Symbol (Nachrichtentechnik)

Als Symbol werden in der digitalen Übertragungstechnik und Nachrichtentechnik die verschiedenen Zeicheneinheiten zur Übertragung des Informationsgehaltes bezeichnet. Die Anzahl der pro Zeitspanne übertragenen Symbole ist die Symbolrate und wird in der Einheit Baud ausgedrückt.

Allgemeines

Die endliche und diskrete Menge der Symbole $d_{i}$ mit dem Index $i$, die in einer bestimmten Anwendung verwendet werden können, heißt Symbolalphabet und das Symbolalphabet wird zur Übertragung in einer Konstellation abgebildet.

Die Abbildung einer bestimmten Anzahl von Bits auf ein konkretes Symbol erfolgt im Rahmen der Leitungscodierung. Die Abbildung eines Symbols erfolgt in Abhängigkeit von der Modulation auf bestimmte physikalische Parameter eines Trägersignals.

Zu den einfachsten und wichtigen Symbolalphabeten zählen unipolare Symbole mit der Menge $d_{i}\in \{0,1\}$ und die bipolaren Symbole mit der Menge $d_{i}\in \{-1,1\}$. In diesen Fällen kann einem Symbol genau der Informationsgehalt eines Bit zugeordnet werden. Nur in diesem Fall ist die Bitrate, ausgedrückt in Bit pro Sekunde, gleich der Symbolrate, ausgedrückt in Baud. Beispielsweise bei einer Phasenmodulation (BPSK) gibt es zwei Symbole in Form der Phasenlage 0° und 180° des Trägersignals. Im Bereich der Digitaltechnik werden die beiden Symbole durch zwei verschieden hohe elektrische Spannungen mit 0 V und 5 V abgebildet, wie es in der Transistor-Transistor-Logik üblich ist.

Bei Symbolalphabeten mit mehr als zwei Symbolen lässt sich ein höherer Informationsgehalt als ein Bit pro Symbol erzielen. Beispielsweise lassen sich bei vier Symbolen zwei Bits pro Symbol darstellen, wie dies bei der Quadraturphasenumtastung der Fall ist. Nicht-ganzzahlige Bits pro Symbol ergeben sich bei Modulationen (NIBS), deren Konstellationen Symbolanzahlen aufweisen, die von der Form $2^{n}$ abweichen.

Je mehr Symbole ein Symbolalphabet umfasst, desto schwieriger ist es, in realen Übertragungssystemen benachbarte Symbole, abgebildet in verschiedenen Amplitudenwerten und Phasenlagen eines Trägersignals, sicher unterscheiden zu können, da dabei auch physikalisch bedingte Störungen wie Rauschen hinzukommt. Zur Erzielung einer bestimmten Bitrate auf einem Übertragungskanal kann somit entweder die Symbolrate verändert werden, dies ist gleichbedeutend mit einer Veränderung der Bandbreite des Übertragungskanals, oder die Anzahl der verwendete Symbole verändert werden. Den Zusammenhang beschreibt die Kanalkapazität.

Symboldarstellung

Je nach Übertragungsmedium und Übertragungsverfahren kann ein Symbol durch unterschiedliche physikalische Größen ausgedrückt werden. Gebräuchliche Größen für die Symboldarstellung in der Nachrichtentechnik sind:

• Elektrische Spannung, üblicherweise in Form der Amplitude.
• Frequenz
• Phase (zeitliche Relation zweier Schwingungen)

Die eigentliche Informationsübertragung erfolgt meist unter Anwendung digitaler Modulationstechniken.

Literatur

• Karl Dirk Kammeyer, Volker Kühn: MATLAB in der Nachrichtentechnik. J. Schlembach Fachverlag, 2001, ISBN 3-935340-05-2.