Mobilfunk einfach erklärt: Was sind GSM & UMTS?
Wie funktioniert Mobilfunk? Wie kommt das, was ich sage, zu meinem Gesprächspartner am anderen Ende der Welt? Diese und andere Fragen wollen wir in unserer „Mobilfunk einfach erklärt“ Serie beantworten – heute: GSM und UMTS.
Hier haben wir erklärt, wie die digitale Phasenmodulation funktioniert. Diese braucht man, um die 0-1-Kette, die der kleine Computerchip aus unserer Stimme gemacht hat, auf Reise zu schicken. Denn wie hier erklärt, tragen elektromagnetische Wellen erstmal keine Informationen mit sich. Aber mit Hilfe der Phasenmodulation kann eine Kombination aus 0 und 1 eindeutig weitergegeben werden. Somit stellt die Phasenmodulation die Grundlage der modernen Mobilfunktechnik dar.
Global System for Mobile Communication
Die erste Mobilfunktechnik, die Daten auf diese Weise übertragen hat, war GSM – Global System for Mobile Communication. Es ist die 2. Generation des Mobilfunks, die erste Generation hat noch analog gefunkt. Seit Anfang der 90er Jahre erfreut sich GSM großer Beliebtheit. In Deutschland wird GSM im Frequenzbereich bei 900 und bei 1800 MHz genutzt.
Senden…
Wenn also der kleine Computerchip in unserem Telefon eine digitale Bit-Kette erstellt hat und diese gesendet werden soll, sucht sich das Telefon einen freien Sendekanal und schickt die Daten los. Das heißt, dass bei der dem Kanal zugehörigen elektromagnetischen Welle immer wieder die Richtung geändert wird, immer dann, wenn in der Bit-Kette ein Wechsel von einer 1 zu einer 0 oder andersherum vorkommt. Bei der hohen Wellenfrequenz ist aber eine Menge Platz in einem Kanal, deswegen werden bis zu 8 Gespräche gleichzeitig gefunkt. Und damit sich die Daten nicht vermischen, werden sie in acht klar getrennten Zeitschlitzen nacheinander gefunkt, immer der Reihe nach, und wenn alle Gespräche durch sind, geht es beim ersten wieder los.
…und Empfangen
Gleichzeitig sucht sich das Telefon einen freien Empfangskanal, um die Daten von unserem Gesprächspartner zu empfangen. Und hier werden die Wellen, die von dem Handy unseres Gesprächspartners gefunkt werden wieder empfangen. Durch die jeweilige Richtungsänderung weiß unser Handy ganz genau, wie die Bit-Kette aussieht, die zu uns geschickt wurde. In unvorstellbarer Geschwindigkeit wechselt die Antenne des Telefons nun zwischen Sende- und Empfangskanal, um gleichzeitig das, was wir sagen, zu senden und das, was unser Gesprächspartner sagt, zu empfangen.
GSM für Sprachtelefonie
Nun wollen wir aber immer mehr Daten übertragen, und nicht nur Gespräche, sondern auch SMS und Mails und im Internet surfen wollen wir auch. Und so hat GSM zwar für die Übertragung von Telefongesprächen ausgereicht, durch die immer weiter steigende Datenmenge wurde es aber notwendig, die Funktechnik weiterzuentwickeln.
Von GSM zu UMTS
Nach einigen kleineren Verbesserungen wie zum Beispiel EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) kam im Jahr 2002 UMTS – Universal Mobile Telecommunications System. Der entscheidende Unterschied ist, dass einzelne Gespräche nicht mehr dauerhaft einen Kanal blockieren. Alle gleichzeitig geführten Gespräche in einer Funkzelle nutzen gemeinsam den ganzen Frequenzbereich. Und damit sich die Wellen nicht vermischen und plötzlich die Daten von einem anderen Handy auf dem eigenen Gerät landen, wird jedes Gespräch mit einem festgelegten Code verschlüsselt. Die Funkstation, an welche die Daten geschickt werden, hat denselben Code. Mit diesem filtert sie das richtige Gespräch aus dem Datenstrom heraus und entschlüsselt es wieder. Dieses Verfahren nennt sich Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA). Auf diese Weise werden die Frequenzen viel effizienter genutzt und viel mehr Daten übertragen als mit GSM.
Long Term Evolution
Durch den Boom von Smartphones und weil wir jetzt immer und überall auf das Internet zugreifen wollen, wird auch UMTS bald an Grenzen stoßen. LTE und LTE-Advanced heißt die neue Übertragungstechnik, an der Netzbetreiber arbeiten. Wie diese funktioniert, erklären wir ein anderes Mal.
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