Frequenzspektrum

Forschung: Gedrehte Wellen könnten Frequenzknappheit beenden

Testübertragung macht gemeinsam genutzte Frequenzen möglich
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Gedrehte Wellen könnten Frequenzknappheit beendenGedrehte Wellen könnten Frequenzknappheit beenden Funkfrequenzen sind heiß begehrt: Kaum wird irgendwo ein Frequenzbereich frei, beginnt das Gerangel. Soll die Politik die Frequenzen für Radio, Fernsehen, Mobilfunk oder kabellose Datenübertragungstechniken vergeben? Forscher haben nun eine Technik vorgestellt, mit der ein Frequenzband unter Umständen mehrfach genutzt werden kann.

Als Pioniere der Funktechnik gelten James Clerk Maxwell und Heinrich Hertz, die die theoretische Vorarbeit geliefert haben, sowie Guglielmo Marconi, dem 1896 die erste tatsächliche Funkverbindung gelang. Die tatsächliche Informationsübertragung erfolgt mit Hilfe verschiedener Modulationsarten. Seither ist es üblich, dass ein Frequenzband nur von einem Dienst genutzt werden kann, da mehrere Dienste auf derselben Frequenz sich gegenseitig stören.

Neue Technik: Gedrehte Wellen auf einer geteilten Frequenz

Heutzutage verwendete Funkquellen sind in der Regel flach. Die Forscher aus Schweden und Italien haben nun nach einer ersten Ankündigung im Jahr 2007 erstmals in einem Feldversuch eine Technik vorgestellt, mit dem ein Frequenzband quasi aufgesplittet wird. Die Funksignale werden nun spiralförmig gedreht übertragen. Bildlich kann man sich diese gedrehten Wellen wie eine Spirelli-Nudel oder einen Korkenzieher vorstellen.

Die Forscher haben sich für diese neuartige Übertragungstechnik vom so genannten Bahndrehimpuls der Planeten im Weltraum inspirieren lassen. Die Erde benötigt diesen Impuls beispielsweise, damit sie um die Sonne kreisen kann. Auch schwarze Löcher im Weltraum besitzen einen solchen Eigendrehimpuls.

Vorbild Galilei: Erste Live-Demonstration in Venedig

Nach der theoretischen Formulierung dieser neuartigen Übertragungsart wurden die Wissenschaftler dazu aufgefordert, diese in einem öffentlichen Experiment vorzuführen. Dieses fand im Juni 2011 exakt am selben Ort statt, wo Galileo Galilei der venezianischen Regierung im Jahr 1609 sein Fernrohr vorgeführt hatte.

Von der Insel San Giorgio Maggiore übertrugen die Forscher das gedrehte Funksignal über eine Entfernung von 442 Meter bis zum Dogenpalast am Markusplatz. Wie schon zu Zeiten von Galileo zweifelten Kritiker am Erfolg des Experiments.

Das Expertenteam nutzte den Frequenzbereich um 2,4 GHz, der in der Regel für die WLAN-Kommunikation verwendet wird. Im Test gelang es, auf demselben Frequenzband, das normalerweise nur ein Signal übertragen kann, zwei Audiosignale gleichzeitig zu übertragen. Später wurde das Experiment mit zwei TV-Signalen wiederholt. Im Test hatten beide Signale sich gegenseitig nicht beeinträchtigt. Der Erfolg des Experiments wurde der anwesenden Bevölkerung duch eine übergroße Lichtprojektion der Worte "Signal angekommen" auf die Hauswand des Dogenpalastes visualisiert.

Obwohl es momentan weder Sende- noch Empfangsgeräte für die neue Übertragungstechnik zu kaufen gibt, arbeiten die Forscher zusammen mit der Industrie bereits an einer kommerziellen Variante der Technik, bei der nicht nur zwei, sondern wesentlich mehr Signale auf derselben Frequenz übertragen werden können. Es bleibt abzuwarten, ob die gegenwärtige "Überfüllung" im Frequenzspektrum damit zukünftig abgebaut werden kann.

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