Kommunikationstechnologien: Von den Anfängen bis zum Internet

Grundlagen der Kommunikation

Information und Kommunikation

Information: Der Prozess der Datenverarbeitung zur Wissensvermittlung.

Kommunikation: Ist der Prozess der Informationsübertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger. Sie ist ein wechselseitiger Akt, der die Kombination zweier Funktionen darstellt. Kommunikation kann unidirektional (z. B. das Lesen von Text, Fernsehen) oder bidirektional sein.

Elemente des Kommunikationsprozesses

• Emittent: Die Quelle der Informationen.
• Nachricht: Enthält die Daten oder Informationen.
• Code: Repräsentiert die Informationen.
• Kanal: Überträgt die Informationen.
• Empfänger: Die Person oder Entität, die Informationen empfängt.

Historische Entwicklung der Telekommunikation

Frühe Kommunikationsmittel

Telegraph: War das erste Telekommunikationsgerät mit breiter Anwendung. Er ermöglichte die Fernübertragung von Nachrichten über einen elektrischen Draht. Später erfolgte die Übertragung auch mittels elektromagnetischer Wellen (Marconi, 1901). Zur Informationsübermittlung wurde eine Schaltung mit zwei Zeichen (Punkt und Linie) verwendet.

Alexander Graham Bell: Entwickelte 1875 das erste Telefon, das die Übertragung von Schall über weite Entfernungen mittels eines elektrischen Kabels ermöglichte. Das Telefon erreichte Barcelona im Jahr 1877.

Telefonie

Das Telefon: Basiert auf der bidirektionalen Übertragung von Schall über Entfernungen. Dabei wird der Schall vom Sender (Kommunikationsnetz) in elektrische Signale umgewandelt und beim Empfänger wieder in Schall zurückverwandelt. Derzeit unterscheiden wir zwei Arten von Telefonie: Festnetz- und Mobiltelefonie.

Arten der Telefonie

• Festnetztelefonie: Festnetztelefone sind an einem bestimmten Ort (z. B. zu Hause, im Restaurant) stationär. Sie sind über ein Kabel mit einem Kommunikationsnetz verbunden.

  • Mikrofon: Wandelt Schall in ein elektrisches Signal um. Druckschwankungen, die durch Schall verursacht werden, bringen eine schwingende Membran im Mikrofon zum Vibrieren. Dies erzeugt elektrische Spannungsvariationen, die an das Kommunikationsnetz übertragen werden.
  • Hörer: Wandelt das empfangene elektrische Signal wieder in ein akustisches Signal (Schall) um.
  • Klingel/Hörzeichen: Besteht aus einem elektronischen Ton, der in regelmäßigen Abständen ertönt.

• Mobiltelefone: Sind autonome Geräte, die sich mit dem Benutzer bewegen. Die Verbindung zum Netz erfolgt über elektromagnetische Wellen. Mobilfunk ist eine Weiterentwicklung der Nutzung elektromagnetischer Wellen für die Kommunikation zwischen mobilen Geräten und festen Relaisstationen, die an das konventionelle Telefonnetz angeschlossen sind. Diese Geräte sind über Antennen, die über das Gebiet verteilt sind, mit Vermittlungszentren verbunden. Sie bilden ein spezifisches Kommunikationsnetzwerk für Anrufe innerhalb und zwischen Mobiltelefonen sowie ins Festnetz. Diese Zellen senden und empfangen Signale innerhalb ihrer Reichweite und leiten sie an einen zentralen Computer weiter, der den gesamten Datenverkehr und die Anrufe im Netzwerk verarbeitet.

Fax

Das Fax: Ist eine Telekommunikationstechnologie, die zur Übertragung von Dokumentenkopien (Faksimiles) mittels Geräten, die über das herkömmliche Telefonnetz arbeiten, verwendet wird. Der Vorteil des Faxes gegenüber anderen Methoden wie der Post ist die praktisch verzögerungsfreie Übertragung. Nachteile wie die oft geringe Qualität haben jedoch dazu geführt, dass E-Mails als gängiger Weg zur elektronischen Dokumentenübertragung das Fax weitgehend verdrängt haben.

Rundfunk und Fernsehen

Radio

Radio: Die Übertragung von Signalen erfolgt durch die Modulation elektromagnetischer Wellen mit Frequenzen unterhalb des sichtbaren Lichts. Elektromagnetische Strahlung breitet sich durch schwingende elektrische und magnetische Felder aus, die Luft und das Vakuum des Weltraums durchdringen. Informationen werden durch die systematische Veränderung einer Eigenschaft der abgestrahlten Wellen, wie Amplitude, Frequenz oder Phase, übertragen. Wenn Radiowellen einen elektrischen Leiter passieren, induzieren die Wechselfelder einen Wechselstrom im Leiter. Dieser kann detektiert und in Ton oder andere Signale, die Informationen enthalten, umgewandelt werden.

Fernsehen

Fernsehen: Ein Telekommunikationssystem zur Übertragung und zum Empfang von bewegten Bildern und Tönen. Der Begriff bezieht sich auch auf alle Aspekte von Fernsehprogrammen. Das kommerzielle Fernsehen begann in den 1930er Jahren. Seitdem ist der Fernseher zu einem der am weitesten verbreiteten Geräte weltweit geworden. In den 1970er Jahren erschienen die ersten Videogeräte, die die Aufzeichnung von TV-Inhalten ermöglichten, wie VHS und später DVD. Das Fernsehen ist zu einem Synonym für die postmoderne Kultur geworden. Das Gerät zum Empfang von Fernsehprogrammen ist der Fernseher. Intern verfügt es über mehrere elektronische Schaltungen, einschließlich derer, die das Signal abstimmen und dekodieren. Ein Gerät ohne diese Schaltungen wird als Monitor statt als Fernseher bezeichnet. Neben dem herkömmlichen analogen Fernsehen wurden auch Systeme entwickelt, um TV-Signale in anderen Formaten zu empfangen, wie Closed Circuit Television (CCTV) oder digitales Fernsehen (HDTV).

Grundlagen der Signalübertragung

Elektromagnetische Wellen und Spektrum

Elektromagnetische Wellen: Diese Wellen breiten sich im Raum mit einer elektrischen und einer magnetischen Komponente aus. Diese beiden Komponenten schwingen senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung sowie in Phase miteinander. Elektromagnetische Strahlung existiert in verschiedenen Arten, abhängig von der Frequenz der Welle (in absteigender Reihenfolge der Frequenz): Radiowellen, Mikrowellen, Terahertz-Strahlen (T-Strahlen), Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgen- und Gammastrahlung. Elektromagnetische Strahlung transportiert Energie und Impuls, die bei der Wechselwirkung mit Materie übertragen werden können.

Elektromagnetisches Spektrum: Die Gesamtheit aller möglichen elektromagnetischen Wellen, von hochfrequenten Wellen wie Gamma- und Röntgenstrahlen bis zu niederfrequenten Radiowellen.

Rundfunkkomponenten

• Mikrofon (Rundfunk): Wandelt Schall in ein elektrisches Signal um, das den Niederfrequenz-Modulator erreicht.
• Modulator: Eine elektronische Schaltung, die zwei Eingangssignale empfängt (die Audiofrequenz und die Trägerwelle).
• Oszillator/Trägerwelle: Ist die elektromagnetische Welle, die die Sendefrequenz des Senders definiert und für die Ausbreitung im Raum verantwortlich ist.

Bildsensoren

CCD (Charge-Coupled Device): Ein Sensor, der Photonen in einer Matrix misst, um die Lichtmenge zu erfassen, die an jedem Punkt ankommt. Dadurch kann ein digitalisiertes Bild erzeugt werden. Digitale Video- und Fotokameras sowie einige Teleskope verwenden CCD-Sensoren.

Netzwerktechnologien und moderne Kommunikation

Netzwerktypen

• Schmalband-Netzwerke: Ermöglichen die Übertragung von Daten mit einigen tausend Bit pro Sekunde (Kbit/s). Das Modem kodiert die Informationen für das Netzwerk.
• Breitband-Netzwerke: Ermöglichen die Übertragung von Daten mit Millionen von Bits pro Sekunde (Mbit/s). Die Übertragungsgeschwindigkeit wird in Bit pro Sekunde (bps) gemessen.

Moderne Kommunikationsdienste

• Instant Messaging: Ein System zum Austausch von Nachrichten zwischen zwei oder mehr Personen in Echtzeit über ein Kommunikationsnetzwerk wie das Internet.
• VoIP (Voice over IP): Ermöglicht Telefongespräche über das Internet, oft kostengünstig oder kostenlos.

Drahtlose Technologien

• Wi-Fi: Ein bidirektionales Kommunikationssystem, das Funkfrequenzen (z. B. 2,4 GHz) für die drahtlose Netzwerkverbindung nutzt.
• Bluetooth: Ermöglicht den Datenaustausch zwischen mobilen Geräten über kurze Distanzen.

Netzwerkprotokolle und Komponenten

• TCP/IP-Protokoll: Identifiziert Computer, die mit dem Netzwerk verbunden sind, durch eine eindeutige Adresse. TCP unterteilt Informationen in Pakete, die unmissverständlich durch das Netzwerk zirkulieren und am Zielort wieder zusammengesetzt werden.
• Parabolantennen: Haben die Eigenschaft, reflektierte Wellen zu sammeln und in einem Brennpunkt zu konzentrieren.

Chronologische Entwicklung der Kommunikationstechnologien

Tonübertragung, Telegraph, Telefon, Fax, Radio, Fernsehen, Internet.