Ausgabe: 7/2012, Seite 95   -  Technik & Kommunikation

FRUST AM FENSTER

Eine entspannte Bahnfahrt wäre eigentlich die ideale Gelegenheit, um in Ruhe mit Freunden, Kollegen oder Geschäftspartnern zu telefonieren. Doch häufig gibt es im Zug keinen Empfang. Warum?

von Pia Volk
 

Ein ICE der Bahn hat spezielle Ruhezonen. Dort sollte man das Telefonieren sein lassen – doch häufig sind Telefonate auch anderswo im Zug gar nicht möglich. Die Funkwellen eines Mobiltelefons breiten sich geradlinig aus, deshalb sind ihnen Grenzen gesetzt. Im ICE sind das vor allem die metallbedampften Fensterscheiben: Sie halten Sonnenstrahlen draußen – und Funkwellen drin. Zwar hat die Deutsche Bahn in den Waggons, die keine Ruhezonen sind, zusammen mit Mobilfunkanbietern Repeater eingebaut. Das sind kleine Geräte, die das Signal des Handys verstärken und aus dem Zug hinausbefördern. Doch nicht jedes Signal erhält diesen Schub, sondern nur Funksignale, die per GSM-Technologie versandt werden.

Das Kürzel GSM stand ursprünglich für „Groupe Spécial Mobile“, wird aber inzwischen meist mit „Global System for Mobile Communications“ übersetzt. Damit bezeichnen Ingenieure einen seit Anfang der 1990er-Jahre genutzten Mobilfunkstandard. Heute kennt man ihn auch als 2G – denn er steht für die zweite Generation von mobilen Telefonnetzen in Deutschland. Zur ersten Generation gehörten jene Netze, für deren Nutzung koffergroße Mobiltelefone nötig waren. Sie hießen A-, B- und C-Netz. Alle drei sind längst abgeschaltet. Zu Beginn der zweiten Mobilfunk-Generation standen die D- und E-Netze. So hieß das Netz der Deutschen Telekom früher D1, das von Vodafone D2. Das E-Plus-Netz heißt immer noch E-Plus. Seit Einführung der dritten Netzgeneration (3G), die das UMTS-Verfahren (Universal Mobile Telecommunications System) zur Datenübertragung verwendet, haben die Techniker die alphabetische Kennzeichnung offiziell aufgegeben und sprechen stattdessen über 2G oder 3G.

Getümmel im Netz

In Deutschland gibt es vier Netzbetreiber: die Deutsche Telekom, Vodafone, E-Plus und O2, die alle dieselben Mobilfunkstandards (2G, 3G und zunehmend auch 4G) nutzen – allerdings in unterschiedlichen Frequenzbereichen, die sich zudem je nach Netzgeneration unterscheiden. Ein Beispiel: GSM sendet in den Bereichen um 900 und 1800 Megahertz (MHz). UMTS nutzt Frequenzen um 1900 und 2100 MHz. Diese strikt festgelegten Funkfrequenzen, die Frequenzbänder, unterscheiden sich je nach Land und werden von nationalen Regulationsbehörden vergeben. Wie groß der Bereich ist, den ein Netzbetreiber nutzt, hängt davon ab, wie viele Frequenzen er – für teures Geld – ersteigert hat.

Um die begrenzte Zahl von belegbaren Frequenzen optimal zu nutzen, werden sie stets in einem engen Bereich verwendet, einer Funkzelle. Ganz Deutschland ist überzogen von einem wabenförmigen Netz aus Funkzellen. Im Zentrum einer Funkzelle steht die Basisstation – rund 50 000 solche Stationen gibt es in Deutschland. Einige davon funken im GSM-Standard, andere per UMTS, einige weitere seit 2010 im neuesten, vierten Mobilfunkstandard.

Bei GSM funktioniert die Datenübertragung wie der Verkehr auf einer Autobahn. Ein Telefonat wird in viele kleine Teile separiert, von denen jeder exakt 4,615 Millisekunden lang ist, und portionsweise an den Empfänger geschickt. Die Funkpakete kommen nacheinander an und werden wieder aneinandergereiht. Da der „Paketlieferservice“ nur 0,566 Millisekunden braucht – und damit ein Achtel der Zeit, die nötig ist, um ein Paket zum Empfänger zu bringen –, lassen sich auf jeder Frequenz acht Gespräche parallel übertragen.

UMTS dagegen kann man sich wie ein kompliziertes Straßennetz vorstellen, bei dem viele Wege zum selben Empfänger führen. Die Datenpakete werden nicht nacheinander dorthin gebracht, sondern auf unterschiedlichen Strecken, und beim Empfänger wie ein Puzzle wieder zusammengefügt. Damit dabei kein Durcheinander entsteht und keine Pakete zum falschen Empfänger geliefert werden, erhält jeder Sender und jeder Empfänger zu Beginn eines Telefonats einen Code zugewiesen. Er wirkt wie ein Adressaufkleber, auf dem steht, in welcher Reihenfolge die Pakete zu öffnen sind. Die Gesprächspartner am Mobiltelefon merken davon nichts. Die organisatorische Abwicklung erledigen ihr Handy und die für die Übertragung genutzte Basisstation.

Besser ein älteres telefon

Da bei UMTS nicht nacheinander gesendet wird, sondern parallel und ohne Pausen, kann das Netz seine Frequenzen viel effizienter nutzen und weitaus mehr Daten übertragen. Jede Mobilfunkzelle bewältigt zwischen 30 und 60 Prozent mehr Datenverkehr. Im Grunde ist erst mit dieser Technologie das mobile Surfen im Internet salonfähig geworden – bei GSM dagegen dauert die Übertragung aus dem Web oft viel zu lang.

Die technologischen Unterschiede bedeuten allerdings auch, dass Repeater, die das GSM-Signal verstärken, nicht einfach auf UMTS umgestellt werden können. Das hat beim Telefonieren in der Bahn unangenehme Folgen. Denn ein modernes Mobiltelefon sucht sich automatisch immer den besten Netzstandard. In den Bahnhöfen ist das meist UMTS, außerhalb davon GSM. Wenn ein Reisender telefoniert, während er in den Zug einsteigt, muss sein Handy, nachdem der Zug abgefahren ist und die Stadtregion verlassen hat, auf GSM umschalten. Doch das klappt manchmal nicht einwandfrei – und das bedeutet: Das Gespräch bricht ab, weil es etwas dauert, bis sich das Telefon beim GSM-Netz angemeldet hat. „Da sind tatsächlich alle im Vorteil, die ältere Telefone nutzen, wie die ohnehin nur im alten Standard funken“, sagt Dirk Wende, Pressesprecher der Deutschen Telekom. Es gibt allerdings auch Smartphones, bei denen sich einstellen lässt, welchen Netzstandard sie nutzen sollen. „Das lohnt sich vor einer Bahnfahrt“, meint Wende, „denn in jedem Bahnhof, in den der Zug einrollt, wiederholt sich das Prozedere des Hin- und Herspringens zwischen den Netzstandards.“

Warum rüstet die Bahn ihre Repeater nicht auf UMTS um? „Das dauert einfach zu lange”, sagt Dirk Wende. „Es gibt in Deutschland 260 ICE-Züge mit insgesamt 2400 Waggons, von denen der größte Teil ständig im Einsatz ist – und das Ausrüsten dieser ICE mit GSM-Repeatern wurde erst 2011 abgeschlossen.” Wenn neue ICE gebaut werden, wird man sie gleich auf den neuesten Standard bringen – und das wird dann wohl die vierte oder gar fünfte Netzgeneration sein. UMTS wird übersprungen.

Der Doppler-Effekt ist schuld

Und es gibt noch mehr Probleme beim Telefonieren in der Bahn. „In schnellen Zügen kann der Doppler-Effekt zu Frequenzverschiebungen führen“, sagt Klaus Schulze-Löwenberg, Pressesprecher bei E-Plus. Den Doppler-Effekt kennt man aus dem Alltag: Nähert sich ein Krankenwagen, dann klingt seine Sirene höher als wenn er sich entfernt. Wenn der Krankenwagen heranbraust, werden die Schallwellen seines Martinshorns gestaucht – und müssen einen kürzeren Weg zum Ohr zurücklegen. Entfernt sich der Krankenwagen, werden die Schallwellen gedehnt. Dadurch verschiebt sich auch die Tonhöhe des Signals.

Im Prinzip genauso ist es mit den Funkwellen, die das Telefon empfängt. Sie werden durch die Bewegung des Zuges verzerrt, und das Telefon muss die Wellen wieder entzerren, um die Daten richtig zusammensetzen zu können. Das ist kompliziert, denn die Daten werden nacheinander gesendet, wodurch jedes Paket anders verzerrt ist. Experten nennen das den „Doppler-Spread“. Damit das Telefon weiß, wie sich der Funk-Wirrwarr beheben lässt, sendet es regelmäßig Testsequenzen aus. Wird aber die Doppler-Verschiebung zu groß, bricht das Telefonat ab.

Wie sieht es künftig aus? Immerhin ist seit 2010 die vierte Netzgeneration in Betrieb: LTE (Long Term Evolution). „LTE ähnelt GSM, das heißt: Jeder Nutzer verwendet einen Frequenzbereich für eine bestimmte Zeit“, erklärt Eckhard Ohlmer, Leiter einer Arbeitsgruppe, die sich am Vodafone-Stiftungslehrstuhl für Mobile Nachrichtensysteme der Technischen Universität Dresden mit Algorithmen und Feldversuchen zum Mobilfunk beschäftigt. „Doch während bei GSM das Telefonieren im Vordergrund stand, ist es bei LTE der Datentransfer.”

Der Unterschied ist immens: Wenn man telefoniert, wird das Sprachsignal in digitale Einheiten umgewandelt, die etwa gleich groß sind. Bei GSM geht es vor allem darum, diese konstante Datenrate möglichst störungsfrei zu übertragen. Seit dem Durchbruch des mobilen Internet aber sind die Datenraten nicht mehr konstant. So benötigt man für die Übertragung eines Youtube-Videos viel mehr Daten als zum Senden einer E-Mail, die wiederum mehr Daten umfasst als ein Telefonat. Daher passt sich bei LTE die Datenrate an die Qualität der Verbindung zur Basisstation an.

Ohlmers Team hat untersucht, wie sich ein Mobilfunknetz „fairer“ gestalten lässt. „In der Mitte zwischen zwei Basisstationen ist die Verbindungsqualität manchmal sehr schlecht“, sagt der Forscher. „Wenn aber beide Basisstationen miteinander kommunizieren, können sie ihre empfangenen Daten austauschen und mit speziellen Algorithmen verarbeiten. Für den Nutzer führt das an jedem Ort zu einer guten Verbindungsqualität.“ Diesen Trick haben sich Ohlmer und sein Team nicht nur ausgedacht, sondern auch getestet – mit dem Ergebnis, dass dieses System in den neuen Mobilfunkstandard LTE eingeflossen ist. Ob das Telefonieren im ICE dadurch einfacher wird, muss sich zeigen. ■


PIA VOLK, freie Journalistin in Leipzig, fährt oft und gern mit der Bahn – trotz der lästigen Funklöcher.

MEHR ZUM THEMA

Internet

Überblick über die heute gebräuchlichen Netztechnologien (Deutsche Telekom): www.telekom.com/verantwortung/klima-und-umwelt/mobilfunk-gesundheit/9976

Vodafone-Stiftungslehrstuhl „Mobile Kommunikationssysteme“ an der TU Dresden: mns.ifn.et.tu-dresden.de

Infoseite zum Mobilfunkstandard LTE: www.long-term-evolution.de



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