Die Grundlage der mobilen Konnektivität besteht nicht nur darin, Anrufe zu tätigen. Es geht darum, den maximalen Nutzen aus endlichen Radiowellen herauszuholen. Im Zeitalter der analogen 1G-Systeme hatten Ingenieure nicht den Luxus einer unbegrenzten Bandbreite. Sie mussten sich auf einen geometrischen Trick verlassen: die Zellteilung.
Stellen Sie sich eine Stadt vor, die in ein sechseckiges Gitter unterteilt ist. Jedes Sechseck ist eine „Zelle“. Um Signalinterferenzen zu vermeiden, dürfen benachbarte Zellen nicht dieselben Frequenzen nutzen. Dies führte zum berühmten „Sieben-Zellen-Wiederverwendungsmuster“. Ein Betreiber mit einer breiten Spektrumszuteilung würde diese Frequenzen auf sieben verschiedene Gruppen verteilen. Jede Zelle erhält ihren eigenen, einzigartigen Satz, wodurch sichergestellt wird, dass nicht zwei benachbarte Türme auf derselben Frequenz kommunizieren.
Die Mathematik hinter der 1G-Kapazität
Schauen wir uns die Zahlen eines typischen großen Transportunternehmens in einer Großstadt an. Ihnen könnten 832 Funkfrequenzen zugewiesen werden. Das hört sich nach viel an, bis man erklärt, wie das System funktioniert.
Mobiltelefone verwenden Duplexkanäle, was bedeutet, dass sie pro Anruf zwei Frequenzen benötigen – eine zum Senden und eine zum Empfangen. Darüber hinaus sind nicht alle Frequenzen für Sprache geeignet. Einige sind für Steuersignale zur Verwaltung des Netzwerk-Handshakes reserviert.
- Gesamtfrequenzen: 832
- Steuerkanäle: 42
- Sprachfrequenzen: 790
- Sprachkanäle pro Träger: 395 (da 790 / 2 = 395)
Teilen Sie nun diese 395 Sprachkanäle durch sieben Zellen.
- Kanäle pro Zelle: ~56
In einem analogen 1G-System bedeutet dies, dass ein einzelner Mobilfunkmast etwa 56 gleichzeitige Gespräche unterstützen kann. Wenn Sie versuchen anzurufen, während alle 56 Leitungen besetzt sind, erhalten Sie ein Besetztzeichen. Kein Anstehen. Kein Warten. Nur statisch.
Digitale Systeme wie 2G haben das Spiel erheblich verändert. Technologien wie TDMA (Time Division Multiple Access) ermöglichten es, auf einer einzigen Frequenz dreimal so viele Daten zu übertragen. Durch die Aufteilung der Zeit in Zeitschlitze könnte eine Frequenz drei verschiedene Anrufe unterstützen. Plötzlich konnte dieselbe Zelle etwa 168 gleichzeitige Benutzer verwalten. Der Effizienzsprung war enorm.
Warum geringer Stromverbrauch wichtig ist
Sie fragen sich vielleicht, warum Mobiltelefone nicht einfach Signale mit hoher Leistung senden, um eine Verbindung sicherzustellen. Es gibt zwei praktische Gründe, die beide in der Physik und der Akkulaufzeit liegen.
Die meisten frühen Mobiltelefone arbeiteten mit 0,6 Watt oder 3 Watt. Zum Vergleich: Ein Standard-CB-Funkgerät sendet mit 4 Watt. Aus diesem Grund können Sie das CB-Geschwätz schon einige Blocks entfernt hören, aber das Signal Ihres Mobiltelefons reicht selten über die dafür vorgesehene Zelle hinaus.
Diese geringe Leistungsabgabe ist ein Feature und kein Fehler.
- Frequenzwiederverwendung: Da das Signal schwach ist, reicht es nicht weit. Dadurch können Zellen, die weiter voneinander entfernt sind (wie die violetten Zellen im Standard-Sechseckdiagramm), genau dieselben 56 Frequenzen ohne Interferenzen wiederverwenden. Diese Wiederverwendung ermöglicht die Skalierung des Netzwerks. Ohne geringe Leistung würden Sie Hunderte einzigartiger Frequenzblöcke benötigen, wodurch das verfügbare Spektrum sofort erschöpft wäre.
- Batterieeffizienz: Handheld-Geräte werden mit Batterien betrieben. Eine Hochleistungsübertragung verbraucht sie schnell. Sender mit geringer Leistung bedeuteten kleinere Batterien, was kleinere Telefone bedeutete, wodurch das „Mobiltelefon“ zu einem echten Handtelefon wurde.
Das Gehirn der Operation
Das Mobilfunkmodell erfordert Infrastruktur. Eine einzige große Stadt könnte über Hunderte von Basisstationen (Türmen) verfügen, die über die gesamte Region verteilt sind. Aber diese Türme sind keine unabhängigen Agenten. Sie werden von einem zentralen Knotenpunkt namens Mobile Telephone Switching Office oder MTSO verwaltet.
Das MTSO verwaltet alle Verbindungen zum traditionellen landgestützten Telefonsystem und steuert jede Basisstation in der Region.
Stellen Sie sich das MTSO als Verkehrsleiter vor. Es entscheidet, welcher Turm Ihren Anruf bearbeitet, und verwaltet die Hand
