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Auf den Spuren der "Funk-Autobahn"

|   skAInet

Wir sind ständig von ungezählten Funksignalen umgeben, trotzdem findet das Signal vom Sender zum Empfänger. Wie ist das möglich?

Von Dennis Angilella

Wir sind ständig von ungezählten Funksignalen umgeben: Es fängt morgens beim Signal des Funkweckers an, es geht über das heimische Wlan, den Funk-Türschlüssel unseres Autos bis zum Musikstreaming auf dem Weg zur Arbeit via LTE. Gerade in Großstädten wie Bochum sind dauerhaft tausende Sender und Empfänger von Funkwellen aktiv - umgangssprachlich auch Elektrosmog genannt. Wie ist es möglich, dass sich alle Sender und Empfänger bei solch einer Kommunikations-Menge trotzdem verstehen?

Damit sich die Sender und Empfänger solcher Signale nicht gegenseitig dauerhaft stören, erfolgt die Kommunikation auf verschiedenen Frequenzen. Frequenzen funktionieren wie eine mehrspurige Autobahn, auf der mehrere Autos, in diesem Fall die Signale, gleichzeitig nebeneinander unterwegs sein können. Auf dieser Funk-Autobahn werden die Spuren aber nicht willkürlich gewählt, die Bundesnetzagentur weist Sendern und Empfängern unbelegte Frequenzen zu. 

So funktioniert eine Frequenz

Eine Frequenz wird mit der Einheit Hertz (Hz) angegeben und beschreibt die Anzahl an Schwingungen pro Sekunde. Eine weitere wichtige Eigenschaft kabelloser Übertragung wird im Folgenden anhand von zwei Autoschlüsseln verdeutlicht.

Die erste Abbildung zeigt ein Wasserfalldiagramm aus einer Aufnahme eines BMW-Schlüssels. Zu sehen ist der zeitliche Verlauf des Signals in der vertikalen Richtung. Die unterschiedlichen Farben sowie die Symmetrieeigenschaft stammen aus der Fourier Transformation, welche eine Darstellung des Betragsspektrums über die Zeit erzeugt. 

Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn man die Aktivität von Sendern auf verschiedenen Frequenzen über die Zeit beobachten möchte. Wichtiger für die Kommunikation ist die zweite Abbildung, denn diese zeigt das gesendete Signal des Autoschlüssels. Es ist deutlich zu erkennen, dass es Unterschiede bei der Häufigkeit der Schwingungen gibt - der sogenannten Modulation. Die Information in Form von logischen Nullen und Einsen wurde hier auf das Trägersignal moduliert.

In diesem Fall hat sich BMW für eine Trägerschwingung von 868,23 MHz entschieden. Man kann nun direkt aus dem Diagramm die Informationen ablesen, welche auf das Trägersignal moduliert worden sind.  Die Art der hier verwendeten Modulation wird Frequency Shift Keying (FSK) genannt: Die Modulation geschieht durch das Umschalten zwischen verschiedenen - in dem Beispiel zwei - Frequenzen, die den logischen Zuständen 0 und 1 zugeordnet ist. Der Empfänger kann die übertragenen Informationen anhand der Frequenz demodulieren. 

Eine andere Modulationsart nutzt Skoda für seine Autoschlüssel: Hier werden Informationen über das Amplitude Shift Keying (ASK) übertragen: Hier werden die Informationen über die Amplitude, also der Höhe in y-Achsenrichtung der Schwingungen übertragen. 

So werden die Signale ausgewertet

Ein sogenanntes RTL-SDR hat beide Signale aufgezeichnet. Die Hardware des Gerätes besteht nur aus einer Antenne und einem veränderten DVB-T-Stick. Eine Software, wie SDR-Shrap, wertet dabei die analogen Signale aus, woher auch das Kürzel SDR (Software Defined Radio) stammt. 

Ein RTL-SDR ermöglicht es jedem Nutzer, sämtliche kabellose Kommunikation zu belauschen und zu demodulieren. Solche Signale können natürlich auch aufgezeichnet und erneut gesendet werden. Um einfache Informationen zu versenden reicht das schon.