Wie ein Anruf Ihr Handy erreicht
Ein Mobilfunknetz ist ein Flickenteppich aus Zellen, und jede Zelle ist die Fläche, die ein Mobilfunkmast per Funk abdeckt. Um Ihr Handy zu erreichen, schlägt der Netzbetreiber nach, in welcher Gruppe von Zellen Ihr Handy zuletzt gesehen wurde, lässt jeden Mast dieser Gruppe danach rufen und verbindet den Anruf über den Mast, dem Ihr Handy antwortet. Heute geht Ihre Stimme in kleinen Datenpaketen über 4G und 5G durch die Luft, und die älteren 2G- und 3G-Netze werden abgeschaltet.
Lila: der Anruf und alles, was er nutztLegende
- Lila: der Anruf und alles, was er nutzt
- Gestrichelt: die Funkstrecke durch die Luft
- Ein Feld: die Fläche, die ein Mast abdeckt
Ihr Handy ist eingeschaltet · das Register hat es zuletzt in Zone B gesehen
Drücken Sie einen Knopf oder klicken Sie auf Ihr Handy, damit jemand es anruft.Drücken Sie einen Knopf oder tippen Sie auf Ihr Handy, damit jemand es anruft.
In beiden dieselben Schritte. Geändert haben sich Ihr Handy und der Weg Ihrer Stimme durch die Luft.
Anatomie eines Anrufs auf ein Handy: das Haus des Anrufers, die Vermittlung und das Register des Mobilfunknetzbetreibers und eine Stadt als Brett aus Feldern, ein Feld für jeden Mast. Feld A gehört zu Zone A, die Felder B1 und B2 zu Zone B. Der Schalter zeigt dasselbe Netz in den 1990er Jahren. Die Zeichnung ist nicht maßstabsgetreu.
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Folgen Sie einem Anruf
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Schritt 1 von 5
Jemand wählt Ihre Handynummer
Ein Freund nimmt zu Hause den Hörer seines Tischtelefons ab und wählt Ihre Handynummer. An der Nummer erkennt seine Telefongesellschaft, zu welchem Mobilfunknetzbetreiber Sie gehören, und reicht den Anruf dorthin weiter. Der Anruf kommt bei der Vermittlung Ihres Netzbetreibers an, dem Computer, der dessen Gespräche verbindet. Nichts an Ihrer Nummer verrät, wo Sie gerade sind.
Warum geht der Anruf zuerst zu Ihrem Netzbetreiber und nicht zu einem Mast in Ihrer Nähe?
Weil nur Ihr Netzbetreiber weiß, wo Ihr Handy ist. Der Standard für Anrufe auf ein Handy nennt die Vermittlung, die den Anruf als erste annimmt, das Gateway. Seine erste Aufgabe ist, beim Register Ihres Netzbetreibers nach einem Weg zu Ihnen zu fragen.
Das Register bittet den Teil des Netzes, der Ihre Gegend versorgt, um eine vorübergehende Nummer, die Roaming-Nummer, und gibt sie zurück. Mit ihr schickt das Gateway den Anruf weiter an die Vermittlung in Ihrer Nähe.
Quellen: ETSI TS 123 018: basic call handling in mobile networks (2022)
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Schritt 2 von 5
Das Register weiß, in welcher Zone Sie sind
Die Vermittlung fragt das Register, eine Datenbank mit einem Eintrag für jedes Telefon, das der Netzbetreiber versorgt. Ihr Eintrag nennt nicht den Mast, in dessen Nähe Sie sind. Er nennt den Aufenthaltsbereich (Location Area), in dem Ihr Handy zuletzt gesehen wurde, also eine Gruppe benachbarter Zellen. In der Zeichnung ist das Zone B, zwei Felder des Bretts.
Woher weiß das Register, wo Ihr Handy ist?
Ihr Handy sagt es ihm. Jeder Mast gehört zu einer Zone, und wenn Ihr Handy in eine neue Zone kommt, schickt es dem Netz eine kurze Nachricht. Der Standard nennt das Location Update und das Register für Ihr Handy das Home Location Register.
Innerhalb einer Zone bleibt Ihr Handy still, egal an wie vielen Masten es vorbeikommt. Steht es still, meldet es sich außerdem in festen Abständen. So kann das Netz ein Handy, das noch eingeschaltet ist, von einem unterscheiden, das verstummt ist.
Quellen: ETSI TS 123 012: location management in mobile networks (2022)
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Schritt 3 von 5
Jeder Mast in dieser Zone ruft nach Ihrem Handy
Das Register sagt Zone B, nicht welcher Mast. Also weist die Vermittlung jeden Mast in Zone B an, Ihr Handy zu rufen, und beide senden eine kurze Funknachricht mit der Kennung Ihres Handys aus. Fachleute nennen das Paging. Der Mast auf Feld A bleibt still, denn Ihr Handy ist nicht in seiner Zone.
Warum merkt sich das Netz nicht einfach den genauen Mast?
Dann müsste sich Ihr Handy jedes Mal melden, wenn es von einer Zelle in die nächste wechselt. Jede Meldung kostet Akku und Funkzeit, und das bei jedem Handy, das sich bewegt.
Die Zonen sind der Kompromiss. Ihr Handy meldet sich nur, wenn es in eine neue Zone kommt, und dafür ruft das Netz bei einem Anruf in jeder Zelle dieser Zone. 4G und 5G machen es genauso, mit Tracking Areas. Das Netz ruft Ihr Handy in jeder Zelle der Tracking Areas, in denen es angemeldet ist.
Quellen: ETSI TS 123 012: location management in mobile networks (2022); ETSI TS 123 401: the 4G network and its paging (2023)
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Schritt 4 von 5
Ihr Handy antwortet dem nächstgelegenen Mast und klingelt
Ihr Handy hört seine Kennung und antwortet über den Mast, den es am besten empfängt, hier den auf Ihrem eigenen Feld. Jetzt kennt das Netz Ihre Zelle. Es verbindet den Anruf Ihres Freundes über diesen Mast, und Ihr Handy klingelt. Sie nehmen ab, und Ihre Stimme geht durch die Luft zum Mast und von dort per Kabel zurück durch die Vermittlung bis zum Tischtelefon Ihres Freundes. In den 1990er Jahren schickte Ihr Handy die Stimme in einem von acht Zeitschlitzen eines Funkkanals. Heute schickt es sie in kleinen Datenpaketen, so wie bei einem Internetanruf.
Ein Blick hinein Die Funkstrecke
- 1Stimme in Paketen
- 2Die andere Stimme
- 3Die Funkstrecke
50 Pakete pro Sekunde tragen Ihre Stimme in jede Richtung, mit 20 ms Klang in jedem.
- 1Ihr Zeitschlitz
- 2Sieben weitere Anrufe
- 3Ein Rahmen, 4,6 ms
- 4Der Funkkanal
8 Anrufe teilen sich einen GSM-Funkkanal von 200 kHz Breite, jeder in seinem eigenen Zeitschlitz.
Wie weit darf Ihr Handy vom Mast entfernt sein?
Bei GSM, dem 2G-Standard, etwa 35 km. Ihr Handy spricht in kurzen Stößen, jeder in seinem eigenen Zeitschlitz, und um den ersten Stoß, den es sendet, liegt etwas Reservezeit. Der Standard bemisst diese Reserve für ein Handy, das bis zu 35 km vom Mast entfernt ist.
In einer Stadt stehen die Masten viel dichter. Jeder Mast kann nur eine begrenzte Zahl von Gesprächen gleichzeitig tragen, also bekommt ein belebter Ort kleinere Zellen mit je einem eigenen Mast, und dieselben Funkkanäle kommen ein paar Zellen weiter wieder vor. Die Ingenieure der Bell Labs nannten diese beiden Ideen Zellteilung (cell splitting) und Frequenzwiederverwendung (frequency reuse).
Quellen: ETSI TS 145 001: the GSM radio path (2022); Bell System Technical Journal: the cellular concept (1979)
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Schritt 5 von 5
Sie gehen weiter, und der Anruf wechselt zum nächsten Mast
Während Sie sprechen, misst Ihr Handy laufend, wie gut es seinen eigenen Mast und die Masten ringsum hört, und schickt die Werte ans Netz. Als Sie auf das nächste Feld gehen, wird der Mast auf dem Dach des Wohnblocks zum stärkeren. Das Netz baut den Anruf über diesen Mast auf und sagt Ihrem Handy, dass es wechseln soll. Das Gespräch läuft weiter. Fachleute nennen das Handover.
Wer entscheidet, wann der Mast gewechselt wird, Ihr Handy oder das Netz?
Das Netz. Ihr Handy misst und meldet, die ganze Zeit. Bei GSM wählen der Base Station Controller und die Vermittlung den neuen Kanal aus, anhand der Messwerte, die das Handy zu seinem eigenen Mast und den Masten daneben liefert.
Ein Blick hinein: die Funkstrecke in den 1990er Jahren und heute
Wie ein Anruf Sie findet, hat sich nicht geändert: das Register, der Ruf in Ihrer Zone, der nächstgelegene Mast. Geändert haben sich Ihr Handy und der Weg, den Ihre Stimme durch die Luft nimmt.
Die Luft zwischen Ihrem Handy und dem Mast, ausgelegt als Spur. In den 1990er Jahren hatte Ihr Anruf einen eigenen Zeitschlitz, heute schickt er Datenpakete. Zeigen Sie auf ein Teil oder tippen Sie darauf, um zu sehen, was es tut.
1990er Jahre, 2G
Heute, 4G und 5G
Die Funkstrecke
- 1Ihr Zeitschlitz
- 2Sieben weitere Anrufe
- 3Ein Rahmen, 4,6 ms
- 4Der Funkkanal
8 Anrufe teilen sich einen GSM-Funkkanal von 200 kHz Breite, jeder in seinem eigenen Zeitschlitz.
Die Funkstrecke
- 1Stimme in Paketen
- 2Die andere Stimme
- 3Die Funkstrecke
50 Pakete pro Sekunde tragen Ihre Stimme in jede Richtung, mit 20 ms Klang in jedem.
Wie Ihre Stimme durch die Luft kommtETSI TS 145 001; GSMA IR.92
1 Zeitschlitz von 8
Ein Stoß von 0,577 ms alle 4,6 ms, auf einem Kanal von 200 kHz Breite
Pakete
Sprache über 4G, VoLTE genannt, schickt Ihre Stimme als Internetpakete
Wie oft Ihre Stimme gemessen wirdETSI TS 146 010; ETSI TS 126 171; GSMA IR.92
8.000 Mal pro Sekunde
Der Vollraten-Sprachcodec von GSM: 13.000 Bit pro Sekunde
16.000 Mal pro Sekunde
Der Breitband-Sprachcodec, den jedes Handy für Anrufe über 4G beherrschen muss
Wo das Netz nach Ihrem Handy ruftETSI TS 123 018; ETSI TS 123 401
Location Area
Jede Zelle der Zone, die Ihr Handy zuletzt gemeldet hat
Tracking Area
Jede Zelle der Tracking Areas, in denen Ihr Handy angemeldet ist
Wann 2G und 3G abgeschaltet werden
Ein Handy, das nur 2G oder 3G kann, funktioniert nicht mehr, sobald sein Netz abgeschaltet ist. Jedes Land, oft sogar jeder Netzbetreiber, legt dafür ein eigenes Datum fest.
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2028
Die drei Mobilfunknetzbetreiber in Belgien schalten ihre 2G-Netze im Lauf der Jahre 2028 und 2029 ab. Ihre 3G-Netze wurden 2025 abgeschaltet.
Belgian Institute for Postal Services and Telecommunications: 2G networks shutdown (2026)
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2030
In Luxemburg laufen die letzten 2G-Netze voraussichtlich bis etwa 2030. POST hat die Abschaltung seines 3G-Netzes im Oktober 2022 abgeschlossen.
Chambre des Députés: answer to parliamentary question 1899 on the 2G and 3G switch-off (2025)
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2033
Im Vereinigten Königreich bieten die Mobilfunknetzbetreiber spätestens nach 2033 kein 2G- oder 3G-Netz mehr an.
GOV.UK: joint statement on the sunsetting of 2G and 3G networks (2021)
Wie es dazu kam
- 1946
Ein Telefon im Auto
Das Bell System eröffnet in St. Louis einen öffentlichen Mobilfunkdienst für Autos, mit drei Funkkanälen für die ganze Stadt.
Bell System Technical Journal: Advanced Mobile Phone Service, introduction and background (1979)
- 1947
Kleine Zellen
D. H. Ring von den Bell Laboratories beschreibt kleine Zellen, die dieselben Funkkanäle wiederverwenden, damit viel mehr Menschen gleichzeitig telefonieren können. Die Arbeit bleibt unveröffentlicht.
Bell System Technical Journal: Advanced Mobile Phone Service, introduction and background (1979)
- 1968
Das Telefon über seine Zone finden
Kin-ichiro Araki von Japans öffentlicher Telefongesellschaft führt kleine Zellen mit großflächiger Standortregistrierung ein. So weiß das Netz, in welcher Zone jedes Telefon gerade ist.
- 1979
Zellen als Sechsecke
Die Bell Labs legen das Zellkonzept vollständig dar. Sie zeichnen Zellen als Sechsecke, weil ein Raster aus Sechsecken eine Fläche mit weniger Masten abdeckt als eines aus Quadraten oder Dreiecken.
- 1991
Der erste GSM-Anruf
Der frühere finnische Ministerpräsident Harri Holkeri ruft über das neue GSM-Netz von Radiolinja die stellvertretende Bürgermeisterin von Tampere an. Das Gespräch dauert etwas über drei Minuten.
- 2021
3G aus in 29 Minuten
Die Deutsche Telekom schaltet Ende Juni ihr 3G-Netz in Deutschland ab, 22.000 Antennen in 29 Minuten, und gibt die Frequenzen an 4G und 5G weiter.
Wo Voxbi ins Spiel kommt
Voxbi ist eine Cloud-Telefonanlage, gehostet in der Europäischen Union. Ruft jemand Ihre Büronummer an, kann auch Ihr Handy klingeln: über die Voxbi-App per mobiler Datenverbindung oder WLAN, oder über eine Voxbi-SIM für Festnetz-Mobil-Konvergenz über das Mobilfunknetz. Anrufe, die Sie damit führen, zeigen Ihre Geschäftsnummer.
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