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Telekommunikation

Telekommunikation ist die Übertragung von Informationen durch verschiedene Arten von Technologien über Draht- , Funk- , optische oder andere elektromagnetische Systeme. [1] [2] Es hat seinen Ursprung im Wunsch des Menschen nach Kommunikation über eine Distanz, die größer ist als die, die mit der menschlichen Stimme möglich ist , aber mit einem ähnlichen Maß an Zweckmäßigkeit; Daher werden langsame Systeme (z. B. Post ) vom Feld ausgeschlossen.

Bodenstation in der Satellitenkommunikationsanlage in Raisting, Bayern, Deutschland
Visualisierung der verschiedenen Routen durch einen Teil des Internets aus dem Opte-Projekt

Die Übertragungsmedien in der Telekommunikation haben sich in zahlreichen technologischen Phasen entwickelt, von Beacons und anderen visuellen Signalen (wie Rauchsignalen , Semaphor-Telegraphen , Signalflaggen und optischen Heliographen ) bis hin zu elektrischen Kabeln und elektromagnetischer Strahlung , einschließlich Licht . Solche Übertragungswege sind häufig in Kommunikationskanäle unterteilt , die die Vorteile des Multiplexens mehrerer gleichzeitiger Kommunikationssitzungen bieten . Telekommunikation wird häufig im Plural verwendet, da sie viele verschiedene Technologien umfasst. [3]

Andere Beispiele für vormoderne Fernkommunikation waren Audio-Nachrichten wie codierte Drumbeats , lungengeblasene Hörner und lautes Pfeifen . Technologien für die Fernkommunikation des 20. und 21. Jahrhunderts umfassen normalerweise elektrische und elektromagnetische Technologien wie Telegraphen , Telefon , Fernsehen und Fernschreiber , Netzwerke , Radio , Mikrowellenübertragung , Glasfaser und Kommunikationssatelliten .

Eine Revolution in der drahtlosen Kommunikation begann im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts mit den bahnbrechenden Entwicklungen in der Funkkommunikation von Guglielmo Marconi , der 1909 den Nobelpreis für Physik erhielt, und anderen bemerkenswerten wegweisenden Erfindern und Entwicklern auf dem Gebiet der elektrischen und elektronischen Telekommunikation . Dazu gehörten Charles Wheatstone und Samuel Morse (Erfinder des Telegraphen), Antonio Meucci und Alexander Graham Bell (einige der Erfinder und Entwickler des Telefons, siehe Erfindung des Telefons ), Edwin Armstrong und Lee de Forest (Erfinder des Radios), sowie Vladimir K. Zworykin , John Logie Baird und Philo Farnsworth (einige der Erfinder des Fernsehens).

Gemäß Artikel 1.3 des Radio Regulations (RR), Telekommunikation ist definiert als «Jedes Getriebe , Emission oder den Empfang von Zeichen, Signalen, Schriften, Bildern und Tönen oder Nachrichten jeder Art von Draht , Funk , optischen oder anderen elektromagnetischen Systemen .» Diese Definition ist identisch mit der im Anhang zur Verfassung und zum Übereinkommen der Internationalen Fernmeldeunion (Genf, 1992) enthaltenen Definition .

Etymologie

Das Wort Telekommunikation ist eine Verbindung aus dem griechischen Präfix tele (τῆλε), was entfernt , weit weg oder fern bedeutet , [4] und der lateinischen communicare , was Teilen bedeutet . Seine moderne Verwendung ist aus dem Französischen übernommen, [5] weil seine schriftliche Verwendung 1904 vom französischen Ingenieur und Schriftsteller Édouard Estaunié aufgezeichnet wurde . [6] [7] Kommunikation wurde erstmals im späten 14. Jahrhundert als englisches Wort verwendet. Es kommt von der altfranzösischen comunicacion (14c., Moderne französische Kommunikation), von der lateinischen Kommunikation (nominative communicatio), dem Substantiv der Handlung aus dem Partizip der Vergangenheit, "teilen, teilen, kommunizieren, vermitteln, informieren, beitreten, vereinen, teilnehmen" in ", wörtlich" gemein machen ", aus communis". [8]

Geschichte

Leuchtfeuer und Tauben

Eine Nachbildung eines der Semaphortürme von Chappe

Brieftauben wurden im Laufe der Geschichte gelegentlich von verschiedenen Kulturen verwendet. Der Taubenposten hatte persische Wurzeln und wurde später von den Römern zur Unterstützung ihres Militärs verwendet. Frontinus sagte, Julius Cäsar habe bei seiner Eroberung Galliens Tauben als Boten eingesetzt . [9] Die Griechen übermittelten auch die Namen der Sieger bei den Olympischen Spielen mit Brieftauben in verschiedene Städte. [10] Im frühen 19. Jahrhundert verwendete die niederländische Regierung das System in Java und Sumatra . Und 1849 startete Paul Julius Reuter einen Taubenservice, um die Aktienkurse zwischen Aachen und Brüssel zu fliegen. Dieser Service dauerte ein Jahr, bis die Lücke in der Telegraphenverbindung geschlossen wurde. [11]

Im Mittelalter wurden auf Hügeln häufig Leuchtfeuerketten verwendet, um ein Signal weiterzuleiten. Beacon-Ketten hatten den Nachteil, dass sie nur eine einzige Information weitergeben konnten, weshalb die Bedeutung der Nachricht wie "Der Feind wurde gesichtet" im Voraus vereinbart werden musste. Ein bemerkenswerter Fall ihres Einsatzes war während der spanischen Armada , als eine Leuchtfeuerkette ein Signal von Plymouth nach London weiterleitete . [12]

Claude Chappe , ein französischer Ingenieur, baute 1792 das erste feste visuelle Telegraphiesystem (oder eine Semaphorlinie ) zwischen Lille und Paris. [13] Semaphor litt jedoch unter dem Bedarf an qualifizierten Bedienern und teuren Türmen in Abständen von zehn bis dreißig Kilometern. Infolge der Konkurrenz durch den elektrischen Telegraphen wurde die letzte kommerzielle Leitung 1880 aufgegeben. [14]

Telegraph und Telefon

Am 25. Juli 1837 demonstrierten der englische Erfinder Sir William Fothergill Cooke und der englische Wissenschaftler Sir Charles Wheatstone den ersten kommerziellen elektrischen Telegraphen . [15] [16] Beide Erfinder betrachteten ihre Vorrichtung als "Verbesserung des [vorhandenen] elektromagnetischen Telegraphen" und nicht als neue Vorrichtung. [17]

Samuel Morse entwickelte unabhängig eine Version des elektrischen Telegraphen, die er am 2. September 1837 erfolglos demonstrierte. Sein Code war ein wichtiger Fortschritt gegenüber Wheatstones Signalisierungsmethode. Das erste transatlantische Telegraphenkabel wurde am 27. Juli 1866 erfolgreich fertiggestellt und ermöglichte erstmals die transatlantische Telekommunikation. [18]

Das konventionelle Telefon wurde 1876 von Alexander Bell patentiert . Elisha Gray reichte 1876 ebenfalls einen Vorbehalt ein. Gray gab seinen Vorbehalt auf und da er die Priorität von Bell nicht bestritt, genehmigte der Prüfer das Patent von Bell am 3. März 1876. Gray hatte sein Patent angemeldet Vorbehalt für das Telefon mit variablem Widerstand, aber Bell war der erste, der die Idee aufschrieb und der erste, der sie in einem Telefon testete. [88] [19] Antonio Meucci erfand 1849 ein Gerät, das die elektrische Übertragung von Sprache über eine Leitung vor fast dreißig Jahren ermöglichte. Sein Gerät war jedoch von geringem praktischem Wert, da es auf dem elektrophonischen Effekt beruhte, bei dem Benutzer den Empfänger in den Mund nehmen mussten "hören". [20] Die ersten kommerziellen Telefondienste wurden 1878 und 1879 von der Bell Telephone Company auf beiden Seiten des Atlantiks in den Städten New Haven und London eingerichtet. [21] [22]

Radio und Fernsehen

Ab 1894 begann der italienische Erfinder Guglielmo Marconi mit der Entwicklung einer drahtlosen Kommunikation unter Verwendung des damals neu entdeckten Phänomens der Funkwellen , die 1901 zeigte, dass sie über den Atlantik übertragen werden konnten. [23] Dies war der Beginn der drahtlosen Telegraphie per Funk . Stimme und Musik wurden 1900 und 1906 vorgeführt, hatten aber wenig frühen Erfolg. [ Zitat benötigt ]

Die Millimeterwellenkommunikation wurde erstmals von dem bengalischen Physiker Jagadish Chandra Bose in den Jahren 1894–1896 untersucht, als er in seinen Experimenten eine extrem hohe Frequenz von bis zu 60 GHz erreichte . [24] Er hat auch die Verwendung von eingeführten Halbleiter - junctions Funkwellen zu erfassen, [25] , als er paten das Funkkristalldetektor 1901. [26] [27] 

Der Erste Weltkrieg beschleunigte die Entwicklung des Radios für die militärische Kommunikation . Nach dem Krieg begann der kommerzielle Radio- AM-Rundfunk in den 1920er Jahren und wurde zu einem wichtigen Massenmedium für Unterhaltung und Nachrichten. Der Zweite Weltkrieg beschleunigte erneut die Entwicklung des Radios für die Kriegszwecke der Flugzeug- und Landkommunikation, der Funknavigation und des Radars. [28] Die Entwicklung der Stereo- FM- Rundfunkübertragung erfolgte ab den 1930er Jahren in den USA und verdrängte AM in den 1960er Jahren und in den 1970er Jahren im Vereinigten Königreich als dominierenden kommerziellen Standard. [29]

Am 25. März 1925 konnte John Logie Baird im Londoner Kaufhaus Selfridges die Übertragung von bewegten Bildern demonstrieren . Bairds Gerät stützte sich auf die Nipkow-Scheibe und wurde daher als mechanisches Fernsehen bekannt . Es bildete die Grundlage für experimentelle Sendungen der British Broadcasting Corporation ab dem 30. September 1929. [30] Für den größten Teil des 20. Jahrhunderts waren Fernsehgeräte jedoch von der von Karl Braun erfundenen Kathodenstrahlröhre abhängig . Die erste Version eines solchen Fernsehgeräts, die vielversprechend war, wurde von Philo Farnsworth produziert und seiner Familie am 7. September 1927 vorgeführt. [31] Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden die unterbrochenen Experimente im Fernsehen wieder aufgenommen, und es wurde auch eine wichtige Home Entertainment-Übertragungsmedium.

Thermionische Ventile

Die Art der Vorrichtung , die als bekannt thermionische Rohr oder thermionische Ventil verwendet das Phänomen der thermionischen Emission von Elektronen aus einer beheizten Kathode und ist für eine Reihe von grundlegenden elektronischen Funktionen wie Signal verwendet Verstärkung und Strom Rektifikation .

Nicht-thermionische Typen wie eine Vakuum- Fotoröhre erreichen jedoch eine Elektronenemission durch den photoelektrischen Effekt und werden beispielsweise zur Erfassung von Lichtpegeln verwendet. Bei beiden Typen werden die Elektronen durch das elektrische Feld in der Röhre von der Kathode zur Anode beschleunigt .

Die einfachste Vakuumröhre, die 1904 von John Ambrose Fleming erfundene Diode , enthält nur eine beheizte elektronenemittierende Kathode und eine Anode. Elektronen können nur in einer Richtung durch das Gerät fließen - von der Kathode zur Anode. Durch Hinzufügen eines oder mehrerer Steuergitter innerhalb der Röhre kann der Strom zwischen Kathode und Anode durch die Spannung am Netz oder an den Gittern gesteuert werden. [32] Diese Geräte wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zu einer Schlüsselkomponente elektronischer Schaltungen. Sie waren entscheidend für die Entwicklung von Radio, Fernsehen, Radar, Tonaufzeichnung und -wiedergabe , Fernsprechnetzen sowie analogen und frühen digitalen Computern . Obwohl einige Anwendungen frühere Technologien wie den Funkenstreckensender für Funkgeräte oder mechanische Computer für Computer verwendet hatten, war es die Erfindung der thermionischen Vakuumröhre, die diese Technologien weit verbreitet und praktisch machte und die Disziplin der Elektronik schuf . [33]

In den 1940er Jahren ermöglichte die Erfindung von Halbleiterbauelementen die Herstellung von Festkörperbauelementen , die kleiner, effizienter, zuverlässiger und langlebiger und billiger als thermionische Röhren sind. Ab Mitte der 1960er Jahre wurden dann thermionische Röhren durch den Transistor ersetzt . Thermionische Röhren haben noch einige Anwendungen für bestimmte Hochfrequenzverstärker.

Halbleiter-Ära

Die moderne Periode der Telekommunikationsgeschichte ab 1950 wird aufgrund der breiten Akzeptanz von Halbleiterbauelementen in der Telekommunikationstechnologie als Halbleiterära bezeichnet . Die Entwicklung der Transistortechnologie und der Halbleiterindustrie ermöglichte bedeutende Fortschritte in der Telekommunikationstechnologie und führte zu einem Übergang von staatseigenen schmalbandigen leitungsvermittelten Netzwerken zu privaten paketvermittelten Breitbandnetzen . [34] Metalloxid-Halbleiter (MOS) -Technologien wie Large-Scale-Integration (LSI) und RF-CMOS ( Radiofrequenz- Komplementär-MOS ) führten zusammen mit der Informationstheorie (wie Datenkomprimierung ) zu einem Übergang von analog zu Die digitale Signalverarbeitung mit der Einführung der digitalen Telekommunikation (wie digitale Telefonie und digitale Medien ) und der drahtlosen Kommunikation (wie Mobilfunknetze und Mobiltelefonie ) führte gegen Ende des 20. Jahrhunderts zu einem raschen Wachstum der Telekommunikationsbranche . [35]

Transistoren

Die Entwicklung der Transistortechnologie war für die moderne elektronische Telekommunikation von grundlegender Bedeutung . [36] [37] [38] Der erste Transistor, ein Punktkontakttransistor , wurde 1947 von John Bardeen und Walter Houser Brattain in den Bell Labs erfunden . [37] Der MOSFET (Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistor) , auch als MOS-Transistor bekannt, wurde später von Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng 1959 in den Bell Labs erfunden . [39] [40] [41] Der MOSFET ist der Baustein oder "Arbeitspferd" der Informationsrevolution und der Informationszeitalter , [42] [43] und das am weitesten verbreitete Gerät in der Geschichte. [44] [45] Die MOS- Technologie, einschließlich integrierter MOS-Schaltungen und Leistungs-MOSFETs , treibt die Kommunikationsinfrastruktur der modernen Telekommunikation an. [46] [47] [48] Neben Computern umfassen andere wesentliche Elemente der modernen Telekommunikation, die aus MOSFETs aufgebaut sind, mobile Geräte , Transceiver , Basisstationsmodule , Router , HF-Leistungsverstärker , [49] Mikroprozessoren , Speicherchips und Telekommunikation Schaltungen . [50]

Nach Edholms Gesetz hat sich die Bandbreite von Telekommunikationsnetzen alle 18 Monate verdoppelt. [51] Fortschritte in der MOS-Technologie, einschließlich der MOSFET-Skalierung (Erhöhung der Transistoranzahl in exponentiellem Tempo, wie nach Moores Gesetz vorhergesagt ), waren der wichtigste Faktor für den raschen Anstieg der Bandbreite in Telekommunikationsnetzen. [52]

Computernetzwerke und das Internet

Am 11. September 1940 übermittelte George Stibitz Probleme für seinen Complex Number Calculator in New York mithilfe eines Teletyps und erhielt die berechneten Ergebnisse am Dartmouth College in New Hampshire zurück . [53] Diese Konfiguration eines zentralisierten Computers ( Mainframe ) mit entfernten dummen Terminals war bis weit in die 1970er Jahre hinein beliebt. Bereits in den 1960er Jahren begannen die Forscher mit der Untersuchung der Paketvermittlung , einer Technologie, die eine Nachricht in Teilen asynchron an ihr Ziel sendet, ohne sie über einen zentralen Mainframe weiterzuleiten . Am 5. Dezember 1969 entstand ein Netzwerk mit vier Knoten , das die Anfänge des ARPANET darstellte , das bis 1981 auf 213 Knoten angewachsen war. [54] ARPANET fusionierte schließlich mit anderen Netzwerken, um das Internet zu bilden . Während die Internetentwicklung ein Schwerpunkt der Internet Engineering Task Force (IETF) war, die eine Reihe von Request for Comment- Dokumenten veröffentlichte, wurden in Industrielabors weitere Fortschritte beim Netzwerk erzielt , beispielsweise bei den LAN-Entwicklungen ( Local Area Network ) von Ethernet (1983) und Token Ring (1984) [ Zitieren erforderlich ] .

Drahtlose Telekommunikation

Die drahtlose Revolution begann in den 1990er Jahren [55] [56] [57] mit dem Aufkommen digitaler drahtloser Netzwerke, die zu einer sozialen Revolution führten, und einem Paradigmenwechsel von drahtgebundener zu drahtloser Technologie [58], einschließlich der Verbreitung kommerzieller drahtloser Technologien wie Mobiltelefone , Mobiltelefonie , Pager , drahtlose Computernetzwerke , [55] Mobilfunknetze , das drahtlose Internet sowie Laptop- und Handheld-Computer mit drahtlosen Verbindungen. [59] Die drahtlose Revolution durch Fortschritte in getrieben Radiofrequenz (RF) und Mikrowellentechnik , [55] und der Übergang von analogen zu digitalen RF - Technologie. [58] [59] Fortschritte in der Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor- Technologie (MOSFET oder MOS-Transistor), der Schlüsselkomponente der HF-Technologie, die digitale drahtlose Netzwerke ermöglicht, waren von zentraler Bedeutung für diese Revolution, [58] einschließlich MOS - Vorrichtungen , wie beispielsweise die Leistungs - MOSFET , LDMOS , [58] und RF CMOS . [35]

Digitale Medien

Die praktische Verteilung und das Streaming digitaler Medien wurde durch Fortschritte bei der Datenkomprimierung aufgrund des unpraktisch hohen Speicher-, Speicher- und Bandbreitenbedarfs unkomprimierter Medien ermöglicht. [60] Die wichtigste Komprimierungstechnik ist die diskrete Cosinustransformation (DCT), [61] ein verlustbehafteter Komprimierungsalgorithmus , der erstmals 1972 als Bildkomprimierungstechnik vorgeschlagen wurde . [62] Realisierung und Demonstration der erste digitale Kinoübertragung per Satellit in Europa [63] [64] [65] eines Spielfilms von Bernard Pauchon, [66] Alain Lorentz, Raymond Melwig [67] und Philippe Binant. [68]

Wachstum der Übertragungskapazität

Die effektive Kapazität zum weltweiten Informationsaustausch über Zweiwege-Telekommunikationsnetze stieg von 281 Petabyte (pB) optimal komprimierter Informationen im Jahr 1986 auf 471 pB im Jahr 1993, auf 2,2 Exabyte (eB) im Jahr 2000 und auf 65 eB im Jahr 2007. [ 69] Dies ist das Informationsäquivalent von zwei Zeitungsseiten pro Person und Tag im Jahr 1986 und sechs ganzen Zeitungen pro Person und Tag im Jahr 2007. [70] Angesichts dieses Wachstums spielt die Telekommunikation eine zunehmend wichtige Rolle in der Weltwirtschaft und der globalen Telekommunikation Die Industrie belief sich 2012 auf etwa 4,7 Billionen US- Dollar. [71] [72] Die Dienstleistungserlöse der globalen Telekommunikationsbranche wurden 2010 auf 1,5 Billionen US-Dollar geschätzt, was 2,4% des weltweiten Bruttoinlandsprodukts (BIP) entspricht. [71]

Technische Konzepte

Die moderne Telekommunikation basiert auf einer Reihe von Schlüsselkonzepten, die in einem Zeitraum von weit über einem Jahrhundert schrittweise weiterentwickelt und verfeinert wurden.

Grundelemente

Telekommunikationstechnologien können hauptsächlich in drahtgebundene und drahtlose Verfahren unterteilt werden. Insgesamt besteht ein grundlegendes Telekommunikationssystem jedoch aus drei Hauptteilen, die immer in der einen oder anderen Form vorhanden sind:

  • Ein Sender , der Informationen aufnimmt und in ein Signal umwandelt .
  • Ein Übertragungsmedium , auch physikalischer Kanal genannt , der das Signal überträgt. Ein Beispiel hierfür ist der "Free Space Channel" .
  • Ein Empfänger , der das Signal vom Kanal aufnimmt und es wieder in verwendbare Informationen für den Empfänger umwandelt.

Beispielsweise ist in einer Rundfunkstation der große Leistungsverstärker der Station der Sender; und die Rundfunkantenne ist die Schnittstelle zwischen dem Leistungsverstärker und dem „Freiraum - Kanal“. Der Freiraumkanal ist das Übertragungsmedium; und die Antenne des Empfängers ist die Schnittstelle zwischen dem Freiraumkanal und dem Empfänger. Als nächstes ist der Funkempfänger das Ziel des Funksignals, und hier wird es von Elektrizität in Ton umgewandelt, damit die Menschen es hören können.

Manchmal sind Telekommunikationssysteme "Duplex" (Zweiwege-Systeme) mit einer einzelnen Elektronikbox , die sowohl als Sender als auch als Empfänger oder als Transceiver fungiert . Beispielsweise ist ein Mobiltelefon ein Transceiver. [73] Die Getriebeelektronik und die Empfängerelektronik innerhalb eines Transceivers ist eigentlich ganz unabhängig voneinander. Dies kann leicht durch die Tatsache erklärt werden, dass Funksender Leistungsverstärker enthalten, die mit elektrischen Leistungen arbeiten, die in Watt oder Kilowatt gemessen werden. Funkempfänger befassen sich jedoch mit Funkleistungen , die in Mikrowatt oder Nanowatt gemessen werden . Daher müssen Transceiver sorgfältig entworfen und gebaut werden, um ihre Hochleistungsschaltungen und ihre Niedrigleistungsschaltungen voneinander zu isolieren, um keine Interferenzen zu verursachen.

Telekommunikation über Festnetz wird als Punkt-zu-Punkt-Kommunikation bezeichnet, da sie zwischen einem Sender und einem Empfänger stattfindet. Die Telekommunikation über Radiosendungen wird als Rundfunkkommunikation bezeichnet, da sie zwischen einem leistungsstarken Sender und zahlreichen stromsparenden, aber empfindlichen Funkempfängern besteht. [73]

Telekommunikation, bei der mehrere Sender und mehrere Empfänger so konzipiert sind, dass sie zusammenarbeiten und denselben physischen Kanal gemeinsam nutzen, werden als Multiplexsysteme bezeichnet . Durch die gemeinsame Nutzung physischer Kanäle mithilfe von Multiplexing werden häufig sehr große Kosteneinsparungen erzielt. Multiplexsysteme sind in Telekommunikationsnetzen angeordnet, und die Multiplexsignale werden an Knoten durch den richtigen Zielendgeräteempfänger geschaltet.

Analoge versus digitale Kommunikation

Kommunikationssignale können entweder durch analoge oder digitale Signale gesendet werden . Es gibt analoge Kommunikationssysteme und digitale Kommunikationssysteme . Bei einem analogen Signal wird das Signal kontinuierlich in Bezug auf die Information variiert. In einem digitalen Signal wird die Information als ein Satz diskreter Werte (zum Beispiel ein Satz von Einsen und Nullen) codiert. Während der Ausbreitung und des Empfangs werden die in analogen Signalen enthaltenen Informationen unweigerlich durch unerwünschtes physikalisches Rauschen verschlechtert . (Der Ausgang eines Senders ist für alle praktischen Zwecke rauschfrei.) Üblicherweise kann das Rauschen in einem Kommunikationssystem so ausgedrückt werden, dass das gewünschte Signal auf völlig zufällige Weise addiert oder subtrahiert wird . Diese Form des Rauschens wird als additives Rauschen bezeichnet , mit dem Verständnis, dass das Rauschen zu verschiedenen Zeitpunkten negativ oder positiv sein kann. Rauschen, das kein additives Rauschen ist, ist viel schwieriger zu beschreiben oder zu analysieren, und diese anderen Arten von Rauschen werden hier weggelassen.

Wenn andererseits die additive Rauschstörung einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet, bleiben die in digitalen Signalen enthaltenen Informationen intakt. Ihre Rauschbeständigkeit ist ein wesentlicher Vorteil digitaler Signale gegenüber analogen Signalen. [74]

Kommunikationskanäle

Der Begriff "Kanal" hat zwei verschiedene Bedeutungen. In einer Bedeutung ist ein Kanal das physikalische Medium, das ein Signal zwischen dem Sender und dem Empfänger überträgt. Beispiele hierfür sind die Atmosphäre für die Schallkommunikation, Glasfasern für einige Arten der optischen Kommunikation , Koaxialkabel für die Kommunikation über die darin enthaltenen Spannungen und elektrischen Ströme und der freie Raum für die Kommunikation mit sichtbarem Licht , Infrarotwellen , ultraviolettem Licht , und Radiowellen . Koaxialkabeltypen werden nach RG-Typ oder "Radio Guide" klassifiziert, einer Terminologie, die aus dem Zweiten Weltkrieg abgeleitet wurde. Die verschiedenen RG-Bezeichnungen werden verwendet, um die spezifischen Signalübertragungsanwendungen zu klassifizieren. [75] Dieser letzte Kanal wird als "Freiraumkanal" bezeichnet. Das Senden von Radiowellen von einem Ort zum anderen hat nichts mit dem Vorhandensein oder Fehlen einer Atmosphäre zwischen beiden zu tun. Radiowellen bewegen sich genauso leicht durch ein perfektes Vakuum wie durch Luft, Nebel, Wolken oder jede andere Art von Gas.

Die andere Bedeutung des Begriffs "Kanal" in der Telekommunikation wird in der Phrase Kommunikationskanal gesehen , die eine Unterteilung eines Übertragungsmediums ist, so dass es verwendet werden kann, um mehrere Informationsströme gleichzeitig zu senden. Beispielsweise kann ein Radiosender Radiowellen mit Frequenzen in der Nähe von 94,5 MHz (Megahertz) in den freien Raum senden,  während ein anderer Radiosender gleichzeitig Radiowellen mit Frequenzen in der Nähe von 96,1 MHz senden kann. Jede Funkstation würde Funkwellen über eine Frequenz übertragen Bandbreite von etwa 180  kHz (Kilohertz), zentrierten bei Frequenzen , wie die oben genannten, die die heißen „Trägerfrequenzen“ . Jede Station in diesem Beispiel ist um 200 kHz von ihren benachbarten Stationen getrennt, und die Differenz zwischen 200 kHz und 180 kHz (20 kHz) ist eine technische Zulage für die Unvollkommenheiten im Kommunikationssystem.

Im obigen Beispiel wurde der "Freiraumkanal" gemäß Frequenzen in Kommunikationskanäle unterteilt , und jedem Kanal wurde eine separate Frequenzbandbreite zugewiesen, in der Funkwellen gesendet werden können. Dieses System der Aufteilung des Mediums in Kanäle nach Frequenz wird als " Frequenzmultiplex " bezeichnet. Ein anderer Begriff für dasselbe Konzept ist " Wellenlängenmultiplex ", das in der optischen Kommunikation häufiger verwendet wird, wenn mehrere Sender dasselbe physikalische Medium teilen.

Eine andere Möglichkeit, ein Kommunikationsmedium in Kanäle zu unterteilen, besteht darin, jedem Absender ein wiederkehrendes Zeitsegment zuzuweisen (ein "Zeitschlitz", beispielsweise 20 Millisekunden pro Sekunde) und jedem Absender zu erlauben, Nachrichten nur innerhalb seiner eigenen Zeit zu senden Slot. Dieses Verfahren zum Aufteilen des Mediums in Kommunikationskanäle wird als " Zeitmultiplex " ( TDM ) bezeichnet und wird in der Glasfaserkommunikation verwendet. Einige Funkkommunikationssysteme verwenden TDM innerhalb eines zugewiesenen FDM-Kanals. Daher verwenden diese Systeme einen Hybrid aus TDM und FDM.

Modulation

Die Formung eines Signals zur Informationsübertragung wird als Modulation bezeichnet . Die Modulation kann verwendet werden, um eine digitale Nachricht als analoge Wellenform darzustellen. Dies wird allgemein als "Keying" bezeichnet - ein Begriff, der aus der älteren Verwendung von Morsecode in der Telekommunikation abgeleitet wurde - und es gibt verschiedene Keying-Techniken (dazu gehören Phasenumtastung , Frequenzumtastung und Amplitudenumtastung ). Das " Bluetooth " -System verwendet beispielsweise eine Phasenumtastung, um Informationen zwischen verschiedenen Geräten auszutauschen. [76] [77] Darüber hinaus gibt es Kombinationen aus Phasenumtastung und Amplitudenumtastung, die (im Fachjargon des Feldes) als " Quadraturamplitudenmodulation " (QAM) bezeichnet werden und im digitalen Hochleistungsfunk verwendet werden Kommunikationssysteme.

Die Modulation kann auch verwendet werden, um die Information von niederfrequenten analogen Signalen bei höheren Frequenzen zu übertragen. Dies ist hilfreich, da niederfrequente analoge Signale nicht effektiv über den freien Raum übertragen werden können. Daher muss die Information von einem niederfrequenten analogen Signal vor der Übertragung in ein höherfrequentes Signal (bekannt als " Trägerwelle ") eingeprägt werden . Um dies zu erreichen, stehen verschiedene Modulationsschemata zur Verfügung [zwei der grundlegendsten sind Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM)]. Ein Beispiel für diesen Prozess ist die Stimme eines Discjockeys, die mittels Frequenzmodulation in eine 96-MHz-Trägerwelle eingeprägt wird (die Stimme würde dann auf einem Radio als Kanal "96 FM" empfangen). [78] Darüber hinaus Modulation hat den Vorteil , dass es frequency division verwendet Multiplexing (FDM).

Telekommunikationsnetze

Ein Telekommunikationsnetz ist eine Sammlung von Sendern, Empfängern und Kommunikationskanälen , die Nachrichten aneinander senden. Einige digitale Kommunikationsnetze enthalten einen oder mehrere Router , die zusammenarbeiten, um Informationen an den richtigen Benutzer zu übertragen. Ein analoges Kommunikationsnetz besteht aus einem oder mehreren Switches , die eine Verbindung zwischen zwei oder mehr Benutzern herstellen. Für beide Netzwerktypen können Repeater erforderlich sein, um das Signal zu verstärken oder neu zu erzeugen, wenn es über große Entfernungen übertragen wird. Dies dient der Bekämpfung der Dämpfung , die das Signal vom Rauschen nicht unterscheiden kann. [79] Ein weiterer Vorteil digitaler Systeme gegenüber analogen ist, dass ihre Ausgabe leichter im Speicher zu speichern ist, dh zwei Spannungszustände (hoch und niedrig) sind leichter zu speichern als ein kontinuierlicher Zustandsbereich.

Gesellschaftliche Auswirkungen

Telekommunikation hat erhebliche soziale, kulturelle und wirtschaftliche Auswirkungen auf die moderne Gesellschaft. Schätzungen zufolge belief sich der Umsatz der Telekommunikationsbranche im Jahr 2008 auf 4,7 Billionen US-Dollar oder knapp drei Prozent des Bruttoweltprodukts (offizieller Wechselkurs). [71] In mehreren folgenden Abschnitten werden die Auswirkungen der Telekommunikation auf die Gesellschaft erörtert.

Mikroökonomie

Auf mikroökonomischer Ebene haben Unternehmen die Telekommunikation genutzt, um zum Aufbau globaler Geschäftsimperien beizutragen. Dies ist im Fall des Online-Einzelhändlers Amazon.com selbstverständlich, aber laut dem Akademiker Edward Lenert hat sogar der konventionelle Einzelhändler Walmart im Vergleich zu seinen Konkurrenten von einer besseren Telekommunikationsinfrastruktur profitiert. [80] In Städten auf der ganzen Welt bestellen und arrangieren Hausbesitzer mit ihren Telefonen eine Vielzahl von Hausdiensten, die von Pizzalieferungen bis hin zu Elektrikern reichen. Es wurde festgestellt, dass selbst relativ arme Gemeinden die Telekommunikation zu ihrem Vorteil nutzen. In Bangladesch ist Narsingdi Bezirk , isoliert Dorfbewohner nutzen Mobiltelefone direkt an Großhändler zu sprechen und einen besseren Preis für ihre Waren zu arrangieren. In Côte d'Ivoire teilen sich Kaffeebauern Mobiltelefone, um stündliche Schwankungen der Kaffeepreise zu verfolgen und zum besten Preis zu verkaufen. [81]

Makroökonomie

Auf makroökonomischer Ebene schlugen Lars-Hendrik Röller und Leonard Waverman einen Kausalzusammenhang zwischen guter Telekommunikationsinfrastruktur und Wirtschaftswachstum vor. [82] [83] Nur wenige bestreiten die Existenz einer Korrelation, obwohl einige argumentieren, dass es falsch ist, die Beziehung als kausal anzusehen. [84]

Aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile einer guten Telekommunikationsinfrastruktur besteht zunehmend die Sorge um den ungleichen Zugang zu Telekommunikationsdiensten in verschiedenen Ländern der Welt - dies wird als digitale Kluft bezeichnet . Eine Umfrage der International Telecommunication Union (ITU) aus dem Jahr 2003 ergab, dass ungefähr ein Drittel der Länder weniger als ein Mobilfunkabonnement pro 20 Personen und ein Drittel der Länder weniger als ein Festnetz-Telefonabonnement pro 20 Personen haben. In Bezug auf den Internetzugang hat ungefähr die Hälfte aller Länder weniger als eine von 20 Personen mit Internetzugang. Aus diesen Informationen sowie Bildungsdaten konnte die ITU einen Index erstellen, der die allgemeine Fähigkeit der Bürger misst, auf Informations- und Kommunikationstechnologien zuzugreifen und diese zu nutzen. [85] Mit dieser Maßnahme erhielten Schweden, Dänemark und Island den höchsten Rang, während die afrikanischen Länder Nigeria, Burkina Faso und Mali den niedrigsten Rang erhielten. [86]

Sozialer Einfluss

Die Telekommunikation hat in den sozialen Beziehungen eine bedeutende Rolle gespielt. Trotzdem wurden Geräte wie das Telefonsystem ursprünglich beworben, wobei der Schwerpunkt auf den praktischen Dimensionen des Geräts (z. B. der Fähigkeit, Geschäfte zu tätigen oder Dienste zu Hause zu bestellen) im Gegensatz zu den sozialen Dimensionen lag. Erst in den späten 1920er und 1930er Jahren wurden die sozialen Dimensionen des Geräts zu einem wichtigen Thema in der Telefonwerbung. Neue Werbeaktionen appellierten an die Emotionen der Verbraucher, betonten die Bedeutung sozialer Gespräche und blieben mit Familie und Freunden in Verbindung. [87]

Seitdem hat die Rolle der Telekommunikation in den sozialen Beziehungen zunehmend an Bedeutung gewonnen. In den letzten Jahren hat die Popularität von Social-Networking-Sites dramatisch zugenommen. Auf diesen Websites können Benutzer miteinander kommunizieren und Fotos, Ereignisse und Profile veröffentlichen, die andere sehen können. In den Profilen können Alter, Interessen, sexuelle Vorlieben und der Beziehungsstatus einer Person aufgeführt werden. Auf diese Weise können diese Websites eine wichtige Rolle in allen Bereichen spielen, von der Organisation sozialer Engagements bis hin zur Werbung . [88]

Vor Social-Networking-Sites hatten Technologien wie der Kurznachrichtendienst (SMS) und das Telefon ebenfalls erhebliche Auswirkungen auf die sozialen Interaktionen. Im Jahr 2000 berichtete die Marktforschungsgruppe Ipsos MORI , dass 81% der 15- bis 24-jährigen SMS-Nutzer im Vereinigten Königreich den Dienst zur Koordinierung sozialer Vereinbarungen und 42% zum Flirten genutzt hatten. [89]

Unterhaltung, Nachrichten und Werbung

Präferenz der Nachrichtenquelle der Amerikaner im Jahr 2006. [90]
Lokales Fernsehen59%
Nationales Fernsehen47%
Radio44%
Lokalzeitung38%
Internet23%
Nationales Papier12%
Die Umfrage erlaubte mehrere Antworten

In kultureller Hinsicht hat die Telekommunikation den Zugang der Öffentlichkeit zu Musik und Film verbessert. Mit dem Fernsehen können Menschen Filme, die sie zuvor noch nicht gesehen haben, in ihrem eigenen Zuhause ansehen, ohne in den Videogeschäft oder ins Kino reisen zu müssen. Mit Radio und Internet können Menschen Musik hören, die sie zuvor noch nicht gehört haben, ohne zum Musikgeschäft reisen zu müssen.

Die Telekommunikation hat auch die Art und Weise verändert, wie Menschen ihre Nachrichten erhalten. Eine Umfrage (rechte Tabelle) von 2006 unter etwas mehr als 3.000 Amerikanern des gemeinnützigen Pew Internet and American Life Project in den USA ergab, dass die Mehrheit Fernsehen oder Radio über Zeitungen spezifizierte.

Die Telekommunikation hat sich ebenso stark auf die Werbung ausgewirkt. TNS Media Intelligence berichtete, dass 2007 58% der Werbeausgaben in den USA für Medien ausgegeben wurden, die von der Telekommunikation abhängen. [91]

Werbeausgaben in den USA im Jahr 2007
MittelAusgaben
Internet7,6%11,31 Milliarden US-Dollar
Radio7,2%10,69 Milliarden US-Dollar
Kabelfernsehen12,1%18,02 Milliarden US-Dollar
Syndiziertes Fernsehen2,8%4,17 Milliarden US-Dollar
Spot TV11,3%16,82 Milliarden US-Dollar
Netzwerk-TV17,1%25,42 Milliarden US-Dollar
Zeitung18,9%28,22 Milliarden US-Dollar
Zeitschrift20,4%30,33 Milliarden US-Dollar
Draussen2,7%4,02 Milliarden US-Dollar
Gesamt100%149 Milliarden US-Dollar

Verordnung

Viele Länder haben Gesetze erlassen, die die Einklang Internationalen Fernmeldeordnung festgelegt von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU), die die „führende UN - Agentur für Informations- und Kommunikationstechnologie Fragen“ ist. [92] 1947 beschloss die ITU auf der Atlantic City Conference, "allen Frequenzen, die in einer neuen internationalen Frequenzliste registriert sind und gemäß der Funkverordnung verwendet werden, internationalen Schutz zu gewähren". Nach Angaben der ITU Radio Regulations in Atlantic City angenommen, werden alle in der genannten Frequenzen Frequenz Internationale Registration Board , vom Vorstand geprüft und registriert auf der Internationalen Frequenzliste „hat das Recht auf internationalen Schutz vor schädlichen Störungen haben“. [93]

Aus globaler Sicht gab es politische Debatten und Gesetze zum Management von Telekommunikation und Rundfunk. In der Geschichte des Rundfunks werden einige Debatten in Bezug auf das Gleichgewicht zwischen konventioneller Kommunikation wie Druck und Telekommunikation wie Rundfunk diskutiert. [94] Der Beginn des Zweiten Weltkriegs führte zur ersten Explosion der internationalen Rundfunkpropaganda. [94] Länder, ihre Regierungen, Aufständischen, Terroristen und Milizsoldaten haben alle Telekommunikations- und Rundfunktechniken eingesetzt, um Propaganda zu fördern . [94] [95] Patriotic Propaganda für politische Bewegungen und Kolonisierung begann Mitte der 1930er Jahre. 1936 sendete die BBC Propaganda in die arabische Welt, um teilweise ähnlichen Sendungen aus Italien entgegenzuwirken, das auch koloniale Interessen in Nordafrika hatte. [94]

Moderne Aufständische wie die des letzten Irak-Krieges verwenden häufig einschüchternde Telefonanrufe, SMS und die Verbreitung hochentwickelter Videos eines Angriffs auf Koalitionstruppen innerhalb weniger Stunden nach der Operation. "Die sunnitischen Aufständischen haben sogar einen eigenen Fernsehsender, Al-Zawraa , der, obwohl er von der irakischen Regierung verboten wurde, immer noch aus Erbil , dem irakischen Kurdistan, sendet , obwohl der Koalitionsdruck ihn gezwungen hat, mehrmals die Satelliten-Hosts zu wechseln." [95]

Am 10. November 2014 empfahl Präsident Obama der Federal Communications Commission, den Breitband-Internetdienst als Telekommunikationsdienst neu zu klassifizieren, um die Netzneutralität zu wahren . [96] [97]

Moderne Medien

Weltweiter Geräteverkauf

Nach Angaben von Gartner [98] [99] und Ars Technica [100] betrug der weltweite Verkauf von Telekommunikationsgeräten des Hauptverbrauchers in Millionen von Einheiten:

Ausrüstung / Jahr197519801985199019941996199820002002200420062008
Computers018204075100135130175230280
HandysN / AN / AN / AN / AN / AN / A1804004206608301000

Telefon

Glasfaser bietet eine günstigere Bandbreite für die Fernkommunikation.

In einem Telefonnetz ist der Anrufer über Schalter an verschiedenen Telefonvermittlungen mit der Person verbunden, mit der er sprechen möchte . Die Schalter stellen eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Benutzern her und die Einstellung dieser Schalter wird elektronisch bestimmt, wenn der Anrufer die Nummer wählt . Sobald die Verbindung hergestellt ist, wird die Stimme des Anrufers mithilfe eines kleinen Mikrofons im Mobilteil des Anrufers in ein elektrisches Signal umgewandelt . Dieses elektrische Signal wird dann über das Netzwerk an den Benutzer am anderen Ende gesendet, wo es von einem kleinen Lautsprecher im Mobilteil dieser Person wieder in Ton umgewandelt wird .

Ab 2015 sind die Festnetztelefone in den meisten Wohnhäusern analog - das heißt, die Stimme des Sprechers bestimmt direkt die Spannung des Signals. [101] Obwohl kann Kurzstrecken Anrufe von Ende-zu-Ende als analoge Signale verarbeitet werden, werden zunehmend Anbieter Telefondienst transparent die Signale in digitale Signale zur Übertragung zu konvertieren. Dies hat den Vorteil, dass digitalisierte Sprachdaten neben Daten aus dem Internet übertragen werden können und in der Fernkommunikation perfekt wiedergegeben werden können (im Gegensatz zu analogen Signalen, die unweigerlich durch Rauschen beeinträchtigt werden).

Mobiltelefone haben erhebliche Auswirkungen auf Telefonnetze. In vielen Märkten gibt es inzwischen mehr Mobiltelefonabonnements als Festnetzabonnements. Der Umsatz mit Mobiltelefonen belief sich 2005 auf 816,6 Mio. EUR, wobei diese Zahl fast zu gleichen Teilen auf die Märkte Asien / Pazifik (204 Mio.), Westeuropa (164 Mio.), CEMEA (Mitteleuropa, Naher Osten und Afrika) (153,5 Mio.) aufgeteilt wurde. , Nordamerika (148 m) und Lateinamerika (102 m). [102] In Bezug auf Neuabonnements in den fünf Jahren ab 1999 hat Afrika andere Märkte mit einem Wachstum von 58,2% übertroffen. [103] Zunehmend werden diese Telefone von Systemen bedient, auf denen der Sprachinhalt digital übertragen wird, wie z. B. GSM oder W-CDMA, wobei viele Märkte analoge Systeme wie AMPS ablehnen . [104]

Es gab auch dramatische Veränderungen in der Telefonkommunikation hinter den Kulissen. Beginnend mit dem Betrieb von TAT-8 im Jahr 1988 wurden in den neunziger Jahren Systeme auf der Basis von Lichtwellenleitern weit verbreitet. Der Vorteil der Kommunikation mit Glasfasern besteht darin, dass sie die Datenkapazität drastisch erhöhen. TAT-8 selbst konnte zehnmal so viele Telefongespräche führen wie das zuletzt verlegte Kupferkabel, und die heutigen Glasfaserkabel können 25-mal so viele Telefongespräche führen wie TAT-8. [105] Diese Erhöhung der Datenkapazität ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen: Erstens sind optische Fasern physikalisch viel kleiner als konkurrierende Technologien. Zweitens leiden sie nicht unter Übersprechen, was bedeutet, dass mehrere hundert von ihnen leicht in einem einzigen Kabel gebündelt werden können. [106] Schließlich haben Verbesserungen beim Multiplexen zu einem exponentiellen Wachstum der Datenkapazität einer einzelnen Faser geführt. [107] [108]

Die Unterstützung der Kommunikation über viele moderne Glasfasernetzwerke ist ein Protokoll, das als Asynchronous Transfer Mode (ATM) bekannt ist. Das ATM-Protokoll ermöglicht die im zweiten Absatz erwähnte Side-by-Side- Datenübertragung . Es ist für öffentliche Telefonnetze geeignet, da es einen Datenpfad durch das Netzwerk erstellt und diesem Pfad einen Verkehrsvertrag zuordnet. Der Verkehrsvertrag ist im Wesentlichen eine Vereinbarung zwischen dem Client und dem Netzwerk darüber, wie das Netzwerk mit den Daten umgehen soll. Wenn das Netzwerk die Bedingungen des Verkehrsvertrags nicht erfüllen kann, akzeptiert es die Verbindung nicht. Dies ist wichtig, da Telefonanrufe einen Vertrag aushandeln können, um sich eine konstante Bitrate zu sichern. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stimme eines Anrufers nicht teilweise verzögert oder vollständig unterbrochen wird. [109] Es gibt Konkurrenten für Geldautomaten wie Multiprotocol Label Switching (MPLS), die eine ähnliche Aufgabe ausführen und voraussichtlich in Zukunft den Geldautomaten ersetzen werden. [110] [111]

Radio und Fernsehen

Digitale Fernsehstandards und ihre weltweite Akzeptanz

In einem Rundfunksystem, das zentrale Hochleistungs- Rundfunkturm überträgt eine hochfrequente elektromagnetische Welle zu zahlreichen Low-Power - Empfängern. Die vom Turm gesendete Hochfrequenzwelle wird mit einem Signal moduliert, das visuelle oder akustische Informationen enthält. Der Empfänger wird dann eingestellt , um die Hochfrequenzwelle aufzunehmen und ein Demodulator verwendet wird , um das Signal mit den visuellen oder Audio - Informationen abzurufen. Das Rundfunksignal kann entweder analog (das Signal wird in Bezug auf die Informationen kontinuierlich variiert) oder digital (Informationen werden als Satz diskreter Werte codiert) sein. [73] [112]

Die Rundfunkmedienbranche befindet sich an einem kritischen Wendepunkt in ihrer Entwicklung. Viele Länder wechseln von analogen zu digitalen Sendungen. Dieser Schritt wird durch die Herstellung billigerer, schnellerer und leistungsfähigerer integrierter Schaltkreise ermöglicht . Der Hauptvorteil digitaler Sendungen besteht darin, dass sie eine Reihe von Beschwerden verhindern, die bei herkömmlichen analogen Sendungen häufig auftreten. Für das Fernsehen umfasst dies die Beseitigung von Problemen wie Schneebildern , Geisterbildern und anderen Verzerrungen. Diese treten aufgrund der Art der analogen Übertragung auf, was bedeutet, dass Störungen aufgrund von Rauschen in der endgültigen Ausgabe offensichtlich sind. Die digitale Übertragung überwindet dieses Problem, da digitale Signale beim Empfang auf diskrete Werte reduziert werden und daher kleine Störungen die endgültige Ausgabe nicht beeinflussen. Wenn in einem vereinfachten Beispiel eine Binärnachricht 1011 mit Signalamplituden [1,0 0,0 1,0 1,0] gesendet und mit Signalamplituden [0,9 0,2 1,1 0,9] empfangen würde, würde sie immer noch in die Binärnachricht 1011 decodieren - eine perfekte Reproduktion dessen, was gesendet wurde. In diesem Beispiel kann ein Problem bei digitalen Übertragungen auch darin gesehen werden, dass, wenn das Rauschen groß genug ist, es die decodierte Nachricht erheblich verändern kann. Mit der Vorwärtsfehlerkorrektur kann ein Empfänger eine Handvoll Bitfehler in der resultierenden Nachricht korrigieren, aber zu viel Rauschen führt zu einer unverständlichen Ausgabe und damit zu einem Ausfall der Übertragung. [113] [114]

Im digitalen Fernsehen gibt es drei konkurrierende Standards, die wahrscheinlich weltweit übernommen werden. Dies sind die ATSC- , DVB- und ISDB- Standards. Die bisherige Übernahme dieser Standards ist in der Bildunterschrift dargestellt. Alle drei Standards verwenden MPEG-2 für die Videokomprimierung. ATSC verwendet Dolby Digital AC-3 für die Audiokomprimierung, ISDB verwendet Advanced Audio Coding (MPEG-2 Part 7) und DVB hat keinen Standard für die Audiokomprimierung, verwendet jedoch normalerweise MPEG-1 Part 3 Layer 2 . [115] [116] Die Wahl der Modulation variiert auch zwischen den Systemen. Beim digitalen Audio-Rundfunk sind die Standards viel einheitlicher, und praktisch alle Länder entscheiden sich für den Digital Audio Broadcasting- Standard (auch als Eureka 147- Standard bekannt). Die Ausnahme bilden die Vereinigten Staaten, die sich für die Einführung von HD-Radio entschieden haben . HD-Radio basiert im Gegensatz zu Eureka 147 auf einem Übertragungsverfahren, das als In-Band-On-Channel- Übertragung bekannt ist und es ermöglicht, digitale Informationen bei normalen analogen AM- oder FM-Übertragungen zu "huckepack". [117]

Trotz der bevorstehenden Umstellung auf digitales Fernsehen wird in den meisten Ländern weiterhin analoges Fernsehen übertragen. Eine Ausnahme bilden die Vereinigten Staaten, die die analoge Fernsehübertragung (von allen Fernsehsendern mit Ausnahme der Fernsehsender mit sehr geringem Stromverbrauch) am 12. Juni 2009 [118] nach zweimaliger Verzögerung der Umstellungsfrist beendet haben. Kenia beendete im Dezember 2014 nach mehreren Verzögerungen auch die analoge Fernsehübertragung. Für das analoge Fernsehen wurden drei Standards für die Ausstrahlung von Farbfernsehen verwendet (siehe Karte zur Annahme hier ). Diese sind als PAL (deutsches Design), NTSC (amerikanisches Design) und SECAM (französisches Design) bekannt. Bei analogem Radio wird die Umstellung auf digitales Radio durch die höheren Kosten für digitale Empfänger erschwert. [119] Die Wahl der Modulation für analoges Radio erfolgt typischerweise zwischen Amplituden- ( AM ) oder Frequenzmodulation ( FM ). Um eine Stereowiedergabe zu erreichen , wird ein Amplitudenmodulierter Unterträger für Stereo-FM und eine Quadraturamplitudenmodulation für Stereo-AM oder C-QUAM verwendet .

Internet

Das OSI-Referenzmodell

Das Internet ist ein weltweites Netzwerk von Computern und Computernetzwerken, die über das Internet Protocol (IP) miteinander kommunizieren . [120] Jeder Computer im Internet verfügt über eine eindeutige IP-Adresse , die von anderen Computern zum Weiterleiten von Informationen verwendet werden kann. Daher kann jeder Computer im Internet unter Verwendung seiner IP-Adresse eine Nachricht an jeden anderen Computer senden. Diese Nachrichten enthalten die IP-Adresse des Ursprungscomputers, die eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht. Das Internet ist somit ein Nachrichtenaustausch zwischen Computern. [121]

Es wird geschätzt, dass 51% der Informationen, die im Jahr 2000 über Zweiwege-Telekommunikationsnetze flossen, über das Internet flossen (der größte Teil (42%) über das Festnetztelefon ). Bis zum Jahr 2007 dominierte und erfasste das Internet eindeutig 97% aller Informationen in Telekommunikationsnetzen (der größte Teil (2%) über Mobiltelefone ). [69] Stand 2008[aktualisieren]Schätzungsweise 21,9% der Weltbevölkerung haben Zugang zum Internet mit den höchsten Zugangsraten (gemessen als Prozentsatz der Bevölkerung) in Nordamerika (73,6%), Ozeanien / Australien (59,5%) und Europa (48,1%). [122] In Bezug auf den Breitbandzugang waren Island (26,7%), Südkorea (25,4%) und die Niederlande (25,3%) weltweit führend. [123]

Das Internet funktioniert teilweise aufgrund von Protokollen , die regeln, wie Computer und Router miteinander kommunizieren. Die Art der Computernetzwerkkommunikation bietet sich für einen mehrschichtigen Ansatz an, bei dem einzelne Protokolle im Protokollstapel mehr oder weniger unabhängig von anderen Protokollen ausgeführt werden. Auf diese Weise können Protokolle auf niedrigerer Ebene an die Netzwerksituation angepasst werden, ohne die Funktionsweise von Protokollen auf höherer Ebene zu ändern. Ein praktisches Beispiel dafür, warum dies wichtig ist, ist, dass ein Internetbrowser denselben Code ausführen kann, unabhängig davon, ob der Computer, auf dem er ausgeführt wird, über eine Ethernet- oder Wi-Fi- Verbindung mit dem Internet verbunden ist. Über Protokolle wird häufig im Hinblick auf ihren Platz im OSI-Referenzmodell (rechts abgebildet) gesprochen, das 1983 als erster Schritt in einem erfolglosen Versuch zum Aufbau einer allgemein anerkannten Netzwerkprotokollsuite entstand. [124]

Für das Internet können das Protokoll für physische Medien und Datenverbindungen mehrmals variieren, wenn Pakete den Globus durchqueren. Dies liegt daran, dass das Internet keine Einschränkungen hinsichtlich der Verwendung des physischen Mediums oder des Datenverbindungsprotokolls auferlegt. Dies führt zur Einführung von Medien und Protokollen, die am besten zur lokalen Netzwerksituation passen. In der Praxis wird für die meisten interkontinentalen Kommunikationen das ATM-Protokoll (Asynchronous Transfer Mode) (oder ein modernes Äquivalent) auf Glasfaser verwendet. Dies liegt daran, dass für die meisten interkontinentalen Kommunikationen das Internet dieselbe Infrastruktur wie das öffentliche Telefonnetz hat.

Auf der Netzwerkebene werden die Dinge standardisiert, indem das Internet Protocol (IP) für die logische Adressierung übernommen wird . Für das World Wide Web werden diese "IP-Adressen" mithilfe des Domain Name Systems aus der für Menschen lesbaren Form abgeleitet (z. B. 72.14.207.99 von www.google.com). Derzeit ist die am weitesten verbreitete Version des Internetprotokolls die vierte Version, die Umstellung auf die sechste Version steht jedoch unmittelbar bevor. [125]

Auf der Transportebene verwendet die meiste Kommunikation entweder das Transmission Control Protocol (TCP) oder das User Datagram Protocol (UDP). TCP wird verwendet, wenn es wichtig ist, dass jede gesendete Nachricht vom anderen Computer empfangen wird, während UDP verwendet wird, wenn es nur wünschenswert ist. Mit TCP werden Pakete erneut übertragen, wenn sie verloren gehen und in der richtigen Reihenfolge platziert werden, bevor sie höheren Schichten präsentiert werden. Mit UDP werden Pakete weder bestellt noch erneut übertragen, wenn sie verloren gehen. Sowohl TCP- als auch UDP-Pakete enthalten Portnummern , um anzugeben, von welcher Anwendung oder welchem Prozess das Paket verarbeitet werden soll. [126] Da bestimmte Protokolle auf Anwendungsebene bestimmte Ports verwenden , können Netzwerkadministratoren den Datenverkehr an bestimmte Anforderungen anpassen. Beispiele sind das Einschränken des Internetzugangs durch Blockieren des für einen bestimmten Port bestimmten Datenverkehrs oder das Beeinträchtigen der Leistung bestimmter Anwendungen durch Zuweisen von Priorität .

Über der Transportschicht gibt es bestimmte Protokolle, die manchmal verwendet werden und lose in die Sitzungs- und Präsentationsschicht passen, insbesondere die Protokolle Secure Sockets Layer (SSL) und Transport Layer Security (TLS). Diese Protokolle stellen sicher, dass die zwischen zwei Parteien übertragenen Daten absolut vertraulich bleiben. [127] Schließlich sind auf der Anwendungsebene viele der Protokolle bekannt, mit denen Internetbenutzer vertraut sind, z. B. HTTP (Surfen im Internet), POP3 (E-Mail), FTP (Dateiübertragung), IRC (Internet-Chat), BitTorrent ( Dateifreigabe) und XMPP (Instant Messaging).

Mit Voice over Internet Protocol (VoIP) können Datenpakete für die synchrone Sprachkommunikation verwendet werden. Die Datenpakete sind als Sprachpakete gekennzeichnet und können von den Netzwerkadministratoren priorisiert werden, sodass die synchrone Echtzeitkonversation weniger mit anderen Arten von Datenverkehr in Konflikt gerät, die verzögert (z. B. Dateiübertragung oder E-Mail) oder gepuffert werden können im Voraus (dh Audio und Video) ohne Schaden. Diese Priorisierung ist in Ordnung, wenn das Netzwerk über eine ausreichende Kapazität für alle gleichzeitig stattfindenden VoIP-Anrufe verfügt und das Netzwerk für die Priorisierung aktiviert ist, dh für ein privates Netzwerk im Unternehmensstil, das Internet jedoch im Allgemeinen nicht auf diese Weise verwaltet wird und dies auch möglich ist ein großer Unterschied in der Qualität von VoIP-Anrufen über ein privates Netzwerk und über das öffentliche Internet sein. [128]

Lokale Netzwerke und Weitverkehrsnetze

Trotz des Wachstums des Internets bleiben die Merkmale lokaler Netzwerke (LANs) - Computernetzwerke, die sich nicht über einige Kilometer hinaus erstrecken - unterschiedlich. Dies liegt daran, dass Netzwerke in dieser Größenordnung nicht alle Funktionen erfordern, die mit größeren Netzwerken verbunden sind, und ohne diese häufig kostengünstiger und effizienter sind. Wenn sie nicht mit dem Internet verbunden sind, bieten sie auch die Vorteile von Datenschutz und Sicherheit. Das absichtliche Fehlen einer direkten Verbindung zum Internet bietet jedoch keinen gesicherten Schutz vor Hackern, Streitkräften oder Wirtschaftsmächten. Diese Bedrohungen bestehen, wenn es Methoden für die Remoteverbindung mit dem LAN gibt.

Wide Area Networks (WANs) sind private Computernetzwerke, die sich über Tausende von Kilometern erstrecken können. Zu ihren Vorteilen zählen wiederum Datenschutz und Sicherheit. Zu den Hauptnutzern von privaten LANs und WANs zählen Streitkräfte und Geheimdienste, die ihre Informationen sicher und geheim halten müssen.

Mitte der 1980er Jahre entstanden mehrere Sätze von Kommunikationsprotokollen, um die Lücken zwischen der Datenverbindungsschicht und der Anwendungsschicht des OSI-Referenzmodells zu schließen . Dazu gehörten Appletalk , IPX und NetBIOS, wobei das dominierende Protokoll, das Anfang der neunziger Jahre festgelegt wurde, IPX ist, da es bei MS-DOS- Benutzern beliebt ist . TCP / IP existierte zu diesem Zeitpunkt, wurde jedoch normalerweise nur von großen Regierungs- und Forschungseinrichtungen verwendet. [129]

Da das Internet immer beliebter wurde und der Datenverkehr in private Netzwerke geleitet werden musste, ersetzten die TCP / IP-Protokolle vorhandene lokale Netzwerktechnologien. Zusätzliche Technologien wie DHCP ermöglichten es TCP / IP-basierten Computern, sich im Netzwerk selbst zu konfigurieren. Solche Funktionen gab es auch in den AppleTalk / IPX / NetBIOS-Protokollsätzen. [130]

Asynchroner Übertragungsmodus (ATM) oder Multiprotocol Label Switching (MPLS) sind typische Datenverbindungsprotokolle für größere Netze wie WANs. Ethernet und Token Ring sind typische Datenverbindungsprotokolle für LANs. Diese Protokolle unterscheiden sich von den früheren Protokollen , dass sie einfacher, beispielsweise sie auslassen Funktionen wie Quality of Service garantiert und bieten Kollisionsvermeidung . Beide Unterschiede ermöglichen wirtschaftlichere Systeme. [131]

Trotz der bescheidenen Beliebtheit von Token Ring in den 1980er und 1990er Jahren verwenden praktisch alle LANs jetzt entweder kabelgebundene oder kabellose Ethernet-Einrichtungen. Auf der physischen Ebene verwenden die meisten kabelgebundenen Ethernet-Implementierungen Kupfer-Twisted-Pair-Kabel (einschließlich der gängigen 10BASE-T- Netzwerke). Einige frühe Implementierungen verwendeten jedoch schwerere Koaxialkabel, und einige neuere Implementierungen (insbesondere Hochgeschwindigkeitskabel) verwenden optische Fasern. [132] Bei Verwendung von optischen Fasern muss zwischen Multimode-Fasern und Single-Mode-Fasern unterschieden werden. Multimode-Fasern können als dickere optische Fasern angesehen werden, deren Herstellung billiger ist, die jedoch unter einer weniger nutzbaren Bandbreite und einer schlechteren Dämpfung leiden - was eine schlechtere Leistung über große Entfernungen impliziert. [133]

Siehe auch

  • Telekommunikationsportal
  • Aktive Netzwerke
  • Digitale Revolution
  • Informationszeitalter
  • Internationaler Teletraffic-Kongress
  • Liste der Begriffe für die Telekommunikationsverschlüsselung
  • Nanonetzwerk
  • Neue Medien
  • Überblick über die Telekommunikation
  • Verband der Telekommunikationsindustrie
  • Ausfallsicherheit der Telekommunikation
  • Telemetrie
  • Wellenlängenmultiplex
  • Kabelgebundene Kommunikation

Verweise

Zitate

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Externe Links

  • Internationaler Teletraffic-Kongress
  • Internationale Fernmeldeunion (ITU)
  • ATIS Telecom Glossar
  • Federal Communications Commission
  • IEEE Communications Society
  • Internationale Fernmeldeunion
  • Ericssons Verständnis der Telekommunikation auf der Wayback-Maschine (archiviert am 13. April 2004) (Ericsson hat das Buch im September 2005 von seiner Website entfernt)
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