Grundlagen der Telekommunikation: Signale, Frequenz & Bandbreite

Grundlagen der Signalübertragung

Typischerweise wird eine Nachricht von einer Quelle erzeugt. Da diese oft elektrischer Natur ist, wird ein Gerät namens Wandler benötigt, um die Nachricht in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Diese Menge variiert in der Zeit, in der die Nachricht als Strom fließt. Am anderen Ende wandelt ein weiterer Wandler das Ausgangssignal zurück in das ursprüngliche Ziel. Ein Mikrofon und ein Lautsprecher sind Beispiele für Eingangs- bzw. Ausgangswandler im Falle von analogen Nachrichten.

Der Sender speist die Nachricht in Form eines Sendesignals in den Kanal ein. Dabei können verschiedene Operationen der Signalverarbeitung durchgeführt werden, um eine effiziente Übertragung zu gewährleisten.

Die häufigste Methode ist die Modulation, bei der das gesendete Signal durch die Verwendung einer Trägerwelle an die Kanaleigenschaften angepasst wird.

Der Übertragungskanal oder das Medium ist die elektrische Verbindung zwischen Sender und Empfänger. Dies kann ein Leiterpaar, ein Koaxialkabel, eine Funkstrecke oder eine Glasfaser sein.

Der Empfänger extrahiert das gewünschte Signal aus dem Kanal und liefert es an den Wandler.

Im Übertragungsweg des Signals treten bestimmte Nebenwirkungen auf, die sich als Änderungen in der Signalform zeigen. Diese Verunreinigungen werden im gesamten System eingeführt und beziehen sich meist auf den Kanal, unter Berücksichtigung von Sender und Empfänger. Diese Kontaminationen sind vor allem Dämpfung und Rauschen.

Zeit und Frequenz in der Telekommunikation

Die Frequenz ist eine objektive und messbare Größe, die sich auf periodische Signale bezieht.

Ihre Maßeinheit ist Hertz (Hz). Eine Frequenz bezieht sich auf Zyklen pro Sekunde. So entspricht eine Frequenz von 1 Hertz einem Zyklus pro Sekunde.

Was ist Bandbreite?

Elektromagnetische Signale sind mit dem Frequenzspektrum verknüpft. Die Bandbreite ist eine Zahl, die den Bereich der Frequenzen darstellt, ohne die untere und obere Grenze explizit zu nennen. Die Bandbreite eines Signals ist der Raum, den es im Frequenzbereich einnimmt (höchste Frequenz - niedrigste Frequenz). Ihr Wert ist eng mit der Menge der enthaltenen Informationen verbunden: Je mehr Informationen, desto größer ist die benötigte Bandbreite. In der Datenwelt wird die Bandbreite durch die Fähigkeit eines Kanals definiert, Informationen zu übertragen (Bits/Sekunde).

Analoge und digitale Signale

Analoges Signal: Hierbei ist die Information in der Amplitude und Frequenz kodiert, die regelmäßig oder periodisch bearbeitet werden können. Diese Signale sind dominant in analogen Telekommunikationsanlagen.

Digitales Signal: Hierbei sind die Informationen zwischen zwei festen Spannungspegeln, auch Logik-Ebenen genannt, als Impulsfolgen verschlüsselt. Dies ist das grundlegende Merkmal digitaler Systeme.

Was ist Rauschen?

In einem weiten Sinne ist Rauschen jedes Signal, das dem gesendeten Signal hinzugefügt wird. Dies kann folgende Ursachen haben:

• Thermisches Rauschen: Zufälliges Rauschen, das in elektronischen Komponenten oder durch die Umwelt eingeführt wird.
• Impulsrauschen: Verursacht z. B. durch den Betrieb elektromechanischer Geräte (z. B. Relais).
• Übersprechen: Signaleinstrahlung über eine andere Schaltung.
• Verzerrungen: Bestimmte Arten von Verzerrungen, die digitalen Übertragungstechniken innewohnen.