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Grafik: Telefónica Deutschland
Artikel

Mobilfunk für Dummies:
Der Analog-Digital-Wandler

21

Nov
2012

Veröffentlicht am 21.11.2012

Wie funktioniert der Mobilfunk? Wie kommt das, was ich sage, zu meinem Gesprächspartner am anderen Ende der Welt? Was sind Frequenzen? Diese und andere Fragen wollen wir in unserer Mobilfunk für Dummies Serie beantworten – heute: Der Analog-Digital-Wandler

Im letzten Mobilfunk für Dummies Artikel haben wir erklärt, wie die Schallwellen unserer Stimme vom Mikrofon aufgezeichnet werden. Die entstehende, „gezackte“ Welle sagt ganz genau aus, wie laut wir gesprochen haben, wie hoch unserer Stimme war und welche Laute und Buchstaben wir verwendet haben. Diese Welle besteht aus unendlich vielen nebeneinander liegenden Zahlenwerten. Es wäre unmöglich, sie alle weiterzufunken, die Datenmenge wäre einfach zu groß. Deshalb muß die Welle erst digitalisiert werden.

Was ist Digitalisierung?

So eine Welle besteht theoretisch aus unendlich vielen Punkten. Da man sie nicht alle weiterfunken kann, bestimmt man einige Punkte auf der Welle und funkt nur diese weiter. Nehmen wir an, eine Welle ist einen Meter lang und beschreibt dabei einen Bogen nach unten und einen nach oben. Nun wird nach jedem Zentimeter eine Stelle auf der Welle markiert, d.h. man markiert in Summe 100 Punkte. Überträgt man jetzt nur diese Punkte auf ein anderes Blatt Papier, so hat man nun nicht ganz genau die vorherige Welle, aber doch eine, die im Aussehen recht ähnlich ist. Je mehr Punkte man auf der Welle markiert, desto ähnlicher wird die übertragene Welle der ursprünglichen. Beim Mobilfunk wird die vom Mikrofon aufgezeichnete Welle 8000 Mal pro Sekunde markiert, also mit einer Frequenz von 8 kHz. Diese 8000 Punkte geben die ursprüngliche Welle ganz gut wieder, obwohl nun viel weniger Daten für die Darstellung gebraucht werden.

Der Binärcode

Für die digitale Übertragung müssen diese Werte nun als Einser und Nuller dargestellt werden. Das ist der sogenannte Binärcode. Möchte man zum Beispiel die Zahlen 0, 1, 2 oder 3 im Binärcode darstellen, könnte man sagen: 0 entsprich 00, 1 entspricht 01, 2 entspricht 10 und 3 entspricht 11. Mit zwei Stellen können im Binärcode also 4 Zahlen dargestellt werden. Dies wäre natürlich zuwenig, um die aufgezeichnete Welle darzustellen. Deshalb nutzt man beim Mobilfunk 8 Stellen für jeden markierten Wert, das entspricht dann 256 Möglichkeiten.

Foto: CC0 1.0, Pixabay User geralt | Ausschnitt bearbeitet

Treppchen-Kurve

Nun können diese markierten Punkte theoretisch unendlich viele Werte annehmen, es können aber nur 256 Werte dargestellt werden. Deshalb überlegt man sich vorher, welche Werte dargestellt werden, je nachdem, wie hoch die Amplitude der Welle ist. Und nimmt der markierte Punkt einen anderen Wert an, dann wird er auf- oder abgerundet. Beträgt also der Wert an einer bestimmten Stelle z.B. 8,7, es wurden aber ganze Zahlen als Zahlenwerte festgelegt, wird auf neun aufgerundet. Am Ende wird so aus einer glatten Kurve eine „Treppchen“-Kurve. Bei 8000 Markierungen pro Sekunde und 256 unterschiedlichen Stufenhöhen sind die Stufen allerdings so fein, dass sie kaum mehr wahrnehmbar sind.

Das ist verglichen mit einer Audio-CD zwar nicht viel, diese tastet Töne mit einer Frequenz von 44100 Hz ab und jede Markierung wird mit einer 16-stelligen Kombination beschrieben – es können also über 65536 verschiedene Werte dargestellt werden und von diesen mehr als 5 mal so viele pro Sekunde aufgezeichnet wie im Mobilfunk. Für das, was wir sagen, reichen die verwendeten Parameter im Mobilfunk aber locker aus, sofern man nicht per Handy an einem Klassikkonzert teilnehmen möchte und dabei das höchste musikalische Vergnügen erwartet.

Über 64.000 Bits pro Sekunde

Pro Sekunde ist auf diese Weise eine Reihe von 64.000  Nullern und Einser entstanden, die genau darstellt, was wir in dieser einen Sekunde gesagt haben. Und mit jeder Sekunde unseres Gesprächs kommt die nächste 0-1-Kolonne dazu. Das ist dann das Datenpaket, das nun auf die Reise zu unserem Gesprächspartner geht. Wie das funktioniert, erklären wir in diesen Mobilfunk für Dummies Text.

In Zusammenarbeit mit Roman J.B. Dietz, Fraunhofer HHI, Berlin

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