Big Bang HTL 3, Schulbuch

Informationsübertragung durch EM-Wellen 10 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 93 Analog – digital Was ist der Unterschied zwischen analog und digital? Analog bedeutet kontinuierlich oder stufenlos. Zum Bei- spiel ist die Sinuskurve in Abb. 10.11 a analog. Auch die Zei- ger einer Analoguhr kannst du stufenlos an jede beliebige Stelle drehen. Digital bedeutet, dass man Signale oder Daten durch Ziffern darstellt. Diese Darstellung kann nicht stufenlos sein, weil man dafür unendlich viele Stellen bräuchte. In Abb. 10.11 siehst du auch zwei digitalisierte Va- rianten der Sinuskurve. Natürlich versucht man, die Stufen so klein wie möglich zu halten. Um ein Audiosignal in HiFi- Qualität zu übertragen, braucht man eine sogenannte Ab- tastrate von 44 kHz. Das bedeutet, dass man 44.000-mal pro Sekunde das analoge Signal misst und in einen Zahlenwert umwandelt. Die beim Digitalisieren entstandenen Zahlen werden letzt- lich immer in Dualzahlen (Binärzahlen) umgewandelt, die nur aus 0 und 1 bestehen (siehe Abb. 10.11 a). Diese werden dann mit einem der drei Modulationsverfahren übertragen (Abb. 10.12) oder z. B. auf eine CD oder DVD gebrannt (Abb. 10.14) oder am Computer digital gespeichert. i Abb. 10.11: a) Analoge Sinuskurve und digitalisierte Version mit geringer Abtastungsrate: exemplarisch 4 digitale Werte in dezimaler und binärer Darstellung b) hohe Abtastungsrate Abb. 10.12: Drei digitale Modulationsverfahren: Man nennt sie auch Umtastung (Shift Keying). Die digitale Frequenzmodulation wird daher auch Frequenzumtastung oder Frequency Shift Keying (FSK) genannt. PM steht für Phasenmodulation. Ein einfaches Beispiel: Man schickt nach 3 bits ein Prüfbit mit, das angibt, ob das Paket vorher eine gerade oder unge- rade Zahl war. Geht eines dieser 4 Bits verloren, kann man es rekonstruieren. In diesem Beispiel kann also 1/4 der Datenmenge ohne Informationsverlust verloren gehen. Man sagt daher, dass die Information redundant (überreichlich) vorhanden ist. Es gibt verschiedenste, sehr gefinkelte Prüfungsverfahren, zum Beispiel Prüfbits, die die Prüfbits prüfen. Abb. 10.13: Mikroskopische Aufnahme einer Schallplatte: Kratzer oder Staub verschlechtern die Wiedergabe. Zusammenfassung Um Information mit Hilfe einer EM-Welle übertragen zu können, muss man Amplitude, Frequenz oder Phase der Trägerwelle modulieren. Die digitale Übertragung ist qua- litativ besser, weil sie redundant erfolgt und durch Störung verloren gegangene Information bis zu einem gewissen Maß rekonstruiert werden kann. Abb. 10.14: In dieser lichtmikroskopischen Aufnahme kann man die Bits einer CD sehen. Diese verzeiht Kratzer von etwa 1mm Breite, was dem Verlust von rund 800 bits entspricht! Die Höhe dieses Bildes entspricht etwa 1/10mm. Der Kratzer könnte 10-mal so breit sein! Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv