Grundlagen der Telekommunikation und Robotik

Grundlagen der Telekommunikation

1. Elemente einer Mitteilung

Eine Mitteilung besteht immer aus: Absender, Nachricht, Empfänger, Kanal und Übertragungsmedium.

2. Wellenphänomene

• Was ist eine Welle? Ein physikalisches Phänomen, das sich durch den Raum ausbreitet und Energie transportiert.
• Arten von Wellen: Mechanische und elektromagnetische Wellen.
• Periodische Welle: Eine lokale Störung, die sich in wiederholenden Zyklen (z. B. sinusförmig) ausbreitet.
• Moderne Nutzung: In der modernen Telekommunikation werden primär elektromagnetische Wellen verwendet.

3. Welleneigenschaften

• Wellenlänge: Die Strecke, die eine Welle zurücklegt, um einen Zyklus abzuschließen.
• Periode: Die Zeit, die eine Welle für einen vollständigen Zyklus benötigt.
• Frequenz: Der Kehrwert der Periode; die Anzahl der Zyklen pro Zeiteinheit.
• Ausbreitungsgeschwindigkeit: Die Strecke, die eine Welle in einer bestimmten Zeit zurücklegt.

4. Elektromagnetische Wellen

Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit (ca. 300.000 km/s) aus. Die Wellenlänge lässt sich aus der Frequenz berechnen, da die Geschwindigkeit konstant ist.

5. Übertragungssysteme

Man unterscheidet zwischen kabelgebundener Übertragung (z. B. Kupferkabel, Koaxialkabel, Lichtwellenleiter) und drahtlosen Systemen.

6. Historische Entwicklung

• Telegraph: Das erste moderne Telekommunikationsmittel. Er nutzt elektrische Impulse (Punkte und Striche) über eine Schaltung.
• Telefon: Besteht aus Mikrofon und Hörer. Das Mikrofon wandelt Schallwellen in elektrische Widerstandsänderungen um, die der Empfänger wieder in Schall zurückverwandelt.

7. Modulation und Signalverarbeitung

• Modulation: Die Kombination eines Informationssignals mit einer Trägerwelle.
• AM (Amplitudenmodulation): Die Amplitude des Trägers variiert mit der Nachricht.
• FM (Frequenzmodulation): Die Frequenz des Trägers variiert mit der Nachricht (höhere Klangqualität, störungsresistenter).

8. Satelliten und Funk

Geostationäre Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von ca. 35.786 km über dem Äquator mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit wie die Erde, wodurch sie an einem festen Punkt am Himmel erscheinen.

9. Bildschirminterpretation

Es gibt verschiedene Technologien wie LCD (Flüssigkristalle), Plasma (Edelgasentladung) und Kathodenstrahlröhren (Elektronenbeschuss von Phosphorschichten).

10. Gesundheit und Strahlung

Ionisierende Strahlung kann Materie verändern und biologische Schäden (z. B. DNA-Schäden, Krebsrisiko) verursachen. Es ist wichtig, zwischen ionisierender und nicht-ionisierender Strahlung zu unterscheiden.

Steuerung und Robotik

1. Definitionen

• Automatisches System: Wiederholt feste Abläufe ohne Anpassungsmöglichkeit.
• Steuerung: Gesamtheit der Elemente zur Automatisierung einer Maschine.
• Roboter: Ein programmierbares System, das Informationen aus der Umwelt erfasst und darauf reagiert.

2. Systemtypen

• Open-Loop (Steuerung): Arbeitet ohne Rückkopplung.
• Closed-Loop (Regelung): Nutzt Sensoren und Feedback-Signale, um den Ist-Zustand mit dem Soll-Zustand zu vergleichen und Abweichungen (Fehlersignal) zu korrigieren.