Wie funktionieren Walkie-Talkies?

Manche Leute dachten vielleicht, Walkie-Talkies würden mit dem Aufkommen von Mobiltelefonen verschwinden. Aber Walkie-Talkies sind auch heute noch ein wichtiges Kommunikationsmittel. Sie haben auch mit dem technologischen Tempo Schritt gehalten. 

Walkie-Talkies sind einfache Geräte, mit denen Sie normalerweise per Knopfdruck kommunizieren können. Aber wie funktionieren sie? 

In diesem Artikel besprechen wir die wesentlichen Komponenten von Walkie-Talkies. Wir führen Sie außerdem Schritt für Schritt durch die Funktionsweise des Geräts, damit Sie besser verstehen, wie es funktioniert. 

Definition von Walkie-Talkies 

Walkie-Talkies sind drahtlose Zwei-Wege-Kommunikationssysteme, die zum Senden und Empfangen von Nachrichten auf Funkfrequenzen angewiesen sind. Sie werden auch Handfunkgeräte (HT) oder Funkgeräte genannt. Sie erhielten diesen Namen, weil sie Benutzern das Senden und Empfangen von Sprachsignalen ermöglichen. 

Das Walkie-Talkie arbeitet im Halbduplex-Modus, das heißt, während ein Benutzer spricht (sendet), befindet sich der Empfänger auf derselben Frequenz im Empfangsmodus. Es können nicht zwei Benutzer gleichzeitig sprechen und der andere Teilnehmer kann erst dann sprechen, wenn der Absender mit dem Gespräch fertig ist. Daher funktioniert es anders als bei Smartphones, bei denen beide Gesprächspartner gleichzeitig sprechen können. 

Walkie-Talkies lassen sich bis ins frühe 20. Jahrhundert zurückverfolgen, während des Zweiten Weltkriegs, als das US-Militär ein tragbares Kommunikationsgerät für Soldaten auf dem Schlachtfeld benötigte. Donald L. Hings erfand 1940 die ersten Walkie-Talkies, sogenannte „Pack-Sets“. Ungefähr zur gleichen Zeit entwickelte ein kanadischer Ingenieur, Alfred J. Gross, unabhängig davon eine weitere Version.

Die frühen Modelle von Funkgeräten waren sperrig und wogen etwa 25 kg. Sie nannten sie „Walkie-Talkies“, weil sie es den Benutzern ermöglichen, zu gehen und zu sprechen. Und dies ist nach wie vor der gebräuchlichste Name für dieses tragbare Zwei-Wege-Gerät. 

Grundkomponenten eines Walkie-Talkies 

Obwohl Walkie-Talkies im Laufe der Jahre Fortschritte gemacht haben, behalten sie die gleichen Grundfunktionen bei. Sie beinhalten: 

1. Antenne

Die Antenne ist ein entscheidender Bestandteil des Walkie-Talkies, da sie Funksignale sendet und empfängt. Walkie-Talkies können entweder über feste oder abnehmbare Antennen verfügen. In den Walkie-Talkies sind fest installierte Antennen eingebaut. Abnehmbare Antennen sind jedoch nicht am Radio befestigt und können entfernt und durch andere Antennen ersetzt werden. 

Die meisten einfachen Funkgeräte, wie PMR446- und FRS-Funkgeräte, sind auf feste Antennen ausgelegt. Andere Funkgeräte wie GMRS, Mobilfunkgeräte und Basisstationsfunkgeräte verfügen jedoch über abnehmbare Antennen. 

2. Sender

Der Sender wandelt Ihre Sprachnachricht in Funksignale um. Sobald Sie die Push-to-Talk-Taste (PTT) drücken, wird der Sender aktiviert. Anschließend sendet es Ihre Nachricht als Funksignal über die Antenne. Im nächsten Thema wird erklärt, wie es funktioniert.

Watt ist das Standardmaß für die Ausgangsleistung des Senders. Und die Ausgangsleistung ist einer der Faktoren, die maßgeblich über die Reichweite (wie weit es senden kann) und die Signalstärke des Walkie-Talkies entscheidet. 

3. Empfänger

Walkie-Talkies befinden sich immer im Empfängermodus, bis die Sprechtaste (PTT) gedrückt wird. Ist die Rauschsperre nicht aktiviert, ist ein konstantes Rauschen zu hören. Die Hauptfunktion des Empfängers besteht darin, Funksignale anderer Walkie-Talkies zu empfangen.

Wenn der Empfänger ein Signal empfängt, dekodiert er es und wandelt es in eine Audionachricht um. Anschließend können Sie die Nachricht über den Lautsprecher hören. Die Empfindlichkeit des Empfängers hat erheblichen Einfluss auf die Klarheit und Qualität des empfangenen Audiosignals. 

4. Lautsprecher und Mikrofon

Sie sind wahrscheinlich mit Lautsprechern und Mikrofonen vertraut, und bei Walkie-Talkies ist das nicht anders. Der Lautsprecher gibt empfangene Audiosignale von anderen Handfunkgeräten wieder. Andererseits erfasst das Mikrofon Ihre Stimme, wenn Sie senden. 

Einige Hersteller platzieren Lautsprecher und Mikrofon nebeneinander. Einige verfügen jedoch über separate Lautsprecher und Mikrofone und setzen möglicherweise mehrere Mikrofone ein, um Umgebungsgeräusche zur Geräuschreduzierung zu erfassen. Viele Walkie-Talkies verfügen außerdem über einen Anschluss für externe Lautsprecher oder Headsets. Daher können Sie das Walkie-Talkie freihändig nutzen. 

5. Bedienelemente und Anzeige

Typischerweise verfügen Walkie-Talkie-Modelle über mehrere Steuertasten und Knöpfe zum Anpassen von Einstellungen und zum Navigieren in Menüs. Dazu gehören Tasten für Lautstärke, Kanalauswahl, Push-to-Talk (PTT) und Menünavigation. Die meisten modernen Funkgeräte verfügen außerdem über ein hintergrundbeleuchtetes LCD. Das LCD zeigt die Kanalnummer, die Akkulaufzeit, die Signalstärke und andere Status an.

6. Batterie und Stromquelle

Wiederaufladbare oder Einwegbatterien versorgen Walkie-Talkies mit Strom. Wiederaufladbare Batterien sind kostengünstiger und umweltfreundlicher. Walkie-Talkies verwenden wiederaufladbare Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrid-Batterien.

Einige Produktmodelle sind auch für den Betrieb mit Einwegbatterien ausgelegt. Zu den Einwegbatterien gehören AA- oder AAA-Alkalibatterien. Solche Batterien sind besonders hilfreich, wenn ein Aufladen nicht möglich ist.

Wie Walkie-Talkies funktionieren 

In diesem Abschnitt wird untersucht, wie Sie mit diesen Zwei-Wege-Geräten Sprachübertragungen senden und empfangen können. 

Es gibt zwei Arten von Radios: analoge und digitale. In diesem Abschnitt erklären wir beide. Über diesen Link erfahren Sie mehr über die Unterschiede zwischen analogen und digitalen Radios.

Der Prozess der Einrichtung von Walkie-Talkies 

Bevor Sie mit anderen über Ihr Funkgerät sprechen können, müssen Sie es einrichten. Dazu wählen Sie einen Kanal . Kanäle sind die Nummern, die den Frequenzen zugeordnet sind.

Die Wahl einer Kanalnummer bedeutet also die Wahl einer Frequenz. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Einige Digitalfunkgeräte, insbesondere solche mit Frequenzverteilungs-Mehrfachzugriff (FDMA) , verfügen über zwei Kanäle auf einer Frequenz.

Walkie-Talkies nutzen Ultrakurzwellenfrequenzen (UHF) von 400 bis 512 MHz und sehr hohe Frequenzen (VHF) von 300 bis 3000 MHz (3 GHz). Diese Bereiche werden als Frequenzband bezeichnet. Während einige Walkie-Talkie-Frequenzen frei nutzbar sind, ist für andere eine Lizenz erforderlich.

Sie müssen sicherstellen, dass Sie sich auf demselben Kanal befinden wie die Person, mit der Sie sprechen möchten. Dadurch können Sie beide kommunizieren. Wenn Sie einen Datenschutzcode verwenden möchten , denken Sie daran, denselben Code wie Ihr Gesprächspartner einzustellen. Jetzt können Sie sprechen. Aber wie genau senden und empfangen Walkie-Talkies Sprachsignale?

Sende- und Empfangsprozess

Hier sind Schritte zum Sende- und Empfangsprozess von Funkgeräten: 

Schritt 1: Spracheingabe 

Zum Sprechen drücken Sie die PTT-Taste und sprechen in das Mikrofon. Dabei erzeugt Ihre Stimme Schallwellen, die sich durch die Luft ausbreiten. Das Mikrofon, ein Wandler, erfasst die Schallwellen und wandelt sie in ein elektrisches Signal um. Dieses elektrische Signal ist das Audiosignal und der Umwandlungsprozess wird Transduktion genannt. 

Es gibt verschiedene Arten von Lautsprechern, darunter dynamische, Kondensator- und Elektretmikrofone. Die meisten Funkgeräte verwenden jedoch Elektretmikrofone aufgrund ihrer kompakten Größe und Robustheit. Sie liefern außerdem ein klares Audiosignal mit minimalen Hintergrundgeräuschen.

Schritt 2: Modulation 

Sobald das Mikrofon die Schallwelle in ein Audiosignal umwandelt, kombiniert das Walkie-Talkie das Signal mit einer Trägerwelle. Durch diesen Vorgang kann das Walkie-Talkie das Signal über Funkwellen übertragen. Normalerweise hat die Trägerwelle eine höhere Frequenz als das Audiosignal. 

Modulation ist der Prozess, bei dem die Eigenschaften der Trägerwelle mithilfe des Audiosignals verändert werden. Dieser Modulationsprozess hilft dabei, die Information (d. h. die ursprünglich gesendete Nachricht) in einem Audiosignal zu kodieren.

Analoge Radios verwenden entweder Frequenzmodulation (FM) oder Amplitudenmodulation (AM), um Signale zu variieren. FM variiert die Frequenz der Trägerwelle entsprechend der gesendeten Nachricht. Die Amplitude bleibt jedoch konstant. 

AM variiert jedoch die Amplitude der Trägerwelle entsprechend der gesendeten Nachricht, während die Frequenz konstant bleibt. Die meisten analogen Walkie-Talkies verwenden FM-Modulation, da diese eine bessere Audioqualität bietet und weniger störanfällig ist. 

Digitale Funkgeräte funktionieren anders. Sie nutzen Modulationsverfahren wie Phasenumtastung (PSK) oder Quadraturamplitudenmodulation (QAM) zur Codierung von Audiosignalen. Typischerweise wandeln sie das Audiosignal in ein digitales Signal um. Dieses digitale Signal besteht aus Bitfolgen (Nullen und Einsen). Digitale Modulationsverfahren reduzieren das Risiko von Störungen im Vergleich zu analogen Verfahren deutlich.

Schritt 3: Übertragung 

Nachdem die Modulation das Audiosignal kodiert, empfängt es die Antenne des Walkie-Talkies. Als nächstes wandelt die Antenne das elektrische (Audio-)Signal in eine elektromagnetische Welle um. 

Durch diese Umwandlung kann das Sprachsignal als Radiowelle durch die Luft übertragen werden. Radiowellen werden normalerweise über die ausgewählte Frequenz übertragen.

Für maximale Effizienz müssen Antennenlänge und -design auf die Frequenz des Funkgeräts abgestimmt sein. Daher ist es wichtig, die am besten geeignete Antenne für Ihr Funkgerät zu finden. Eine optimal angepasste Antenne nutzt die Sendeleistung bestmöglich aus und sorgt so für eine effiziente Abstrahlung der Funksignale. Dies führt zu einem stärkeren Signal und einer größeren Reichweite.

Schritt 4: Vermehrung 

Die Ausbreitung beschreibt, wie sich Radiowellen fortbewegen. Sobald die Antenne eine Radiowelle erzeugt, breitet diese sich durch die Luft aus. Dieser Vorgang erfolgt üblicherweise mit Lichtgeschwindigkeit. Zu den Ausbreitungsarten gehören Bodenwellen, Raumwellen und Freiraumwellen.

Walkie-Talkie-Signale breiten sich normalerweise durch Freiraumwellen aus. Die Freiraumwelle wird auch Sichtlinienausbreitung genannt. Dies geschieht, wenn Funkwellen direkt von der Sendeantenne zur Empfangsantenne wandern. 

Sichtlinie bedeutet jedoch nicht, dass zwei Benutzer für die Kommunikation in Sichtweite sein müssen. Es bedeutet lediglich, dass sich die Welle geradlinig vom Sender zum Empfänger ausbreitet. Normalerweise sind beide Walkie-Talkies je nach Leistung nur mehrere Kilometer voneinander entfernt. 

In einer idealen Umgebung stoßen diese Wellen nicht auf Hindernisse. Sie reisen weiterhin in einer geraden Linie. Doch in Wirklichkeit treffen Radiowellen auf Hindernisse wie Bäume und Gebäude, und auch das Wetter beeinflusst sie. Und diese Faktoren wiederum beeinflussen die Stärke und Reichweite der Kommunikation. 

Schritt 5: Empfang 

Nach der langen Reise vom Sender gelangt die Funkwelle zum Empfänger. Normalerweise empfängt jeder, der auf Ihre Frequenz eingestellt ist, Ihre Sprachübertragung. Beim Senden erfasst die Empfangsantenne die Funkwellen und wandelt sie wieder in ein elektrisches Signal um. 

Ebenso wie beim Sendevorgang muss die Empfangsantenne für die beste Audioqualität entsprechend auf die Betriebsfrequenz des Walkie-Talkies abgestimmt sein. Sobald die Antenne die Funkwelle empfängt, wandelt sie diese in elektrische Signale um und sendet sie zur Demodulation. 

Schritt 6: Filterung und Verstärkung

Bei der Übertragung kommt es häufig zu einer Vermischung von Audiosignalen mit unerwünschtem Rauschen und Interferenzen. Diese unerwünschten Eigenschaften beeinträchtigen die Klangqualität und müssen daher vom Radio gefiltert werden. 

Der Empfänger kann eine analoge oder digitale Signalverarbeitungstechnik verwenden, um das elektrische Signal zu filtern.  

Zu diesen Methoden gehören Bandpassfilter und adaptive Rauschunterdrückungsalgorithmen. Beide Verfahren entfernen unverständliche Frequenzen, einschließlich Rauschen.

Sobald der Filtervorgang abgeschlossen ist, gelangt das Audiosignal zum Verstärker. Die Aufgabe des Verstärkers besteht darin, die Amplitude des Signals zu erhöhen. Dies erleichtert die Demodulation

Schritt 7: Demodulation 

Die Demodulation kehrt den Modulationsprozess um, den das sendende Funkgerät zur Codierung des Audiosignals verwendet. Das Demodulationsverfahren hängt üblicherweise vom Modulationsverfahren ab.

Beispielsweise wird eine mit Frequenzmodulation (FM) codierte Nachricht durch eine FM-Demodulationsmethode wie F3E demoduliert. Der Empfänger erkennt die Schwankungen in der Frequenz der Trägerwelle. Anschließend wird das Signal wieder in Amplitudenvariationen umgewandelt, die das ursprüngliche Audiosignal darstellen.  

Schritt 8: Audioausgabe 

Die Ausgangsstufe ist der letzte Schritt. Dabei sendet das Radio das verstärkte Signal an den Lautsprecher. Der Lautsprecher wandelt es dann wieder in Schallwellen um, die Sie hören können. 

Wie das Mikrofon ist auch der Lautsprecher ein Wandler. Es wandelt elektrische Signale durch einen Prozess namens elektroakustische Transduktion in Schallwellen um. Es bewirkt also genau das Gegenteil von dem, was Mikrofone bewirken. Das heißt, es kehrt den Umwandlungsprozess des Mikrofons um. 

Es gibt verschiedene Lautsprechertypen, wie dynamische, elektrostatische und piezoelektrische Lautsprecher. Die meisten Walkie-Talkies verwenden jedoch dynamische Lautsprecher, da diese tragbar und robust sind. Sie liefern zudem einen klaren und lauten Klang und eignen sich daher ideal für die zuvor erwähnten Elektretmikrofone.

Wenn Sie auf eine Walkie-Talkie-Übertragung antworten möchten, drücken Sie die PTT-Taste. Dann beginnt der gesamte Prozess von vorne. Denken Sie immer daran, die PTT-Taste loszulassen, wenn Sie mit dem Sprechen fertig sind. Dadurch kann die andere Partei antworten. 

Fazit 

Walkie-Talkies sind Zwei-Wege-Kommunikationsgeräte. Und obwohl sie im Laufe der Jahre mehrere Veränderungen erfahren haben, sind ihre wesentlichen Bestandteile dieselben geblieben. Sie bestehen aus einer Antenne, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, Batterien, einem Sender und einem Empfänger. Diese Komponenten helfen beim Erreichen des Sende- und Empfangsprozesses. 

Wenn ein Sender die PTT-Taste (Push-to-Talk) drückt, erzeugt er Schallwellen. Die Schallwellen durchlaufen mehrere Prozesse, bevor sie schließlich den Empfänger erreichen. Somit können Benutzer über mehrere Kilometer hinweg kommunizieren, meist über kurze Distanzen.