Die Sprache hinter der Botschaft

Text: Trio MedienService Bonn

Gerhard Kramer ist einer der weltweit führenden Forscher in der Informationstheorie und Nachrichtentechnik, die in fast allen Bereichen der modernen Kommunikation eine zentrale Rolle spielen. An der TU München will er den Lehrstuhl für Nachrichtentechnik international vernetzen und mit seinen ausgefeilten Kommunikationstheorien auch zur Lösung fachfremder Probleme, etwa in der Biologie, beitragen.

Gerhard Kramer kreiert Sprachen, die nicht aus Wörtern bestehen, sondern aus Bits und Bytes. Diese bilden die Grundlage für sämtliche Formen des Datenaustauschs – egal ob beim Telefonieren, Surfen im Internet, bei Fußballübertragungen, Verkehrsleitsystemen oder medizinischen Operationen am Bildschirm. Entscheidend ist, dass diese komplexen Botschaften den Empfänger schnell und zuverlässig erreichen.

Beim Senden wird eine Nachricht zunächst in eine universelle, elektronische Bit-Sprache übersetzt. „Das ist vergleichbar mit einem Text, bei dem die Vokale entfernt wurden, der Sinn aber dennoch zu verstehen ist“, so Kramer. „Wir Nachrichtentechniker aber gehen weiter und nehmen zusätzlich Konsonanten weg, bis die Bedeutung nicht mehr unmittelbar erkennbar ist.“ Der Vorteil: je weniger Daten, desto schneller die Übermittlung.

Doch wie kann der Empfänger diese stark geschrumpfte Botschaft jetzt noch richtig verstehen? „Man gibt dort, wo die Daten ankommen, wieder Bits, also Informationen hinzu, bis der Sinn erneut erkennbar wird“, erläutert Kramer. Das ist besonders dort wichtig, wo es gefährlich wird, wenn eine Nachricht nicht richtig verstanden wird. Beispiel Schienenverkehr: Hier kommt es darauf an, dass eine Botschaft wie „Zug auf gleicher Schiene in einem Kilometer Entfernung“ verständlich und zuverlässig übermittelt wird. Die Kunst ist, dass Nachrichten möglichst schnell und vollständig beim Empfänger ankommen. Das hängt von der Technik des jeweiligen Geräts ab. Denn ein Handy braucht eine andere „Sprache“ als ein Computer.

Manchmal kommt es beim Empfänger auch zu Missverständnissen, zum Beispiel im Mobilfunk. Mobiltelefone können durch Interferenzen gestört werden, wenn sie Signale von zwei Basisstationen erhalten. „Es ist, als wenn ich mich mit jemandem unterhalte und unmittelbar neben mir findet ein weiteres Gespräch in der gleichen Lautstärke statt“, erläutert der Nachrichtentechniker. Kramers Lösung für diese Probleme sind Mini-Relaisstationen, kleine Boxen, die auf Häusern angebracht werden, um die Basissignale zu verstärken. „So höre ich die Nachricht meiner Basisstation lauter als jene, die von der anderen Station kommt.“ Die technische Umsetzung will der Wissenschaftler in München gemeinsam mit einer Mobilfunkfirma vorantreiben. Ein zukunftsträchtiges Projekt, denn „Interferenzen sind ein großes Problem in der Mobilfunk- branche“, so Kramer.

Datennetz mit Rückgrat

Der Humboldt-Professor arbeitet auch an der Effizienzsteigerung von Glasfaserkabeln, die vor den Küsten und zwischen den Kontinenten verlaufen. Damit geht er eine der wichtigsten Zukunftsfragen des weltweiten Netzes an. „Smartphones können viel größere Datenmengen als andere Handys übertragen, sodass das Netz bald an seine Grenzen stoßen wird“, sagt der Forscher. Um der ständig wachsenden Datenmenge Herr werden zu können, werden Glasfaserkabel mit mehreren Lichtwellenleitern ausgestattet. „Wir entwickeln eine Art sprachlichen Filter, damit sich die einzelnen Leitungen nicht gegenseitig stören.“

Seine Ideen und Theorien schreibt der Humboldt-Professor am liebsten ganz ohne elektronische Hilfsmittel einfach auf Papier. „So kann ich auch in der Straßenbahn auf der Fahrt nach Hause arbeiten.“ Dabei denkt er beispielsweise über Geheimsprachen zur Optimierung von Online-Bankgeschäften nach. Diese müssen reibungslos und vor allem sicher ablaufen. Daher hat sich Kramer mit der Verschlüsselung von Daten befasst und entwickelte sichere Chiffrierungsmethoden. „Das Faszinierende an der Nachrichtentechnik ist, dass sie auch extrem komplizierte Vorgänge in einfache Formeln bringen kann.“

Gerhard Kramer engagiert sich besonders für den wissenschaftlichen Nachwuchs. „In Amerika habe ich eine School of Information Theory organisiert, Ähnliches möchte ich gern in München realisieren.“ Geplant ist ein mehrtägiger wissenschaftlicher Austausch für Doktoranden der Elektrotechnik und anderer Disziplinen, zu dem renommierte Forscherpersönlichkeiten eingeladen werden. „Wir brauchen engagierte, begabte Menschen, die die Wissenschaft mit Leben füllen.“

Genaue Vorstellungen hat er auch, wenn es um die Vernetzung seines Lehrstuhls geht. „Eine Kooperation mit Bell Labs Stuttgart ist ideal, denn dort gibt es einen Forschungsbereich für drahtlose Kommunikation, mit dem wir den Einsatz der kleinen Relaisstationen erproben können.“ Interdisziplinär will Kramer ebenfalls ungewöhnliche Wege gehen: „Es gibt Fragen in der Biologie, die sich möglicherweise mit nachrichtentechnischen Methoden lösen lassen.“ Wie schafft es eine Zelle bei der Zellteilung zuverlässig, eine exakte Reproduktion herzustellen? Existiert ein Mechanismus, der einen genetischen Fehler korrigiert? „In der Nachrichtentechnik haben wir Methoden, die uns helfen könnten, das zu erklären“, sagt Kramer. Zu ihrer Weiterentwicklung will der Wissenschaftler in München entscheidend beitragen.