Drahtlose Verbindungen – wie funktioniert das eigentlich?

Du hast dich schon immer gefragt, wie drahtlose Verbindungen aufgebaut werden beziehungsweise zwischen einander kommunizieren?
Diese Form von Verbindung ist für uns mittlerweile Alltag geworden und Bedarf in der Anwendung meistens keiner weiteren Erklärung. Fragen wir technisch nach, so werden wir in den meisten Fällen keine Erklärung bekommen. Also was steckt dahinter?

Definition

Wir kennen Wireless, Bluetooth, NFC und weitere drahtlose Verbindungen. Es wird bei solcher Technik von Kabellosen Übertragungsverfahren gesprochen. Hast du bei den gesamten neuen Technologien im Hinterkopf gehabt, dass auch Radio eine drahtlose Verbindung ist? In dem speziellen Fall spricht man von drahtlosen Übertragungsverfahren.

Datenübertragungsverfahren nutzen den freien Raum, sei es Luft oder Vakuum als Übertragungsmedium, ein Kabel oder Draht wird dafür nicht benötigt. Die Richtung wird unterteilt in ungerichtete und gerichtete elektromagnetische Wellen. Je nach Übertragungsziel, verwendeter Technik und Anwendung wird bestimmt, welches Frequenzband genutzt wird. Diese sind in niederen Hertz bis zu mehreren hundert Terahertz aufzufinden.

Ursprünglich waren solche Übertragungsformen dafür gedacht Einsatzgebiete abzudecken, die keine Kabelkommunikation anbieten konnten. So seien dies Satellitenkommunikation und Richtfunk.

Schnell konnten diese Technologien weiterentwickelt werden. Diese sind nun leistungsfähiger, kompakter und in nahezu jedem Gegenstand aufzufinden (Stichwort IOT). Gerade in Unterhaltungsmedien sind diese nicht mehr wegzudenken.Von dem Übertragen von Klingeltönen über IrDa – Infrarot Schnittstelle über den Alltagsfreund Bluetooth Kopfhörer und Bluetooth Transmitter.

 

Technik

Jedes drahtloses Netz ist eine Funkzelle. In jedem Fall ist eine Funkzelle ein Paar aus mindestens einem Sender und Empfänger. Diese Sender und Empfänger Paare werden als Raum definiert in denen dieselbe Frequenz und der selbe Code genutzt wird. Je nachdem wie die Funkzelle ausgedehnt ist, d.h. wie weit die drahtlose Übertragung reichen soll, in Pico-Funkzellen, Micro-Funkzellen (z.B W-LAN) und Macro-Funkzellen (Mobilfunk).

Frequenzbänder im Bereich 2,4 Gigahertz und 5 Gigahertz werden in der Spreitzbandtechnik (Spread Spectrum Technology) genutzt, Diese Frequenzen sind frei zugänglich und sind unter ISM bekannt, welche Bedeutung Industrial, Scientific und Medical sind. Diese sollten für öffentliche und wissenschaftliche Institutionen freigestellt werden. Da diese Frequenzen frei zu verbinden sind, kann es häufig zu Verbindungsproblemen kommen, da diese von vielen Geräten, sowohl Sender als auch Empfänger belegt sind. Daher findet man noch zusätzliche Unterfrequenzen (WLAN Empfang von Routern, die über Satelliten empfangen).

Die Gesamtleistung der drahtlosen Verbindungen insbesondere WLAN sind maßgeblich von den physikalischen Umgebungen abhängig. Eine Funkzelle in einem absolut leeren Raum würde den Idealfall einer Ausdehnung darstellen.

Welche Faktoren stören können:

Andere Funkzellen, die ggf. auf der selben Frequenz funken und der eigenen Funkzelle im Weg sind. Gerade wenn diese Leistungsstärker sind.

Mikrowellen. Diese Arbeiten zwar an sich nicht als Funkzelle einer drahtlosen Übertragung für Informationen. Dennoch sendet diese Wellen aus, die Schwingungen im Essen erzeugen. Das Essen ist in diesem physikalischen Fall ein Oszillator und die Teilchen schwingen mit, sodass das Essen warm wird. Die Frequenz von Mikrowellen ist die gleiche wie in den drahtlosen Netzwerken, jedoch deutlich stärker.

Auch kleinere Magnetfelder können die Übertragung stören. Halogen erzeugt zum Beispiel solche kleinen Magnetfelder.

Mittelschwere bis sehr schwere Störungen werden durch Wasserkörper, wie zum Beispiel Aquarien oder feuchte Wände erzeugt. Metallkörper, massive Betonwände oder Stahlbeton stören das Funken enorm.

(Bilderquelle: Pixabay.com – CC0 Public Domain)