Mobilfunk für Dummies, Teil 4 – Modulationsverfahren

Wie funktioniert Mobilfunk? Wie kommt das, was ich sage, zu meinem Gesprächspartner am anderen Ende der Welt? Diese und andere Fragen wollen wir in den kommenden Wochen beantworten – heute: Wie wird das Datenpaket aus meiner Stimme gefunkt?

Hier haben wir erklärt, wie aus dem, was wir sagen, erst ein analoges, und dann mit Hilfe von einem kleinen Computerchip in unserem Handy ein digitales Datenpaket wird. Pro Sekunde erstellt dieser Chip 64.000 Bits, die ganz genau aussagen, was wir wie gesagt haben. Nun müssen diese Bits gefunkt werden, damit unsere Aussage bei unserem Gesprächspartner ankommt.

Elektromagnetische Wellen als Informationsträger

Das Modulationsverfahren: Wie wird das Datenpaket aus meiner Stimme gefunkt?

Und hier kommen wir wieder zu den Frequenzen, den elektromagnetischen, schwingenden Wellen. Grundsätzlich gibt eine gleichmäßige schwingende Welle noch keine Informationen weiter. Damit das passieren kann, muss sie aufgrund dieser Informationen verändert werden. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen – durch die Amplitudenmodulation, die Frequenzmodulation oder die Phasenmodulation.

Eine elektromagnetische Welle ist durch drei Merkmale charakterisiert, die verändert werden können: die Amplitude (Schwingungshöhe), die Frequenz (Häufigkeit der Schwingung) und die Phase oder Polung (ob die Welle zuerst nach oben oder nach unten schwingt). In einem Modulationsverfahren kann nun jedes dieser Merkmale geändert werden, um Informationen zu kodieren.

Die Amplitudenmodulation

Was gefunkt werden soll, ist ja eine lange 1-0-Kombination. Eine der Möglichkeiten ist, die Schwingung immer dann für einen Augenblick zu unterbrechen, wenn eine 0 gefunkt werden soll, und wieder aufzunehmen, wenn eine 1 gefunkt werden soll. Wenn die Länge eines jedes dieser Signale vorher festgelegt wurde, kann der Empfänger auf diese Weise ganz genau sagen, wie die 1-0-Kombination, die er empfangen hat, aussieht.

Die Frequenzmodulation

Die zweite Möglichkeit, die Welle mit Informationen zu versehen, ist die Frequenzmodulation. Bei diesem Verfahren wird je nach 0 oder 1 die Frequenz, also die Schwingungshäufigkeit der Welle verändert. Bei einer 0 wird die Welle also nicht, wie bei der Amplitudenmodulation abgeschaltet, sondern verlangsamt. Auch hier muss die Dauer eines Signals vorher festgelegt werden, damit der Empfänger die jeweiligen Frequenzen wieder zu 0 und 1 zuteilen kann.

Die Phasenmodulation

Die dritte Möglichkeit der Anpassung ist die Phasenmodulation. Wenn eine Schwingung anfängt, kann sie zuerst nach oben oder nach unten schwingen. Nun kann festgelegt werden, dass eine Welle eine 1 darstellt, wenn sie nach oben schwingt und eine 0 wenn sie nach unten schwingt. Und immer wenn nach einer 0 eine 1 folgt, wird die Richtung, also die Polung einer Welle geändert.

Während die Amplitudenmodulation und die Frequenzmodulation z.B. beim Rundfunk und Fernsehen zum Einsatz kommen, wird im Mobilfunk vorwiegend die digitale Phasenmodulation eingesetzt. Seit den Anfängen der digitalen Übertragung von Mobilfunkgesprächen wurden immer neue Techniken entwickelt, die eine Übertragung von immer mehr Daten möglich machen, Stichwörter sind hier GSM, UMTS oder LTE. Aber wie diese genau funktionieren, erklären wir ein anderes Mal.

Hier geht es zu den anderen Teilen der Serie:

Mobilfunk für Dummies: Teil 1 – die Frequenzen

Mobilfunk für Dummies: Teil 2 – Schallwellen

Mobilfunk für Dummies: Teil 3 – von analog zu digital

 

5 Kommentare

  1. […]Und immer wenn nach einer 0 eine 1 folgt, wird die Richtung, also die Polung einer Welle geändert.

    Muss es nicht heißen:
    Und immer wenn nach einer 1 eine 1 folgt, wird die Richtung, also die Polung einer Welle geändert.

  2. […] Hier haben wir erklärt, wie die digitale Phasenmodulation funktioniert. Diese braucht man, um die 0-1-Kette, die der kleine Computerchip aus unserer Stimme gemacht hat, auf Reise zu schicken. Denn wie hier erklärt, tragen elektromagnetische Wellen erstmal keine Informationen mit sich. Aber mit Hilfe der Phasenmodulation kann eine Kombination aus 0 und 1 eindeutig weitergegeben werden. Somit stellt die Phasenmodulation die Grundlage der modernen Mobilfunktechnik dar. […]

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