Big Bang 7, Schulbuch

Informationsübertragung durch EM-Wellen 31 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen 37 i analog – digital Was ist der Unterschied zwischen analog und digital? Ana- log bedeutet kontinuierlich oder stufenlos. Zum Beispiel ist die Sinuskurve in Abb. 31.11 a analog. Auch die Zeiger einer Analoguhr kannst du stufenlos an jede beliebige Stelle drehen. Digital bedeutet, dass man Signale oder Daten durch Ziffern darstellt. Diese Darstellung kann nicht stufen- los sein, weil man dafür unendlich viele Stellen bräuchte. In Abb. 31.11 siehst du auch zwei digitalisierte Varianten 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 Abtastrate 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. 31.11 a). Diese werden dann mit einem der drei Modulationsverfahren übertragen (Abb. 31.12) oder etwa auf eine CD gebrannt (Abb. 31.13). Ein einfaches Beispiel: Man schickt nach 3 Bits ein Prüfbit mit, das angibt, ob das Paket vorher eine gerade oder ungerade Zahl war. Geht eines dieser 4 Bits verloren, kann man es re- konstruieren. In diesem Beispiel kann also ein 1/4 der Daten- menge ohne Informationsverlust verloren gehen. Man sagt daher, dass die Information redundant (überreichlich) vorhan- den ist. Es gibt verschiedenste, sehr gefinkelte Prüfungsver- fahren – zum Beispiel Prüfbits, die die Prüfbits prüfen. i Abb. 31.11: a) Analoge Sinuskurve und digitalisierte Version mit gerin- ger Abtastungsrate: Exemplarisch 4 digitale Werte in dezimaler und binärer Darstellung; b) hohe Abtastungsrate Abb. 31.12: 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. Abb. 31.13: Bits einer CD unter dem Lichtmikroskop: Sie verzeiht Kratzer von etwa 1mm Breite, was dem Verlust von rund 800 bits ent- spricht! Die Höhe dieses Bildes entspricht etwa 1/10mm. Der Krat- zer könnte 10-mal so breit sein (siehe auch Abb. 33.12, S. 56)! 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. 31.3 Erste bis vierte Generation Das Handy Dein Smartphone ist eine eierlegende Wollmilchsau, ein Computer im Taschenformat. Hier geht es nicht darum, was dein Handy inzwischen alles kann, sondern wie es Daten sendet und empfängt. Vor allem bei Handys bewahrheitet sich: Was gestern noch hoch innovativ war, ist morgen hoffnungslos veraltet. Dazu musst du dir nur das Mordstrum in Abb. 31.1 (S. 33) ansehen. Seit 1980 gibt es nun schon die 4. Handygeneration (Stand 2018). Während die erste Generation tatsächlich nur zum Z Wie ist es möglich, dass gleichzeitig viele tausende Menschen miteinander per Handy sprechen, ohne dass die Gespräche einander stören und überlagern? Eine größere Anzahl an Sendemasten bedeutet eine höhere Strahlenbelastung für uns Menschen. Richtig oder falsch? Und kannst du das begründen? Auf deinem Handy kannst du in der Kopfzeile oben 3G, 4G oder manchmal auch E lesen (Abb. 31.14). Was bedeutet das? F11 E1 F12 S1 F13 E1 Abb. 31.14 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv