Was Mobilfunknetze sind und wie sie funktionieren

Deutschlandweit werden Mobilfunknetze ausgebaut, um eine bessere Netzabdeckung auch mit dem neuen 5G-Standard zu gewährleisten. Die höheren Bandbreiten haben dabei Vorteile sowohl für Privat- als auch für Geschäftskunden. Hier lesen Sie, wie Mobilfunknetze funktionieren und erfahren mehr über die Entwicklung der modernen Standards.

Was ist ein Mobilfunknetz?

Mobilfunknetze bilden die technische Grundlage und Infrastruktur für den Mobilfunk. Sie ermöglichen auf diese Weise die Kommunikation zwischen zwei oder mehr mobilen Endgeräten und einen schnellen und unkomplizierten Datentransfer. So können Nutzerinnen und Nutzer nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit mit ihren Handys über Funkwellen telefonieren, Nachrichten versenden oder im Internet surfen.

Die bestehenden Mobilfunknetze werden von den Mobilfunkanbietern stets verbessert und ausgebaut. Zudem erlauben immer modernere Standards wie LTE und 5G eine schnellere Datenübertragung, von der nicht nur Privatkunden profitieren. Auch für Geschäftskunden ergeben sich daraus Vorteile: Durch flexiblere Arbeitsmodelle wie mobiles Arbeiten haben Ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auch von unterwegs oder an anderen Standorten die Möglichkeit, per Mobilfunk effizient zu arbeiten.

Wie funktioniert das Mobilfunknetz?

Während bei der Kommunikation über Festnetz die Übertragung über feste Leitungen erfolgt, beispielsweise über Glasfaser oder Kupferkabel, verläuft die Datenübertragung und Telefonie bei Mobilfunknetzen über Funkwellen.

Für eine möglichst optimale Netzabdeckung wird das Mobilfunknetz über zahlreiche Mobilfunkzellen gesteuert. Wechselt eine Person dann ihren Standort innerhalb des Netzes, wird das Signal von einer Mobilfunkzelle zur nächstgelegenen stärkeren Zelle weitergegeben. Das geschieht auch während eines Telefongesprächs nahtlos – das Signal wird beim Wechsel nicht unterbrochen.

SIM-Karten ermöglichen Zugang zum Netz  

Dabei kommunizieren die mobilen Endgeräte allerdings nicht direkt miteinander. Stattdessen wird das Signal per Funk von einem Handy zu einem Sendemast geleitet und von dort an eine Zentralstelle gesendet, die das Gespräch dann in das Netz des Empfängers weitergibt.

Wo sich eine Person gerade im Mobilfunknetz befindet, wird nicht über das mobile Endgerät ermittelt: Die Identität der Nutzer wird per SIM-Karte bestätigt. Ist das Handy eingeschaltet, authentifiziert die SIM die User im Netz, indem sie in regelmäßigen Abständen Informationen an die Funkzellen sendet. Möglich ist dies auch mit einer sogenannten eSIM, die fest im jeweiligen mobilen Endgerät integriert ist.

Architektur des Mobilfunknetzes

Mobilfunknetze folgen einer hierarchischen Struktur, die sich wie folgt aufteilt:

Das Kernnetz ist das Herzstück eines Mobilfunknetzes und dient als Schaltzentrale. An wenigen großen Standorten wird darüber die Kommunikation und Zugangsregelungen gesteuert, dazu zählen u. a. der Aufbau und das Beenden von Gesprächsverbindungen. Kommt es zu Störungen im Kernnetz, kann dies weitreichende Auswirkungen haben, wie beispielsweise regionale oder überregionale Netzausfälle.

Das funkbasierte Zugangsnetz stellt die Verbindung zwischen dem Kernnetz und den mobilen Geräten der Kunden dar. Über zahlreiche Basisstationen, die Mobilfunkzellen, wird das Signal mittels Antennen über Funkwellen an die Geräte übermittelt. Die Zellen werden von den Mobilfunkanbietern in einem Abstand von wenigen Kilometern bis hin zu nur ein paar Hundert Metern installiert, um eine bestmögliche Reichweite und Abdeckung zu garantieren.

Über verschiedene Frequenzen werden die Mobilfunksignale von den Basisstationen an die mobilen Endgeräte weitergeleitet. Moderne Mobilfunkstandards wie 5G nutzen dabei höhere Frequenzbereiche, die einen schnelleren Datentransfer erlauben. Im Vergleich dazu nutzen 4G und LTE und das ältere 2G (GSM) niedrigere Frequenzen und -bereiche, über die die Datenübertragung zwar etwas langsamer läuft, so aber eine bessere Reichweite ermöglichen.

Warum gibt es verschiedene Mobilfunkanbieter?

In Deutschland können Mobilfunkkundinnen und -kunden zwischen drei verschiedenen Netzen unterschiedlicher Anbieter wählen: Das D1-Netz, D2-Netz und das O2-Netz, das auch als E-Netz bezeichnet wird. Die Unterscheidung der Mobilfunknetze stammt noch aus den 1990er Jahren, als unterschiedliche Frequenzen im GSM-Netz (2G) genutzt wurden.

Heute – in Zeiten von 5G – unterscheiden sich die Mobilfunknetze technisch kaum noch, aber bei der Netzverfügbarkeit gibt es Unterschiede.

Daher ist die Auswahl des Anbieters für Nutzer bedeutend, denn die Gesprächsqualität oder Datenübertragung kann je nach Netz in manchen Regionen beeinträchtigt sein. Besonders deutlich ist dies in ländlicheren Gegenden zu spüren, denn hier gibt es in der Regel weniger Mobilfunkzellen und daher auch eine schlechtere Netzabdeckung. In Ballungszentren und Großstädten hingegen sind die Unterschiede meist eher marginal.

Die Geschichte des Mobilfunks: Von 1G bis 5G

Je mehr Nutzer sich im Bereich einer Mobilfunkzelle befinden, desto höher sind auch die Anforderungen an die Datenübertragung. Im Laufe der Jahrzehnte sind diese Anforderungen stetig gestiegen und erforderten immer neuere Standards.

So entwickelte sich aus der damals noch analogen ersten Generation, 1G, das heutige moderne 5G:

In seiner ersten Generation funktionierte der Mobilfunk noch mit analogen Technologien. Die Sprachübertragung im sogenannten A-Netz, das bereits 1958 in Betrieb genommen wurde, erfolgte noch per manueller Vermittlung. Ab 1972 konnten Anrufer im B-Netz per Vorwahl selbst den Empfänger kontaktieren. Mit dem letzten analogen Netz, dem C-Netz, war es ab 1986 möglich, aktive Verbindungen beim Standortwechsel in eine andere Funkzelle weiterzureichen.

Ab 1992 verlief die Sprach- und Datenübertragung in der zweiten Generation des Mobilfunks im deutschen D-Netz komplett digital. Das Netz basiert auf dem internationalen GSM-Standard. Verbindungen konnten erst recht langsam aufgebaut werden, das änderte sich, als 2001 die Erweiterung zum GPRS-Standard erfolgte und nun höhere Bandbreiten möglich waren – bis zu 55 Kbit/s. Im Jahr 2006 folge schließlich der noch effizientere Standard 2.75G, der auch als EDGE bekannt ist, mit Bandbreiten von bis zu 150 Kbit/s.

Ab der dritten Generation, dem UMTS-Standard, der 2004 in Betrieb genommen wurde, konnten Nutzer erstmals gleichzeitig mehrere Datenströme senden und empfangen. Eine Erweiterung des Standards folge 2006 mit 3.5G oder auch HSPA.

Der Standard LTE wird oftmals mit der vierten Generation gleichgesetzt, tatsächlich aber wurde er 2010 als Erweiterung des 3G Standards eingeführt – und wird daher auch oftmals als 3.9G bezeichnet. Im Download war seitdem eine Bandbreite von bis zu 150 Mbit/s möglich.

LTE Advanced ist die Erweiterung zu LTE und bildet seit 2014 die vierte Generation der Standards. Dank optimierter Funkzellen bietet LTE-A noch bessere Kapazitäten als seine Vorgänger. Hier waren zunächst Übertragungsraten von bis zu 300 Mbit/s beim Download möglich. Mit weiteren Entwicklungsstufen stieg die Übertragungsrate auf bis zu 1 Gbit/s.

Seit 2019 befindet sich die fünfte Generation international im Aufbau und wird seitdem stetig ausgebaut. In Deutschland ist der 5G-Standard bereits in vielen Regionen mit guter Netzabdeckung verfügbar – etwa in Großstädten oder Metropolregionen. Mit 5G profitieren Nutzer zukünftig von einer Bandbreite von bis zu 10 Gbit/s. Das vereinfacht den Umgang mit modernen technologischen Lösungen – Unternehmen profitieren besonders im Rahmen der Industrie 4.0.

Mobilfunknetz im Überblick

Die drei verfügbaren Mobilfunknetze sind die technische Grundlage für den Mobilfunk in Deutschland und ermöglichen die Kommunikation und den Datentransfer zwischen mobilen Endgeräten.

Bei einem Telefongespräch kommunizieren die mobilen Endgeräte nicht direkt miteinander. Das Signal wird von einem Handy über eine Mobilfunkzelle an das Kernnetz geleitet, das wiederum den Anruf in das Netz des Empfängers vermittelt.

Die im Endgerät eingelegte SIM-Karte authentifiziert die Nutzer im Mobilfunknetz und gibt Aufschluss über deren Standort.

Die erste Generation der Standards für Mobilfunknetze war noch vollständig analog und bis in die frühen 1990er Jahre in Betrieb.

Der moderne 5G-Standard nutzt für die Datenübertragung hohe Frequenzbereiche und bietet so eine zwar verbesserte Übertragungsrate, schwächelt im Vergleich zu LTE aber bei der Reichweite.

Quelle:

https://www.o2business.de/magazin/mobilfunknetz/#accordion-6ed1f1c73b-item-98eb350a32