GSM Funksignale entschlüsselt (Part I)

Inhaltsverzeichnis

Nein, hier wir nicht erklärt, wie man ein GSM Netz hacken kann… Vielmehr soll es in diesem Zweiteiler darum gehen, die grundsätzlichen Eigenschaften von Funksignalen (insbesondere GSM) verstehen zu lernen.

Mobilfunk generell ist ein techniknahes Thema, das mit vielen Spezialbegriffen und Abkürzungen einhergeht. GSM, UMTS, WLAN… um nur einige zu nennen.. Alle Arten von Mobilfunk haben jedoch ein grundlegendes Funktionsprinzip: Funkwellen werden immer vom Sender zum Empfänger übertragen, wobei das Medium die Umgebung selbst ist.

Klassifizierung von Funksignalen

Bei der Klassifizierung von Funksignalen spielt immer die Wellenlänge/Trägerfrequenz eine zentrale Rolle. Diese definiert die „räumliche“ Ausdehnung einer Funkwelle – und somit die erforderliche Antennengröße sowie einige andere Faktoren (Reichweite, Datenrate,…).

Man stelle sich vor: Wenn man einen Stein in einen ruhigen See wirft, so breitet sich um die Eintauchstelle eine Wellenfront aus. Je nach Größe des Steines entstehen entweder kleine Wellenfronten oder große Wellenberge.

An dieser Stelle seien ein paar Beispiele für Funkwellenlängen und Trägerfrequenzen genannt:
DCF – Funkuhren:              4000m (75kHz)
UKW – Radio:      3.3m (90MHz)
GSM – Mobilfunk:               33cm (900MHz)
WLAN:                   12.5cm (2.400MHz)
SAT-TV:                2,5cm (12.000MHz)

Um nur kurz abzuschweifen:

„Halt!“, wird hier so mancher sagen, „das stimmt nicht – Die Satellitenschüssel ist ja viel größer als ein Handy, und meine Funkuhr ist auch nicht 4km groß – wie kann die Wellenlänge also maßgeblich für die Antennengröße sein?“

Bei der Funkuhr ist die Antenne (ein dünner Draht) auf einem Eisenkern aufgewickelt. Das ist ein technischer Trick zur Miniaturisierung.

Die Satellitenschüssel hingegen fokussiert die eintreffenden Funkwellen auf die im Brennpunkt sitzende Empfangsantenne, welche ein Teil des sog. LNB (Empfängers) ist.

Allgemeines zu Funkwellen

Alle Funkwellen haben eines gemein:

  • Je höher die Trägerfrequenz, desto ähnlicher wird die Ausbreitung dem Licht.
  • Je niedriger die Trägerfrequenz, desto ähnlicher wird die Ausbreitung dem Schall bzw. der Wellenausbreitung auf einem See.

GSM Funksignale sind durch ihre Platzierung im elektromagnetischen Spektrum quasi hybride. Die Wellenausbreitung ist noch ähnlich dem Schall, weist aber auch schon Abschattungs-Effekte wie bei Licht auf, wobei diese die Übertragungsstrecke nicht dominieren. Dadurch ist es möglich auch in Gebäuden und Wäldern mit dem Handy zu telefonieren.

Beim Satellitenempfang ist immer eine Sichtverbindung erforderlich. Man sieht den Satelliten nicht mehr aufgrund der Entfernung, er befindet sich jedoch von der Erde aus betrachtet immer an derselben Position (Geostationärer Orbit). Daher sind auch alle Satellitenschüsseln gleichermaßen ausgerichtet.

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