Wie funktionieren Mobilfunksendeanlagen?

Mobilfunksendeanlagen – die sogenannten Basisstationen – sind die Knotenpunkte der Mobilfunknetze. Jede Basisstation versorgt ein eng begrenztes Gebiet, die Funkzelle, mit Empfang. Die vier Netzbetreiber, die für Deutschland jeweils entsprechende Mobilfunklizenzen erworben haben, betreiben derzeit rund 124.000 solcher Mobilfunkbasisstationen. Damit versorgen sie die über 99 Millionen aktive Mobilfunknutzer im gesamten Bundesgebiet.

Mobilfunkbasisstationen sind Sende- und Empfangsanlagen, die mit sehr niedrigen Sendeleistungen zwischen zehn und 50 Watt arbeiten. Noch viel geringer, nämlich maximal zwei Watt, ist die Sendeleistung der Handys.

Um ein Gespräch aufbauen zu können, müssen Handys immer die Verbindung zu einer Mobilfunkbasisstation halten. Daher werden die Basisstationen bevorzugt dort gebaut, wo viele Nutzer telefonieren oder Datendienste in Anspruch nehmen möchten. Die größte Zahl der Sendeanlagen wurde daher in Städten und Gemeinden errichtet, weil die Menschen nicht nur unterwegs, sondern auch in ihren Wohnungen, Werkstätten und Büros häufig mobil telefonieren möchten. Die Gebiete, die die Basisstationen versorgen, verfügen über unterschiedliche Größen. Der Durchmesser einer Funkzelle reicht beim GSM-System von wenigen 100 Metern in Innenstädten bis zu mehreren Kilometern auf dem Land. Zellen für den UMTS- oder LTE-Mobilfunkstandard sind wegen der niedrigeren Leistung der UMTS-Sendeanlagen meist deutlich kleiner. Bei günstigen Sende- und Empfangsbedingungen verringert sich die Leistungsabgabe von Handys und Basisstationen auf ein Minimum.

Sendeleistungen

Die typische Sendeleistung einer Basisstationsantenne beträgt zwischen zehn und 50 Watt. Mobilfunkbasisstationen senden dementsprechend mit nur einem Bruchteil der Leistung von Hörfunk- und TV-Sendern, die bis zu mehrere 100.000 Watt betragen kann. Auch der digitale Rundfunk DVBT (Digital Video Broadcasting-Terrestrial), der in vielen Regionen inzwischen die analogen TV-Programme abgelöst hat, sendet mit größeren Sendeleistungen als Mobilfunkanlagen. Im Übrigen wurden in den vergangenen Jahren die technischen Voraussetzungen geschaffen, die Sendeleistung je Gespräch bei gleichbleibender Übertragungsqualität zunehmend zu verringern.

Automatische Leistungskontrolle

Gemessen an den früheren analogen Mobilfunknetzen ist die Sendeleistung von Basisstationen und Handys immer mehr gesunken. Der Grund sind einerseits die wesentlich engmaschigeren Netze, die niedrige Sendeleistungen erfordern und andererseits die Technik der automatischen Leistungsreduzierung, über die Handy und Basisstation verfügen. Sowohl das Handy als auch die Basisstation senden nur so stark wie nötig, um eine Sprach- oder Datenverbindung bei gleichbleibend guter Qualität aufrechtzuerhalten. Die Basisstation ermittelt laufend die geringstmögliche Sendeleistung, die für eine funktionierende Verbindung zum Handy benötigt wird. Auch das Handy passt seine Leistung der Qualität der Verbindung an und kommt so bei guter Netzversorgung mit einem Bruchteil der maximalen Sendeleistung aus. Denn zu starke Sender könnten die Verbindungsqualität benachbarter Anlagen beeinträchtigen. Ein positiver Nebeneffekt: Bei guter Verbindungsqualität verbrauchen Handys weniger Strom und der Akku hält länger.

Die Elemente einer Basisstation

Jede Mobilfunkbasisstation besteht aus mehreren Bauelementen. Meist handelt es sich um stabförmige, senkrechte Kästen, die die empfindlichen Antennen im Inneren vor Witterungseinflüssen schützen. Daneben gibt es häufig noch trommelähnliche Richtfunkantennen. Diese dienen nicht zur Versorgung von Handys, sondern stellen die Verbindung zu benachbarten Sendeanlagen oder einer Vermittlungszentrale her. Sie ersetzen damit die Anbindung über ein Telekommunikationskabel. Das eigentliche „Herz“ einer Basisstation schlägt im Inneren eines größeren Metallschranks, der entweder auch auf dem Dach, dem Dachboden oder – meist bei Mobilfunkmasten – auf dem Erdboden steht. Er enthält die Steuerungs- und Sendeelektronik und die Stromversorgung.

Antenneneigenschaften

Mobilfunkantennen besitzen eine ausgeprägte Richtcharakteristik. Die Antennen senden überwiegend in der horizontalen Richtung. Diese wird beim Mobilfunk als Hauptsenderichtung bezeichnet. Die Bündelung des Funksignals lässt sich mit dem Lichtkegel eines Leuchtturms vergleichen. Der Hauptbereich der Energieabgabe, der sogenannte Öffnungswinkel einer Antenne, beträgt dabei normalerweise in der Senkrechten etwa fünf bis zehn Grad. Häufig ist die Antenne zudem um etwa minus fünf Grad leicht nach unten geneigt. Dadurch wird eine gezieltere Versorgung der Funkzelle erreicht. Zugleich vermindert sich die Leistungsabgabe an weiter entfernte Funkzellen, die mit der gleichen Trägerfrequenz arbeiten. Auf diese Weise werden Gleichkanalstörungen vermieden.

 

Typischerweise verfügt eine Basisstation über drei Antennen, die jeweils eine Funkzelle versorgen. Diese drei Sektorbereiche liegen direkt nebeneinander, sodass eine 360-Grad-Rundumabdeckung erzielt wird. Anders als die eigentlichen Mobilfunkantennen, die einen fächerförmigen Sektor mit Empfang versorgen, senden die runden Richtfunkantennen die Signale in einem engen Bündel zielgenau auf eine weit entfernte Antenne. Dafür benötigen sie Sichtkontakt zur Partnerantenne und kommen mit extrem geringen Sendeleistungen aus, weshalb es für sie meist auch keinen Sicherheitsabstand gibt.

State: June 2014