Wie funktioniert Mobilfunk?

Wer ein Handy nutzt, möchte möglichst an jedem Ort erreichbar sein. Für viele Nutzer steht dabei das Telefonieren nicht mehr allein im Vordergrund: Mit Smartphones und Tablet-PCs sind Anwendungen wie Videotelefonie, Surfen im Internet sowie das Teilen und Herunterladen von Fotos, Musik und Videos längst Realität. Diese Dienste erfordern leistungsfähige Mobilfunknetze.

Mobiles Breitband sowie die Entwicklung der Mobilfunktechnologien von GSM über UMTS zu LTE führen zur Erhöhung der Datenkapazitäten. Auch die Netzverdichtung trägt wesentlich dazu bei. Da jede Basisstation nur eine begrenzte Zahl an Daten verarbeiten kann, ist der Aus- und Neubau weiterer Stationen erforderlich.

Die Netze: von GSM zu LTE

Um die Mobilfunktechnologie nutzen zu können, bedarf es einer umfassenden technischen Infrastruktur. Diese wird von den Mobilfunknetzbetreibern bereitgestellt: In Deutschland unterhalten drei Betreiber jeweils eigene GSM-, UMTS- und LTE-Netze.

Bei GSM, UMTS und LTE handelt es sich um Mobilfunkstandards, die  in zahlreichen Ländern und Regionen der Welt verwendet werden. Der 2010 eingeführte Standard LTE ist die erste Mobilfunktechnik, die weltweit einheitliche Standards nutzt. Bei GSM und UMTS herrschen in Amerika, Europa und Asien Unterschiede.

2013 gab es weltweit 6,67 Milliarden Mobilfunkanschlüsse; Ende des Jahres 2014 erreichte die Zahl nach ITU-Prognosen fast 7 Milliarden. Der Trend macht sich auch in den Entwicklungsländern bemerkbar. Mittlerweile finden sich dort 30 Prozent der weltweiten mobilen Breitbandanschlüsse – im Jahr 2004 waren es noch 9 Prozent.

Funkzellen und Sendeanlagen

Das Erfolgsrezept des modernen Mobilfunks ist seine ausgeklügelte Technologie. Sie gewährleistet eine hohe Übertragungsqualität bei flächendeckend guter Erreichbarkeit. Ermöglicht wird dies durch den zellularen Aufbau der Mobilfunknetze. Sie bestehen aus zahlreichen nebeneinanderliegenden, wabenartig vernetzten Funkzellen.

Die Größe einer Mobilfunkzelle hängt in erster Linie von den Versorgungsaufgaben ab: An Standorten mit einem hohen Gesprächsaufkommen (Fußgängerzonen, Flughäfen, Messen) sind die Funkzellen kleiner (wenige 100 Meter, bei den sogenannten „Small Cells“ auch nur einige 10 Meter). In dünn besiedelten Gebieten hingegen ist die Zellgröße mit bis zu 5 bis 10 Kilometern wesentlich größer und wird primär durch die Sendeleistungen bzw. Empfangsempfindlichkeiten von Basisstation und Mobiltelefon sowie von der Topografie und der Bebauung begrenzt. Jede Funkzelle verfügt über eine Sende- und Empfangsstation, die sogenannte Mobilfunkbasisstation.

Antennenmasten einer Mobilfunkbasisstation

Die ortsunabhängige Erreichbarkeit per Mobiltelefon beruht auf dem Prinzip, dass ein Gespräch immer zwischen einem Handy und einer nahegelegenen Mobilfunksendeanlage des Netzbetreibers aufgebaut wird.

Die Basisstation versorgt eine räumlich begrenzte Funkzelle mit Empfang. Gleichzeitig registriert sie, welche Handys des eigenen Netzes in ihrem Versorgungsbereich eingeschaltet sind. Anhand dieser Information kann jedes Handy vollautomatisch (nahezu) überall auf der Welt innerhalb von Sekunden gefunden und angerufen werden.

Funkwellen

Die physikalische Voraussetzung für das mobile Telefonieren sind hochfrequente elektromagnetische Funkwellen. Sie dienen als Transportmedium, weil sie die Informationen mit Lichtgeschwindigkeit vom Handy zur nächstgelegenen Basisstation befördern  können. Dazu werden Sprache und Daten digitalisiert, in kleine Einheiten zerlegt und schließlich in Funkwellen umgewandelt.

Übertragungsweg

Die Mobilfunkbasisstation empfängt die Funksignale eines Handys und leitet sie über Kabel- oder Funkverbindungen an eine entfernte Vermittlungsstelle des Netzbetreibers weiter. Von dort werden die Gespräche zum Empfänger weitergeleitet und die Verbindungsabläufe gesteuert.

Stand: März 2015