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Zu zweit funkt ihr Wörter von einem Raum in den anderen, nur mit ein paar Lampen, die man ein- und ausschalten kann. Dafür denkt ihr euch ein Protokoll aus: wie aus Buchstaben Lichtzeichen werden, woran man Anfang und Ende erkennt und was ihr tut, wenn etwas schiefgeht. Und dann nimmt euch jemand Lampen weg.
Euer Funkgerät hat fünf Knöpfe und fünf Lampen. Hält jemand einen Knopf gedrückt, sendet das Gerät, und an jedem Gerät, das auf dieselbe Frequenz eingestellt ist, leuchtet die Lampe dazu, so lange, bis der Knopf losgelassen wird. Mehr kann das Funkgerät nicht: keine Sprache, keine Buchstaben, nur Lampen, die an oder aus sind.
So einfach war Funk am Anfang wirklich. Beim Morsen schaltet man einen Sender ein und aus: Solange die Taste gedrückt ist, sendet er auf seiner Frequenz eine gleichmäßige Welle, Funkamateure sagen dazu CW, nach dem englischen continuous wave. Aus kurzen und langen Zeichen werden Buchstaben. Euer Gerät sendet auf fünf Kanälen nebeneinander, einem für jede Lampe.
Funk hat eine Eigenschaft, die ein Kabel nicht hat: Alle, die dieselbe Frequenz eingestellt haben, sehen dieselben Lampen, und alle können darauf senden. Haltet einen Knopf mit der Maus oder dem Finger gedrückt, oder nehmt die Tasten 1 bis 5.
Ohne diese Seite und ohne Anmeldung, etwa auf dem Handy, findet ihr das Funkgerät unter https://workspace.hackschule.de/ether.
Findet euch in Zweiergruppen zusammen und macht euch mit dem Funkgerät vertraut. Gleich seid ihr in verschiedenen Räumen:
Die Wörter sind unterschiedlich lang und bestehen nur aus den Großbuchstaben A bis Z. Sie ergeben nicht immer einen Sinn, ihr könnt also nichts erraten: Sie müssen trotzdem fehlerfrei ankommen. Wenn ihr während der Übertragung in den anderen Raum laufen müsst, um euch zu besprechen, ist die Übertragung gescheitert.
Jede und jeder von euch bekommt ein Blatt. Die Lehrkraft sagt der Senderseite ihr Wort leise und schreibt es dort unter »Gesendet«; die Empfängerseite schreibt unter »Empfangen«, was ankommt. Erst wenn die Empfängerseite ihr Blatt bei der Lehrkraft abgegeben hat, vergleicht ihr.
Bevor ihr euch trennt, einigt ihr euch auf ein Protokoll: Regeln, an die sich beide Seiten halten, damit die Übertragung klappt. Beachtet dabei:
Macht euch einen guten Plan, der möglichst alle Fälle abdeckt, und schreibt ihn oben auf euer Blatt: Im anderen Raum könnt ihr nicht mehr nachfragen.
Beschreibt euer Protokoll so, dass ein anderes Paar damit übertragen könnte: wie ein Buchstabe aussieht, wie Anfang und Ende erkennbar sind und was ihr bei einem Fehler tut. Jede Person schreibt es selbst auf.
Nach einer Weile stellt eure Lehrkraft weniger Lampen ein. Über den Lampen zählt dann eine Zeile die Zeit herunter, und die Lampen, die wegfallen, sind gestrichelt umrandet. Ist die Zeit um, sind sie weg, bei allen auf einmal, auch mitten in einer Übertragung.
Passt euer Protokoll an, ohne euch zu treffen: Was ihr dafür braucht, muss schon in eurem Plan stehen oder über die Lampen gehen. Später werden es vielleicht noch weniger.
Was hat sich an eurer Übertragung geändert, als Lampen weggefallen sind? Wie habt ihr euer Protokoll angepasst, und was hat es gekostet?
Wenn ihr wieder zusammen seid, legt eure Blätter nebeneinander und sprecht über diese Fragen:
Vor 150 Jahren hatten Telegrafen dasselbe Problem: Über eine Leitung gingen nur »Strom an« und »Strom aus«. Émile Baudot baute dafür eine Tastatur mit fünf Tasten, so wie euer Funkgerät fünf Knöpfe hat.
Émile Baudot (1845–1903), französischer Telegrafeningenieur, baute ab 1874 einen Telegrafen, der jeden Buchstaben als fünf Zeichen auf einmal schickte, jedes Strom an oder Strom aus: 32 Muster, genug für das Alphabet. Getippt wurde mit fünf Tasten, zwei für die linke und drei für die rechte Hand, wie ein Akkord auf dem Klavier.
Nach ihm heißt das Baud: wie viele Zeichen eine Leitung in der Sekunde überträgt.
Bild: Stich von A. Delzers, vor 1903, gemeinfrei, zugeschnitten (Wikimedia Commons)
Wie viel durch eine Leitung oder über eine Frequenz passt, wenn man so geschickt wie möglich codiert, und wie man trotz Störungen fehlerfrei überträgt, hat Claude Shannon 1948 ausgerechnet. Sein Bild davon ist bis heute das Sender-Empfänger-Modell: Eine Quelle hat eine Nachricht, ein Sender codiert sie in Signale, ein Kanal trägt sie, und dabei kommen Störungen dazu, ein Empfänger decodiert sie, und am Ende kommt die Nachricht beim Ziel an. Bei euch war die Quelle die Lehrkraft, der Kanal eure Frequenz, und die Störung jeder, der dazwischengefunkt hat.
A Mathematical Theory of Communication, Claude E. Shannon, Bell System Technical Journal, 1948. Der Aufsatz, mit dem die Informationstheorie anfängt: eine Quelle, ein Sender, ein Kanal mit Störungen, ein Empfänger, und wie viele Bits pro Sekunde durch einen Kanal gehen können, ohne dass Fehler bleiben. Die ersten Seiten sind auch ohne die Mathematik dahinter zu lesen: als PDF.
Claude Shannon (1916–2001). Wie viele Bits eine Nachricht mindestens braucht, rechnete er 1948 aus und gründete damit die Informationstheorie; das Wort Bit machte er bekannt. Er fuhr Einrad, jonglierte und baute die Maus Theseus, die selbst lernte, durch ein Labyrinth zu finden.
Schon als Student am MIT zeigte er 1937 in seiner Masterarbeit, dass sich Schaltungen aus Relais mit der Algebra von George Boole beschreiben und vereinfachen lassen, mit 1 und 0 für einen Kontakt, der geschlossen oder offen ist. Damit begann die Theorie der digitalen Schaltungen.
Einen Code mit so wenigen Bits wie möglich suchten er und Robert Fano fast gleichzeitig, jeder für sich. Der Shannon-Fano-Code kam nah heran, aber nicht immer ganz.
In derselben Arbeit von 1948 ließ er englische Texte Wort für Wort entstehen, jedes Wort nach dem vorigen aus einem Buch gezogen: ein winziges Sprachmodell, von Hand.
Foto: Tekniska museet, CC BY 2.0, zugeschnitten (Wikimedia Commons)