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Physik

BORG Krems

Adam M. ©
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Verfasst am: 9.3.2012 Gruppe1

Kurz zur Geschichte:

Informationsübertragung durch EM-Wellen

In der Antike gab es Rufposten, die in Hörweite standen und Informationen einfach weiterbrüllten. Auch mit Fackelsignalen wurde gearbeitet. Das waren die Vorläufer der Telekommunikation. Heute werden dazu die elektromagnetischen Wellen, die quasi die Information Huckepack tragen verwendet.

Die Geräte wie zum Beispiel das Handy entwickeln sich immer weiter und werden immer moderner aber bei der Informationsübertragung durch EM-Wellen gibt es grundlegende Technologien.

Die Geschichte der drahtlosen Kommunikation beginnt 1886 als der Deutsche Heinrich Hertz die EM-Wellen künstlich erzeugen und nachweisen konnte. Er verwendete nicht die heute üblichen rückgekoppelten Schwingkreise sondern regte die EM-Wellen mit Hilfe eines Funkens an.

Diese Technik wird heute schon lang nicht mehr verwendet man spricht aber immer noch vom Rundfunk und Funktechnik. Hertz wies auch nach, dass sich die von ihm erzeugten EM-Wellen wie Licht verhalten also reflektiert oder gebrochen werden können.

Der Italiener Guglielmo Marconi setzte die Hertz’schen Versuche fort. Er baute in den Senderstromkreis einen Taster ein und konnte so Morsesignale übertragen, ohne auf Telegrafenleitungen angewiesen zu sein. 1901 überbrückte er mit einer Funkverbindung eine Strecke von 3400 km von Europa über den Atlantik nach Kanada. 1909 erhielt er für seine Erfindung den Nobelpreis.

Die Bedeutung dieser Technologie wurde schnell erkannt, und Industrie wie Militär steckten viel Geld in deren Verbesserung. Ab 1920 gab es in den USA und ab 1924 auch in Österreich die ersten Rundfunkstationen mit regelmäßigem Programm.

Bild: Hertz

Information im „Huckepack“

Um Information mit einer EM-Welle transportieren zu können muss das Signal in der Lage sein, Unterschiede ausdrücken zu können. Man muss also die EM-Welle irgendwie verändern. Das nennt man dann Modulation. Wir sehen uns zunächst zwei klassische analoge Methoden an, die auch noch heute in Einsatz sind.

Amplitudenmodulation(AM) und Frequenzmodulation(FM).

Bei der Amplitudenmodulation wird die Trägerwelle so verändert, dass ihre Amplitude im Rhythmus des zu übertragenden Tons schwingt. Bei der Frequenzmodulation wird die Trägerwelle so verändert, dass ihre Frequenz im Rhythmus des zu Übertragenden Tons schwingt. Die Amplitude bleibt unverändert.

BEIM AM LIEGT DIE INFORMATION IN DER AMPLITUDE DER MODULIERTEN TRÄGERWELLE UND BEI FM IN DER FREQUENZ.

Beide Methoden haben ihre Vor-und Nachteile. Bei der Übertragung von der Funkstation zum Empfänger, etwa dem Radio bei dir zu Hause, wird die modulierte Trägerwelle immer durch verschiedene Effekte gestört. Diese Störungen betreffen aber nur die Amplitude und nicht die Frequenz.

Weil bei AM die Information in der Amplitude liegt, kann im Radio der ursprüngliche Ton nicht mehr exakt rekonstruiert werden. Stimme und Musik klingen daher verzerrt und krächzend. Eine FM-Welle lässt die Störung der Amplitude kalt, daher werden alle Musiksender, bei denen die Qualität der Übertragung wichtig ist, ausschließlich frequenzmoduliert ausgestrahlt.

Die Bandbreite ist aber bei AM geringer als bei FM. Das bedeutet, dass man in einem Frequenzbereich wesentlich mehr Sender unterbringen kann. Daher wird AM im Sprechfunk verwendet bei dem man viele Kanäle benötigt die Qualität aber keine große Rolle spielt. (Flugfunk)


Digitale Ãœbertragungsverfahren

Die Modulationsprinzipien sind ähnlichen den analogen Verfahren, allerdings werden ausschließlich Bits übertragen, also 0er und 1er. Man unterscheidet zwischen digitalen Amplituden- Frequenz- und Phasenmodulation. Die erste digitale Amplitudenmodulation war im Prinzip Marconis Morseübertragung.

Trägerwelle an, Trägerwelle aus. Für Telefonübertragungen wählt man heute meist FM. Manchmal werden die Modulationsverfahren kombiniert um die Datenübertragungsrate zu erhöhen.


Beispiel:

Man schickt nach 3 Bits ein Prüfbit mit, das angibt, ob das Paket vorher eine gerade oder ungerade Zahl war. Geht eines dieser 4 Bits verloren, kann man es rekonstruieren. In diesem Beispiel kann also ¼ der Datenmenge ohne Informationsverlust verloren gehen.

Die Information ist also redundant (überreichlich) vorhanden. Es gibt verschiedenste, sehr gefinkelte Prüfungsverfahren, zum Beispiel Prüfbits, die Prüfbits prüfen. Aus diesem Grund verzeihen auch CD oder DVD relativ große Kratzer und Fingerabdrücke.


Multiplexverfahren

Handy

Zur zweiten und dritten Generation zählt man GSM und UMTS. Zur ersten Generation zählt man die A-D-Netze der riesigen Autotelefone. Die dritte Handygeneration gibt es seit 1980.

Wie ist es möglich die einzelnen Gespräche zu trennen?


Das Codemultiplexverfahren wird bei UMTS eingesetzt. Auch hier senden Handys auf einer Frequenz, aber jedem wird ein eigener Code zugewiesen. Durch gefinkelte Technik ist es möglich, dass die Mobilfunkanlage trotz Überlagerung vieler Signale jedes wieder dem richtigen Handy zuordnet.

Der Vorteil ist nicht nur die 40-mal höhere Datenübertragung gegenüber GSM, sondern auch die geringe Sendeleistung. Natürlich kann man nicht beliebig viele Gespräche auf einer Frequenz übertragen deshalb arbeiten alle Systeme zusätzlich auf verschiedenen Frequenzbereichen.

Außerdem gibt es noch das räumliche Multiplexverfahren. Da jeder Sender nur eine gewisse Reichweite hat, kann man Frequenzen in bestimmten Abstand mehrfach vergeben, ohne dass sie einander beeinflussen. Das ergibt im Idealfall eine bienenwabenartige Zellstruktur. Im Real Fall sind Zellen unterschiedlich groß.


Raummultiplex


Codemultiplexverfahren

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