Nachrichtentechnik

Die Anfänge der Nachrichtentechnik reichen weit in das Altertum zurück [Obe82] [EcSc86]. Mit der Entdeckung der Schrift und der Zahlenzeichen ab etwa 4000 v. Chr. wird die Grundlage zur digitalen Nachrichtenübertragung gelegt. Um 180 v. Chr. schlägt der Grieche Polybios eine optische Telegrafîe mit einer Codierung der Buchstaben vor. Die 24 Buchstaben des Alphabets werden durch Fackeln dargestellt, die jeweils entsprechend dem Code in den Aussparungen zwischen je sechs Zinnen zweier Mauern platziert werden. Für viele Jahre bleibt die optische Übertragung die einzige Form, Nachrichten über größere Strecken „blitzschnell“ zu übermitteln. Ihren Höhepunkt erlebt sie Anfang des 19. Jah rhunderts mit dem Aufbau weitreichender Zeigertelegraphie-Verbindungen in Europa. Ein Beispiel in Deutschland ist die 1834 eröffnete 600 km lange Strecke von Berlin nach Koblenz. 61 mit einem Signalmasten mit einstellbaren Flügeln ausgerüstete Stationen werden im Abstand von jeweils ca. 15 km aufgebaut. Bei günstiger Witterung können in nur 15 Minuten Nachrichten von Berlin nach Koblenz übertragen werden. Die Zeigertelegraphie ermöglicht die rasche Übertragung militärischer Nachrichten und bindet abgelegene Landesteile an die politische Zentralgewalt.

Dem Mitbegründer der modernen Informationstheorie Norbert Wiener¹ wird die Feststellung zugeschrieben: „Information is information, not matter or energy.“

Das von einer Nachrichtenquelle erzeugte Signal kann in der Regel nicht direkt übertragen werden. Meist ist sowohl eine Anpassung an das physikalische Übertragungsmedium (Koaxialkabel, Funkkanal, Lichtwellenleiter, usw.) als auch eine Bündelung (Multiplex) verschiedener Signale zur wirtschaftlichen Übertragung notwendig. Bild 3-1 gibt einen Überblick über die nutzbaren Frequenzbereiche verschiedener Übertragungsmedien. Angefangen mit der einfachen Zweidrahtleitung für den Teilnehmeranschluss hat die Nachrichtentechnik mit der optischen Übertragung mit Lichtwellenleitern den Frequenzbereich bis hin zum sichtbaren Licht erschlossen. Dabei ging der technologische Fortschritt stets einher mit einem wachsenden Verkehrsbedarf.

Ein Kennzeichen moderner Telekommunikationsnetze ist die digitale Übertragung der Nachrichten. Typische Beispiele einer digitalen Übertragung im Basisband liefern die S ₀- und U _{K 0}-Schnittstelle des ISDN-Netzes in Bild 1–4 oder die Datenkommunikation in lokalen Rechnernetzen. Der Begriff digitale Übertragung im Basisband fasst eine Vielzahl von Anwendungen und entsprechend unterschiedliche technische Lösungen zusammen, bei der keine Frequenzumsetzung mit einem Trägersignal wie in Abschnitt 3 geschieht. Die folgende Darstellung beschränkt sich darauf, das Grundprinzip und die wichtigsten Begriffe vorzustellen. Die beiden wesentlichen Störeinflüsse, das Rauschen und die Bandbegrenzung, werden anhand einfacher Modellüberlegungen behandelt. Schließlich wird der wichtige Zusammenhang zwischen der Datenrate, der Bandbreite und dem Signal-Rauschverhältnis aufgezeigt.

Die Übertragungstechnik, wie sie in den vorangehenden Abschnitten behandelt wird, ist notwendig für den Aufbau und Betrieb von Telekommunikationsnetzen (TK-Netz). In TK-Netzen treten neue Aufgaben hinzu. Moderne TK-Netze, wie das Netz der Deutschen Telekom, bestehen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Netzkomponenten und ermöglichen unterschiedliche Dienste. Da es den Teilnehmern frei gestellt ist, welchen Dienst sie zu welcher Zeit von welchem Ort aus in Anspruch nehmen möchten kann der Telekommunikationsverkehr nicht im einzelnen vorhergeplant werden. Endgeräte und Netzkomponenten müssen demzufolge situationsbedingt untereinander Nachrichten austauschen können und Übertragungswege jeweils gesucht werden.

Die Informationstheorie liefert eine mathematische Definition der „Information“und macht sie so zu einer messbaren Größe wie Spannung, Temperatur, usw. Damit wird es möglich „Information“in technischen Systemen quantitativ zu bestimmen und ihren Fluss zu optimieren. Ein wichtiges Anwendungsfeld der Informationstheorie ist die redundanzmindernde Quellencodierung, die den Übertragungsaufwand reduziert. Als Beispiel wird im Abschnitt 7.2 die Huffman-Codierung vorgestellt. Die Kanalcodierung hingegen fügt der Nachricht gezielt Redundanz hinzu, so dass der Empfänger Übertragungsfehler erkennen oder sogar korrigieren kann. Dies kann in einfacher Weise, wie in Abschnitt 7.3 gezeigt wird, durch die zusätzlichen Prüfzeichen des Hamming-Codes geschehen.