Grundlagen der Signalübertragung: Prozesse, Kanäle & Optimierung

Kommunikationsprozesse und Signalstörungen

Wenn Signale über ein Medium verbreitet werden, durchlaufen sie eine Reihe von Prozessen, die ihre Qualität beeinflussen können:

• Rauschen (Rumpeln): Das Informationssignal vermischt sich mit unerwünschten, störenden Signalen. Beispiel: Störungen durch Stromversorgungsgeräte.
• Dämpfung: Dies ist der Energieverlust, den ein Signal erleidet, wenn es sich durch ein Medium ausbreitet. Behebung: Durch den Einsatz von Verstärkern, Repeatern oder Signalregeneratoren.
• Kollision: Ein Übertragungsmedium kann von mehreren Signalen gleichzeitig genutzt werden. Kommt es zu einer Überschneidung, spricht man von einer Kollision.

Kommunikationskanäle und Signalübertragung

Ein Signal ist jede der „Spuren“ oder Wege, durch die Informationen reisen.

Signale benötigen ihre eigene Bandbreite (der Frequenzbereich, der erforderlich ist, um das Signal ohne Verzerrung zu übertragen).

Die Anzahl der Kanäle hängt vom verwendeten Übertragungsmedium ab.

Um die Nutzung von Kanälen auf einem Übertragungsmedium zu optimieren oder anzupassen, können verschiedene Techniken angewendet werden, wie Modulation, Switching (Vermittlung) und Multiplexing.

A) Modulation: Signalanpassung für die Übertragung

Modulation ist ein Prozess, bei dem Informationen auf ein Trägersignal aufmoduliert werden, um sie für die Übertragung über ein Medium geeignet zu machen.

Zwecke der Modulation:

• Erleichterung der Übertragung und Ausbreitung von Signalen (z. B. Funkwellen).
• Reduzierung von Rauschen und Störsignalen.
• Sortierung und Aufteilung der Übertragungsmittel in verschiedene Kommunikationskanäle.

B) Switching (Vermittlung): Kanalverbindungen herstellen

Switching (Vermittlung) ist ein Prozess, der die Verbindung von Übertragungskanälen oder -schaltungen für die Dauer der Signalübertragung herstellt.

Schaltungsorientierte Vermittlung (Circuit Switching)

• Aufbau der Schaltung (Verbindung).
• Übermittlung der Informationen.
• Trennung der Schaltung nach Beendigung der Übertragung.

Nachrichtenvermittlung (Message Switching)

Bei der Nachrichtenvermittlung wird eine vollständige Nachricht von einem Knotenpunkt im Netzwerk zum nächsten weitergeleitet. Jeder Knoten speichert die Nachricht vollständig, bevor er sie an den nächsten weitergibt (Store-and-Forward-Prinzip). Der vorherige Abschnitt wird erst freigegeben, wenn die Nachricht erfolgreich weitergeleitet wurde, sodass andere Nachrichten den freigewordenen Abschnitt nutzen können.

Paketvermittlung (Packet Switching)

Bei der Paketvermittlung wird eine Nachricht vom Netzwerk in kleinere Einheiten, sogenannte Pakete, zerlegt. Diese Pakete werden einzeln über das Netzwerk gesendet. Tritt ein Fehler in einem Paket auf, wird nur das beschädigte Paket erneut gesendet, nicht die gesamte Nachricht.

C) Multiplexing: Mehrere Signale auf einem Kanal

Multiplexing ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer Nachrichten oder Signale über einen einzigen Kommunikationskanal.

Am Zielort ist ein Demultiplexer erforderlich, um die verschiedenen ursprünglichen Signale wieder voneinander zu trennen.

Zeitmultiplex (Time Division Multiplexing, TDM)

Beim Zeitmultiplex wird die gesamte Bandbreite des Übertragungsmediums jedem Kanal nacheinander in festen Zeitintervallen zugewiesen.

Frequenzmultiplex (Frequency Division Multiplexing, FDM)

Beim Frequenzmultiplex wird die gesamte Bandbreite des Übertragungsmediums in verschiedene Frequenzbereiche (Portionen) aufgeteilt, wobei jeder Bereich einem separaten Kanal zugewiesen wird.