refactor: mapping

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Matthias Jung
2026-08-13 00:14:11 +02:00
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## Mapping in der digitalen Signalverarbeitung
## Mapping
* Wandelt digitale Daten in spezifische Signalpunkte (Symbole) um
* Entscheidend für Modulationstechniken wie QAM und QPSK
* Ermöglicht die Übertragung der Daten über das Kommunikationssystem
* Bits müssen den möglichen Symbolen zugeordnet werden.
* Diese Zuordnung heißt *Mapping*.
* Der Baustein dafür heißt *Mapper*.
* Er wandelt Bitkombinationen in Symbole um.
[picture:1102:a_mapper:Blockschaltbild eines Mappers]
---
## Schritt 1: Binäre Daten in Symbole umwandeln
## Beispiel: ASK
* Bei QPSK werden jeweils zwei Bits zu einem Symbol zusammengefasst
* Es ergeben sich 4 mögliche Kombinationen: $\num{00}$, $\num{01}$, $\num{10}$, $\num{11}$
* Jede Kombination wird einem bestimmten Signalpunkt zugeordnet
* Bei ASK unterscheiden sich die Symbole durch ihre Amplitude.
* Binäre ASK verwendet zwei Amplituden.
* Beispiel:
* kleine Amplitude → $0$
* große Amplitude → $1$
[picture:700:a_ask:ASK (Amplitude-Shift Keying) im zeitlichen Verlauf]
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## Schritt 2: Phasenvergabe
* Jedem Symbol wird eine eigene Phase zugewiesen
* Typische Phasen in $\qty{90}{\degree}$-Schritten:
* $\num{00}$ entspricht $\qty{0}{\degree}$
* $\num{01}$ entspricht $\qty{90}{\degree}$
* $\num{10}$ entspricht $\qty{180}{\degree}$
* $\num{11}$ entspricht $\qty{270}{\degree}$
--- style="font-size: smaller;"
## Schritt 3: Mapping auf das Konstellationsdiagramm
## ASK im Konstellationsdiagramm
<left>
[picture:697:a_8qam:I-Q-Diagramm für ein 8QAM-Mapping]
Die Darstellung ist für ein 8QAM-Mapping. QPSK im Beispiel entspricht dem äußeren Kreis.
* Beide Symbole liegen auf der I-Achse.
* Die Phase bleibt gleich.
* Der Abstand vom Ursprung beschreibt die Amplitude.
* Das Mapping ordnet jedem Punkt einen Bitwert zu.
</left>
<right>
* Das Konstellationsdiagramm stellt die Signalpunkte in einem quadratischen Diagramm dar
* Die X-Achse (*I*n-Phase) und die Y-Achse (*Q*uadratur) zeigen die Amplituden der Signalbestandteile
* Für QPSK liegen die vier Signalpunkte an den Enden eines Quadrats
[picture:1128:a_ask_mapping:ASK (Amplitude-Shift Keying) im Konstellationsdiagramm]
</right>
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## Darstellung der QPSK-Symbole
## 4ASK
* $\num{00}$ bei $\qty{0}{\degree}$: Punkt auf der positiven X-Achse
* $\num{01}$ bei $\qty{90}{\degree}$: Punkt auf der positiven Y-Achse
* $\num{10}$ bei $\qty{180}{\degree}$: Punkt auf der negativen X-Achse
* $\num{11}$ bei $\qty{270}{\degree}$: Punkt auf der negativen Y-Achse
* ASK ist nicht auf zwei Amplituden beschränkt.
* Vier Amplituden ergeben vier Symbole.
* Vier Symbole können zwei Bits pro Symbol übertragen: $00$, $01$, $10$, $11$
* Die klare Trennung der Phasen erleichtert das Auseinanderhalten der Symbole – auch bei Rauschen
[picture:701:a_4_ask:Quaternäre Amplitudenumtastung]
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## 4ASK im Konstellationsdiagramm
<left>
* Auch bei 4ASK liegen alle Punkte auf der I-Achse.
* Die Punkte unterscheiden sich nur im Abstand vom Ursprung.
* Jedem Punkt ist eine Bitkombination zugeordnet.
</left>
<right>
[picture:1129:a_4_ask_mapping:4ASK im Konstellationsdiagramm]
</right>