Wie funktioniert der GSM-Mobilfunkstandard?

Im Jahr 1992 begann in Deutschland das Zeitalter des digitalen „Global System for Mobile Communication“ (GSM). Mit dieser Technologie wurden zunächst D-Netze und ab 1994 auch die E-Netze aufgebaut. Der Wechsel zur digitalen Datenübertragung markierte den Start der zweiten Mobilfunkgeneration (2G).

Die Struktur der Funksignale und der Ablauf des Datenaustausches in den GSM-Netzen sind weltweit festgelegt. Die Einhaltung dieses Standards garantiert, dass Netztechnik und Mobiltelefone überall funktionieren, auch bei der Nutzung im Ausland.

Die GSM-Netze nutzen ein digitales Übertragungsverfahren. Digital bedeutet, dass das Sprachsignal - ähnlich wie beim Computer - in eine logische Folge von Zahlen (Nullen und Einsen) umgewandelt wird. Dieses Verfahren besitzt große Vorteile gegenüber der analogen Mobilfunktechnik. Es bietet eine weitaus bessere Sprachqualität und ist weniger störanfällig. Zudem können mit der digitalen Technik deutlich mehr Teilnehmer gleichzeitig telefonieren und Mobiltelefone zur Datenübertragung nutzen.

Übertragungsverfahren

Die aus der digitalen Sprachumwandlung hervorgegangenen Signale werden in eine hochfrequente elektromagnetische Welle „verpackt“, die als Transportmedium von Antenne zu Antenne dient. Diesen Vorgang nennt man Modulation.

Wegen der geringen Bandbreite und der teuren Frequenzressourcen wird beim GSM-Standard die Sprache auf viel weniger Bit pro Sekunde zusammengefasst als dies bei der Übertragung im Festnetz der Fall ist. Während es dort 64 Kilobit pro Sekunde sind, erfolgt die Sprachkodierung von GSM mit 24,7 Kilobit pro Sekunde. Dennoch bleibt die Sprache gut verständlich.

Der GSM-Signalverlauf

GSM-Netze übertragen die Daten nicht in einem kontinuierlichen Strom, sondern „pulsen“ – sie senden nur in bestimmten wiederkehrenden Zeiträumen, auch Zeitschlitze genannt. Während nachfolgender Zeitschlitze können andere Nutzer senden, bis der erste Nutzer wieder „an der Reihe ist“. Innerhalb eines Zeitschlitzes wird die Information mit Hilfe elektromagnetischer Felder als Transportmedium übertragen. Die Datenpakete werden in einem festen zeitlichen Abstand 217-mal in der Sekunde gesendet.

Beim Mobiltelefon und bei der Mobilfunkbasisstation funktioniert die Abfolge der Datenpakete unterschiedlich. Das Handy sendet die Datenpakete der Sprachinformation immer im gleichen zeitlichen Abstand nacheinander. Die Beschaffenheit der von der Basisstation gesendeten Signale ist dagegen abhängig vom tatsächlichen Gesprächsaufkommen.

Frequenzen

In den GSM-900-Netzen findet die Funkübertragung im Frequenzbereich um 900 Megahertz statt, genauer gesagt in den Teilbereichen 890 bis 915 MHz und 935 bis 960 MHz. Bei den GSM-1800-Netzen liegen die Frequenzen zwischen 1.710 MHz und 1.785 MHz und 1.805 MHz und 1.880 MHz. Dabei wird jeweils der untere Frequenzbereich für die Übertragung vom Mobiltelefon zur Basisstation genutzt (Uplink); der obere Bereich dient der Übertragung in der entgegengesetzten Richtung (Downlink).

Stand: November 2015