Bevor Smartphones zur Verlängerung unserer Arme wurden, war mobile Kommunikation ein Nischenluxus. Es war nichts für den durchschnittlichen Fahrer. Es war für Leute, die während der Bewegung buchstäblich reden mussten.
Sie installierten Funktelefone in ihren Autos. Das waren nicht die eleganten Geräte, die wir heute tragen. Es waren sperrige Kisten mit Antennen, die wie Haifischflossen aussahen. Das System basierte auf einem einzigen zentralen Antennenmast pro Stadt. Nur einer.
Dieser Turm bot vielleicht 25 Kanäle. Das ist es. 25 Gespräche für eine ganze Metropolregion.
Damit das funktioniert, brauchte das Telefon Ihres Autos einen riesigen Sender. Es musste Signale 40 bis 50 Meilen entfernt übertragen. Das sind etwa 70 Kilometer. Die Hardware war leistungsstark. Die Kosten waren unerschwinglich. Die Kapazität war winzig.
Man konnte nicht einfach zum Telefon greifen und wählen. Es gab einfach nicht genug Kanäle. Wenn jeder versuchen würde, das System gleichzeitig zu nutzen, würde das Netzwerk zusammenbrechen. Für einen kleinen Teil der Bevölkerung war es eine teure Infrastruktur.
Das Genie der Frequenzwiederverwendung
Das zelluläre System veränderte alles, indem es eine Stadt in kleine Zellen aufteilte.
Denken Sie an eine Karte. Teilen Sie es nun in Sechsecke. Jedes Sechseck ist eine Zelle. Jede Zelle verfügt über einen eigenen Turm mit geringem Stromverbrauch. Hier geschieht die Magie.
Das Genie liegt nicht nur in der Berichterstattung. Es ist die Wiederverwendung von Frequenzen.
Da jede Zelle Sender mit geringer Leistung verwendet, können in nicht benachbarten Zellen dieselben Funkfrequenzen verwendet werden. Über Kanal A können Sie in der Innenstadt von Manhattan ein Gespräch führen. Gleichzeitig kann jemand in Jersey City Kanal A nutzen. Und jemand in Queens kann ihn auch nutzen.
Dies ermöglicht eine umfassende Wiederverwendung von Frequenzen in der gesamten Stadt. Plötzlich können Millionen von Menschen gleichzeitig Mobiltelefone nutzen. Das Netzwerk skaliert. Die Kosten sinken. Die Technologie wird zum Massenmarkt.
Vergleich von Mobiltelefonen mit CB-Funkgeräten
Um die Komplexität eines modernen Mobiltelefons zu verstehen, muss man sich mit dem befassen, was davor war. Vergleichen Sie es mit einem CB-Funkgerät oder einem Walkie-Talkie.
Ein Walkie-Talkie ist ein Funkgerät. Sie drücken einen Knopf. Du redest. Jeder auf diesem Kanal hört dich. Es ist einfach. Es ist begrenzt. Es ist eins zu viele.
Ein CB-Funkgerät ist ähnlich. Sie wählen einen Kanal aus. Sie senden. Andere CB-Benutzer auf diesem Kanal hören zu. Wenn jemand anderes spricht, warten Sie. Es handelt sich um eine gemeinsam genutzte Ressource.
Ein Mobiltelefon ist anders. Es ist ein wechselseitiges, privates Gespräch. Aber es nutzt das gleiche Grundprinzip der Radiowellen. Der Unterschied liegt in der Übergabe.
Wenn Sie von einer Zelle zur anderen wechseln, wechselt Ihr Telefon nahtlos den Mobilfunkmast. Dies geschieht, ohne den Anruf abzubrechen. Das Netzwerk verwaltet die Übergabe. Der Benutzer weiß nicht einmal, dass es passiert.
Hier geht es nicht nur ums Reden. Es geht um die Verwaltung von Ressourcen. Jede Sekunde kommuniziert Ihr Telefon mit dem nächstgelegenen Mast. Es prüft die Signalstärke. Es wird nach Bandbreite gefragt. Während der Fahrt wird es an die nächste Zelle weitergegeben.
Auf diese Weise unterstützen Mobilfunknetze Millionen von Benutzern. Es geht nicht um einen großen Turm. Es geht um viele kleine. Es geht um Wiederverwendung. Es geht um Intelligenz.
Die Technologie ist komplex. Das Ergebnis ist einfach. Du redest einfach.
Walkie-Talkies und CB-Funkgeräte haben eine grundlegende Einschränkung gemeinsam: Es handelt sich um Halbduplex-Geräte. Sie können nicht gleichzeitig sprechen und zuhören. Beide Parteien auf einem CB-Kanal nutzen die gleiche Frequenz, d. h. nur eine Person kann senden, während die andere wartet. Mobiltelefone funktionieren anders. Es handelt sich um Vollduplex-Geräte. Eine Frequenz verwaltet Ihre Stimme, während eine zweite, separate Frequenz der anderen Person zuhört. Sie können gleichzeitig sprechen und hören.
Der Umfang der Konnektivität unterscheidet sich zwischen diesen Technologien erheblich. Ein Standard-Walkie-Talkie bietet normalerweise nur einen Kanal. Ein CB-Radio erweitert das auf 40 Kanäle. Ein modernes Mobiltelefon erschließt einen weitaus größeren Pool. Je nach Netzwerk kann ein einzelnes Gerät auf 1.664 Kanäle oder mehr zugreifen. Diese schiere Menge an verfügbaren Frequenzen ermöglicht deutlich mehr gleichzeitige Nutzer.
Die Reichweite ist ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal. Ein einfaches Walkie-Talkie mit einem 0,25-Watt-Sender reicht etwa eine Meile (1,6 Kilometer). CB-Funkgeräte verbrauchen mehr Strom. Ihre 5-Watt-Sender erhöhen die Reichweite auf etwa acht Kilometer. Mobiltelefone sind nicht nur auf reine Energie angewiesen. Sie verlassen sich auf die Zellarchitektur.
Mobiltelefone funktionieren innerhalb eines Gitters überlappender Zonen, die als Zellen bezeichnet werden. Während Sie sich bewegen, wechselt Ihr Telefon von einer Zelle zur nächsten. Dieser Übergabevorgang ermöglicht es Ihnen, Hunderte von Kilometern zu fahren und dabei ein Gespräch aufrechtzuerhalten. Die Reichweite wird effektiv nur durch die Abdeckung des Netzwerks begrenzt, nicht durch die Leistung Ihres Handheld-Geräts.
In einem typischen analogen Mobiltelefonsystem in den Vereinigten Staaten wurden den Netzbetreibern etwa 800 Frequenzen für eine ganze Stadt zugewiesen. Um dieses Spektrum effizient zu verwalten, unterteilen Ingenieure die Stadt in kleinere Zonen. Jede Zelle umfasst etwa 10 Quadratmeilen (26 Quadratkilometer). Diese Zonen werden oft als Sechsecke auf einem Gitter dargestellt.
Das sechseckige Modell dient nicht nur der Show. Es hilft zu veranschaulichen, wie Frequenzen wiederverwendet werden. Da Mobiltelefone und Basisstationen Sender mit geringer Leistung verwenden, dringen die Signale nicht übermäßig in benachbarte Zonen ein. Dadurch können nicht benachbarte Zellen dieselben Frequenzen wiederverwenden. Eine Gruppe von Zellen könnte Frequenz A nutzen, während eine zwei Hops entfernte Zelle ebenfalls Frequenz A nutzt. Diese Wiederverwendung vervielfacht die Kapazität des Systems.
Jede Zelle wird von einer Basisstation verankert. Diese Infrastruktur besteht aus einem Turm und einem nahegelegenen Gebäude, in dem die Funkausrüstung untergebracht ist. Die Basisstation fungiert als Gateway zwischen Ihrem Telefon und dem größeren Netzwerk. Wir werden uns im nächsten Abschnitt genauer ansehen, wie diese Stationen funktionieren und den Verkehr verwalten. Zunächst ist es wichtig zu verstehen, wie diese Zellen selbst strukturiert und optimiert sind.
