Daten reisen um die Welt

Wellen nutzen zur Kommunikation dank ihres Informationsgehalts
Wellen tragen Informationen mit sich. Mit der Ausbreitung der Wellen gelangen die Informationen an einen anderen Ort, wo sie empfangen und abgerufen werden können. So kommunizieren wir miteinander und vernetzen uns global.
Poster zum Thema Kommunikation
Analoges Signal
Tonkurve
Digitalisierung
Abtasten
Analoges Signal
Codierung mit 8 Bit
Verpacken auf Trägerwelle
Originalsignal (analog)
Trägersignal
AM
FM
Glasfaserkern
Glasfaserkabel
Glasfaserkabel
untermeerisches Glasfasernetz
4G-Signal
5G-Signal
Radiosignal
Wi-Fi
Bluetooth

Elektronisch verpackt

Sprache und Musik haben als Schallwellen eher geringe Reichweiten. Möchten wir grössere Entfernungen überbrücken, müssen wir die Luftschwingungen der Schallwellen in ein elektrisches Signal umwandeln. Aus der Stimme einer Radiomoderatorin wird so eine Tonkurve. Diese Kurve ist durchgehend bzw. analog, d.h. sie hat keine Unterbrechungen oder Stufen. In dieser Form kann das Gesprochene über Kupferkabel übermittelt werden.

Heutzutage werden Signale jedoch meist in digitaler Form versendet. Dazu wir die Tonkurve digitalisiert, d.h. ihre Wellenform wird in regelmässigen Abständen «abgetastet» und so neu erfasst. Das resultierende Signal besteht nur noch aus einzelnen Werten, was geringere Datenmengen zur Folge hat. Die Werte werden in Abfolgen von 0 und 1 übersetzt – ähnlich wie beim Morsen, bei dem jedem Buchstaben eine Abfolge von kurzen und langen Zeichen zugeordnet ist.

Sowohl analoge als auch digitale Signale können in eine elektromagnetische Welle verpackt werden, um sie drahtlos oder mit Licht per Glasfaserkabel zu übertragen. Die elektromagnetische Welle dient dabei als Trägerwelle und bildet die Form des Signals nach: Bei der Amplitudenmodulation (AM) bilden die Amplituden der Trägerwelle das Signal nach, bei der Frequenzmodulation (FM) hingegen die Frequenzen.

 

Global vernetzt

Immer mehr Daten sollen immer schneller, weiter und in immer besserer Qualität übermittelt werden. Dafür wird ein gut ausgebautes Netzwerk von Verbindungen benötigt – ähnlich einem gut ausgebauten Strassennetz.

Kupferkabel werden zunehmend durch Glasfaserkabel abgelöst, in denen Daten wesentlich schneller transportiert werden. Zudem gibt es auch bei grossen Distanzen kaum Qualitätsverlust. Um die ganze Welt mit «Highspeed» zu vernetzen, werden u.a. die untermeerischen Glasfaserverbindungen weiter ausgebaut. Auch unser Mobilfunk ist ans Glasfasernetz angeschlossen – wobei die Verbindung zwischen Handy und Antenne selbst drahtlos ist.

Ob Radio, Mobilfunk oder Militär: Alle haben eigene Frequenzbereiche, um sich bei der Datenübermittlung nicht gegenseitig zu behindern. Mittlerweile sind die Datenmengen so gross und die Nutzer so zahlreich, dass die Frequenzen zunehmend ausgelastet sind und sich z.B. mehrere Handynutzer eine Frequenz teilen müssen. Dazu werden Telefongespräche in Datenpakete aufgeteilt, sodass sie häppchenweise und dadurch fast gleichzeitig übertragen werden können.

Mit 5G können für den Mobilfunk zusätzliche, höhere Frequenzen genutzt werden – wie neue Spuren bei einem Autobahnausbau. Mit diesen zusätzlichen «Spuren» können mehr Daten zur selben Zeit übermittelt werden, sodass es schneller geht, bis eine bestimmte Datenmenge übertragen ist. Da die Reichweite der höheren Frequenzen jedoch geringer ist, werden für eine gute Netzabdeckung mehr Antennen benötigt. Dafür werden Daten nur noch bei Bedarf in «Beams» mit nur genau der benötigten Signalstärke zu den Nutzern übertragen und nicht nonstop in alle Richtungen ausgesendet.

 

Lokal gesagt

Wenn wir sprechen, erzeugen wir Schallwellen. Sie entstehen, weil unsere Stimmbänder die Atemluft in Schwingungen versetzen. Mit unserem Mund können wir die Schallwellen zu wiedererkennbaren Lauten formen. Setzen wir diese zu Wörtern und Sätzen zusammen, können wir uns mit anderen verständigen.

Wenn wir uns mit Menschen in unserer Nähe unterhalten, wird die Unterhaltung über die Luft übertragen. Wir können sie aber auch über ein anderes Medium als Luft führen. Das demonstriert auf spielerische Art ein Büchsentelefon, das die von uns erzeugten Schallwellen durch eine straff gespannte Schnur gezielt zum Gegenüber leitet: Die Welle trifft vom Mund auf den Büchsenboden, der zu schwingen beginnt und die Schwingungen auf die Schnur überträgt. Am anderen Ende übertragen sich die Schwingungen von der Schnur zurück auf den Büchsenboden und von dort wieder in die Luft. Die Schallwellen werden nun wieder zu Wörtern, die wir verstehen können.