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		Elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder im Alltag
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Mobilfunk

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Die historische Entwicklung des Mobilfunks in Deutschland begann 1958 mit dem ersten flächendeckenden öffentlichen handvermittelten Funktelefonnetz, dem so genannten A-Netz. Es folgten 1972 das B-Netz, das erstmals ohne Handvermittlung auskam, und 1984 das C-Netz. Diese analogen Mobilfunknetze arbeiteten mit einer nationalen Norm, was die Nutzung außerhalb Deutschlands ausschloss; sie sind inzwischen nicht mehr im Betrieb. Mit der Einführung des digitalen D-Netzes im Jahr 1992 und des digitalen E-Netzes im Jahr 1994 ist eine weltweite Nutzung des Mobilfunks möglich. Die digitalen Mobilfunknetze arbeiten mit digitaler Sprachcodierung nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications), der neben einer guten Übertragungsqualität auch Zusatzdienste wie Fax, Kurzmitteilungen und Datentransfer ermöglicht. In Deutschland gibt es derzeit vier digitale Mobilfunknetze mit über 56 Millionen Mobilfunkteilnehmern (Stand: Dezember 2001).

Digitale Mobilfunknetze in Deutschland

Zukünftig können mit dem neuen UMTS-Standard (Universal Mobile Telecommunication System) nicht nur Sprache oder kurze Texte übertragen werden, sondern auch bewegte Bilder in hoher Qualität. Viele bisher nicht realisierbare Möglichkeiten, wie zum Beispiel mobiles Internet-Surfen oder die Übertragung von Videofilmen, können mit UMTS realisiert werden. Mit der Einführung von UMTS ist aber auch die zusätzliche Errichtung von Basisstationen verbunden. Die Anzahl der Standorte mit Mobilfunkbasisstationen wird sich daher in den nächsten 10 Jahren voraussichtlich verdoppeln.

Beim Rundfunk und Fernsehen kann auf Grund der hohen Sendeleistungen in der Regel mit einem Sendeturm ein sehr großes Gebiet von bis zu 100 Kilometer Umkreis versorgt werden. Im Gegensatz dazu muss beim Mobilfunk ein so genanntes "zellulares Netz" mit einer Vielzahl von kleinräumigen, nahtlos aneinander grenzenden "Funkzellen" aufgebaut werden.

Schematische Darstellung der Grundstruktur eines Mobilfunknetzes bestehend aus aneinander grenzenden Funkzellen

Verantwortlich für die Versorgung einer Funkzelle ist die Basisstation. Die einzelnen Basisstationen sind untereinander und mit der zentralen Vermittlungsstelle des Netzbetreibers über Kabel, Glasfaser oder Richtfunk verbunden. Die Vermittlungsstelle besteht aus speziellen Computern, die weltweit miteinander in Verbindung stehen. Der Betrieb von Handys ist nur an Orten möglich, die von einer Mobilfunkbasisstation des jeweiligen Netzbetreibers versorgt werden. Jede Mobilfunkbasisstation deckt je nach ihrer Sendeleistung sowie der sie umgebenden Landschaft und Bebauung Gebiete mit einem Umkreis zwischen einigen hundert Metern und wenigen Kilometern ab.

Großflächige Versorgung durch einzelne Rundfunk- und Fernsehsender mit hoher Sendeleistung im Vergleich zum dichtmaschigen Netz des Mobilfunksystems, bestehend aus Handys, Basisstationen und Vermittlungsstellen (Computer)

Eingeschaltete Handys und jeweils eine nahe gelegene Mobilfunkbasisstation stehen nicht ständig miteinander in Funkverbindung. Nach dem Anmeldevorgang geht das Handy in einen reinen Empfangsmodus. Nur etwa alle 30 bis 60 Minuten wird ein Handy, wenn es örtlich nicht nennenswert bewegt wird (also in der gleichen Funkzelle bleibt) von der Basisstation aufgefordert, eine kurze Meldung abzusenden, die etwa eine Sekunde lang dauert. Würde ein in Bereitschaft befindliches Handy permanent senden, wäre die Batterie nach sehr kurzer Zeit entladen.

Wird ein Handy über größere Strecken (z. B. im Auto) bewegt, so sendet es automatisch immer dann ein kurzes Signal ab, wenn es die Funkzelle wechselt, also eine neue Basisstation für die Kommunikationsverbindung zuständig ist. Ein Handy sendet daher nur dann, wenn ein Funkzellenwechsel stattfindet, ein Telefongespräch geführt wird oder ein Anruf ankommt. Auch beim Schreiben einer Kurzmitteilung (SMS) sendet das Handy erst wieder für etwa 1 bis 2 Sekunden, wenn die SMS abgeschickt wird.

Im Gegensatz zum früheren C-Netz wird im digitalen Mobilfunk die Information zwischen Basisstation und Handy verschlüsselt übertragen, so dass eine sehr hohe Abhörsicherheit erzielt wird. Beim digitalen Mobilfunk wird das analoge Signal digitalisiert; d. h. es entstehen Folgen von Einsen und Nullen. Die digitalen Signale können allerdings nicht direkt über die Antenne übertragen werden. Hierzu wird ein hochfrequentes Signal als Transportmedium (Trägerfrequenz) genutzt und mit der digitalen Sprachinformation verknüpft (Modulation). Meistens verwendet man dabei Frequenz- oder Phasenmodulationsverfahren.

Um Übertragungskapazität zu gewinnen, erfolgt das Senden der Sprachsignale nicht im Dauerbetrieb, sondern in zeitlich aufeinander folgenden kleinen Datenpaketen. Das hochfrequente Signal (Trägerfrequenz) bildet zusammen mit der Sprachinformation den Inhalt der Datenpakete. Diese Datenpakete werden in einem festen zeitlichen Abstand 217 Mal in der Sekunde gesendet. Allerdings unterscheiden sich die Signalfolgen beim Handy und bei der Basisstation. Nur in 1/8 der Zeit sendet das Handy, in 7/8 der Zeit sendet es nicht. Bei der Basisstation ist die Signalstruktur wesentlich kontinuierlicher, da zum einen in der Regel mehrere Handys gleichzeitig angesprochen werden und außerdem Signalisierungsaufgaben zu erledigen sind. Wickelt eine Basisstation gerade überhaupt kein Gespräch ab (z.B. mitten in der Nacht), ist dennoch ein quasi kontinuierliches Signalisierungssignal messbar.

Die Sendeleistung des Handys und mit Einschränkungen auch die der Basisstation wird in Abhängigkeit von der Verbindungsqualität zwischen Handy und Basisstation gesteuert. Dies bedeutet, dass bei schlechter Verbindungsqualität eine höhere Sendeleistung erforderlich ist als bei guter Versorgung. Die Sendeleistungen von Handys liegen im D-Netz bei maximal 2 Watt und im E-Netz bei maximal 1 Watt. Die Sendeleistungen von Basisstationen liegen im D-Netz zwischen 10 Watt (je Kanal) in Wohngebieten und bis zu 50 Watt (je Kanal) entlang von Autobahnen. Beim E-Netz und beim zukünftigen UMTS-Netz beträgt die Sendeleistung maximal 20 Watt (je Kanal). Mit diesen Sendeleistungen können Funkverbindungen über einige 100 Meter in den Städten und einige Kilometern in der freien Landschaft erreicht werden. Eine flächendeckende Mobilfunkversorgung erfordert daher eine große Dichte von Basisstationen.

Für die Aufstellung der Antennen werden vorrangig höher gelegene Masten oder höhere Gebäude gesucht, damit die einzelnen Basisstationen möglichst abschattungsfrei ihr Versorgungsgebiet abdecken können. Es werden in Städten allerdings auch Antennen auf Litfasssäulen oder auf Telefonzellen errichtet (z. B. auf wichtigen Plätzen, in Fußgängerzonen oder in Messe- und Bahnhofgebäuden). Obwohl die Sendeleistung der Basisstationen um einen Faktor 10 bis 100 höher liegt als die Sendeleistung von Handys, ist der Handy- Nutzer mit den vom Handy ausgestrahlten Wellen einer etwa 10 000fach stärkeren Leistungsflussdichte ausgesetzt. Der Grund hierfür ist die Nähe der Handy-Antenne zum Kopf des Nutzers.

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