Die Benut­zung eines Handys ist für den Anwender denkbar einfach: Handy einschalten, Gerä­tesperre öffnen, SIM-Karten-Geheim­zahl eingeben, warten bis das Handy im Netz einge­bucht ist. Ziel­rufnummer wählen, Ruf aufbauen und tele­fonieren. Doch damit das so simpel funk­tioniert, muss einiges im Mobil­funk­netz und zwischen Netz und Handy passieren.

Der Münchener Anbieter o2 hat uns vor einigen Jahren einen recht tiefen Einblick in sein Mobil­funk­netz und die Hinter­gründe des Netzes gewährt - und wir wollen dieses Wissen natür­lich gerne an Sie weiter­geben.

Da die Technik und der Aufbau des Netzes recht komplex sind, haben wir unsere Hinter­grund­texte in verschie­dene Themen­bereiche unter­teilt. So können Sie gezielt die Details nach­lesen, die Sie beson­ders inter­essieren.

Hinter­grund zum Mobil­funk­netz

Die Grund­lage aller Artikel bildet dabei die Netz­archi­tektur. Dieser Text erklärt den Aufbau des Netzes. In einem eigenen Artikel erklären wir Ihnen ferner die Funk­tion eines Home Loca­tion Regis­ters (HLR) - eines der zentralen Elemente eines Mobil­funk­netzes - und geben Ihnen Details zur Funk­schnitt­stelle, also den Frequenzen und den Netz­stan­dards.

All diese Technik-Elemente sind notwendig, damit Sie das Handy wie gewohnt nutzen können. Um die Anwen­dersicht zu beleuchten, zeigen wir Ihnen die Funk­tionen in mehreren Ratge­bern. Dort können Sie nach­lesen, was genau im Netz passiert, wenn Sie mit Ihrem Handy tele­fonieren, SMS versenden und Daten über­tragen.

Der Aufbau eines Mobilfunknetzes im Schema

Die Daten zwischen Handy und Sendemast werden auf bestimmten Frequenzen übertragen. Welche das sind, richtet sich nach dem Netzbetreiber und dem Netz­standard, von denen es in Deutschland derzeit drei gibt: Den seit den 1990iger Jahren bekannten GSM-Standard, den UMTS-Standard (3G), ab etwa 2000 sowie den LTE Standard seit etwa 2010. GSM wird in Deutschland auf Frequenzen um 900 und 1800 MHz übertragen, UMTS um 1900 und 2100 MHz, LTE bei 800, teilweise 900, 1800 und 2600 MHz, künftig auch 700 MHz. Für GSM, UMTS und LTE kann es in der Fläche unterschiedliche Netze und Sendemasten geben. Auf der sogenannten Core-Ebene, also in der Vermittlung, sind die Netze aber vereinheitlicht und zusammengeführt.

Was kommt nach dem Sendemast?

Dem Sendemast nachgelagert ist im GSM-Netz die Base Transceiver Station, kurz BTS. In einem UMTS- oder LTE-Netz heißt diese technische Einheit Node-B. Umgangs­sprachlich werden diese Einheiten als Basisstation bezeichnet. Sie ist für die Steuerung des Sendemastes verantwortlich und setzt das vom Vermittlungsnetz angelieferte Datensignal um auf ein Hochfrequenz-Signal (HF-Signal), das sich dann zur Ausstrahlung über die Sendemasten eignet. In die andere Richtung wird das Signal auf zwei Wegen transportiert: Entweder wird es in einen Richtfunk­wandler geleitet und geht dann wieder hoch zum Sendemast, um über eine Richtfunk­schüssel zur nächsten Kontroll­station zu gelangen. Alternativ wird das Datensignal über Standleitungen oder ähnliche kabel­gebundene (Kupfer oder besser Glasfaser) Leitungen abgeführt. Die Kabelvariante ist dabei teurer und aufwändiger, die Funkvariante ist jedoch störungsanfälliger.

Nächste Instanz in den beiden Funknetzen sind Controller. Technisch heißen sie BSC (Base Station Controller) oder RNC (Radio Network Controller). Beide Netzelemente haben jeweils im GSM- und UMTS- oder LTE-Netz die grundlegend gleichen Aufgaben, unterscheiden sich jedoch dennoch. Hauptaufgabe ist die Verwaltung der jeweils angeschlossenen Sendemasten. Bewegt sich beispielsweise ein Handy von einem Sendemast zum nächsten, so regelt dieses Netzelement die Weitergabe des Handys zwischen den Masten, solange die beiden Masten zum gleichen Netzelement gehören.

auschal gesagt sind etwa 50 Sendemasten auf einem derartigen Netzelement aufgeschaltet. Dieses abgedeckte Gebiet eines solchen Controllers wird auch oft als LAC (Location Area Code) bezeichnet. Allerdings kann ein LAC sich auch aus mehreren BSCs zusammensetzen.

Ab nun muss in klassischen 2G/3G-Netzen unterschieden werden, ob es sich bei der Verbindung um eine klassische Sprach- oder aber eine Daten­verbindung handelt, da die Daten einen anderen Verlauf nehmen als die Sprach­leitungen. Im Fall von o2 gibt es einen weiteren Unterschied: Der Münchener Netz­betreiber hat sein Netz vor geraumer Zeit auf All-IP umgestellt. Das bedeutet, dass auf Netzebene ausschließlich IP-Daten verschickt werden, die eine in einigen Punkten andere Netzarchitektur voraussetzen.

Klassischer Weise gehen Telefonate vom BSC bzw. RNC weiter in das Mobile Switching Center (MSC), dieses ist die Vermittlungsstelle im Mobilfunk­netz. Die MSC verwaltet die Anrufe, kümmert sich um die Berechtigungen und routet die Telefonate. Allerdings: Nicht alle Aufgaben übernimmt das MSC auch selbst. Es werden weitere Netzelemente wie das HLR (Home Location Register) oder der VLR (Visitor Location Register) benötigt. Das MSC vermittelt die Gespräche netzintern zu anderen MSC oder aber übergibt sie an Gateway-MSC (GMSC), die die Schnitt­stellen zu anderen Mobilfunk­netzen oder Festnetzanschlüssen im In- und Ausland haben. An dieser Stelle verlassen die Telefonate dann die Netze des jeweiligen Mobilfunkanbieters.

o2 setzt im Core-Netz Media Gateways und MSC-Server ein. Dabei sind die Media Gateways für die Weiterleitung der Nutzinformationen (im wesentlichen Sprache) des Teilnehmers zuständig, während die Signalisierung und die Kontrolle des Rufaufbaus durch den MSC-Server durchgeführt wird. Aufgrund dieser neuen Architektur kann die komplette Signalisierung (SIGTRAN) über IP verwendet werden, so das es sich um ein IP-basiertes Core-Netz handelt.

Eine Datenverbindung wird in beiden Netzarchitekturen über einen SGSN (Serving GPRS Support Node) aufgebaut. Er hat im Datenverkehr grundlegend die gleichen Aufgaben wie das MSC, kümmert sich also indirekt um die Autori­sierung des Kunden, routet Daten­pakete vom Kunden weiter und stellt ankommende Daten­pakete an den Kunden zu. Ein SGSN hat keine direkte Anbindung ans Internet. Daten, die das Mobilfunk­netz verlassen sollen, müssen über ein GGSN (eine entsprechende Gateway-Variante) an das Internet übergeben werden.