Kohärente Demodulation

Unter der Synchrondemodulation, oder auch kohärente Demodulation genannt, wird in der Nachrichtentechnik eine spezielle Form der Demodulation verstanden, wobei die Phasenlage, d. h. die zeitliche Ausrichtung der - im Empfänger synthetisierten - Trägerfrequenz relativ zu derjenigen bei der Modulation, wesentlich für den Demodulationsvorgang ist.

Die Funktionseinheit, welche diesen Vorgang in einem Empfangsgerät ausführt, wird Synchrondemodulator genannt.

Beschreibung

Im Folgenden soll das Prinzip der Synchrondemodulation am Beispiel der Amplitudenmodulation dargestellt werden, da sich dabei besonders einfache Sachverhalte ergeben.

Bei der Amplitudenmodulation wird die zu übertragende Information nur in der Amplitude des Trägersignals untergebracht. Die Amplitude des Trägersignals ist dabei direkt proportional der momentanen Signalauslenkung des Informationssignals. Bei der Synchrondemodulation erfolgt wie im Modulator eine Mischung des empfangenen Trägersignals mit der im Empfänger in einem lokalen Oszillator erzeugten Trägerfrequenz. Mitunter wird auch eine Sample-and-Hold-Schaltung verwendet, die den Scheitelwert der Sinusspannung kurz nach dem Nulldurchgang festhält.

Dadurch entstehen zwei Spektren des Nutzsignals: Eines in Basisbandlage und eines mit doppelter Trägerfrequenz. Durch eine Tiefpassfilterung kann aus dem Signal in Basisbandlage das ursprüngliche Informationsignal direkt gewonnen werden.

Die im Empfänger durch einen Oszillator erzeugte Trägerfrequenz muss dabei die gleiche Phasenlage wie die bei der Modulation verwendete Trägerfrequenz aufweisen, wovon sich der Begriff des Synchrondemodulators ableitet. Diese zeitliche gleiche Ausrichtung wird im Demodulator durch einen in der Frequenz und Phasenlage regelbaren Oszillator, einen VCO oder VCXO, meist in einer Regelschleife (PLL) sichergestellt. Um diesen zu steuern, muss eine Information zum Phasenbezug übertragen werden. Das kann die mit übertragene Trägerfrequenz - gegebenenfalls mit abgesenktem Pegel - sein oder eine andere Frequenz mit zur Trägerfrequenz fester Phasenlage und bekanntem Teilerverhältnis (z. B. Pilotton für den Stereodecoder).

Der Kohärenzdemodulator kann leicht in integrierten Schaltungen realisiert werden, indem Analogschalter das aus 1 oder beiden Seitenbändern bestehende zu demodulierende Signal im Takt des synthetisierten Trägers schalten bzw. abtasten.

Durch kohärente Demodulation besteht überdies die Möglichkeit, zwei Informationssignale ohne gegenseitige Störungen auf nur einen Trägersignal zu modulieren: Ein Informationssignal wird "in Phase" mit dem Träger moduliert, das zweite Trägersignal auf dem um 90° phasenversetzten Trägersignal. Man nennt diese beiden Komponenten auch die I- und Q-Signalkomponenten eines komplexen Signals. Die beiden Komponenten stehen orthogonal zueinander und weisen daher keine gegegenseitige Beeinflussung auf. Anwendung findet dies bei der Quadraturamplitudenmodulation zu deren Demodulation eine Synchrondemodulation zwingend notwendig ist.

Anwendungen

• Im Bereich der digitalen Signalverarbeitung und digitalen Nachrichtentechnik, wo fast ausnahmslos kohärente Demodulatoren eingesetzt werden.
• In analogen Anwendungsbereichen findet sich die Synchrondemodulation im Bereich des PAL-Farbfernsehens und des Radio Data Systems im UKW-Rundfunk und dient dort zur Übermittlung von Zusatzinformationen für Rundfunkempfänger wie Verkehrsdurchsagen.
• Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der PLL - Stereodecoder.
• Der sogenannte Synchrondetektor eines Weltempfängers rekonstruiert ein - beispielsweise durch Fading - sehr schwaches Trägersignal mit Hilfe eines lokal erzeugten synchronen Trägers und erleichtert damit den Empfang schwacher Stationen erheblich.
• Der Lock-in-Verstärker kann extrem geringe Spannungen vorgegebener Frequenz aus stark verrauschten Signalen bestimmen und ignoriert Störungen benachbarter Frequenzen.