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 inzwischen so gut ausgebaut, dass Bürger die Mobilfunktechnik nahezu überall in Deutschland nutzen können. Heute sind eine hohe Qualität der Sprach- und Datenübermittlung sowie erweiterte Übertragungskapazitäten zum Standard geworden.

Die deutschen Mobilfunknetze nutzen sowohl die Frequenzbereiche der älteren Standards GSM und UMTS als auch diejenigen des innovativen LTE-Standards. Der LTE-Standard wurde entwickelt, um die Datenübertragungsrate und -qualität weiter zu erhöhen. Denn mit der Einführung des Smartphones sind Datenanwendungen und die Übertragung größerer Datenvolumina selbstverständlich geworden.

Jedes Mobilfunknetz ist geografisch in viele aneinandergrenzende Gebiete unterteilt, die sogenannten 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 bzw. Codes in ausreichendem räumlichem Abstand wiederverwendet.

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. In Ballungsräumen werden mittlerweile immer häufiger sogenannte Small Cells eingesetzt. Sie können zum Beispiel in Straßenlaternen verbaut werden und haben einen geringen Radius, durch den jedoch die Kapazität der Netze erhöht wird.

Jede Funkzelle wird von einer fest installierten Sende- und Empfangsanlage versorgt – der sogenannten Mobilfunkbasisstation. Die Basisstationen bilden gewissermaßen die Knotenpunkte der Mobilfunknetze. Die Netzbetreiber in Deutschland betreiben derzeit rund 124.000 Basisstationen (Quelle: Tätigkeitsbericht Telekommunikation der Bundesnetzagentur 2012-2013).

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. Die Kapazität einer LTE-Funkzelle liegt bei bis zu 200 aktiven Teilnehmern.

Anforderungen an die Struktur von Mobilfunknetzen

In der Praxis leitet sich die Zellstruktur aus den zahlreichen Einzelanforderungen ab, die an ein modernes Mobilfunknetz gestellt werden. Dies sind zum Beispiel eine ausreichende Übertragungskapazität, eine hohe Qualität der Sprach- und Datenübertragung bei geringen Fehlerraten und eine flächendeckende Nutzbarkeit, die auch die Versorgung innerhalb von Gebäuden umfasst.

MobilfunkbasisstationJede Mobilfunkzelle kann nur eine begrenzte Anzahl an Nutzern versorgen. Der kontinuierlich steigende 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 bzw. Codes häufiger wiederzuverwenden. Funkzellen, in denen die gleichen Frequenzen bzw. Codes zum Einsatz kommen, müssen allerdings ausreichend weit voneinander entfernt sein, damit es nicht zu gegenseitigen Störungen, sogenannten Interferenzen, kommt.

Angepasst an die örtliche Nachfrage werden innerhalb eines Mobilfunknetzes große und kleine Zellen zusammengefügt. Auf diese Weise können Hochlastgebiete wie Innenstadtbereiche, Flughäfen oder Bahnhöfe gezielter und effizienter versorgt werden. Beim Zuschnitt der Zellen ist zudem zu beachten, 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 des Funksignals kommt.

Stand: Dezember 2015