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Technik – Mobilkommunikation

Empfindlichkeit, Dämpfung, Störfestigkeit, Abhörsicherheit, Fading

Empfindlichkeit

Mobiltelefone sind äusserst empfindliche Geräte. Das schwächste Signal, das ein Handy noch empfangen und verstärken kann, beträgt etwa 10 hoch -12 W (1 Millionstel von einem Millionstel Watt), eine unvorstellbar kleine Leistung. In der Grafik ist die Signalqualität angegeben, in Rot sind die Reduktionsfaktoren der Signalstärke vermerkt, ausgehende von einer exzellenten Signalqualität (Wert 1), in schwarz angegeben sind die entsprechenden technischen Faktoren in dB. Eine exzellente Qualität entspricht einer Signalstärke von weniger als einem Millionstel Watt (0.00000001 W). Ein gutes Signal kann bis einige tausend Mal schwächer sein, ein schlechtes Signal hat einen etwa 10‘000 bis 100‘000 Mal tieferen Pegel. Theoretisch sind nur sehr geringe Sendeleistungen einer Basisstation notwendig um solche Signalstärken im Einzugsgebiet zu erzeugen. Da die Mobilfunkstrahlung aber durch Topographie, Gebäude und andere Gegenstände teilweise sehr stark gedämpft wird, sind grössere Sendeleistungen erforderlich.

Dämpfung

Eine Beton- oder Metallmauer beispielsweise dämpft ein Mobilfunksignal um den Faktor 30, Backsteinmauern um den Faktor 3, Holz und Glas (sofern es nicht zu Isolationszwecken metallisch beschichtet ist) dämpfen fast überhaupt nicht. Zwei Betonmauern führen zu einem 1‘000 Mal schwächeren Signal hinter den Mauern als davor (wobei die Art der Armierung mit eine Rolle für den Dämpfungseffekt spielt). Zwei bis drei Gebäude können damit im schlechtesten Fall ein Signal vollständig "schlucken".

Die Dämpfungswirkung hängt von der Frequenz des Signals ab. In nebenstehender Tabelle ist die Dämpfung (in %) von einigen Baumaterialien beispielhaft aufgeführt (Basis: 900 MHz Signale). Die Zahlen hinter den Materialien geben die Materialdicke in mm an. Je höher die Frequenz, desto stärker dämpfen die Materialien, je tiefer desto kleiner ist die dämpfende Wirkung. Aus diesem Grund sind für eine grossflächige Versorgung die tiefen Mobilfunkfrequenzen besonders gefragt.

Störfestigkeit

Weil die Signale des Mobilfunks vergleichsweise schwach sind, besteht wenig Störanfälligkeit gegenüber technischen Installationen. Eine Ausnahme sind Handys, die zwar mit wenig Leistung senden, aber sich sehr nahe bei Geräten befinden können. Man kennt hier insbesondere die Einkopplung von Handystrahlung in Lautsprecher (Knack- und Summgeräusche). Auch Hörgeräte können gestört werden, Herzschrittmacher jedoch nur in Ausnahmefällen. Neuere Implantate sind weitgehend störsicher. Hersteller oder Ärzte können konkret informieren. Die beste Vorsorge gegen Risiken dieser Art ist, das Mobiltelefon nicht in der Brusttasche zu tragen, denn mit zunehmendem Abstand zwischen Mobiltelefon und Implantat nimmt das Risiko einer möglichen Störung stark ab. 

Abhörsicherheit

Die Gespräche werden kodiert und erst dann drahtlos versendet. Der Kodierschlüssel selbst bleibt nicht konstant, sondern wird laufend verändert. Ein Mobiltelefongespräch ist deshalb weitgehend abhörsicher – aufwändige staatliche Entschlüsselungsaktivitäten ausgenommen.

Fading

Funksignale können bei nicht-idealer Ausbreitung (ideal wäre eine ungestörte Freiraumausbreitung) an Gegenständen reflektiert werden. Es entstehen Mehrwegausbreitungen die am Empfangspunkt in ihrer Summe das Signal verfälschen: bei destruktiver Interferenz geht es um die Signalstärke. Die Phasenlage der ankommenden Signale kann so verschoben sein, dass es zur gegenseitigen Auslöschung kommt. Bei der intersymbol Interferenz (sog. Symbolübersprechen) geht es um die Signalklarheit. Die ankommenden Symbolreihen haben bei Mehrwegausbreitung einen zeitlichen Versatz der das Originalssignal „verschmiert“, allenfalls bis zur Unkenntlichkeit. Je schneller ein Symbol ist, desto relevanter wird diese Interferenz. Mit anderen Worten: je höher die Symbolrate, desto schwieriger ist eine fehlerfreie Übertragung wegen dem fading. Das Problem kann technisch durch ein spezielles Modulationsverfahren (OFDM; siehe dort) gelöst werden. Auch die Verwendung mehrerer Antennen (siehe MIMO) hilft, das Problem zu entschärfen.

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