Zum Austausch von Informationen zwischen Handys und Basisstationen nutzt die moderne Mobilfunktechnik elektromagnetische Felder. Diese übermitteln Sprache und Daten. Zum Transport dieser Informationen sind jedem Mobilfunkstandard bestimmte Frequenzbereiche zugewiesen.

Jeder Frequenzbereich ist in zwei Frequenzbänder unterteilt: Auf dem unteren Frequenzband erfolgt die Übertragung der Daten vom Handy zum Sender. Dies ist der sogenannte Uplink. Auf dem oberen Frequenzband werden die Daten vom Sender zum Mobiltelefon übertragen. Dabei handelt es sich um den Downlink.

Frequenzbereiche

Die Frequenzbereiche werden in den letzten Jahren zunehmend flexibel für die jeweiligen Funkstandards verwendet.

Dem GSM-Mobilfunkstandard sind in Deutschland die Frequenzbereiche von 890 bis 915 MHz und von 935 bis 960 MHz (GSM 900) sowie von 1.710 bis 1.785 und von 1.805 bis 1.880 MHz (GSM 1800) zugeordnet. Der UMTS-Standard nutzt die Frequenzen von 1.920 bis 1.980 MHz sowie von 2.110 bis 2.170 MHz. Für den LTE-Standard wurden von der Bundesnetzagentur ursprünglich Frequenzen in den Bereichen 800 MHz, 1,8 GHz, 2 GHz und 2,6 GHz vergeben. Hinzu kamen durch die Versteigerung im Juni 2015 Frequenzen aus dem Bereich 700 MHz, die sich für den Einsatz in ländlichen Regionen besonders gut eignen und bisher vom Rundfunk verwendet wurden. Die Bundesnetzagentur hat 2019 in einer Frequenzauktion 41 Frequenzblöcke aus den Frequenzbereichen 2 GHz und 3,6 GHz versteigert.

Digitale Bündelfunksysteme für die professionelle Nutzung (zum Beispiel für die Polizei) belegen die Frequenzbereiche zwischen 380 und 400 MHz sowie zwischen 410 und 450 MHz.

Die verfügbaren Frequenzen für Funkanwendungen sind physikalisch beschränkt. Daher müssen die vorhandenen Frequenzen effizient genutzt werden. Dies wird vor allem bei steigenden Nutzerzahlen zur Herausforderung. Da eine Mobilfunkbasisstation immer nur eine begrenzte Anzahl von Verbindungen bewältigen kann, werden die Funknetze weiter ausgebaut. Der Netzausbau erfolgt durch die Aufteilung einer bestehenden Funkzelle in mehrere kleine neue Zellen.

Bessere Nutzung der Frequenzressourcen

Eine bessere Nutzung der Frequenzressourcen konnte durch die Steigerung der Datenübertragungskapazität erreicht werden. Mit UMTS wuchs die Kapazität einer Mobilfunkzelle durch ein besonders effizientes Übertragungsverfahren um 30 bis 60 Prozent. Mit LTE wurde die Ausnutzung der Frequenzen weiter verbessert. LTE-Geräte können auch mit Mobilfunktechnologien früherer Standards (z. B. UMTS) problemlos zusammenarbeiten. Ist am Standort des Nutzers kein LTE verfügbar, so kann das LTE-Modem automatisch auf einen anderen verfügbaren (wenn auch langsameren) Standard umstellen.

Ein wesentlicher Vorteil von LTE ist die höhere Übertragungsgeschwindigkeit. Durch die Weiterentwicklungen (LTE-Advanced) sind bis zu 1 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) über LTE-Funknetze realisierbar.

Freie Frequenzen sind enorm knappe Güter und werden bisher von der Bundesnetzagentur meistbietend versteigert. 5G benötigt weitere Frequenzen, insbesondere für die anvisierten Spitzengeschwindigkeiten von 10 – 20 GBit/s. Die Bundesnetzagentur hat 2019 in einer Frequenzauktion 41 Frequenzblöcke aus den Frequenzbereichen 2 GHz und 3,6 GHz versteigert.

Nicht jeder Frequenzabschnitt eignet sich für jedes Szenario. Da die Frequenzen knapp sind, werden nicht mehr benötigte Bänder aus den 2G- oder 3G-Netzen für den 4G oder 5G-Betrieb freigegeben und umdisponiert. Dies obliegt der Entscheidung des jeweiligen Betreibers.

Niedrige 5G-Bänder
Niedrige Frequenzen (das sind langwellige Signale) haben gute Ausbreitungseigenschaften und eignen sich insbesondere für die Flächenversorgung. Für den 5G-Ausbau im ländlichen Raum ist beispielsweise der noch ungenutzte Bereich bei 700 MHz ideal, erste Ausbauaktivitäten laufen hier bereits. Im Zuge des LTE-Ausbaus kam vornehmlich der Frequenzbereich bei 800 MHz zum Einsatz.

Hohe 5G-Bänder
Mit höherer Frequenz sinkt hingegen die Reichweite. Dafür bieten diese Funkbereiche mehr Bandbreite und damit steigt auch die erzielbare Datenübertragungsrate. Für 5G ist insbesondere das Spektrum von 3,4 bis 3,8 Gigahertz vorgesehen.

Sehr hohe Bänder
Um weitere Frequenzressourcen zu erschließen, ist die Nutzung noch höherer Frequenzbereiche möglich, z. B. die extrem kurzwelligen Funkwellen im Bereich von 6 bis 26/28 GHz. Beim Mobilfunk spricht man bisweilen bereits bei Frequenzen ab 24 GHz von sogenannten Millimeterwellen, obwohl die Wellenlänge erst oberhalb von 30 GHz kleiner als 1cm ist. Die Ausbreitung ist unter realen Bedingungen auf wenige hundert Meter begrenzt. Eine kommerzielle Mobilfunknutzung dieser Frequenzbereiche ist derzeit in Deutschland noch nicht gegeben.