och växlingsmönstret upprepas blockvis över hela bredden. Endast de nämnda bokstäverna och teckenföljderna ”p1”, ”p2”, ”p3”, ”p4” syns; det finns inga andra axlar, pilar eller teckenförklaringar. — Figur UPPGRADERINGS-12.20.5: Fördelning av paritetsområdena

Varje paritetsbit säkrar ett bestämt område av data

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort sammanfattning: Ett 4×4-rutnät med tjocka svarta linjer visar siffrorna 0 och 1, några fält har grå bakgrund, flera poster har små nedsänkta bokstäver; fältet uppe till vänster är tomt.
Detaljerad beskrivning:
- Ram: Svart kant, rutnät med tjocka svarta linjer.
- Rad 1 (från vänster till höger):
1) vit, tom; 2) grå, ”1”; 3) grå, ”0”; 4) vit, ”1_a” (a litet, nedsänkt nere till höger).
- Rad 2:
1) grå, ”0”; 2) vit, ”1_b”; 3) vit, ”0_c”; 4) vit, ”0_d”.
- Rad 3:
1) grå, ”1”; 2) vit, ”1_e”; 3) vit, ”0_f”; 4) vit, ”1_g”.
- Rad 4:
1) vit, ”1_h”; 2) vit, ”0_i”; 3) vit, ”1_j”; 4) vit, ”1_k”. — Figur UPPGRADERINGS-12.20.6: Beräkning av paritetsbitarna (jämn paritet)

För varje område beräknas paritetsbiten med jämn paritet
Om ett fel uppstår kan de felaktiga områdena identifieras och rättas

Genom att kombinera paritetsområdena kan den felaktiga bitens plats bestämmas
Exempel: Om en viss bit (t. ex. bit $k$) ändras under överföringen misslyckas alla tillhörande paritetskontroller – felet ligger alltså i bit $k$

Sändar- och mottagarkedjor

Kombination av källkodning och kanalkodning

Effektivt utnyttjande av bandbredden genom smart kombination
Samtidig felupptäckt och felrättning genom redundans

Sändarens process

Källkodare: Komprimera data
Kanalkodare: Lägg till redundans för felupptäckt och felrättning
Mappare: Avbilda binära data på symboler (t. ex. amplitud och fas vid QAM)

Mottagarens process

Demappare: Avbilda symboler på binära data
Kanaldekodare: Upptäcka och rätta fel
Källdekodare: Dekomprimera data

Multiplexmetoder (FDMA, TDMA, CDMA)

TDMA

Time Division Multiple Access – tidsmultiplex
De digitala nyttodata delas upp och skickas efter varandra på samma frekvens
I mottagaren sätts dataströmmen ihop igen

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: 3D-diagram av ett rektangulärt block som är indelat i fyra färgade, lodräta segment, med axelpilar med etiketterna f, t och P.

Detaljerad beskrivning: På mitten står ett stort rätblocksformat block, delat i fyra lika breda, lodrätt riktade segment. Från vänster till höger är segmentens framytor färgade orange, grå, kraftigt turkosblå och ljusblå; skiljelinjerna löper lodrätt. Ovansidorna är avbildade som snedställda ytor som pekar åt höger bakåt i uppljusade färgtoner, motsvarande orangegult, ljusgrått och ljusturkost; till höger syns dessutom den ljusblå sidoytan. Tre axelpilar är inritade: uppe till vänster pekar en pil lodrätt uppåt med etiketten ”f”, nere till höger pekar en pil vågrätt åt höger med etiketten ”t”, och nere till vänster pekar en pil snett åt vänster nedåt med etiketten ”P”. Inga sifferstreck eller andra texter finns. — Figur UPPGRADERINGS-12.22.1: Tidsmultiplex med tre signaler

CDMA

Code Division Multiple Access – kodmultiplex
De digitala nyttodata kodas (blandas) med en digital kod
I mottagaren används samma digitala kod för avkodning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Sammanfattning: Ett storformatigt, färgat rätblock i perspektivbild med tre pilaxlar, märkta ”P”, ”t” och ”f”.

2) Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund dominerar ett rätblock vars framsida syns som en stor, enfärgad orange yta. Ovansidan visar framifrån och bakåt flera parallellt löpande färgband: först orange (anslutande till framkanten), bakom det ett smalare gult, sedan ett bredare ljusgrått och vid bakre kanten ett ljust cyan/turkos. Den högra sidoytan är indelad i lodräta ränder: längst fram en smal gulaktigt orange rand, därefter ett brett ljusgrått område och längst till höger en bred cyan/turkos rand; nere vid den främre högra kanten syns en liten, sned gulaktig kil. Tunna linjer betonar rätblockets kanter. Tre svarta pilaxlar utan skalor eller siffror är inritade: nere till vänster går en pilaxel snett åt vänster nedåt och är märkt ”P”, till höger vid blocket pekar en pilaxel vågrätt åt höger med etiketten ”t”, och uppe till vänster reser sig en pilaxel lodrätt uppåt med etiketten ”f”. Inga andra texter eller numeriska markeringar finns. — Figur UPPGRADERINGS-12.22.2: Kodmultiplex med tre signaler

FDMA

Frequency Division Multiple Access – frekvensmultiplex
Den digitala signalen delas upp på flera frekvenser
Därmed kan mer bandbredd användas

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Kort sammanfattning: Ett isometriskt avbildat rätblock med fyra vågräta färgskikt och tre axelpilar, märkta P, t och f.

2) Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund visas ett rätblocksformat block vars framsida är indelad av tre vågräta skiljelinjer i fyra ungefär lika höga ränder: nerifrån och upp kraftigt cyan, ljusgrått, orange och gult (den gula ytan bildar samtidigt ovansidan). Den högra sidoytan visar samma skikt, vars skiljelinjer stiger bakåt och därför framstår som diagonala; den övre högra kanten är gul, därunder följer ljusgula/gulaktiga, ljusgrå och cyanfärgade områden. Kanter och skiljelinjer är ritade med tunna mörka linjer. Det finns tre axelpilar: uppe till vänster en lodrätt uppåtriktad pil med etiketten ”f”, till höger om blocket en vågrätt åt höger pekande pil med etiketten ”t” och nere till vänster framför blocket en snett åt vänster nedåt riktad pil med etiketten ”P”. Det finns inga skalor, siffror eller annan text. — Figur UPPGRADERINGS-12.22.2: Frekvensmultiplex med tre signaler

OFDM

Det är också möjligt att fördela en dataström på flera bärvågor som ligger på olika, men närliggande frekvenser.
Vid OFDM placeras de enskilda bärvågorna på ett avstånd där ”överhörning” undviks.

En fördel med detta tillvägagångssätt är att smalbandiga störningar bara stör en eller några få bärvågor.
I samspel med felrättningsmetoder med redundant dataöverföring går det därför att uppnå felfri överföring trots smalbandiga störningar.

En ytterligare fördel följer av den lägre symbolhastigheten för varje enskild bärvåg.
Med lägre symbolhastighet blir varje symbol längre.
Vid tidsförskjutningar på grund av flervägsutbredning blir andelen överlagring mellan signalerna motsvarande mindre.

Synkronisering

Synkronisering vid digital överföring

Gör att mottagaren känner igen början av sändningen
Sändare och mottagare samordnar sig i tid
Grund för korrekt avkodning av signalen

Polarmodulation

Polarmodulation: grundidé

$I(t)$ och $Q(t)$ räknas om till amplitud $A(t)$ och fas $\varphi(t)$.
Fasen modulerar en HF-bärvåg med konstant envelope.
Amplituden präglas separat via slutstegets matning.

Varför är det användbart?

HF-signalen i fasvägen har konstant amplitud.
Därför behövs inget linjärt slutsteg.
Effektiva switchande slutsteg kan användas, t. ex. klass E med $\eta \approx \qtyrange{80}{90}{\percent}$.

Fördel i radioapparaten

Lägre förlusteffekt ger mindre värme och lägre strömförbrukning.
Kylning och kylflänsar kan bli mindre, vilket sparar vikt.
Särskilt attraktivt för QRP-apparater, men alltmer även för kommersiella transceivrar.