Telekom erklärt: Mobilfunk/Deutsch – Deutsch/Mobilfunk

Mit den gängigen Mobilfunk-Abkürzungen von LTE über Gbit bis zur SIM-Karte können die meisten Menschen noch etwas anfangen. Oder jede Kundin und jeder Kunde kennt zumindest jemanden, der ihnen die vierte Mobilfunk-Generation LTE („Long Term Evolution“), die Datenübertragung im superschnellen Gigabit-Tempo oder das kleine „Subscriber Identity Module“ in ihrem Handy übersetzt und erklärt. Aber wenn Hardcore-Kürzel wie TDMA oder MIMO ins Spiel kommen, weiß kaum mehr jemand, um was es geht. Die Deutsche Telekom ändert das mit Hilfe ihres Mobilfunk-Experten und „Technik-Übersetzers“ Dennis Lehmacher. Dolmetsch-Dennis macht auch die kompliziertesten Kürzel verständlich. Quasi: Mobilfunk/Deutsch – Deutsch/Mobilfunk.

Mobilfunk-Deutsch, Lektion 1: TDMA

Das Kürzel steht für „Time Division Multiple Access“ – auf Deutsch „zeitgesteuertes Zugriffsverfahren“. Die Technik kommt im 2G- bzw. GSM-Netz der Telekom nach wie vor zum Einsatz, in dem sich nur sehr geringe Datenmengen pro Kunde übertragen lassen. Deshalb müssen sich Nutzerinnen und Nutzer beim Telefonieren und bei ihrer Verbindung quasi abwechseln. Dafür unterteilt die Telekom die schmalen Frequenzbereiche in Zeitschlitze, die den Handys automatisch zugewiesen werden. Das kann man sich vorstellen wie in einem Karussell auf dem Münchner Oktoberfest: Jedes Kind hat immer nur einen bestimmten Zeitraum, in dem es auf einem Holzpferd mitfahren darf.

Alle telefonieren abwechselnd – merken es aber gar nicht

Beim TDMA-Verfahren wechseln sich die Zeitschlitze innerhalb weniger Millisekunden so schnell ab, dass der Kunde beim Telefonieren gar nichts davon merkt. Experte Dennis Lehmacher blickt auf die Anfangszeit des iPhones 2007 zurück, wenn er erklärt: „Bei den ersten schnelleren Datenübertragungen mit EDGE konnten Nutzer mehrere dieser Zeitschlitze parallel belegen – aber währenddessen konnte eben niemand anderes etwas machen. Da musste immer abgewogen werden, ob der Telefoniekunde oder der Datenkunde mehr machen darf.“

Mobilfunk-Deutsch, Lektion 2: CDMA

Diese Abkürzung bedeutet im mobilen Internet „Code Division Multiple Access“ – es geht im Gegensatz zu TDMA bei der Verbindung also nicht mehr um die Zeit, sondern um einen Code. Dabei teilt die Telekom-Basisstation jedem Handy in ihrem Versorgungsbereich einen individuellen Code zu. So können alle Geräte im Mobilfunknetz auf derselben Frequenz gleichzeitig kommunizieren. Damit die Mobilfunkstation weiß, welcher Kunde gerade mit ihr „spricht“, gibt es diese Codes. So können die Informationen der jeweiligen Nutzer genau zugeordnet und parallel verarbeitet werden.

Babylon im Klassenzimmer

Statt auf dem Holzpferd sitzen die Kinder in diesem Beispiel in einem Klassenzimmer. Es sind zehn Kinder aus zehn Ländern, von denen jedes nur seine eigene Sprache spricht. Die sprachbegabte Lehrerin beherrscht alle zehn Sprachen. Sie ist also quasi die Basisstation, die sich mit allen verständigen kann – während sich die Kinder untereinander nicht verstehen. Dieses Verfahren hat die Telekom in ihrem 2021 abgeschalteten 3G-/UMTS-Netz eingesetzt.

Eine schlaue Idee – und beinahe 100 Jahre alt

Die Technik für diese Art von Verbindung stammt ursprünglich aus dem militärischen Bereich und wurde in der Sowjetunion bereits 1935 erstmals beschrieben. „Sie bietet die Möglichkeit, im Rauschen einer bestimmten Frequenz sein eigenes Signal zu verschleiern und nur mit dem richtigen Code zu entschlüsseln“, weiß Mobilfunk-Erklärer Dennis Lehmacher. CDMA war mit einer 25-mal höheren Bandbreite ein klarer Fortschritt gegenüber dem zeitbasierten TDMA, hatte aber auch seine Grenzen. Denn wenn der Lärmpegel zu hoch wird, wenn zu viele Kinder zu laut sprechen und schreiben – wenn es also zu viele Signale und Datenverkehr gleichzeitig gibt – ist die kluge Lehrerin am Ende doch überfordert. Denn beliebig erweitern lässt sich die Bandbreite (oder das Aufnahmevermögen der Lehrerin) bei dieser Technologie nicht. 

Mobilfunk-Deutsch, Lektion 3: OFDMA

Diese fünf Buchstaben stehen im mobilen Internet für „Orthogonal Frequency-Division Multiple Access“. Jeder Telekom-Kunde nutzt die Technik heute sowohl bei 4G/LTE als auch bei 5G. Denn das Verfahren hat sich sehr bewährt und ist bis heute ungeschlagen. Der griechische Begriff „Orthogonal“ bedeutet „rechtwinklig“. Bei dieser Art von Verbindung geht es um komplexe mathematische Berechnungen und Amplituden, die im Mobilfunk ganz neue Zugriffsmethoden ermöglichen. Dolmetscher Dennis erklärt es so: „Wir haben hier die Möglichkeit, unsere Bandbreite über ein frequenzbasiertes Verfahren einzuteilen.“ Bei 2G hat das über die Zeit funktioniert, bei 3G über Codes – und nun klappt es über die Mobilfunkfrequenz. Das ermöglicht einen viel schnelleren und flexibleren Telefonie- und Datenverkehr.

Mobilfunk, intelligent wie nie zuvor

Experte Lehmacher erklärt, wie das mit dem Internet-Handy funktioniert: „Wir haben also beispielsweise eine Bandbreite von zehn Megahertz in unserer LTE-Zelle. Diese 10 MHz können wir in ganz kleine Teilbereiche unterteilen, die wir beispielsweise einem Telefonienutzer zuweisen können. Wir können aber auch die ganzen 10 MHz benutzen, um unsere intensiven Datenanwendungen zu machen.“ Dabei entscheidet die Zelle sehr intelligent, welcher Nutzer gerade welche Datenraten benötigt – und teilt ihre Ressourcen entsprechend ein.

Holzkisten und Datenpakete

Das passende Bild der Telekom ist hier nicht mehr das Karussell oder das Klassenzimmer – sondern ein Fluss, in den ein Händler seine ein Kubikmeter großen Holzkisten wirft, um sie stromabwärts zu transportieren. Der Fluss hat eine bestimmte Breite, die der Bandbreite im Mobilfunknetz entspricht. Wenn nun ein Händler am anderen Ufer ebenfalls seine Kisten – oder Datenpakete – in den Fluss wirft, steht für beide Händler oder Nutzer nur noch die Hälfte der Kapazität zur Verfügung. Je mehr Händler es werden, desto voller wird der Fluss, und desto weniger Kisten kann jeder einzelne ins Wasser werfen.

Wenn der Fluss zum breiten Strom wird

Weil der Fluss aber breit ist, funktioniert die gemeinsame Nutzung dieser Verbindung sehr gut, und alle Kisten kommen schnell ans Ziel. Der Unterschied zwischen 4G und 5G im mobilen Internet ist allerdings, dass das Frequenzband im 5G-Netz der Deutschen Telekom dynamisch und viel größer ist. Statt der maximal 20 MHz Bandbreite bei 4G/LTE stehen beispielsweise im 3,6 GHz-5G-Band bis zu 90 MHz zur Verfügung. „Und rein theoretisch“, weiß Dennis Lehmacher, „ist 5G bis zu 400 MHz Bandbreite standardisiert.“ Der Telekom-Fluss wird damit zum breiten Strom – quasi Mississippi statt Main. So kommen sich die Händler mit ihren Kisten kaum noch ins Gehege. Und die Breite des Flusses lässt sich je nach Bedarf auch noch dynamisch ändern.

Mobilfunk-Deutsch, Lektion 4: MIMO

MIMO bedeutet ausgeschrieben „Multiple Input Multiple Output“. Dennis Lehmacher erklärt es so: „Das ist ein Verfahren, um multiple Datenströme zu senden und zu empfangen – es kommt also mehrfach etwas rein und raus.“ Um beim Beispiel mit dem Fluss und den Holzkisten zu bleiben: Hier liegen zwei Flüsse parallel nebeneinander, die am Ende denselben Hafen erreichen. Dadurch können die Händler ihre Kisten (oder Datenpakete) in zwei Flüsse werfen, wodurch sich die Kapazität verdoppelt. So lässt sich viel mehr Ware (oder Daten) viel schneller transportieren. „Man hat die Möglichkeit, quasi die Frequenz zu verdoppeln und effizienter zu werden“, bringt es Telekom-Experte Lehmacher auf den Punkt.

Schneller und sicherer durch ein Mehrfachsignal

Selbst wenn einige der Kisten/Daten unterwegs zerschellen oder auf dem Fluss verloren gehen, kommt durch das doppelte Signal auf jeden Fall genug am Hafen oder am anderen Ende der Internet-Leitung an. Im Mobilfunknetz der Telekom sorgen dafür beispielsweise vier Sendeantennen, die statt nur einer Antenne am Mast installiert sind. Und am Endgerät, das der Kunde benutzt, nehmen zwei oder sogar vier Antennen die voneinander getrennten Datenströme auf. Diese Technik unterstützen jetzt immer mehr Smartphones. Bei 5G sind sogar bis zu 64 Sende- und Empfangsantennen möglich. Die nächste Ausbaustufe mit noch mehr Kapazität heißt dann „Massive MIMO“. Hier liegen die Flüsse quasi nicht mehr nur nebeneinander, sondern theoretisch sogar übereinander.

Mehr Antennen, längere Akkulaufzeit

Angenehmer Nebeneffekt: Bei MIMO, das die Deutsche Telekom sowohl bei 4G/LTE als auch bei 5G einsetzt, brauchen Smartphones durch die Mehrantennentechnik weniger Sendeleistung. Das schont den Akku und verlängert die Laufzeit. Bei 4x4 MIMO fließen dann sogar vier Flüsse parallel nebeneinander – quasi Quattro-Mobilfunk mit Allradantrieb.

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