Komplexe Infrastruktur: So funktioniert unser Mobilfunknetz

Ein flächendeckendes Mobilfunknetz ist heute ein wichtiger Teil unseres Alltags. Doch was passiert eigentlich hinter den Kulissen, damit unser Smartphone praktisch überall Empfang hat? Wir werfen einen Blick auf die Funktionsweise des Mobilfunks – und zeigen auf, welche Rolle 5G spielt.

Heute können wir ganz einfach von einem beliebigen Standort eine andere Person irgendwo auf der Welt anrufen. Auch können wir auf unserem Weg zur Arbeit die Nachrichten auf unserem Smartphone lesen oder im Hochgeschwindigkeits-Zug ohne Unterbrüche Musik per Streaming hören. Wir erachten diese Möglichkeiten als selbstverständlich und denken kaum darüber nach, was alles hinter diesen modernen Errungenschaften steckt.

Über den Mobilfunk Telefonieren und Surfen
Unser Mobilfunknetz besteht aus einer Vielzahl an Komponenten, die im Zusammenspiel die von uns genutzten Dienste bereitstellen. Wenn wir unser Smartphone nutzen, erzeugt es mittels einer eingebauten Antenne elektromagnetische Wellen. Über diese Wellen können Daten – also z. B. unsere Stimme, Text oder Bilder – ohne Kabel durch die Luft übertragen werden.

Empfangen werden diese Daten von einem Mobilfunkmasten. Die dort installierte Antenne wandelt die elektromagnetischen Wellen in elektrische Signale um und sendet die Daten über unterirdische Glasfaserkabel weiter. Im sogenannten Backbone wird unsere Anfrage von Servern der Mobilfunkbetreiber verarbeitet. Handelt es sich um einen Telefonanruf, werden unsere Audiodaten zur Antenne geschickt, die am nächsten bei unserem Gesprächspartner positioniert ist – und von dort per elektromagnetischer Welle weiter zum korrekten Smartphone. Haben wir dagegen eine Website aufgerufen, so geht unsere Anfrage weiter ins öffentliche Internet und auf demselben Weg zurück zu uns.

Mobilfunkantennen für eine lückenlose Kommunikation
Das von einem einzelnen Mobilfunkmasten abgedeckte Gebiet wird Funkzelle genannt. Befindet sich ein Mobiltelefon innerhalb einer Funkzelle, kann es mit dem entsprechenden Mobilfunkmasten kommunizieren. Die Grösse der Funkzelle hängt vom Standort und von der Sendeleistung der Antenne ab – beides ist in der Schweiz streng reguliert. Nicht jeder Standort ist für einen Mobilfunkmasten gleichermassen gut geeignet. Mobilfunkbetreiberinnen betreiben deshalb einen grossen Aufwand, um die besten verfügbaren Antennenstandorte zu finden.

Um eine möglichst lückenlose Mobilfunkabdeckung zu gewährleisten, überlappen sich die Funkzellen benachbarter Mobilfunkmasten. Wir können von einer Funkzelle in eine andere wechseln, ohne dass unser Gespräch unterbrochen wird. Dieser Prozess nennt sich Handover. Die Gesamtheit aller Mobilfunkzellen nennen wir das Mobilfunknetz.

International standardisierter Mobilfunk
Damit Mobiltelefone unterschiedlicher Hersteller und Sendeanlagen verschiedener Anbieter problemlos miteinander kommunizieren können, verwenden wir international standardisierte Normen und Protokolle. Um neue und verbesserte Mobilfunktechnologien koordiniert einzuführen, werden die Standards in Mobilfunkgenerationen gebündelt. Zuständig dafür ist die Standardisierungsorganisation 3GPP und ihre Mitglieder.

Damit sind wir bei 5G: 5G ist die fünfte Generation an Mobilfunkstandards und beinhaltet – wie zuvor auch schon 2G, 3G und 4G – gegenüber den Vorgängergenerationen verbesserte Kommunikationsprotokolle und neue Eigenschaften. Beispielsweise ermöglicht 5G, Daten effizienter und schneller zu übertragen. So benötigt die neuste Mobilfunktechnologie nur 0.2 Watt für die Übertragung eines Megabytes Daten. Das sind fast 10‘000-mal weniger als mit 2G respektive zehnmal weniger im Vergleich zu 4G. Das führt dazu, dass 5G im Vergleich zu heutigen Netzen für die gleiche Datenmenge 85 % weniger Strom benötigt. Das ist nachhaltig und ermöglicht, das Wachstum der mobil Übertragenen Datenmenge zu bewältigen. 

5G erhöht zudem die maximale Anzahl an Geräten, die gleichzeitig innerhalb einer Mobilfunkzelle bedient werden können. Das ist wichtig, weil es im Zeitalter des «Internet of Things» zukünftig viele neue Mobilgeräte geben wird. Schlussendlich führt 5G mit Beamforming und adaptiven Antennen zwei neue Funktionen ein, mit denen Sendeanlagen gezielt und energiesparsam mit Mobilfunkgeräten kommunizieren können.

Mit der stetigen Modernisierung der Mobilfunkinfrastruktur und dem aktuell laufenden Update auf die fünfte Generation verfügen wir auch in Zukunft über die notwendigen Kapazitäten für ein stabiles Mobilfunknetz. Zudem profitieren von den verbesserten Eigenschaften die Umwelt, die Wirtschaft und wir alle, die auch in Zukunft von den Annehmlichkeiten eines modernen Mobilfunknetzes profitieren wollen. 

Weiterführende Informationen:

• Informationszentrum Mobilfunk: Wie funktioniert Mobilfunk?
• FAQ: Was ist eine adaptive Antenne?
• FAQ: Was ist Beamforming?
• FAQ: Was ist elektromagnetische Strahlung?