Mobilfunk - Technik
Ein Ausflug in die Telekommunikationstechnik
In der Telekommunikationstechnik geht es hauptsächlich darum, Sprache über weite Entfernungen zu übertragen. Natürlich werden heute auch Daten übertragen, aber das ist nur ein Zusatznutzen, den die Technik mitbringt, die einmal für Sprachinformation entwickelt wurde.
Akustische Signale - elektrische Signale
Seit der Erfindung des Telefons werden die Schallschwingungen unserer Sprache in elektrische Signale umgewandelt, diese werden über weite Strecken übertragen, und dann wieder in Schallschwingungen zurückverwandelt.
Mit dem Festnetz - Telefon werden dieses elektrischen Signale hauptsächlich durch Leitungen übertragen. In der modernen Telefontechnik werden aber auch Richtfunk und Satellitenübertragungen eingesetzt, um die teuren Leitungen zu sparen.
Funktechnik
Als Funk bezeichnet man die drahtlose Übertragung von elektrischen Signalen durch elektromagnetische Wellen. Beim Radio, Amateurfunk oder z.B. Flugfunk wird im Prinzip ähnliche Funktechnik eingesetzt wie im Mobilfunk:
Elektromagnetische Wellen sind überall um uns herum vorhanden. Jede Form von Licht (auch das Sonnenlicht) ist nichts anderes als elektromagnetische Welle. Physikalisch gesehen ist die elektromagnetische Welle ein schwingendes Wechselfeld, dass aus einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld besteht.
Funkwellen sind elektromagnetische Wellen in einem für uns unsichtbaren Frequenzbereich.
Die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen ist nicht an Leitungen oder ein anderes Medium gebunden, sie breiten sich gradlinig im Raum aus, wie man das eben von Licht gewohnt ist. Die elektromagnetischen Wellen können auch feste Körper durchdringen, werden aber dadurch geschwächt.
Mobilfunk
Mobilfunk ist eine Kombination aus Telefontechnik und Funktechnik:
Sobald Ihr Handy eingeschaltet ist, hält das Gerät eine Funkverbindung zur nächsten Basisstation (Empfangs- und Sendestation des Netzbetreibers). Bei Gesprächsaufnahme wird diese Verbindung aktiviert und Sie werden über die Basisstation mit dem weltweiten Telekommunikationsnetz verbunden.
Die Basisstationen sind ein wichtiger Teil der Mobilfunknetze. Basisstationen sind mit Sende- und Empfangseinrichtungen ausgestattet, diese halten die Funkverbindung zu den einzelnen Handys in ihrer Umgebung.
Funkzellen nennt man die Bereiche um Basisstationen herum. Eine Funkzelle wird praktisch von der Basisstation mit Funkwellen "ausgeleuchtet" wie die Umgebung im Bereich einer Straßenlaterne mit sichtbarem Licht. Die Funkzellen erreichen auf dem Land eine Ausdehnung von bis zu 30 Km, in Ballungsgebieten sind sie sehr viel kleiner, hier gibt es Funkzellen, die nur einige hundert Meter Umkreis "ausleuchten".
Bewegt sich ein Mobilfunkteilnehmer z.B. mit dem Auto oder der Bahn, so wird die Gesprächsverbindung von einer Funkzelle zur nächsten „weitergereicht“.
Von Funkschatten oder Funkloch spricht man, wenn die (Sicht-) Verbindung zu den Basisstationen durch Hindernisse oder schlechte Netzabdeckung so schwach wird, dass sie für eine störungsfreie Funkverbindung nicht mehr ausreicht.
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Begriffe und Abkürzungen aus der Mobilfunktechnik
GSM
(Global System for Mobile Communication) ist der weltweit gängige genormte Mobilfunkstandard, er wurde für die mobile Sprachübertragung entwickelt und erlaubt Übertragungsraten von bis zu 14,4 kbit/s. In über 160 Ländern nutzen heute etwa eine halbe Milliarde Menschen ein Handy nach dem GSM-Standard.
Und so funktioniert es:
Das analoge Sprachsignal wird im Handy digitalisiert und über Funk an das Netz übertragen.
Der zulässige Funk - Frequenzbereich ist in einzelne Funkkanäle aufgeteilt. Jeder Funkkanal wird von bis zu 8 Handys genutzt. Jedes von diesen 8 Handys bekommt nur für einen Sekundenbruchteil den Kanal für sich, danach wird zum nächsten Gerät weitergeschaltet. Diese kurze Zeitdauer, die für die Übertragung des digitalisierten Sprachsignals und technischer Informationen für die Basisstation bereitsteht, wird als Zeitschlitz bezeichnet.
Durch die Zeitschlitze (Timeslots) wird über 200 mal pro Sekunde von einem Handy zum nächsten geschaltet. Ein Timeslot dauert gerade 600 Millionstel Sekunden.
Die Zeitschlitze erhöhen die Übertragungskapazität der GSM – Netze ganz erheblich und sind für den Nutzer nicht hörbar. Das Pulsieren der Zeitschlitze und das Zerhacken der eigentlichen Sprachinformation führt aber dazu, dass die Sprachqualität der Handys durch das GSM – Netz begrenzt ist.
GPRS
(General Packet Radio System) ist eine Übertragungstechnik für GSM – Netze, die höhere Übertragungsraten ermöglicht. Mit GPRS werden Datenpakete gebündelt durch mehrere Zeitschlitze (Kanäle) übertragen, dabei können z.B. mit 2 Kanälen 28,8 kbit/s, mit 4 Kanälen bis zu 57,6 kbit/s erreicht werden.
HSCSD
(High Speed Circuit Switched Data) ist ähnlich wie GPRS eine Übertragungstechnik, die schnelle Datenübertragungen in GSM – Netzen ermöglicht.
Bei HSCSD geht man davon aus, dass der Datentransfer vom Netz ins Handy (z.B. WAP – oder Internetseiten) größer ist, als umgekehrt. Zur Verbesserung der Übertragungsrate werden mehrere Zeitschlitze so organisiert, dass für Übertragungen aus dem Netz zum Handy z.B. 3 Timeslots (43,2 kbit/s) und vom Handy ins Netz 1 Timeslot genutzt werden.
EDGE
(Enhanced Data Rates for GSM Evolution) ist eine Modulationstechnik, die die Datenrate bei der Übertragung in GSM-Netzen zusätzlich zu GPRS oder HSCSD noch weiter erhöht. Die Übertragungsrate kann damit maximal noch einmal etwa verdoppelt werden, ohne dass die Handys für UMTS ausgerüstet sein müssen.
UMTS
(Universal Mobile Telecommunications System)
UMTS ist der neue Netz – Standard, mit höheren Übertragungsraten. Es ist ein komplett neues Netz mit neuen flächendeckenden Sende- und Empfangsanlagen.
Mit UMTS funktioniert der Datentransfer zwischen Handy und Basisstation (anders als bei GSM) kontinuierlich. Bis zu 15 Teilnehmer können einen Funkkanal gleichzeitig nutzen, wobei die einzelnen Gespräche durch einen Code getrennt werden. Die Sendeleistung des Handys wird laufend an die Entfernung zur Basisstation angepasst, das reduziert den Energieverbrauch und die Strahlungsbelastung auf ein Minimum. Übertragungsraten bis zu 2000 kbit/s, ermöglichen Videoübertragungen, interaktive Spiele, Bildtelefon und mobiles Internet.
Bluetooth
Bluetooth ist eine Funk - Übertragungstechnik für den Nahbereich mit Reichweiten von ca. 10 bis maximal 100 Meter. Damit können lokale Netzwerke realisiert werden, in denen bis zu 80 Endgeräte kabellos miteinander kommunizieren. Wenn ein Bluetooth-Gerät in den Empfangsbereich eines andereneintritt, wird es automatisch erkannt und identifiziert.
Die Bluetooth - Schnittstelle nutzt den Ultrahochfrequenzbereich bei 2,4 Gigaherz und kommt mit extrem geringer Sendeleistung aus. Die maximal möglichen Übertragungsraten liegen bei 1000 kbit/s, damit wird immerhin 15-fache ISDN-Geschwindigkeit erreicht.
Die kabellose Vernetzung von Endgeräten wie PC, Notebook, Drucker, Handy und Headset gehört zum Standard. Auch Bezahlvorgänge an Kassen, Zapfsäulen oder Automaten sind über Bluetooth möglich.
A2DP
(Advanced Audio Distribution Profile) ist eine Technik bzw. ein Standard, mit dem Stereo-Audio-Signale drahtlos über eine Bluetoothverbindung an ein Endgerät (Headset oder Aktivbox) übertragen werden.
Bluetooth Namensgebung:
Dem Wikinger-König Blauzahn gelang im 10. Jahrhundert die Vereinigung seinen Verbündeten Dänemark und Norwegen. Bei der Gründung der Bluetooth Special Interrest Group (einem Verbund von heute über 4000 Mitgliedern und Unternehmen) gab es offensichtlich ähnliche Schwierigkeiten bei der Bündelung der unterschiedlichen Interessen. Mehr über Bluetooth...
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