Signal (Elektronik)

Was ist ein Signal?

Im Elektronikbereich bezeichnet ein Signal eine elektrische Spannung oder ein elektromagnetisches Feld, mit dem Daten zwischen verschiedenen Punkten übertragen werden. Die einfachste Form eines Signals ist der Gleichstrom (DC), der Informationen durch einfaches An- und Abschalten überträgt – ein Prinzip, das schon bei den ersten Telegrafen angewandt wurde.

Für komplexere Datenübertragungen werden Wechselstrom (AC) oder elektromagnetische Träger verwendet, die mehrere Datenströme gleichzeitig transportieren können. Dieses Verfahren ermöglicht die heutige Hochgeschwindigkeitskommunikation in Netzwerken, im Mobilfunk und im Internet.

Signalmodulation

Die Übertragung von Daten auf einem Träger erfolgt durch Modulation. Das ist ein Prozess, bei dem Informationen auf Trägerwellen aufgebracht werden. Diese Modulation kann auf zwei Arten erfolgen.

Analoge Modulation

Bei der analogen Modulation wird das Signal kontinuierlich verändert, um Informationen darzustellen. Beispiele sind:

• Amplitudenmodulation (AM): Veränderung der Signalstärke.
• Frequenzmodulation (FM): Änderung der Frequenz.
• Phasenmodulation (PM): Änderung der Phasenverschiebung.

Analoge Systeme wie UKW-Radio oder ältere Fernsehübertragungen verwenden diese Verfahren. Analoge Signale sind jedoch anfälliger für Störungen und Qualitätsverluste.

Digitale Modulation

Moderne Systeme arbeiten überwiegend mit digitaler Modulation, bei der Informationen in diskrete Werte (meist binäre Zahlen aus 0 und 1) umgewandelt werden. Die digitale Signalübertragung bietet entscheidende Vorteile:

• Höhere Störsicherheit und Fehlerkorrekturmöglichkeiten.
• Bessere Datenintegrität durch Prüfsummenverfahren.
• Effizientere Nutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite.
• Möglichkeit der Verschlüsselung und Datenkompression

Beispiele für digitale Übertragungstechniken sind WLAN, Bluetooth, digitales Fernsehen (DVB-T2) und moderne Mobilfunkstandards wie 5G.

Eigenschaften von Signalen

Mit Ausnahme von Gleichstrom und Basisbandsignalen haben alle Signalträger charakteristische Frequenzen. Eine wichtige Eigenschaft ist die Wellenlänge, die umgekehrt proportional zur Frequenz ist. Je höher die Frequenz eines Signals ist, desto kürzer ist seine Wellenlänge. Diese Eigenschaft hat praktische Auswirkungen auf die Signalübertragung:

• Niederfrequente Signale (lange Wellenlängen) können Hindernisse besser durchdringen und größere Entfernungen überbrücken.
• Hochfrequente Signale (kurze Wellenlängen) ermöglichen höhere Datenraten, haben aber eine geringere Reichweite.

Signale in der Informationstechnik

In der Informationstechnik bezeichnet ein Signal alles, was gesendet oder empfangen wird – einschließlich des Trägers und der darauf übertragenen Information. In modernen Computersystemen werden Signale typischerweise als Bitfolgen codiert und durch Kommunikationsprotokolle strukturiert. Wichtige Aspekte von IT-Signalen sind:

• Signalintegrität: Vermeidung von Verzerrungen und Interferenzen.
• Signal-Rausch-Verhältnis (SNR): Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal.
• Latenz: Verzögerung bei der Signalübertragung.
• Bandbreite: Leistungsfähigkeit des Übertragungskanals.

Signale in der Telekommunikation

Als Signale werden in der Telekommunikation spezielle Daten bezeichnet, die zum Aufbau oder zur Steuerung von Kommunikationsverbindungen dienen. Diese Signalisierungsinformationen sind von den eigentlichen Nutzdaten (zum Beispiel Sprachinformationen) zu unterscheiden. Beispiele für Signale in der Telefonie sind:

• Wählton: Signal für die Bereitschaft des Netzes.
• Besetztzeichen: Signal für besetzte Leitung.
• Freizeichen: Signal für ankommenden Ruf.
• DTMF-Töne: Signale bei Tastendruck am Telefon.

In modernen IP-basierten Telekommunikationssystemen werden diese Signale digital übertragen und durch spezielle Protokolle wie SIP (Session Initiation Protocol) realisiert.

Fazit

Der digitalen Signalübertragung gehört die Zukunft. Analoge Verfahren werden zunehmend verdrängt, da sie den steigenden Anforderungen an Datenrate, Effizienz und Sicherheit nicht mehr gerecht werden. Technologien wie die Quantenkommunikation versprechen völlig neue Möglichkeiten der sicheren und effizienten Signalübertragung über große Entfernungen.