Signalübertragung im häuslichen Bereich: Funk gegen Kabel 

Vom einfachen An/Aus-Signal zwischen einem Schalter und einer Leuchte bis zu hochkomplexen Steuerbefehlen in einer Smart-Home-Installation existieren im häuslichen Bereich zahllose Notwendigkeiten für die Übertragung von Signalen. Bei nicht eben wenigen solcher Anwendungen müssen Kunden sich zwangsweise zwischen funk- und kabelbasierten Herangehensweisen entscheiden. Doch was hat welche Stärken und Schwächen? 

Erklärt: Wie sich Signalübertragungen über Funk und Kabel unterscheiden 

Eines der vielleicht am breitesten bekannten Beispiele für eine typische heimische Anwendung, bei der Nutzer die „Qual der Wahl“ zwischen leitungs- und funkbasierender Übertragung haben, ist das Fernsehen – namentlich in Form von Kabel-TV (DVB-C), Satelliten-TV (DVB-S) und terrestrischem (= erdbasierte Funkübertragung) Antennenfernsehen (DVB-T). 

Die erstgenannte Variante überträgt ihre Informationen in sogenannten Koaxialkabeln, bei den beiden anderen Optionen kommen Funktechniken zum Einsatz – wahlweise zwischen Haus und einem Satelliten, der als Relais funktioniert, oder zwischen dem Haus und einem terrestrischen Funkturm, der eine ähnliche Rolle einnimmt. Lediglich die Verbindungen der nötigen Antennen mit den restlichen Geräten erfolgt über Koaxialkabel. 

Folgendermaßen funktionieren beide Techniken: 

• Kabel: Hierin werden, vereinfacht ausgedrückt, elektrische Ströme übertragen – wenigstens bei Kupferkabeln. Das Signal entsteht entweder über unterschiedliche Spannungen oder zeitlich unterschiedlich lange Impulse.
  
  • Glasfaserkabel: Da Glas nicht elektrisch leitet, werden hier stattdessen Lichtimpulse oder -blitze durch die Adern gesendet.
    
• Funk: Hierbei erfolgt die Übertragung in einem bestimmten Bereich des elektromagnetischen Spektrums – genauer gesagt in Form elektromagnetischer Wellen mit einer Länge, respektive Frequenz zwischen 10 Kilohertz (ca. 30 km Wellenlänge) und 300 Gigahertz (ca. 0,99 mm Wellenlänge). Welche Frequenz infrage kommt, hängt unter anderem von der benötigten Datenrate ab. WLAN etwa nutzt zwei Frequenzbereiche im 2,4 und 5 Gigahertz-Spektrum. 

Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um analoge oder digitale Signale handelt; diese haben bei der Übertragung lediglich andere „Formen“. In Kabeln werden elektrische Signale direkt übertragen. Bedeutet, sie müssen zwischen zwei Geräten nicht erst noch umgewandelt werden. Bei Glasfaser sieht dies jedoch schon wieder anders aus. Hier ist es nötig, vor der Einspeisung ein elektrisches in ein Lichtsignal umzuwandeln – und am Ende der Übertragungsstrecke zurückzuwandeln. 

Funk hingegen erfordert stets das Verwenden von Antennen. Sie existieren in einer extrem großen Variantenvielfalt, alle mit unterschiedlichen Ausstrahlungs- und Empfangscharakteristiken. Verschiedene Abmessungen der Antenne müssen dabei stets dem genutzten Frequenzbereich entsprechen, sonst wird die Effektivität mitunter deutlich gehemmt. Aus diesem Grund sind beispielsweise die Antennen an einem WLAN-Router wesentlich kürzer als diejenigen an einem UKW-Radio – ersterer nutzt eine viel größere Frequenz und dadurch kürzere Wellenlängen. 

Positiva und Negativa von Funkübertragungen 

Eine der wichtigsten Realitäten vieler Funkübertragungen (in Abhängigkeit von der Abstrahlcharakteristik der Antenne) ist, dass im Abstrahlbereich eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Geräten die Signale aufnehmen kann. So genügt ein einziger Radiosender, um zigtausende Geräte mit Musik zu versorgen. 

Das allerdings ist kein grenzenloser Vorteil. Denn unter anderem ist derjenige Teil des elektromagnetischen Spektrums, der für Funkübertragungen geeignet ist, limitiert. Im praktisch sämtlichen Staaten sind daher Behörden für die Zuteilung von Frequenzbereichen für bestimmte Anwendungen und Benutzergruppen zuständig – bei uns macht das die Bundesnetzagentur mit einem ständig aktualisierten Frequenzplan. Dies soll gegenseitige Störungen möglichst gänzlich unterbinden. 

Dadurch gibt es zudem nur eine bestimmte Anzahl von Frequenzen, die von „Zivilisten“ ohne spezielle Ausbildung und Lizensierung genutzt werden können – darunter fallen alle häuslichen Geräte. Aufgrund dieser Limitierungen in Verbindung mit der Reichweite von Funksignalen kann es unter anderem zu Interferenzen und wechselseitigen Beeinflussungen kommen. Doch welche weiteren Stärken und Schwächen können Funkübertragungen ins Feld führen? 

Vorteile Funk: 

• Simpler, rascher Auf- und Umbau selbst komplexer Systeme, da keinerlei Kabelarbeiten notwendig sind.  
• Innerhalb der Reichweite des Funksignals freie Beweglichkeit von Sender und Empfänger. 
• Praktisch unlimitierte Zahl von Empfängern. 
• Hohe mögliche Datenraten im oberen Frequenzbereich.  
• Reichweite und Ausstrahlbereich lassen sich durch Sendeleistung, Antennen und Abschirmungen umfassend justieren.  
• Unter anderem durch Frequenzveränderung getrennte Ansteuerung unterschiedlicher Empfänger möglich. 
• In Abhängigkeit von Frequenz und Sendeleistung teils beträchtliche Durchdringungsfähigkeit von Materie. 
• Verschiedenste Antennen können bei Einhaltung korrekter Abmessungen und Winkel selbst gebaut werden – mit wenig mehr als Kabel, Drähten und anderen leitenden Materialien. 

Nachteile Funk: 

• Maximale Datenübertragungsrate nicht so hoch wie bei Kabeln. 
• Ausbreitungsbedingungen, und somit beispielsweise Reichweite und Signalgüte, können durch zahlreiche externe Faktoren teils willkürlich wirkend beeinflusst werden – sowohl verstärkend als auch reduzierend. 
• Sendeleistungen sind in den allermeisten Frequenzbereichen gesetzlich limitiert und können daher nicht legal über ein bestimmtes Maß gesteigert werden. Selbst unter besten Bedingungen (Richtantennen sowie freie Sicht zwischen Sender und Empfänger) sind Reichweiten daher begrenzt. Ist mehr nötig, müssen unterschiedliche Wege der Signalverstärkung genutzt werden. 
• Frequenzen ab zirka 30 Megahertz aufwärts breiten sich quasi-optisch aus (wie etwa ein Laserstrahl). Dadurch können sie nur Empfänger erreichen, die nicht aufgrund der Erdkrümmung oder durch andere Hindernisse verdeckt sind.  
• Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Dämpfungscharakteristiken, also Durchlässigkeiten für Funkwellen. Die im häuslichen Bereich meist sehr hohen Frequenzen werden dabei grundsätzlich besonders stark gehemmt und haben bei einer gegebenen Sendeleistung die geringste Reichweite.  
• Aufgrund der Empfangbarkeit fehlt ein wichtiger grundlegender Sicherheitsfaktor, er muss ggf. durch andere Maßnahmen (etwa Codierungen) negiert werden. 
• Kann nur Informationen über nennenswerte Distanzen übertragen, nicht jedoch elektrischen Strom. 

Positiva und Negativa von Kabelübertragungen 

Gerade im häuslichen Bereich und generell bei vielen Geräten der Consumer-Klasse gibt es überhaupt keine Wahl mehr zwischen Funk oder Kabel. Viele Systeme, die beispielsweise mit dem Internet verbunden werden können, gestatten dies nur über WLAN – besitzen also beispielsweise keinen Anschluss für ein Netzwerkkabel.  

Und selbst dort, wo es möglich ist, bedeuten sowohl Aufbau als auch Modifizierung einer beliebigen Kabelstrecke stets Arbeit und Kosten – denn naturgemäß haben Kabel ihren längenabhängigen Preis. Dieser steigt zudem mit der Art des Kabels, seinen Dämpfungseigenschaften und der Übertragungsrate. Extrem hochwertiges Koaxialkabel etwa kann deutlich über 10 Euro kosten – pro Meter.  

Allerdings können Kabelübertragungen einige einzigartige Stärken ins Feld führen. Sie machen das Kabel trotz des geringeren Komforts zu einer einzigartigen Wahl. Für die folgenden Vor- und Nachteile fokussieren wir uns auf elektrisch leitende Kabel, da sie im häuslichen Bereich weiterhin die Mehrheit darstellen. 

Vorteile Kabel: 

• Höchste mögliche Übertragungsraten – wobei diese noch von Glasfaserkabeln getoppt werden. 
• Sehr große Reichweiten, bevor sich die Signalqualität merklich abschwächt.  
• Keine komplexen Berechnungen wie bei Antennen(-bauformen) und Sendeleistungen nötig. 
• Geringe Beeinflussbarkeit von außen und nach außen. Bei der Verwendung hochwertig geschirmter Kabel nochmals deutlich reduziert. 
• Dadurch stets gleichbleibend hohe Signalgüte und Datenübertragungsrate ungeachtet äußerer Faktoren. 
• Hohe inhärente Sicherheit, weil sämtliche Informationen nur im Kabel übertragen werden. Ohne Zugang dazu ist kein „Abgreifen“ oder „Mithören“ möglich. 
• Keine Umwandlung der Signale nötig, wenn entsprechende Anschlüsse vorhanden sind.  
• Diverse Optionen, um mit Adaptern zu arbeiten. Dadurch nicht zuletzt die Möglichkeit, Kabelverbindungen zu verlängern. 
• Endgerätevielfalt: Dasselbe Kabel kann unterschiedlichste Signale übertragen. Ein Wechsel der Geräte bedingt deshalb nicht unbedingt andere Kabel. 

Nachteile Kabel: 

• Für jede Verbindung ist eine einzelne Leitung nötig. Arbeitsaufwand und Systemkomplexität können daher bei aufwendigeren Systemen (etwa verkabelte Smart Homes) stark ansteigen. 
• Standort von Sender und Empfänger nur so flexibel, wie es das Kabel gestattet. 
• Sehr große, teils unübersichtliche Vielfalt von Kabel- und Stecker-Arten. Vielfach sind Stecker überdies sehr anspruchsvoll am Kabel zu befestigen, damit es hier nicht zu Übertragungsproblemen kommt. 
• Je nach Art des Kabels kann sein Preis einen beträchtlichen (und insgesamt hohen) Anteil der Kosten eines Gesamtsystems ausmachen.  
• Mitunter sehr komplex, wenn Erweiterungen gewünscht sind. Nicht zuletzt wenn das neue Kabel unsichtbar verlegt sein soll. 
• Je nach Umgebung unterliegt ein Kabel mehr oder weniger starken Alterungsprozessen. 

Wo welche Techniken brillieren 

Sowohl Kabel- als auch Funkübertragungen haben im häuslichen Bereich eine nahezu gleichwertige Daseinsberechtigung. Mitunter können sie sogar Hand in Hand arbeiten. So kann es beispielsweise eine Kabelstrecke ermöglichen, eine Antenne an einem für ihre Sende- und Empfangscharakteristik besseren Ort anzubringen.  

Tatsächlich lässt sich sogar ziemlich genau festmachen, unter welchen Voraussetzungen was die bessere Wahl ist. 

• Funk ist dann besser: Wenn allgemeine Flexibilität bei solchen Parametern wie Standort und Gerätevielfalt gewünscht ist und der Aufbau einer Signalübertragung möglichst einfach und günstig sein soll. 
• Kabel ist dann besser: Wenn Reichweite, höchste Signalgüte und Sicherheit im Vordergrund stehen und gleichsam keine hohe Flexibilität vonnöten ist. 

Letzten Endes kommt es also dort, wo eine Wahlmöglichkeit besteht, immer auf sehr individuelle Faktoren an. Wer ein neu zu errichtendes Haus durch eine umfassende Gebäudesteuerung sehr smart machen möchte, wäre diesbezüglich mit einem verdrahteten Bus-System wohl besser und nachhaltiger beraten als mit vielen, sich möglicherweise gegenseitig störenden (oder inkompatiblen) Funkstandards.  

Wer hingegen im selben Haus möglichst alle Räume gleichermaßen mit einer nicht an Standorte gebundenen Internetverbindung versorgen will, für den dürfte eine umfangreiche Funkübertragung die bessere Wahl sein. 

Tatsache ist: Was Funk oder Kabel anbelangt, gibt es keine allgemeingültig „richtigen“ oder „falschen“ Herangehensweisen – sondern stets das, was im Rahmen individueller Faktoren und Ansprüche am besten passt.