Symbol

In der elektrischen Nachrichtentechnik ist ein Symbol die kleinste unteilbare Informationseinheit, die über einen Kanal übertragen wird. Es stellt einen diskreten Zustand oder ein Ereignis dar, typischerweise ein Spannungspegel, eine Frequenzverschiebung oder ein Phasenwinkel, den der Empfänger erkennt und als Daten interpretiert. Ein Symbol ist nicht dasselbe wie ein Bit; ein einzelnes Symbol kann je nach verwendetem Modulationsverfahren mehrere Bits codieren.

Die Beziehung zwischen Symbolen und Bits hängt von der Modulationsmethode ab. Bei Binary Phase Shift Keying (BPSK) trägt ein Symbol ein Bit. Bei Quadraturamplitudenmodulation (QAM) kann ein einzelnes Symbol 4, 8, 16 oder mehr Bits durch Kombinationen von Amplitude und Phase darstellen. Ein 256-QAM-Signal überträgt 8 Bits pro Symbol. Die Dauer eines Symbols ist die Symbolperiode oder Symbolzeit, gemessen in Sekunden; die Symbolrate, ausgedrückt in Symbolen pro Sekunde oder Baud, bestimmt die für die Übertragung erforderliche Bandbreite.

Am Empfänger werden Symbole erkannt, indem das empfangene Signal während der Symbolperiode gegen Referenzwerte oder Entscheidungsschwellen verglichen wird. Rauschen, Verzerrung und Interferenz können ein empfangenes Symbol nahe an die Grenze zwischen zwei gültigen Zuständen verschieben und zu Fehldetektionen führen. Die Leistung einer Verbindung wird oft durch die Symbolfehlerrate (SER) ausgedrückt, nicht durch die Bitfehlerrate, da ein einzelner Symbolfehler mehrere Bits beschädigen kann. Entzerrungsfilter werden verwendet, um Kanalverschlechterungen auszugleichen, die Symbole in benachbarte Symbolperioden verschmieren, ein Problem, das als Intersymbolinterferenz bekannt ist.

Symboltiming und Synchronisation sind kritisch. Der Empfänger muss genau erkennen, wann jedes Symbol beginnt und endet, und muss die korrekte Phasenreferenz kennen, um amplituden- oder phasenmodulierte Symbole zu dekodieren. Zeitfehler führen dazu, dass der Empfänger das Signal zum falschen Zeitpunkt abtastet, was die Entscheidungsmarge verschlechtert. Taktrückgewinnungsschaltungen extrahieren ein Zeitsignal aus den empfangenen Symbolen, um den Empfänger mit dem Sender synchron zu halten.

Der Begriff stammt aus der Informationstheorie und digitalen Nachrichtentechnik, wo ein Symbol formal jedes Mitglied eines endlichen Alphabets von unterscheidbaren Ereignissen ist. In praktischen Systemen werden Symbole von Leitungscodern erzeugt, die einen Datenstrom in Symbole umwandeln, die für die Übertragung über ein bestimmtes Medium geeignet sind. Lichtwellenleiterkabel, Funkkanäle und verdrillte Kupferkabelpaare verwenden alle Symbole, wobei sich die physikalische Darstellung unterscheidet; in Fasern kann ein Symbol ein Lichtsignalpegel sein; im Funk ein Frequenz- oder Phasenzustand; bei DSL ein Konstellationspunkt in der komplexen Ebene.