Grundlagen der Kommunikation und Signalübertragung

Grundlagen der Kommunikationstechnologie

Kommunikation ist die Übermittlung von Informationen von einem Ort zum anderen. In Bezug auf die Technologie für die Kommunikation benötigen wir ein System mit einem Absender der Nachricht und einem Empfänger. Der Kommunikationskanal ist das Mittel, mit dem die Nachricht übertragen wird. Diese Übertragung erfolgt durch Signale (Umweltstörungen), die vom Sender stammen, bis sie den Empfänger erreichen.

Merkmale des Kommunikationskanals

Zu den Merkmalen gehören die Mittel, mit denen übertragen wird (Atmosphäre, Wasser, Vakuum, Glasfaser usw.), die Signalcharakteristik des Kanals, die Übertragungsgeschwindigkeit, die Bandbreite, Interferenzen sowie die maximale Entfernung, bei der das Signal ankommt. Wenn die Übermittlung von Informationen an eine große Anzahl von Menschen gelingt, spricht man von Netzwerk-Kommunikation.

Verschiedene Signal-Typen

• Analoge Signale: Die Störungen des Mediums werden von Zeit zu Zeit auf kontinuierlicher Basis verändert, wie zum Beispiel bei der Lautstärke.
• Digitale Signale: Die Störungen sind nicht kontinuierlich. Der Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt steht in keinem direkten Zusammenhang mit dem Wert, den das Signal zuvor hatte.

Übertragungssysteme im Überblick

Man unterscheidet zwischen zwei Hauptarten von Systemen:

• Drahtgebunden (Wired): Die Übertragung erfolgt durch physikalische Verbindungen zwischen dem emittierenden System und dem Empfängersystem.
• Drahtlos (Wireless): Die Übertragung wird durch die Atmosphäre oder das Wasser erzielt. Hierbei werden elektromagnetische Wellen als Signale verwendet.

Physikalische Übertragungsmedien

Die Medien umfassen Kabel und Signale, die elektrische Informationen tragen. Zu den wichtigsten Kabeltypen gehören:

• Kabel-Paare: Diese werden in der Festnetztelefonie verwendet und bestehen aus zwei Kupferleitungen zur Übertragung elektrischer Signale.
• Koaxialkabel: Bestehend aus einem Kupferkern, der das Signal überträgt. Eine Isolierung trennt den Kern von einem Kupfer- oder Aluminiumgeflecht, das vor elektrischen Störungen schützt. Sie werden verwendet, um Signale von der Antenne zum Fernseher zu leiten.
• Lichtwellenleiter (LWL): Diese ermöglichen das Senden von Signalen über mehrere Meilen bei höheren Übertragungsgeschwindigkeiten und vermeiden elektromagnetische Störungen. Der Kern besteht aus reinem Glas mit einer Schutzbeschichtung. Ein Laser oder eine LED sendet das Signal, das von einer Photodiode empfangen wird.

Die Entwicklung der Telefonie

Der Telegraph hatte drei Hauptprobleme: Er reagierte langsam, man konnte nicht die vollständige Meldung sofort erhalten und nicht jeder konnte ihn bedienen. Das Telefon hingegen besteht aus einem Mikrofon mit einer flexiblen Membran, die durch Schallwellen in der Luft schwingt. Diese Vibration erzeugt eine Zustandsänderung in einem elektrischen Bauelement, das ein elektrisches Signal durch Variation des Stroms produziert. Der Empfänger sammelt das elektrische Signal und gibt die Änderungen an eine Metallmembran weiter, die den Original-Sound kontinuierlich reproduziert.

Telefonzentralen und Vermittlung

In der Telefonzentrale steuern Betreiber und Teams den Fluss der Anrufe. Sie sind für die Verbindung zwischen den Teilnehmern, das Senden von Tönen und die Spannungsversorgung der Leitungen verantwortlich. Es gibt verschiedene Arten:

• Analog mit Relais
• Elektro-analog: Verwendung von integrierten Schaltungen und Analog-Digital-Wandlern (zweite Generation).
• Digital: Nutzung von integrierten Schaltungen (Chips).

Antennen und elektromagnetische Wellen

Antennen sind Geräte, die für die Umwandlung von elektromagnetischen Wellen in elektrische Impulse (Empfang) und umgekehrt (Senden) verantwortlich sind. Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum aus und sind durch ihre Frequenz charakterisiert.

Modulation von Radio-Emissionen

Radiofrequenzsignale allein würden im Empfänger nur ein unverständliches Rauschen erzeugen. Um Botschaften zu vermitteln, wird das Audiosignal mit einem Trägersignal gemischt (Modulation):

• Amplitudenmodulation (AM): Die Amplitude der Trägerfrequenz ändert sich, um das Audio-Signal zu tragen, während die Frequenz konstant bleibt.
• Frequenzmodulation (FM): Die Frequenz der Welle ändert sich in Abhängigkeit von der Amplitude und Frequenz des Audiosignals, während die Amplitude des Trägers konstant bleibt.