In der Übertragungstechnik bezeichnet Rauschen alle unerwünschten Störsignale, die sich dem Nutzsignal überlagern. Je stärker das Rauschen im Verhältnis zum Nutzsignal ist, desto schlechter lässt sich dieses fehlerfrei empfangen. Es ist der physikalische Grund, warum jede Datenübertragung und jede Messung prinzipbedingt mit Fehlern behaftet ist.
Arten von Rauschen
- Thermisches Rauschen (Johnson-Nyquist-Rauschen): entsteht durch die Wärmebewegung der Ladungsträger in jedem elektrischen Widerstand. Seine Rauschleistung wächst mit der Temperatur und der Bandbreite — die Formel N = k·T·B (Boltzmann-Konstante k, Temperatur T, Bandbreite B) ergibt bei Raumtemperatur eine Rauschleistungsdichte von −174 dBm/Hz. Es ist unvermeidbar und begrenzt jede Übertragung.
- Schrotrauschen: entsteht durch den statistischen Fluss einzelner Ladungsträger in Halbleitern und Elektronenröhren.
- Funkelrauschen (1/f-Rauschen): nimmt zu niedrigen Frequenzen hin zu und dominiert in Verstärkern und Sensoren.
- Quantisierungsrauschen: entsteht bei der Analog-Digital-Wandlung durch Rundung auf endliche Stufen — bei der Puls-Code-Modulation (PCM) wird es durch mehr Bit pro Abtastwert reduziert.
- Elektromagnetische Störungen: fremde Sender, Schaltnetzteile, Blitze oder Übersprechen benachbarter Leitungen.
Warum Rauschen wichtig ist
Rauschen setzt die untere Grenze für empfangbare Signale. Ein Empfänger kann ein Nutzsignal nur dann zuverlässig auswerten, wenn es deutlich über dem Rauschpegel liegt; die Dämpfung der Leitung schwächt das Nutzsignal zusätzlich. Das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Rauschen beschreibt das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in Dezibel — je höher, desto besser.
Gegenmaßnahmen
- Rauscharme Verstärker: Die erste Verstärkerstufe bestimmt maßgeblich die Rauschzahl der gesamten Kette.
- Schirmung und Verdrillung: reduzieren elektromagnetische Einstreuung (etwa Twisted-Pair-Kabel gegen Übersprechen).
- Codierung: Die Kanalcodierung fügt Redundanz hinzu, damit der Empfänger verrauschte Bits selbst korrigieren kann — die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) ist genau dafür da.
- Modulationsverfahren: Robuste Verfahren wie die Phasenumtastung (PSK) kommen mit weniger Signal-Rausch-Abstand aus als hochstufige Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM).
Verwandte Grundlagen: Bitfehlerrate, Frequenzmodulation, DSP.