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Die elektromagnetische Welle im WLAN – Trägersignale verstehen

Veröffentlicht von empy
Lesezeit: 3 Minuten

Elektromagnetische Wellen spielen beim Einsatz von WLAN sprichwörtlich eine tragende Rolle. Sie tragen die Informationen durch den Raum und werden daher auch Trägersignale genannt. Doch was sind Trägersignale?

Digital wird physikalisch übertragen

In unserer modernen und digitalisierten Welt werden Daten von Computersystemen verarbeitet. Sollen diese Daten-Bits übertragen werden, werden Nullen und Einsen über verschiedene Medien übertragen. Die Medien selbst, bei WLAN die elektromagnetische Welle (das Trägersignal) beinhalten in der Regel keine entsprechenden Informationen, die elektronisch weiterverarbeitet werden können. Vielmehr sind es die Zustände in diesen Medien durch deren die Verkettung dann Informationen entstehen, welche verarbeitet werden können. Diesen Vorgang der Verkettung nennt man Codierung.

Dabei gibt es im Wesentlichen zweierlei Methoden. Methoden vom Typ eins basieren auf dem jeweiligen physikalischen Zustand des Trägersignals zu einem gegebenen Zeitpunkt. Zum Beispiel: Aufzug oben oder Aufzug unten. Für diese Zustände ist definiert, welcher Information in einem Computersystem dieser Zustand entspricht: Aufzug oben = 0, Aufzug unten = 1. Es könnte aber auch definiert werden: Aufzug unten = 0, Aufzug oben = 1.

Die Methoden vom Typ zwei verwenden die Veränderung dieses Zustandes zwischen zwei Zeitpunkten, um daraus die Informationen abzuleiten. Zurück zum Aufzug-Beispiel: Mehrmals in einer Minute wird der Zustand des Aufzugs überprüft: Aufzug steht im oberen Stockwerk oder im unteren Stockwerk still =  0, Aufzug fährt zwischen den Stockwerken hoch oder runter = 1. Das könnte natürlich auch wieder andersrum definiert werden.

Diese beiden Methoden, gerne auch kombiniert, ergeben später die einzelnen Modulationsarten im WLAN, beispielsweise die Amplitudenumtastung/Amplitude-Shift Keying oder Phasenumtastung/Phase-Shift-Keying.

Im WLAN wird kein Aufzug verwendet

Was im Beispiel der Aufzug war, ist im WLAN das Trägersignal. Dieses Trägersignal ist das Vehikel, mit dessen Hilfe die Informationen übertragen werden. Das Trägersignal, eine elektromagnetische Welle, besitzt hilfreiche Eigenschaften mit verschiedenen Zuständen, die sich in diesem Zusammenhang verwenden lassen. Wie der Aufzug aus dem Beispiel ist auch die elektromagnetische Welle durch gewisse Eigenschaften definiert.

Amplitude, Wellenlänge, Frequenz und Phase erklärt

Die Amplitude bezeichnet den Höhenausschlag der elektromagnetischen Welle und damit deren Stärke, auch Lautstärke. Je stärker die Welle, desto großer auch deren Amplitude. Höhere Amplitude bedeutet auch mehr Wellenenergie bzw. Strahlung. Mittels Amplitudenmodulation können Informationen übermittelt werden, indem die Lautstärke der Welle variiert wird.

Die Wellenlänge ist die Entfernung zweier gleicher Punkte zwischen zwei Wellen, welche direkt aufeinander folgen. Beispielsweise den Spitzen der aufeinander folgenden Wellen. Übrigens: Auch die Wellenlänge beschreibt das Energieverhalten von Wellen.

Die Frequenz, auch Schwingungszahl genannt, ergibt sich aus Amplitude und Wellenlänge. Dazu habe ich bereits einen Online-Rechner erstellt. Sie beschreibt das Verhalten der elektromagnetischen Wellen im Sinne ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit. Je höher die Anzahl der elektromagnetischen Wellen in einem fest definierten Zeitraum von einer Sekunde ist, desto höher ist auch die Frequenz.

Der Begriff der Phase wird verwendet, um das Verhalten von zwei oder mehr Wellen zu beschreiben, welche die gleiche Frequenz besitzen. Dazu wird die Wellenlänge der gleichfrequenten Wellen in 360 Stückchen unterteilt. Zum Verständnis stellt man sich hier am besten eine analoge Uhr vor – mit kreisrundem Ziffernblatt. Die erste Welle startet bei 0 Uhr, also 0°. Die zweite Welle startet zeitlich versetzt bei 3 Uhr bzw. 90°. Die zweite Welle ist damit um 90° phasenverschoben zur ersten Welle. Startet die eine dritte Welle um 12 Uhr spricht man von 360°. Damit würde Welle 1 und 3 wieder absolut deckungsgleich sein.

Trägersignal effizient nutzen

Durch die Phasenverschiebung lässt sich eine gegebene Frequenz mehrfach innerhalb eines Zeitraums nutzen. Dies macht vor allem im gesetzlich eng begrenzten Funk-Spektrum die Nutzung der Frequenzen effizienter. Durch die Kombination von Frequenz, Amplitude, Wellenlänge und Phasenverschiebung ergeben sich zahlreiche Modulationsmöglichkeiten, die im WLAN verwendet werden.

Wie genau diese Welleneigenschaften zur Modulation von Informationen im WLAN verwendet werden, lest ihr in den Beiträgen zur Amplitudenumtastung, Frequenzumtastung und Phasenumtastung. Einige dieser Modulationsverfahren sind übrigens bekannter als man glauben mag: und zwar vom guten alten Radio AM/FM. AM steht nämlich für Amplitudenmodulation, FM für Frequenzmodulation, beides die analogen Pendants zur Amplitudenumtastung bzw. Frequenzumtastung. Und irgendwoher muss die tolle Musik in unseren Aufzügen ja herkommen.

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