Wie sind Funkzellen und Mobilfunknetze beschaffen?
Mobilfunknetze sind die Grundlage der mobilen Kommunikation. Sie bilden gewissermaßen die Basisinfrastruktur, die das Telefonieren mit dem Handy ermöglicht. Die Mobilfunkbetreiber haben die Netze mittlerweile so gut ausgebaut, dass die Menschen die moderne Mobilfunktechnik nahezu überall in Deutschland nutzen können. Heute sind eine hohe Qualität der Sprach- und Datenübermittlung sowie ausreichend vorhandene Übertragungskapazitäten zum Standard geworden.
In Deutschland gibt es vier Mobilfunknetze, die auf der Basis des GSM-Standards (Global System for Mobile Communications) betrieben werden. Für die UMTS-Technologie (Universal Mobile Telecommunications System) wurden ebenfalls vier Mobilfunknetze errichtet. Sowohl GSM-Netze als auch UMTS-Netze verfügen über die gleiche Struktur.
Jedes Mobilfunknetz ist geografisch in viele aneinandergrenzende Gebiete unterteilt - die so genannten Funkzellen. Man spricht daher auch vom zellularen Aufbau der Netze. Die Aufteilung in Funkzellen von begrenzter Größe ermöglicht es, die beschränkte Anzahl verfügbarer Funkkanäle optimal zu nutzen. Denn die Menge an verfügbaren Funkfrequenzen ist beim Mobilfunk durch die staatliche Lizenzvergabe stark begrenzt. In einem Mobilfunknetz werden daher dieselben Frequenzen (bei GSM) bzw. Codes (bei UMTS) in ausreichendem räumlichen Abstand wieder verwendet.
Funkzellen und ihre Beschaffenheit
Die einzelnen Funkzellen sind in der Regel wabenförmig und erstrecken sich über das gesamte Bundesgebiet. Sie verfügen über unterschiedliche Größen. So reicht der Durchmesser der Zellen von unter 100 Metern in Innenstädten, wo sie unter Umständen nur ein paar Häuser oder einen U-Bahnhof versorgen, bis zu mehreren Kilometern auf dem Land.
Jede dieser Funkzellen wird von einer fest installierten Sende- und Empfangsanlage versorgt – der so genannten Mobilfunkbasisstation. Die Basisstationen bilden gewissermaßen die Knotenpunkte der Mobilfunknetze. Alle Netzbetreiber in Deutschland nutzen derzeit rund 50.000 Basisstationen. Im Rahmen der ersten Ausbaustufe der UMTS-Netze werden etwa 15.000 weitere Basisstationen hinzukommen.
Während sich die Zellgrößen bei GSM nicht verändern, haben die Mobilfunkzellen bei UMTS eine andere Charakteristik: Sie „atmen“. Ihre räumliche Ausdehnung ist abhängig von der Zahl der Teilnehmer, die in einer Zelle mobil telefonieren. Eine stärkere Nutzung verkleinert dementsprechend die nutzbare Zelle.
Anforderungen an die Struktur von Mobilfunknetzen
In der Praxis leitet sich die Zellenstruktur aus den zahlreichen Einzelanforderungen ab, die an ein modernes Mobilfunknetz gestellt werden. Dies sind zum Beispiel eine ausreichende Übertragungskapazität, die hohe Qualität der Sprach- und Daten-Übertragung bei geringen Fehlerraten und eine flächendeckende Nutzbarkeit, die möglichst auch die Versorgung innerhalb von Gebäuden umfasst.
Jeder Sender einer Mobilfunkzelle kann im Übrigen nur eine begrenzte Anzahl an Nutzern versorgen. Der in den vergangenen Jahren ständig gestiegene Bedarf an Übertragungskapazitäten hat dazu geführt, dass die Betreiber die Zahl der Mobilfunksender und damit auch der Funkzellen erhöht haben. Dadurch ist es möglich, die im Netz zur Verfügung stehenden Frequenzen (bei GSM) bzw. Codes (bei UMTS) häufiger wieder zu verwenden. Funkzellen, in denen die gleichen Frequenzen bzw. Codes zum Einsatz kommen, müssen allerdings genügend weit voneinander entfernt sein, damit es nicht zu gegenseitigen Störungen, so genannten Interferenzen, kommt.Angepasst an die örtliche Nachfrage werden innerhalb eines Mobilfunknetzes große und kleine Zellen zusammengefügt. Auf diese Weise können etwa so genannte Hochlastgebiete wie Innenstadtbereiche, Flughäfen oder Bahnhöfe gezielter und effizienter versorgt werden. Beim Zuschnitt der Zellen ist zudem zu berücksichtigen, dass die Auslastung, über den Tag, die Woche oder das Jahr gesehen, zum Teil sehr stark schwankt.
Kleinere Funkzellen können darüber hinaus auch die Übertragungsqualität verbessern. Wenn die Zellen geografisch eng begrenzt sind, wird die Möglichkeit verringert, dass es zu Abschwächungen und Ablenkungen des Funksignals kommt. Natürliche Hindernisse oder Gebäude, aber auch Witterungseinflüsse können daher verhältnismäßig schnell zu so genannten Abschattungen führen, durch die die Informationsübermittlung gestört wird.