Mobiltelefon & Handy

Ein Mobiltelefon (meistens Handy, auch Funktelefon, GSM-Telefon, Funker, in der Schweiz auch Natel) ist ein tragbares Telefon, das über Funk mit dem Telefonnetz kommuniziert und daher ortsunabhängig eingesetzt werden kann.

Aufbau und Technik

Wie das drahtgebundene Telefon, besteht das Mobiltelefon aus einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Bedienteil (Tastatur und Anzeige) und einer Steuerung (meist ein Mikrocontroller). Zusätzlich hat es ein Funkteil (Sendeempfänger, Antenne) und eine eigene Stromversorgung (meist einen Akkumulator). Generell ist zum Betrieb eine SIM-Karte notwendig (bis 2009 ausgenommen Notrufnummern), die zur Identifizierung gegenüber dem Mobilfunknetz genutzt wird. Wie alle Geräte mit integriertem Computer ist auch ein Mobilfunktelefon nicht frei von Softwarefehlern. Bislang sind einige wenige Handyviren für auf Symbian basierende Geräte bekannt, die Anzahl wird aber voraussichtlich steigen. Viren, die in der Lage sind, Mobiltelefone lahmzulegen, basieren meist auf Softwarefehlern. Gefahren bestehen vor allem in Form von Schadprogrammen, die sich in Dienstemitteilungen unter falschen Namen ausgeben oder durch das sogenannte Bluejacking, das Fehler in der Bluetooth-Implementierung ausnutzt. Es empfiehlt sich, Bluetooth nur bei Bedarf einzuschalten oder sich zumindest für andere unsichtbar zu machen. Unerwartete Bluetooth-Nachrichten sollten abgewiesen werden.

Beinahe alle neueren Mobiltelefone enthalten einen Interpreter für die Programmiersprache Java in einer Minimalausgabe (Mobile Information Device Profile, MIDP), die aber die wesentlichen Funktionen von Java enthält. Eine wachsende Szene von Programmierern versorgt die Benutzer mit Software.

Mobiltelefone in Europa funktionieren heutzutage nach dem GSM-Standard. Sie benutzen Frequenzen um 900 MHz (D-Netz) beziehungsweise 1800 MHz (E-Netz). Triband-Mobiltelefone können zusätzlich auf 1900 MHz oder 850 MHz operieren, diese Frequenzen werden hauptsächlich in den USA genutzt. Quadband-Mobiltelefone beherrschen alle vier Frequenzen. Während die Basisstationen für Mobiltelefone Sendeleistungen um 50 Watt haben, kommen Mobiltelefone mit Sendeleistungen von max. 2 W (D-Netz) beziehungsweise 1 W (E-Netz) aus. Für die Übertragung wird als Modulationsart GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying, eine weiterentwickelte, optimierte Version der FSK) verwendet.

In der nächsten (dritten) Generation der Mobilfunkgeräte gibt es zwei konkurrierende Standards: Universal Mobile Telecommunications System, abgekürzt als UMTS, als eine Weiterentwicklung von GSM sowie den Standard CDMA2000, der vor allem in den USA weit verbreitet ist. Sowohl UMTS als auch CDMA2000 basieren auf Code Division Multiple Access (CDMA), sind aber zueinander nicht kompatibel. Beide arbeiten bei Frequenzen um 1800 bis 1900 MHz, benutzen viele kleine Funkzellen und sind für höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit und höhere Nutzerzahl optimiert. Wegen der kleineren Funkzellen und bedingt durch weiterentwickelte Modulationsverfahren konnte die Sendeleistung der Mobiltelefone gegenüber GSM auf 0,1250,25 W reduziert werden.

Welche Frequenzen nutzt der Mobilfunk in Deutschland?

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

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. Bis 2019 sollen diese nun dem Mobilfunk schrittweise zur Verfügung gestellt werden und den Breitbandausbau maßgeblich vorantreiben.

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 Auslastung durch UMTS und LTE

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 wird 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. Aktuell werden 150 Mbit/s, teilweise sogar bis zu 300 MBit/s für die Download-Datenrate erreicht. Die maximale Upload-Geschwindigkeit beträgt 50 Mbit/s. Durch Weiterentwicklungen (LTE-Advanced) sollen künftig bis zu 1 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) über LTE-Funknetze realisierbar sein.

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