Spektrum
Englisch: spectrum
Eine Menge von Frequenzen, die für die Hochfrequenzkommunikation verwendet werden; nicht notwendigerweise ein kontinuierlicher Bereich.
Spektrum: das Funkfrequenz-Grundstück, das Sie zum Senden brauchen
In der Hochfrequenztechnik bezeichnet Spektrum den Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der für einen bestimmten Zweck bereitgestellt wird. Ein Sender nutzt ein Frequenzband, das auf einer Trägerfrequenz zentriert ist, und die Breite dieses Bandes heißt Bandbreite. Die Federal Communications Commission in den USA, die ITU international und vergleichbare Behörden in jedem Land teilen das nutzbare Funkspektrum in Abschnitte auf und vergeben sie an Rundfunksender, Mobilfunkbetreiber, Militärnutzer und industrielle Anwendungen. Ein Mobilfunknetz könnte beispielsweise in den Bändern 700 MHz, 850 MHz, 1,9 GHz oder 2,4 GHz arbeiten, wobei jedes Band in noch schmalere Kanäle unterteilt ist.
Spektrum muss nicht zusammenhängend sein. Ein Rundfunksender könnte Lizenzen für nicht angrenzende Frequenzblöcke haben, oder ein Unternehmen arbeitet in mehreren separaten Bändern. Der Begriff "Spektrum" kann die Frequenzen selbst bedeuten, das Recht zu ihrer Nutzung (eine Lizenz) oder die tatsächliche elektromagnetische Energie in einem bestimmten Frequenzbereich. In der Praxis bedeutet es für einen Ingenieur, dass ein Signal 20 MHz Spektrum nutzt, dass sich die Signalenergie über ein 20 MHz breites Band verteilt, nicht dass es jede Frequenz perfekt gleichmäßig ausfüllt.
Spektrumnutzung und Interferenz
Weil Spektrum endlich und wertvoll ist, kontrollieren Behörden, wer auf welchen Frequenzen senden darf und mit wie viel Leistung. Zwei Sender, die auf derselben Frequenz im selben Gebiet arbeiten, beeinflussen sich gegenseitig und beschädigen beide Signale. Lizenziertes Spektrum gibt exklusive Rechte an einem Band; unlizenziertes Spektrum (wie das 2,4 GHz Band für Industrie, Wissenschaft und Medizin) steht allen offen, aber Nutzer müssen Interferenzen von anderen Geräten in Kauf nehmen. Moderne Systeme verwenden Techniken wie Frequenzsprung, Spread-Spectrum-Modulation und Strahlenlenkung, um Spektrum effizienter zu nutzen oder die Auswirkungen von Interferenzen zu verringern.
Spektrumeffizienz wird in Bit pro Sekunde pro Hertz (Bit/s/Hz) gemessen. Mit der explodierenden Nachfrage nach kabellosen Daten haben Ingenieure verfeinertere Modulationsverfahren und Codierung entwickelt, um mehr Durchsatz aus demselben Spektrumanteil zu erreichen. Ein 20 MHz Mobilfunkkanal mit älterer Technik könnte 5 Mbps übertragen; derselbe Kanal mit moderner Modulation schafft 100 Mbps oder mehr.
Das Funkspektrum reicht von extrem niedriger Frequenz (ELF, unter 3 kHz) über Mikrowelle und Millimeterwelle bis in den Terahertz-Bereich. Verschiedene Spektrumbereiche verhalten sich unterschiedlich: niedrigere Frequenzen breiten sich weiter aus und durchdringen Hindernisse besser, benötigen aber größere Antennen; höhere Frequenzen ermöglichen kleinere Antennen und höhere Datenraten, werden aber von Regen, Vegetation und Wänden absorbiert. Ingenieure wählen Frequenzbänder basierend auf den Kompromissen, die ihre Anwendung erfordert.