Wireless Basics – Grundlagen drahtloser Übertragungssysteme

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Zusätzliche Komponenten

Zusätzliche Komponenten bei Funknetzen sind also Modulatoren und Demodulatoren als Basis für die Transceiver (Sende/Empfänger). Im Folgenden werden wir die Repräsentation unserer Nachricht als primäre Zeichenschwingung und das zu modulierende Signal als Trägerschwingung bezeichnen.

Für die Bewertung einer möglichen Übertragungsleistung ausgedrückt in Bit/s. sollte man wissen, welche Bandbreite ein bestimmtes Modulationsverfahren unter bestimmten Randbedingungen überhaupt erzielen kann.

Der zu übertragende analoge Kanal (auch ein Digitalsignal stellt in diesem Zusammenhang einen analogen Kanal dar) wird mittels des Übertragungsmediums Luft realisiert. Daher muss eine der Übertragung angemessene Radiofrequenz gewählt werden, die bestimmte Ausbreitungseigenschaften hat. Da die Welt voller Radiofrequenzen ist und es mit gutem Grund nationale und internationale Beschränkungen und Regelungen gibt, kann man die Frequenz nicht frei wählen.

Aber die Wahl einer Frequenz alleine reicht nicht aus, denn die Regelungen sagen auch aus, wieweit man sich bei einer gegebenen Grundfrequenz nach „links“ und „rechts“ entfernen darf, d.h. es werden von den nationalen und internationalen Regulierungs-Organisationen keine Frequenzen, sondern Frequenzbänder festgelegt. Die bereits angesprochene Bandbegrenzung des analogen Kanals liegt also nicht wie z.B. bei einem Kabel, einzig und allein in der physikalischen Begrenzung der Bandbreite, die z.B. bei einem Kabel durch die Tiefpasseigenschaft gegeben ist, sondern in entsprechenden Regulierungen. Außerdem wird für drahtlose Dienste meist auch noch festgelegt, welche Leistung ein Sender überhaupt haben darf. Beides hat erheblichen Einfluss auf die Darstellungsmöglichkeiten und die überhaupt mit einem Trägersignal erzielbare Nutzdatenrate.

Bei der Besprechung der unterschiedlichen Modulationsarten werden wir sehen, inwieweit ein Modulationsverfahren das ihm zur Verfügung stehende Frequenzband überhaupt ausnutzen kann.

Die Sendeleistung

Die Leistung eines Senders ist ebenfalls ein kritischer Punkt. Aus der begrenzten Leistung und einer durch die Kosten begrenzten Empfindlichkeit eines Empfängers ergeben sich ebenfalls schwerwiegende Implikationen für die mögliche Datenrate. Erschwert wird dies in der Praxis noch dadurch, dass die Personen, die die Systeme einsetzen, meist noch nicht einmal von den grundlegenden Randbedingungen der drahtlosen Übertragungstechnik gehört haben, sondern z.B. ein Radio-LAN auspacken und so ähnlich wie eine Funkmaus einsetzen wollen. Das bedeutet die Notwendigkeit eines katastrophenfesten Designs eines solchen Systems, was natürlich die Nutzleistung auch nicht grade weiter steigert.

Um jetzt das Nutzsignal auf die Trägerfrequenz zu bringen, benötigt man einen Sender, der aus einem Oszillator besteht, der die Trägerfrequenz erzeugt, einem Modulator, der die Trägerfrequenz im Sinne der primären Zeichenschwingung beeinflusst, einer Senderendstufe, die das Signal nochmals aufbereitet und einer Antenne, die das Signal in das Übertragungsmedium Luft abstrahlt.

Der Empfänger

Der Empfänger besteht aus einer Antenne für den Empfang des Radiosignals, einer Eingangsstufe, die das gewünschte Signal aus allen anderen Signalen, die so in der Luft herumirren, isoliert, einem Demodulator, der die im Mischsignal aus Trägerschwingung und primärer Zeichenschwingung enthaltene Information aussondert und einem Verstärker/Integrator, der das Nutzsignal wieder in eine Form bringt, die digital weiterverarbeitet werden kann.

In den meisten Geräten der drahtlosen digitalen Nachrichtenübertragung sind gleichermaßen Sender und Empfänger notwendig. Die Empfängertechnik kann man in einem solchen Fall optimieren, wenn man bestimmte Teile des Senders mitbenutzen kann, wie wir später noch sehen werden. Eine solche Kombination aus Sender und Empfänger wird auch als Transceiver bezeichnet. In der Realität verwendet man für die Voll- oder Halbduplex-Übertragung von Informationen zwischen zwei Geräten zwei Transceiver, in jedem Gerät einen. Deshalb heißt das zugehörige Unterkapitel auch nicht Sende- und Empfangstechnik, sondern Transceivertechnik

Die Leistung eines Kanals (letztlich die Anzahl der Zeichen, die auf ihn übertragen und anschließend auch wiedererkannt werden können) wird als Bandbreite bezeichnet, doch zur genaueren Definition später mehr. Auf den analogen Kanal wirken Störungen ein, z. B. thermisches Rauschen, Nebensprechen, Impulsstörungen und ähnliche Wechselwirkungen mit der Umwelt. Das nun gestörte Signal wird demoduliert und wieder in eine Folge von Binärzeichen umgewandelt. Im Kanaldecoder wird die fehlerbehaftete 0/1-Folge in ein möglichst fehlerfreies binäres Datensignal decodiert.

Bei drahtlosen Übertragungssystemen können noch eine Reihe weiterer Funktionen hinzukommen, die die Übertragung sichern helfen, z.B. solche für die Regelung des wechselseitigen Ausschlusses bei der Übertragung von mehreren Geräten auf einem einzigen Kanal oder einer Gruppe von Kanälen