PhasenSynchronisation

PhasenSynchronisation bezeichnet den Prozess, bei dem zwei oder mehr rhythmische Signale oder Systeme ihre Phasen so aufeinander abstimmen, dass der Phasenunterschied modulo 2π konstant bleibt, während Amplitudenverläufe unabhängig voneinander variieren können. Sie ist eine Form der Kopplung in der Nichtlinear-Dynamik und unterscheidet sich von Frequenz- oder Amplituden-Synchronisation, die auch andere Eigenschaftspaare betreffen können.

In vielen Systemen entsteht Phasen-Synchronisation durch Kopplung zwischen Oszillatoren, etwa in der Biologie, der Elektronik oder der Netzwerktechnik. Selbst wenn die Amplituden nicht abgestimmt sind, kann die Phase stabil aufeinander folgen. Die Synchronisation kann zeitlich variieren und ist oft nicht ständig vorhanden, sondern tritt in Phasen auf.

Zur quantitativen Beschreibung werden Kennzahlen wie der Phase-Locking-Value (PLV) verwendet. Der PLV misst die Konsistenz des Phasenunterschieds Δφ(t) zwischen Signalen über die Zeit. Ein hoher PLV deutet auf robuste Phasenabstimmung hin. Weitere Größen sind die mittlere Phasen-Kohärenz oder der Synchronisierungsindex. Zur Bestimmung der Phasen werden oft der Analytische Signal (Hilbert-Transformation) oder zeitlich aufgelöste Wavelet-Analysen eingesetzt.

Anwendungen finden sich in der Telekommunikation (Phase-Locked Loops zur Synchronisation von Träger- oder Symbolphasen), in der Leistungselektrik zum Synchronisieren von Generatoren im Verbundnetz, sowie in den Neurowissenschaften zur Untersuchung synchroner Hirnrhythmen. In der Metrologie dient die Phasen-Synchronisation der präzisen Taktsverteilung über Systeme hinweg.

Herausforderungen umfassen Rauschen, nichtstationäre Phasenbeziehungen, Mehrfachkopplungen, Phasen-Sprünge sowie Mess- und Referenzfehler.