ARBEITSGEMEINSCHAFT FüR FORSCHUNG DES LANDES NORD RHEIN-WESTFALEN NATUR-. INGBNIBUR- UND GBSBLLSCHAFTSWISSBNSCHAFTBN 122. SITZUNG AM 6. FEBRUAR 1963 IN DüSSELDORF ARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR FORSCHUNG DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN NATUR-, INGENIEUR- UND GESELLSCHAFTSWISSENSCHAFTEN HEFT 127 WERNER NESTEL Grenzen und Aussichten des Nachrichtenverkehrs WOLFGANG HAACK Beobachtung des Luftraumes durch automatische Verarbeitung der Informationen von Rundsichtgeräten mittels digitaler Rechenautomaten HERAUSGEGEBEN IM AUFTRAGE DES MINISTERPRÄSIDENTEN Dr.FRANZ MEYERS VON STAATSSEKRETÄR PROFE SSOR Dr. h. c. Dr. E. h. LEO BRANDT WERNER NESTEL Grenzen und Aussichten des Nachrichtenverkehrs WOLFGANG HAACK Beobachtung des Luftraumes durch automatische Verarbeitung der Informationen von Rundsichtgeräten mittels digitaler Rechenautomaten SPRINGER FACH M EDlEN WIESBADEN GMBH ISBN 978-3-663-00605-3 ISBN 978-3-663-02518-4 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-02518-4 © 1964 by Springer Fachmedien Wiesbaden Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen 1964 Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag INHALT Werner Nestel, Ulm (Donau) Grenzen und Aussichten des Nachrichtenverkehrs 7 Diskussionsbeiträge W. H. Schwidetzky, Professor Dr. phil. Walter Weizel, Professor Dr. Ing., Dr.-Ing. E. h. Werner NesteI, Ministerialrat Dr. Hans Schellhoss, Staatssekretär Professor Dr. h. c., Dr.-Ing. E. h. Leo Brandt, Dipl.-Ing. Hans Schuchmann. . . . . .... . .. . . . . . . . . .. .. . . . . . .. . . . . . . ... .. 35 Wolfgang Haack, Berlin Beobachtung des Luftraumes durch automatische Verarbeitung der Informationen von Rundsichtgeräten mittels digitaler Rechen- automaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39 Disk ussions bei träge Oberregierungsbaurat Dr.-Ing. Karl May, Professor Dr. phil. nato Wolfgang Haack, Professor Dr.-Ing. August-Wilhelm Quick, Mini sterialrat Dr. Hans Schellhoss, Dipl.-Ing. Hans Schuchmann, Profes- sor Dr. phi!. Walter Weizel, Obering. Paul Tätz, Staatssekretär Profes- sor Dr. h. C., Dr.-Ing. E. h. Leo Brandt, Professor Dr. rer. nat., Dr. sc. math. h. C. Heinrich Behnke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65 Grenzen und Aussichten des Nachrichtenverkehrs Von Werner NesteI, Ulm (Donau) Bei diesem Thema werden Ausblicke in die Zukunft erwartet. Wir Nach richteningenieure haben zwei Methoden, die uns die Zukunft wenigstens in bezug auf das Volumen des benötigten Nachrichtenverkehrs überschauen lassen. Es gibt das eine alte, aber bewährte Rezept: die Verdoppelung des Nachrichtenverkehrs alle 10 Jahre. Das ergibt jährlich 7 Ufo Zunahme. Diese Zunahme ist aber nicht immer gleichmäßig. Es gibt natürlich Störungen, durch Kriege, durch Wirtschaftsdepressionen, aber, über längere Zeiträume gerechnet, werden diese Störungen wieder ausgeglichen. übrigens gilt in der Elektrizitätserzeugung dasselbe Gesetz, und es ist auch dort über längere Zeiträume erprobt worden. Nun tragen aber die nächsten Jahre einiges an überraschungen in sich. Wir haben 80 neue Länder in Afrika, wir haben eine Entwicklungshilfe, wir haben einen Zusammenschluß der Länder in größere Wirtschaftsräume, und hieraus wird ein Ansteigen des Nachrichtenvolumens entstehen, das sicher über die Grenze der Verdoppelung in 10 Jahren hin ausgeht. Das wird insbesondere zutreffen für die interkontinentalen Ver bindungen, die erst damit aus ihrem bisher verhältnismäßig kleinen Vo lumen herauswachsen werden. In den letzten Jahren hat sich eine zweite Methode für die Abschätzung des zukünftigen Volumens entwickelt. In Amerika ist sie unter dem Namen "Operations Research" oder kurz OR be kanntgeworden. In Deutschland werden für dasselbe Verfahren verschiedene Namen verwendet: Operationsplanung, Operationsforschung, Unterneh mensforschung. Dabei werden die Einflüsse politischer Art, wirtschaftlicher Art, technischer Art, soziologischer Art, wie man sagt, mathematisiert und werden eingegeben in die heute zur Verfügung stehenden elektronischen Rechner. Wenn man die Gewichtigkeit der verschiedenen Einflüsse einiger maßen richtig abgeschätzt hat, stehen dann auswertbare Ergebnisse zur Ver fügung. OR bietet keine zwingenden Schlußfolgerungen an, aber Wahrschein lichkeiten werden aufgezeigt. Diese können dann der Beschlußfassung zu grunde gelegt werden. Ein Beispiel einer OR-Arbeit zeigt Abbildung 1. Es zeigt den voraussichtlichen interkontinentalen Verkehrsbedarf zwischen den 8 Werner NesteI ,R' Abb,l Kontinenten im Jahre 1970. Hier wird natürlich ein sehr breiter Strom Europa-USA erwartet. Im gewissen Umfang existiert er heute schon. Der bisher noch sehr schwache Verkehrsstrom Nordamerika-Südamerika wird bis dahin sehr viel stärker anwachsen, als dies der normalen Periode Ver doppelung in 10 Jahren entspricht, aber Sie sehen nun auch Verkehrsströme, die bisher fast Null waren, z. B. Europa-Afrika, Afrika-Südamerika, USA - Afrika. Dieses Bild leitet zu einem später zu behandelnden Thema, zu den Nachrichten-Satelliten über. Drei Satelliten an den Kreuzungsstellen der Diagonalen der aus der Abbildung ersichtlichen drei Rechtecke wären wohl imstande, die gewünschten interkontinentalen Verbindungen zu er geben. Ich hoffe, daß es mir gelingen wird, Ihnen in den folgenden Ausführungen zur Technik des Nachrichtenverkehrs zu zeigen, daß diese Zukunftsforderun gen für das Volumen durchaus erfüllbar sind, teilweise mit vorhandenen, teilweise mit den z. Z. in Entwicklung befindlichen Systemen, ganz sicher aber mit Systemen, deren Leistungsfähigkeit schon heute zu übersehen ist, wenn auch ihre praktische Verwirklichung noch einige Jahre dauern wird. Grenzen und Aussichten des Nachrichtenverkehrs 9 Bevor ich auf diese modernen Systeme eingehe, erlauben Sie mir einige Bemerkungen zu den beiden Grundproblemen der Nachrichtentechnik. Sie heißen Bandbreite und Rauschabstand. Die Aufgabe des Nachrichteninge nieurs ist es, bei allen seinen vielfältigen Aufgaben die für die Nachrichten übermittlung erforderliche Bandbreite zu übertragen und dafür zu sorgen, daß sie genügenden Abstand von Störungen hat. Die hauptsächlichste Stö rung, gegen die wir anzugehen haben, ist das Rauschen. Es wird bedingt durch die Bewegung der Teilchen in den Leitern, die unsere Ströme trans portieren. Viele Jahre haben wir geglaubt, die physikalische Grenze des Rauschens nicht verändern zu können. Erst in den allerletzten Jahren ist es gelungen, in den Fällen, in denen ein großer Aufwand die dann erzwingbare Verminderung des Rauschens rechtfertigt, die Grenze zu verschieben: spe zielle Verstärker, die bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs, also bei -1960 , oder des flüssigen Heliums bei -271 0 C arbeiten. Aber nun zunächst zum ersten Grundproblem der Nachrichtenübertragung, der Bandbreite. Es ist bekannt, was wir Rundfunkqualität nennen: Tiefste Frequenz 50 und höchste rund 10000 Hz. Die Bandbreite würde also in diesem Falle 9950, also rund 10 kHz betragen. Im Vergleich dazu ist die Sprache bei einer Fernsprechleitung eingeengt. Die Qualität einer Rundfunk leitung bringt das Individuelle des Sprechers sehr gut zum Ausdruck. über tragungen solcher Bandbreiten würden sehr teuer sein. Man wendet deshalb einen anderen, übergeordneten Gesichtspunkt an, nämlich den der Sprach verständlichkeit. Man erhält schon ein sehr hohes Maß von Sprachverständ lichkeit, wenn nur 300-3400 Hz übertragen werden. Dies ist die international beschlossene Bandbreite für Fernsprechverbindungen. Wie wir alle wissen, ist es nicht nur die Verständlichkeit, die in dieser Bandbreite übertragen werden kann, es ist auch eine gute Portion individualistischer Stimmeigen schaften. Hier ist noch eine zusätzliche Begriffsbestimmung notwendig: Man spricht von Durchlaßbandbreite, also dem Band, das tatsächlich durch gelassen wird, beim Fernsprechen also 300-3400 Hz, und von Kanalband breite, die etwas größer ist, da immer Kanäle durch Filter auseinandergehal ten werden müssen und für die Filterflanken eine gewisse zusätzliche Band breite notwendig ist, um den Filteraufwand nicht zu groß werden zu lassen. Für das Fernsprechen ist die Kanalbandbreite deshalb 4 kHz. Für Musik leitungen ist sie 12 kHz. Nun zum zweiten Grundproblem der Nachrichtentechnik: zum Verhältnis Nutzsignal zu Rauschen. Bei einem Verhältnis Nutzsignal zu Rauschen von 100 : 1 ergibt sich keinerlei Beeinträchtigung durch das Rauschen. Wir wün- 10 Werner Nestei sehen uns immer in unseren Verbindungen 100 : 1. Bei 10 : 1 tritt schon eine erhebliche Beeinträchtigung der Abhörmöglichkeiten auf. Nur unter schlech ten Voraussetzungen kann ein so schlechtes Verhältnis annehmbar werden. Ich denke z. B. an das Abhören der Nachrichten westdeutscher Sender im Osten hinter dem Eisernen Vorhang. Da wird nicht immer das sehr schöne Verhältnis Nutzspannung zu Rauschen von 100: 1 vorliegen. Hier wird auch abgehört, wenn das Verhältnis nur 10 : 1 ist. Bei einem Verhältnis 3 : 1 verbleibt von der Sprachübertragung so gut wie nichts mehr; das Rauschen zerstört alles und wischt über alles weg. Eine solche übertragung ist völlig aussichtslos. Nun zur Mehrkanal-Fernsprechtechnik. Die Tatsache, daß wir ein Fern gespräch mit einer Kanal-Bandbreite von 4 kHz übertragen können, daß aber unsere Leitungen und Kabel und auch viele unserer Funkverbindungen, insbesondere die Richtfunkverbindungen, sehr viele größere Bandbreiten durchlassen, wird dazu benutzt, viele Gespräche über eine Verbindung gleich zeitig zu übertragen. Es ist dazu notwendig, den 4-kHz-Kanal so umzu setzen, daß das ganze verfügbare übertragungsband ausgenutzt wird, wobei noch darauf zu achten ist, daß die Vielkanalausnutzung nicht zu einem schlechten Verhältnis Nutzsignal zu Rauschen führt. Die Grundzüge dieser mehrfachen Ausnutzung einer Drahtverbindung oder Kabelverbindung oder drahtlosen Verbindung sind schon lange be kannt. Die Trägerfrequenztechnik, wie dieses Gebiet genannt wird, hat im letzten Jahr ihr 40jähriges Jubiläum gefeiert. Was aber in diesen 40 Jahren laufend gewachsen ist, ist die Zahl der über eine Verbindung gehenden Sprech kanäle. Während man mit vier Kanälen begonnen hat, dann auf 12 Kanäle ging, schließlich auf 60 Kanäle, sind heute 120 Kanäle schon eine sehr häufig verwendete Bündelung. Es gibt schon in großem Umfang Nachrichtenver bindungen, die 600 oder sogar 960 Gespräche vermitteln. Der gerade eben in Vorbereitung befindliche nächste Schritt ist die gleichzeitige übertragung von 2700 Gesprächen. Bei mehr als 120 Kanälen genügt der einfache Tele phon draht nicht mehr. Hier werden Kabel verwendet, und zwar konzen trische Kabel, also Kabel, die einen rohrförmigen Außen leiter und einen Draht-Innenleiter haben. Diese Koaxialleitungen haben gleichzeitig den Vorteil, daß sie Störungen abschirmen, die von außen einwirken. Bei diesem nächsten Schritt der Nachrichtentechnik, den 2700-Kanal-Systemen, spielt sich ein interessanter Wettlauf zwischen der Röhre und dem Transistor ab. Beide müssen bis zur höchsten, heute verfügbaren Leistungsfähigkeit aus genutzt werden. Beide erlauben sie die gleichzeitige übertragung von 2700