Funkzelle, Basisstation und Funkmasten – das sollte man rund um Mobilfunk-Technik wissen

Funkzelle, Basisstation und Funkmasten – das sollte man rund um Mobilfunk-Technik wissen – Wer mit dem Handy unterwegs ist und das mobile Internet nutzt, wird in der Regel früher oder später auch mit den Fachbegriffen rund um diese Technik konfrontiert – meistens spätestens dann, wenn es Probleme mit dem Netz gibt oder etwas nicht so funktioniert wie es sollte. Daher ist es wichtig zu wissen, wie die Mobilfunk-Netze in Deutschland aufgebaut sind und wie der Zugang zum Handynetz funktioniert. In diesem Artikel wollen wir die Grundlagen der Mobilfunk-Technik erklären und vor allem auf die Grundlage des Netzes in Form von Funkzelle, Basisstation und Funkmasten eingehen.

Grafik: die Entwicklung von Basisstationen in den letzten Jahren

Funkzelle, Basisstation und Funkmasten – das sollte man rund um Mobilfunk-Technik wissen

Die Handynetze in Deutschland elektromagnetische Netze auf bestimmten Frequenzen und damit unterliegen sie den Anforderungen an diese Form der Netze. Es gibt an sich auch nicht DAS Handynetz in Deutschland, sondern der Aufbau funktioniert durch Funkzellen, die sich teilweise auch überlappen und die in ihrer Gesamtheit das Mobilfunk-Netz bilden. Mittlerweile kann man Funkzellen ohne Probleme wechseln, in den früher A- und B-Mobilfunk-Netzen war das noch nicht der Fall.

• Funkzelle: Ist das räumlich abgegrenzte Gebiet einer Basisstation, die diese mit Mobilfunk-Netz versorgt.  Die Funkzellen breitet sich dabei kreisförmig um die Basisstation aus und je größer die Entfernung zur Basisstation ist, desto geringer ist die Signalstärke der Funkzelle. Im Handy erkennt man dies daran, dass die Zahl der Balken abnimmt – dann weiß mann, dass man sich von der Basisstation (also dem Zentrum der Funkzelle) entfernt. Die Funkzellen sind nach Netzen getrennt, es gibt daher Funkzellen für D1 Handytarife, für Vodafone Flatrates und O2 Handyverträge und nicht in jedem Fall müssen alle Netze in einem Gebiet gleich gut versorgt sein, teilweise gibt es auch noch weiße Flecken, in denen bestimmte Netzbetreiber gar keine Funkzellen haben.
• Basisstation: Die Basisstation ist die Technik die für den Aufbau der Funkzelle sorgt und damit das Mobilfunk-Netz zur Verfügung stellt. Die Basisstation ist der Sender und damit die Quelle einer Funkzelle. Sie generiert das elektromagnetische Feld, dass man dann mit Handys und Smartphones nutzen kann. Basisstationen sind in der Regel in Funkmasten integriert um ein möglichst großes Gebiet abdecken zu können. Teilweise wird mit Basisstation auch der feste Teile eines schnurlosen Telefons bezeichnet und das kann für Verwirrung sorgen. Wir beziehen und hier auf die Funkeinrichtung für das mobile Handy-Netz
• Funkmast: Funkmasten sind in der Regel die Träger von Basisstationen und damit die sichtbare Abbildung dieser Technik. Der Funkmast selbst hat aber nur die Funktion die Basisstation zu tragen und erzeugt selbst kein Netz. Häufig werden gar keine separaten Funkmasten genutzt, sondern die Basisstationen werden in bestehende Gebäude oder Türme integriert. Das spart Kosten und senkt auch den Effekt auf die Landschaft und Architektur.

Die Bundesnetzagentur schreibt selbst zu Thematik Basisstationen und Funkzellen:

Jede Basisstation setzt sich aus einer Antennenanlage und einem Technikcontainer (Funkausrüstung) zusammen. Die Sendeleistungen der Basisstationen des BOS-Digitalfunknetzes werden so gewählt, dass die Übertragung zwischen Basisstation und Endgerät (Abwärtsstrecke) genauso funktionsfähig ist wie die zwischen Endgerät und Basisstation (Aufwärtsstrecke). Die Sendeleistungen der Basisstationen im Digitalfunk BOS können maximal bis zu 46,5 dBm (Dezibel bezogen auf 1 mW, dies entspricht 45 W) aufweisen. Bei der häufigsten Antennenkonfiguration im BOS-Digitalfunknetz beträgt die Sendeleistung der Basisstation 42 dBm (etwa 16 W).

Die Basisstationen müssen gesetzliche Grenzwerte einhalten. Mehr dazu kann man bei der Bundesnetzagentur nachlesen. Dazu sind diese Stationen genehmigungspflichtig und die Behörden veröffentlichen auch passende Karte um zu prüfen, wo in der eigenen Gegend Standort mit Funkmasten und Basisstationen sind. Man kann diese hier einsehen: Standorte Funkzellen. Mehr zu diesem Thema und zu den Grenzwerten gibt es direkt beim Bund.

Video: So funktioniert eine Funkzelle

Funkzellenabfrage

Die Funkzellenabfrage ist eine Datenabfrage im Zuge eines Ermittlungsverfahrens. Die Daten der Nutzer eine Funkzelle werden dabei an die Staatsanwaltschaft weiter gegeben. Auf diese Weise kann ermittelt werden, welche Personen bzw. deren Handys und Smartphones sich in einem bestimmten Bereich aufgehalten haben. Allerdings ist diese Abfrage nicht sehr genau – die Standortbestimmung ist immer von der Größe der Funkzelle abhängig und diese kann mehrere Kilometer groß sein.  Im der Strafprozessordnung ist zur Abfrage einer Funkzelle festgehalten:

Begründen bestimmte Tatsachen den Verdacht, dass jemand als Täter oder Teilnehmer

1. eine Straftat von auch im Einzelfall erheblicher Bedeutung, insbesondere eine in § 100a Absatz 2 bezeichnete Straftat, begangen hat, in Fällen, in denen der Versuch strafbar ist, zu begehen versucht hat oder durch eine Straftat vorbereitet hat oder2. eine Straftat mittels Telekommunikation begangen hat,

so dürfen Verkehrsdaten (§ 96 Absatz 1 des Telekommunikationsgesetzes und § 2a Absatz 1 des Gesetzes über die Errichtung einer Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) erhoben werden, soweit dies für die Erforschung des Sachverhalts erforderlich ist und die Erhebung der Daten in einem angemessenen Verhältnis zur Bedeutung der Sache steht. Im Fall des Satzes 1 Nummer 2 ist die Maßnahme nur zulässig, wenn die Erforschung des Sachverhalts auf andere Weise aussichtslos wäre. Die Erhebung gespeicherter (retrograder) Standortdaten ist nach diesem Absatz nur unter den Voraussetzungen des Absatzes 2 zulässig. Im Übrigen ist die Erhebung von Standortdaten nur für künftig anfallende Verkehrsdaten oder in Echtzeit und nur im Fall des Satzes 1 Nummer 1 zulässig, soweit sie für die Erforschung des Sachverhalts oder die Ermittlung des Aufenthaltsortes des Beschuldigten erforderlich ist.

Bei einer Funkzellenabfrage, auch Cell-ID-Abfrage oder Handyortung genannt, werden vom Mobilfunknetzbetreiber auf Anordnung der Strafverfolgungsbehörden oder anderer berechtigter Stellen Verkehrsdaten von Mobilfunkendgeräten in einem bestimmten Zeitraum und in einem bestimmten geografischen Gebiet erfasst.

Konkret können folgende Daten erfasst werden:

• Die Rufnummer des Mobilfunkendgeräts
• Die Internationale Mobilfunkidentität (IMSI)
• Die temporäre Geräteidentität (TMSI)
• Die Funkzellen-ID (Cell-ID)
• Der Zeitpunkt des Aufenthalts in der Funkzelle
• Die Dauer des Aufenthalts in der Funkzelle
• Die Art der Kommunikation (z. B. Sprachgespräch, SMS, Datenverbindung)

Anhand dieser Daten lässt sich der ungefähre Aufenthaltsort des Mobilfunkendgeräts zum Zeitpunkt der Abfrage ermitteln. Die Genauigkeit der Ortung hängt von der Größe der Funkzelle ab. In Ballungsgebieten mit kleinen Funkzellen kann die Genauigkeit auf wenige Meter betragen, in ländlichen Gebieten mit großen Funkzellen kann sie bis zu mehreren Kilometern betragen.

Video des CCC zur Funkzellenabfrage

Funkzelle überlastet – was tun?

Funkzellen haben nur eine bestimmte Kapazität und wenn zu viele Teilnehmer in einer Funkzelle unterwegs sind, kann es sein, dass diese überlastet ist. In der Regel gibt es dabei Sicherheitsmechanismen (in der Basisstation) die nur eine maximale Anzahl an Teilnehmern erlauben. Probleme gibt es beispielsweise bei Großevents wie Konzerten, Fußballspielen oder auch Messen. Dann sind viele Menschen an einem Ort und damit auch in einer Funkzelle unterwegs.

In solchen Fällen kann man versuchen, einen anderen Netzstandard zu nutzen. 5G ist beispielsweise noch wenig genutzt und daher kann man mit 5G oft da Empfang bekommen, wo das LTE Netz bereits überlastet ist. Oft sind auch freie Hotspots verfügbar – diese sind ebenfalls eine Alternative zu den normalen Handynetzen.

Es kann auch helfen, auf 2G zurückzuschalten, da diesen Standard auch wenige Handys aktiv nutzen.

Wie groß ist die Reichweite einer Funkzelle?

Die Reichweite einer Funkzelle wird durch mehrere Faktoren bestimmt, die alle fast mit der Basisstation zusammenhängen. Ja nach genutzter Frequenz kann die Reichweite mehrere Kilometer betragen, werden sehr kurzwellige Signale benutzt sind es teilweise nur wenige hundert Meter. Im Handy sieht man dies an der Anzahl der Balken – je weniger es werden, desto näher kommt man an die Grenze der Funkzelle. Dazu können geografische Faktoren dafür sorgen, dass die Reichweite begrenzt ist, etwa Berge oder Täler oder auch große Gebäude stören die Funkzelle und das Netz und sorgen daher dafür, dass die Reichweite abnimmt.

Bei modernen Technik sind die Funkzellen dazu adaptiv und passen sich an die Nutzung an. Je mehr Teilnehmer unterwegs sind, desto geringer wird die Reichweite, weil die Funkzelle sich darauf ausrichtet, die Teilnehmer möglichst gut zu versorgen. Sind dagegen weniger Teilnehmer unterwegs, ist auch die Reichweite wieder größer („Funkzellen-Atmung“).

5G DSS (Dynamic Spectrum Sharing) – das steckt hinter der neuen Technik

Im 5G Bereich gibt es mittlerweile bereits in fast allen Netzen einen sehr weiterreichenden Ausbau und mit der neuen Technik sind auch neue Fachbegriffe dazu gekommen. Vor allem Dynamic Spectrum Sharing (kurz DSS) wird oft erwähnt, weil die meisten Netzbetreiber auf diese Technik setzen. Damit ist gemeint, dass sich 4G und 5G eine Antenne teilen. Das ist kostengünstiger, weil keine komplett neuen Systeme installiert werden müssen, sondern die bestehenden Standorte einfach hybrid genutzt werden

Die Telekom schreibt zur Erklärung:

Dynamic Spectrum Sharing (kurz DSS) ist eine neue Antennen-Technologie, die erstmals die parallele Nutzung von LTE und 5G im gleichen Frequenzband ermöglicht. Die Technologie ermittelt den Bedarf für 5G und LTE in Echtzeit. Die verfügbare Bandbreite teilt das Netz dann selbstständig auf und entscheidet dynamisch, für welchen Mobilfunkstandard es die vorhandenen Frequenzen idealerweise nutzt. 

Für den Nutzer bedeutet Dynamic Spectrum Sharing: Surft man mit einem 5G-Smartphone im Umkreis einer Antenne, die mit der Technologie ausgestattet ist, so surft man im 5G-Standard. Surft man dagegen mit einem 4G-Handy im Funkradius derselben Antenne, surft man mit 4G. Kurz: Eine Antenne, zwei Netze. 

Der Nachteil von DSS ist leider, dass damit die wirklich schnellen 5G Geschwindigkeiten nicht erreicht werden. Gigabit-Speed ist daher nicht verfügbar, wenn man mit DSS Technik um 5G Netz surft und daher hat man richtig schnelles 5G nur in Netzbereichen ohne DSS.