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Ingenieurwesen und Architektur · NachrichtentechnikAuch auf: Electricidad y Electrónica
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Telekommunikation
Universität
Einführung in die Telekommunikationstechnik. Quelle: Wikipedia (CC BY-SA 4.0).
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Was du wissen musst
Die ganze Theorie lesen →Definition, Entwicklung und Geschichte der Telekommunikation
- Definition: Übertragung und Empfang von Signalen über eine Entfernung.
- Disziplin: Untersuchung, Entwurf und Betrieb von Kommunikationssystemen.
- Ingenieurwesen: Lösung technischer Probleme der Disziplin.
- Inbegriffene Technologien: Radio, TV, Mobilfunk, Netzwerke, Internet, GPS und Telemetrie.
- Aktueller Trend: Konvergenz mit Informatik, Elektronik und Telematik.
- Ursprung des Begriffs: Édouard Estaunié im Jahr 1904 (tele- + communicare).
- Erste akademische Nutzung: Escuela Oficial de Telegrafía in Madrid 1907.
- Internationale Konsolidierung: Konferenz von Madrid 1932 (ITU).
- Akademische Basis: Informationstheorie (Mitte des 20. Jahrhunderts).
- Älteste Methode: Einsatz von Boten in antiken Zivilisationen.
Historische Entwicklung der Telekommunikation
- Erste Kommunikationen: visuelle Signale (Rauch, Feuer) und akustische Signale (Trommeln, Hörner)
- Hydraulischer Telegraf (4. Jh. v. Chr.): Verwendung von Wasserbecken und Tafeln zur Nachrichtenübermittlung
- Postwesen: vorherrschendes Kommunikationsmittel über den größten Teil der Geschichte
- Optischer Telegraf: erstes modernes Telekommunikationssystem (Kodierung nicht vorab festgelegter Nachrichten)
- Entwurf des optischen Telegrafen: Robert Hooke (1684)
- Effektive Implementierung: Französische Revolution durch Claude Chappe
- Chappes Infrastruktur: 556 Telegrafen für fast 5000 km Distanz
- Erste optische Telegrafenlinie: 1792 (Paris-Lille), 230 km Länge
- Europäische Varianten: Murray (Großbritannien), Breguet, Betancourt und Mathé (Spanien)
- Entdeckung der elektrischen Übertragung: Stephen Gray (1729)
- Voltaische Pille: Alessandro Volta (Erzeugung von Gleichstrom)
- Elektrochemischer Telegraf: Samuel Thomas von Sömmerring (1809)
- Basis des elektrochemischen Telegrafen: Entwurf von Francisco Salvá Campillo (1804)
- Funktionsweise des elektrochemischen Telegrafen: elektrische Signale über Metallkabel, die Säure elektrisieren, um Wasserstoffblasen zu erzeugen
Geschichte und Entwicklung des elektrischen Telegrafen
- Pavel Schilling (1832): Elektromagnetischer Telegraf mit 6 Galvanometern
- Gauss und Weber (1833): Telegrafenleitung mit 5-Bit-Code
- Cooke und Wheatstone (1837): Erstes Patent; System mit 5 Leitern und 20 Buchstaben
- Kommerzielle Nutzung (1839): Leitung über 21 km mit Code aus positiven und negativen Impulsen
- Electric Telegraph Company (1846): Vorläufer von British Telecom; 6500 km Leitungen in England im Jahr 1852
- Morse und Vail (1837): Operativer Prototyp basierend auf Elektromagneten
- Washington-Baltimore-Linie (1845): Finanziert mit 30.000 Dollar
- Western Union (1866): Mehr als 2250 Filialen und 120.000 km Leitungen
- David Edward Hughes (1855): System mit 45 Wörtern pro Minute mit Buchstabenrad
- Émile Baudot (1874): Time-Division Multiplexing
- Thomas Edison (1874): Quadruplex-System (4 gleichzeitige Telegramme)
- Internationale Telegrafenunion (1865): Etablierte das Morse-System als internationalen Standard
- London Conference (1903): Empfahl das Hughes-System (hohe Aktivität) und Baudot (>500 Telegramme/Tag)
Geschichte und Entwicklung des Telefons und der Bell Telephone Company
- 1796: G. Huth verwendet zum ersten Mal den Begriff „Telefon“.
- 1856: Antonio Meucci installiert das „Teletrophon“.
- 1862: Philipp Reis präsentiert das erste Gerät namens „Telefon“.
- 1864: Innocenzo Manzetti erfindet das „sprechende Telegrafen“.
- 1876: Alexander Graham Bell erhält das erste Patent für ein Telefonsystem.
- 1876: Bell gewinnt mehr als 600 Rechtsstreitigkeiten über die Urheberschaft des Telefons.
- 10. März 1876: Datum des Erhalts des Patents 174 465 durch Bell.
- 1877: Gründung der Bell Telephone Company.
- 1879: Supreme Court entscheidet zugunsten von Bell gegen Western Union.
- 1984: Aufteilung des Unternehmens in Baby Bells aufgrund von Antimonopol-Maßnahmen.
- Tivadar Puskás: Erfinder der manuellen Vermittlung.
Geschichte und Entwicklung von Seekabeln
- Abdichtungsmethode: Gutapercha (1847)
- Erstes Kabel (1850): Ärmelkanal, zerstört durch einen Fischer
- Kabel von 1851: 4 Kupferdrähte (1,65 mm), Hanf und 10 Eisendrähte (7 mm)
- Verbindung England-Indien: 1860
- Erster Transatlantikversuch (1857): 3200 km Kabel, Versagen in 3600 m Tiefe
- Transatlantik-Erfolg (1858): 2340 km Kabel zwischen Irland und Neufundland
- Ausfall des Kabels von 1858: 3. September wegen Spannungsüberlastung
- Expedition der Great Eastern (1865): 3700 km Kabel (dreimal dicker)
- Endgültiger Erfolg: 1866 (Verlegung und Rückgewinnung des vorherigen Kabels)
- Aktueller Verkehr: 90 % über Seekabel, 10 % über Satelliten
Historischer Kontext und wissenschaftliche Fortschritte der Belle Époque
- Kontext: Belle Époque (Ende des 19. Jahrhunderts), geprägt durch Positivismus und Scientismus
- Sozialer Wandel: Aufstieg der Bourgeoisie und der Mittelklassen an die politische Macht
- Arbeiterbewegung: Wachstum des Arbeiterkampfes und Erreichen kleiner Erfolge
- Verbreitung des Fortschritts: Nutzung von Weltausstellungen, Eisenbahn, Seekabel und Telegraf
- Kino: Vorführung des ersten Films durch die Brüder Lumière im Jahr 1895
- Medizin: Ronald Ross entdeckt die Übertragung von Malaria
- Physik: Entdeckung der Radioaktivität von Uran und Radium (Becquerel und die Curies)
- Nobelpreis: Verliehen an die Curies im Jahr 1903 für ihre Entdeckungen
- Luftfahrt: Entstehung in den Vereinigten Staaten durch die Brüder Wright
Geschichte und Entwicklung der Funkkommunikation und der Telekommunikation
- Hertz: bewies die Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen in den 1880er Jahren.
- Drahtlose Telegrafie: ein dem Telegrafen überlegenes System, das auf Hertzschen Wellen basiert.
- Branly: entdeckte den Kohäser im Jahr 1891.
- Tesla: arbeitete an der Übertragung elektrischer Energie im 5,1-MHz-Band (1891-1893).
- Lodge: patentierte das Radioabstimmungssystem im Mai 1897 (Patent 11 575).
- Popov: gilt als Erfinder der Funkkommunikation in Russland (Demonstration 1896).
- Marconi: begann Experimente 1895; erreichte 7 km (Land) und 14 km (Wasser) im Jahr 1896.
- Wireless Telegraph and Signal Company Limited: von Marconi 1896 gegründet.
- Telefunken: Unternehmen aus der Fusion von Siemens & Halske und AEG im Jahr 1903.
- Funkkommunikationsabkommen: verabschiedet im Jahr 1906.
- Teletype: verwendet den Baudot-Code für den Senden und Empfang von Text.
- Modem: Gerät zur Datenübertragung zwischen Computern.
- 1960er Jahre: Nutzung von Kommunikationssatelliten und Paketvermittlung.
- 1970er Jahre: Erstellung von LAN, dem OSI-Modell und Normung durch das CCITT.
- 1980er Jahre: Aufstieg der digitalen Netze und der Personal Computer.
- Ende des 20. Jahrhunderts: Ausbreitung des Internets durch Glasfaser.
Theoretische Grundlagen und Grundlagen der Telekommunikation
- Mathematik: Liefert formale Modelle (Algebra, Analysis, Statistik) und Werkzeuge wie die Fourier- und Laplace-Transformation.
- Physik: Untersucht das Ausbreitungsmedium; Basis ist der Elektromagnetismus von James Clerk Maxwell (1873).
- Informationstheorie: Bewertet die Kanalkapazität basierend auf der Bandbreite und dem Signal-Rausch-Verhältnis (Claude Shannon, 1948).
- Systemtheorie: Modelliert den individuellen Beitrag jedes Elements innerhalb eines Systems.
- Regelungstechnik: Modelliert die zeitliche Entwicklung (automatisierte Steuerung) von Systemen.
- Warteschlangentheorie: Modelliert die Dienstqualität (Quality of Service).
- Informatik: Ermöglicht die Programmierung und Simulation von Protokollen.
- Elektronik: Implementiert analoge und digitale Schaltungen mittels integrierter Schaltkreise.
- Ziel: Effiziente Übertragung von Informationen (Ton, Bild, Daten) bei Minimierung von Ressourcen und Interferenzen.
- Kompression: Technik zur Reduzierung des Informationsvolumens ohne Beeinträchtigung des Inhalts.
- Digitalisierung: Umwandlung analoger Signale in digitale Signale durch Abtastung, Quantisierung und Kodierung.
- Nyquist-Shannon-Theorem: Die Abtastfrequenz muss das Doppelte der Frequenz des Signals betragen (z. B. Stimme 4 kHz -> 8000 Abtastwerte/Sek.).
- Kommunikationsprotokoll: Gemeinsame Sprache und technische Regeln zwischen Sender und Empfänger.
- Kommunikationssystem: Beinhaltet das physische Medium (Netzwerk) sowie die Steuerungs- und Routing-Elemente.
Komponenten und Merkmale von Übertragungssystemen
- Sender: kodieren und senden die Nachricht
- Empfänger: empfangen und extrahieren die Information
- Übertragungsmedium: physischer (geführt) oder nicht-physischer (ungeführt) Träger
- Repeater: verstärken das Signal für lange Distanzen
- Switches: leiten Netzwerkpakete weiter
- Router: wählen die optimale Route in TCP/IP-Netzwerken
- Filter: lassen spezifische Frequenzen passieren (Demultiplexing)
- Modellierung: Systemtheorie, Regelungstechnik und Warteschlangentheorie
- Anforderung Zustellung: Übertragung an das richtige Ziel und Sicherstellung der Exklusivität
- Anforderung Genauigkeit: Zustellung ohne Veränderungen (Einsatz von Fehlerkorrekturcodes)
- Anforderung Pünktlichkeit: Zustellung im vorgesehenen Intervall (kritisch in Echtzeit)
- Degradationsfaktoren: Impulsrauschen, thermisches Rauschen (Johnson-Nyquist), Ausbreitungszeit, nichtlinearer Kanal, Mikrounterbrechungen, Bandbreite und Echo
- Leitungsgebundene Medien: ein fester Kanal, der das Signal leitet
- Funkübertragungsmedien: ein Trägermedium, das das Signal nicht über einen spezifischen Pfad leitet
Leitungsgebundene und funkübertragene Übertragungsmedien
- Twisted Pair: zwei verdrillte Kupferdrähte zur Eliminierung von Interferenzen
- Varianten von Twisted Pair: STP (geschirmt), UTP (ungeschirmt) und FTP (umhüllt)
- Koaxialkabel: innerer Leiter, Metallgeflecht und Kunststoffisolierung
- Glasfaser: überträgt Lichtpulse anstelle von elektrischen Signalen
- Multimode-Faser: Kerndurchmesser von 50 µm (mehrere Pfade)
- Singlemode-Faser: Kerndurchmesser < 5 µm (ein einziger Pfad)
- Funkübertragungsmedien: nutzen Variationen des elektromagnetischen Feldes (Funkwellen)
- Antenne: Vorrichtung, die Spannung in elektromagnetische Wellen und umgekehrt umwandelt
- Mikrowellen: Bereich von 300 MHz bis 300 GHz
- Verwendung von Mikrowellen: Wi-Fi (Standard 802.11) und Fernübertragungen
- Drahtlose Reichweite: kann Millionen von Kilometern überschreiten (z. B. 100 ua)
- Satelliten: Fernübertragung seit 1962 (Telstar 1)
Grundlagen der Telekommunikationsnetze: Techniken und Klassifizierungen
- Leitungsvermittlung: manuelle physische Verbindung zwischen Leitungen.
- Paketvermittlung: jeder Knoten/Router wählt die optimale Route für die Daten.
- Modulation: koppelt Informationen in eine Trägerwelle ein, um Verzerrungen und die Antennengröße zu reduzieren.
- Zeitmultiplexing (TDM): weist Zeitfenster für Nachrichtensegmente zu (z. B. GSM).
- Frequenzmultiplexing (FDM): unterteilt das Spektrum in verschiedene Frequenzen unter Verwendung elektronischer Filter (z. B. FM).
- Zugangsnetz: Verbindungspunkt für die Endgeräte der Nutzer.
- Transit-/Kernnetz: verwaltet Knoten, Verbindungen und verhindert Informationsverlust.
- Telekommunikationsdienst: vom Nutzer über das Netz erhaltene Leistungen.
Kommunikationssysteme, Telefonienetze, Daten und Breitbanddienste
- Telefonnetz (PSTN): öffentliches Schaltkreisnetz mit festem und exklusivem Kanal
- Digitalisierung der Sprache: 8 Bit bei 8 kHz
- Zugangsnetz: Telefone, die über Abonnentenschleifen an lokale Vermittlungsstellen angeschlossen sind
- Netzkerne: hierarchische Vernetzung von Verteilten Vermittlungsstellen
- LAN: lokale Vernetzung zum Teilen von Ressourcen (z. B. Ethernet, Token Ring)
- WAN: weitreichendes Netzwerk (Landesweit), verwaltet von Unternehmen oder ISPs
- Broadcast-Netzwerk: gleichzeitige und synchrone Übertragung identischer Informationen an mehrere Punkte
- Frequenzmultiplexverfahren: Technik zur Übertragung verschiedener Nachrichten über die Atmosphäre (Radio/TV)
- Codeteilmultiplexverfahren (CDM): Technik, die im Kabelfernsehen und bei IPTV verwendet wird
- Breitband: kommerzieller Begriff für verschiedene Technologien (xDSL, Glasfaser, 3G, WiMAX)
- Triple Play: IP-Paket aus Sprachdiensten (VoIP), TV (IPTV) und Breitband
- Quadruple Play: Triple Play plus Dienste in Mobilfunknetzen
- Technologische Konvergenz: Integration von Diensten in ähnlichen Systemen für die nächste Generation von Netzen
Telematikdienste, Netzwerke und der historische Einfluss der Telekommunikation
- Telematische Dienste: nutzen IT- und Telekommunikationssysteme in Netzwerken.
- Internet: ein dezentrales und freiwilliges Netzwerk miteinander vernetzter Netze.
- IP-Protokoll: Weiterleitung von Datenverkehr mittels IP-Adressen.
- TCP-Protokoll: Verwaltung einer verlustfreien Übertragung.
- Differenzierung: Das Internet ist das Netzwerk; das Web ist ein Hypertext-Dienst auf diesem Netzwerk.
- Spezifische Dienste: SMTP (E-Mail), FTP/P2P (Dateien), IRC (Chat), VoIP/IPTV (Multimedia), SSH/Telnet (Remote-Zugriff).
- Internetdienstanbieter (ISP): Unternehmen, die Privatanwender an das Netzwerk anschließen.
- Private/spezifische Netzwerke: Intranets, akademische Netzwerke (GÉANT, RedCLARA) und professionelle Netzwerke (Polizei, Feuerwehr).
- Politischer Einfluss: Instrument zur Zentralisierung der Macht und zur bürokratischen/militärischen Kontrolle.
- Nationale Sicherheit: Telekommunikationsnetze werden als kritische Infrastrukturen für die Souveränität betrachtet.
- Massenmedien: Kommunikations- und Kontrollnexus zwischen Regierenden und Bürgern.
Historische Entwicklung und Rolle der Telekommunikation in Krieg und Frieden
- Wichtige militärische Ziele: Handlungseinheit und Bewegungsgeschwindigkeit
- Erstes modernes System: optischer Chappe-Telegraf (revolutionäres Frankreich)
- Erste Anwendung der elektrischen Telegrafie: Krimkrieg (1853–1856)
- Entscheidender Einsatz des Telegrafen: Indienaufstand (1857), italienische Einigung (1859) und Bürgerkrieg (1861-1865)
- Erster Weltkrieg: Ausbau von Telegrafen- und Telefonleitungen, Drahtlose Telegrafie und Funk
- Zweiter Weltkrieg: Entstehung des Rundfunks als psychologische Waffe
- Moderner Krieg: gelenkte Raketen, unbemannte Fahrzeuge und elektronische/informatische Kriegsführung
- Molink (Rote Leitung): Teletyp-System für die direkte Kommunikation zwischen den USA und der UdSSR während des Kalten Krieges
Wirtschaftliche und soziale Auswirkungen der Telekommunikation
- Information als Macht: die Fähigkeit, das wirtschaftliche Verhalten durch vorzeitige Nachrichten zu beeinflussen.
- Wirtschaftliche Auswirkungen: Senkung der Interaktionskosten und Marktexpansion.
- Industrielle Abhängigkeit: Die Just-in-Time (JIT)-Produktion erfordert allgegenwärtige Kommunikationsnetze.
- OECD-Wachstum (1970-1990): Festnetznetze trugen ein Drittel des Produktionswachstums bei.
- Mobilfunkpenetration (1996-2003): Schweden erreichte 64 pro 100 Einwohner; Kanada 26 pro 100.
- Auswirkung auf das kanadische BIP: Wachstum fast 1 % höher aufgrund der Verdoppelung der Mobilfunkpenetration.
- Postindustrielle Gesellschaft: basierend auf Wissen, Information und Kreativität als Rohstoffe.
- Sprachrevolution: Koordination gemeinsamer Arbeit.
- Schreibrevolution: Verwaltung, Wirtschaftsregister und Wissensvermittlung.
- Buchdruckrevolution: Standardisierung von Prozessen und Massenbildung.
- Telekommunikationsrevolution: Globalisierung und universeller Instant-Dialog.
- Globales Dorf (McLuhan): Gesellschaft mit stammesartigem Verhalten, Abhängigkeits- und Solidaritätsnetzwerken.
- Globalisierung: globale Skaleneffekte aus lokalen Ereignissen (Schmetterlingseffekt/Chaos-Theorie).
Internationale Zusammenarbeit und Regulierung der Telekommunikation
- Erstes internationales Abkommen: Preußen und Österreich (3. Oktober 1849)
- Österreichisch-Deutsche Telegrafenunion: gegründet 1850
- Meilensteine von 1851: Grenzverbindung ohne Übersetzer, Vorrang für Morse-Telegraf und Aufteilung in Abkommen und Verordnung
- Westeuropäische Telegrafenunion: gegründet zwischen 1851 und 1854
- Abkommen von 1852: Vorläufer des Telekommunikationsgeheimnisses
- Erstes Internationales Telegrafenabkommen: unterzeichnet in Paris 1865
- Wirtschaftliche Entwicklung: von Staatsmonopol zu regulierter Konkurrenz
- Internationale Verpflichtung: Standardisierung von Tarifgestaltung und Interkonnektion
- Ressourcenmanagement: Elektromagnetische Wellen werden aufgrund von Interferenzrisiken als knappe Ressource betrachtet
- Verwaltungskontrolle: Nutzung von Lizenzen, Gebühren und Aufteilung des Luftraums in Frequenzfenster oder Slots
- Technische Einschränkung: Steuerung der Antennenleistung
- Rolle des Regulators: Management von Übertragungen und Vermittlung zwischen Betreibern und Kunden
Der Markt und die Normung in der Telekommunikation
- Markt: Entwicklung vom staatlichen Modell zum regulierten freien Markt
- Ausnahme: In den USA ist der Sektor durch private Initiativen mit legalen Monopolen geprägt
- Netzwerke: Transportinfrastrukturen
- Dienste: Leistungen im Netzwerk
- Terminals: Interaktionseinrichtungen
- Anwendungen: Benutzeroberfläche
- Inhalte: Informationen, Multimedia und Speicher
- Förderer: Normen, Standards und Regulierungen
- Normung: Regeln zur Sicherstellung von Kompatibilität, Qualität und Sicherheit
- Ziel der Normung: Definition der 'Kommunikationssprache' zwischen Systemen
- Effekt der Normung: Beschleunigt die Veralterung und die Kostensenkung bei der Herstellung
Normungsorganisationen und Auswirkungen der Telekommunikation auf die Gesundheit
- ITU: gegründet 1934, in die UN integriert 1947
- ITU-Sektoren: ITU-R (Funkdienste), ITU-T (Standardisierung), ITU-D (Entwicklung)
- ISO: gegründet 1948, gibt allgemeine Industrienormen heraus
- IEEE: normiert Elektrotechnik und Informatik (z. B. 802.x)
- RFC: chronologisch nummerierte technische Berichte, die Protokollnormen (IP, UDP) generieren
- Geführte Medien: Kabel, geringes Risiko (nur durch Materialtoxizität)
- Ungeführte Medien: Freifeld, höheres potenzielles Risiko
- Nicht-ionisierende Strahlung: Schlüsselfaktoren sind Leistung und Distanz
- Feldreduzierung: Die Distanz reduziert die Wirkung quadratisch (n²)
- Regulierung Spanien: Leistung im CNAF und Distanz im RD 1066/2001
Bibliografie und externe Links zu Telekommunikation
- Fondevila Gascón (2009): Studie über Triple Play und Fernsehen in Spanien und Europa
- Torres (2007): Text über Telekommunikation und Telematik
- Huidobro Moya (2006): Werke über Netzwerke und Dienste sowie Technologien der Telekommunikation
- Herrera Pérez (2004): Einführung in die moderne Telekommunikation
- Definitionsressource: Diccionario de la RAE
- Nachrichtenressource: Wikinoticias
- Institutionelle Ressource: Internationale Fernmelzentral (ITU)
- Technisches Werkzeug: Mehrsprachige Suchmaschine der Internationalen Fernmelzentral
Vorschau der Karteikarten (6 von 40)
- 01
Technische Definition der Telekommunikation:
Übertragung und Empfang von Signalen jeglicher Art, die Informationen über eine gewisse Distanz enthalten.
- 02
Etymologie von „Telekommunikation“: Was bedeutet das griechische Präfix „tele-“?
Distanz.
- 03
Welche Probleme löst die Nachrichtentechnik im Kontext des Ingenieurwesens?
Die technischen Probleme, die mit der Disziplin der Telekommunikation verbunden sind.
- 04
Welche Organisation wurde auf der Konferenz von Madrid 1932 gegründet, um den Begriff international zu festigen?
Internationale Fernmelzusammenarbeit (ITU).
- 05
Was ist die älteste aufgezeichnete Telekommunikationsmethode in Zivilisationen wie der sumerischen oder römischen?
Bote (Personen, die lange Strecken zurücklegten).
- 06
Welche Arten von Signalen nutzten die ersten Telekommunikationstechnologien in der Antike?
Visuelle Signale (Wachtürme, Rauch) und akustische Signale (Trommeln, Hörner, Rufe).
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