Читать книгу 5G-Wahnsinn - Prof. Dr. Klaus Buchner - Страница 9

5G wird als schnelles Internet mit extrem kleiner Verzögerung („Latenzzeit“) beworben. Außerdem soll es das „Internet der Dinge“ ermöglichen, bei dem jedes „Ding“ Informationen über seine charakteristischen Eigenschaften, seinen Standort usw. sendet. Bundeskanzlerin Angela Merkel drückte es sinngemäß so aus: Jede Milchkanne solle mit dem 5G-Netzwerk verbunden werden. Technisch wird die höhere Geschwindigkeit der Datenübertragung unter anderem dadurch erreicht, dass nicht wie beim klassischen Rundfunk eine einzige Welle (Frequenz) verwendet wird, sondern ein „Band“ mit einem ganzen Bündel davon. Man spricht von einem Breitbandnetz. Da jede einzelne dieser Wellen eine bestimmte Mindeststärke haben muss, um sicher empfangen zu werden, strahlt eine Datenübertragung natürlich umso mehr, je mehr von diesen Wellen zu einem Band zusammengefasst werden, je „breiter“ also das Band ist. Daher ist es nicht verwunderlich, dass für 5G mehr Leistung nötig ist als bei den bisherigen Systemen 1G bis 4G. Das bestätigen auch die Messungen rund um 5G-Basisstationen.

Aufgrund seiner ausgefeilten Technik benötigt 5G zur Übertragung einer Nachricht, beispielsweise eines Bits, zwar weniger Sendeenergie als bisher, dafür laufen aber über eine 5G-Basisstation wesentlich mehr Daten, die gleichzeitig übertragen werden müssen. Man denke nur an das „Internet der Dinge“, bei dem möglichst jeder Gegenstand mit dem Internet verbunden werden soll. Die Daten müssen deshalb bei 5G in kürzerer Zeit, aber mit höherer Leistung des Senders übermittelt werden.

Diese ist so groß, dass sie nicht mehr in alle Richtungen abgestrahlt werden kann, wie das bei den früheren Generationen 1G bis 4G der Fall war. Das würde die Stromkosten zu sehr in die Höhe treiben. Stattdessen wird nur ein dünner Strahl auf den Nutzer gerichtet. Wenn sich dieser bewegt, muss ihm der Strahl natürlich folgen. Man spricht von einem „Bleistiftstrahl“, im Englischen „beam forming“. Die Bündelung wird dadurch erreicht, dass jeder Sender mehrere Antennen hat, deren Strahlen sich überlagern. Sie werden so gesteuert, dass sie sich dabei innerhalb des „Bleistifts“ verstärken und außerhalb abschwächen („Interferenz“). In diesem Strahl ist die Sendeenergie natürlich sehr hoch. Eine solche Antennenanlage kann verschiedene „Bleistifte“ senden und so gleichzeitig mehrere Nutzer bedienen. Diese Technik ist ein Spezialfall der „MIMO“-Technik (MIMO = Multiple Input, Multiple Output). Bei 5G wird sie aber nur angewendet, wenn die Frequenz über 2,5 GHz liegt.

Damit eine Verbindung zwischen der Basisstation und dem Nutzer überhaupt zustande kommt, werden mehrere Bleistiftstrahlen ständig sehr schnell über den ganzen Bereich gelenkt, der von der Basisstation versorgt wird.⁶ Sie suchen, ob ein Handy oder Smartphone mit ihnen Kontakt aufnehmen will. Das dauert nur wenige Millisekunden. Wenn man diesen Strahl messen will, benötigt man deshalb spezielle Geräte, die in so kurzer Zeit ansprechen. Natürlich wird das ganze Gebiet um die Basisstation herum von diesen sehr intensiven Strahlen jeweils kurze Zeit getroffen, ob man ein Smartphone benützt oder nicht. Der Unterschied in der Intensität der Strahlen zwischen dem „Leerlauf“, der immer zur Kontaktaufnahme mit möglichen Nutzern gesendet wird, und der maximalen Datenübertragung ist sehr groß und beträgt bis gut 1:260. Dadurch können die Daten sehr schnell übertragen werden.

Jede Mobilfunk-Basisstation kann gleichzeitig immer nur eine begrenzte Zahl von Kunden bedienen. Bei älteren Systemen waren das meist gut 60 Nutzer. Um alle Daten, auch die des Internets der Dinge, übertragen zu können, braucht man deshalb in Städten viele Basisstationen in kleinen Abständen, auf dem Land mit dünner Besiedelung dagegen solche mit größerer Reichweite.

Daher verwendet 5G drei verschiedene Frequenzbänder: Zunächst sollen alte Basisstationen von 2G, 3G und 4G auf die neue Technik 5G umgerüstet werden. Dabei werden die alten Frequenzbänder beibehalten. Außerdem werden die neu versteigerten Frequenzen zwischen 3,4 GHz und 3,8 GHz mit mittlerer Reichweite benutzt. Später kommt noch der Bereich um 26 GHz dazu. Bei diesen hohen Frequenzen liegt die Reichweite nur bei etwa 100–250 Metern, und das nur, wenn keine Bäume oder andere Hindernisse im Weg stehen. Wenn ihre Leistung unter 10 W bleibt, dürfen sie als „Kleinsendeanlagen“ überall ohne Genehmigung montiert werden. Nur der Besitzer des Grundstücks muss zustimmen. Um auch diese Hürde zu umgehen, werden sie oft an Straßenlaternen angebracht. Aus der geringen Sendeleistung darf man aber nicht schließen, dass sie gesundheitlich unbedenklich sind. Denn wegen der unmittelbaren Nähe ist die Bestrahlung der Passanten auf der Straße möglicherweise größer als durch einen starken Sender, der weiter entfernt ist.

INFO

Wie breitet sich die Strahlung einer Antenne aus?

Gibt es den „Regenschirm-Effekt“, der besagt, dass direkt unter der Antenne eines Mobilfunksenders die geringste Strahlung sei? Warum werden nicht alle Bäume in der Umgebung eines Funkmasts geschädigt?

Um diese Fragen zu beantworten, muss man die Ausbreitung der Strahlen um die Antenne kennen. Bei der bisherigen Technik für 2G bis 4G und bei den niedrigen Frequenzen von 5G braucht man drei Antennen, um das ganze Gebiet rund um die Basisstation zu bestrahlen. Jede davon „versorgt“ nur ein Drittel des Kreises um die Antennen, also einen Bereich von 120 Grad. Das kann man an den Sendemasten gut erkennen, auf denen die drei Antennen auf gleicher Höhe gegeneinander verdreht montiert sind. Baumschäden erwartet man nur im sogenannten Hauptstrahl, der senkrecht zu jeder von ihnen läuft.

Aber auch in Richtung des Hauptstrahls variiert die Strahlung stark: Direkt unter der Antenne ist die Funkbelastung meist am höchsten – auch wenn die Betreiber oft das Gegenteil behaupten. Den „Regenschirm-Effekt“ gibt es also nicht. Läuft man in Richtung des Hauptstrahls von der Antenne weg, so schwankt die Strahlung zwischen Maximal- und Minimalwerten.

Dabei sind die Maxima in der Nähe der Antenne die Stellen, an denen eine sogenannte „Nebenkeule“ der Strahlung auf die Erde trifft. Bei vielen innerstädtischen Masten hat man nach etwa 100 Metern wieder einen hohen Wert. Das ist die Stelle, an der der Hauptstrahl auf die Erde kommt. Von da an nimmt die Strahlung kontinuierlich (mit dem Quadrat des Abstands) ab. In weniger dicht besiedelten Gebieten und bei höheren Masten kann diese Entfernung wesentlich größer als 100 Meter sein, wenn ein größerer Umkreis um den Sender bestrahlt werden soll.

Da die Antennen innerhalb ihres Gehäuses ferngesteuert verstellt werden können, ist von außen nicht sichtbar, wo die Strahlung hoch und wo sie niedrig ist. Hier hilft nur eine Messung. Dabei spielt natürlich die Abschattung durch Bäume, Häuser und andere Dinge eine Rolle. Deshalb fallen bei der Messung die Maxima und Minima der Strahlung sehr unterschiedlich aus.

Bild 2 Verteilung der Sendeenergie in Hauptstrahl und Nebenkeulen; Antennenhöhe 10 Meter über dem Boden.

Bild 3 Gemessene Strahlung der Antenne von Bild 2 am Boden. Der Wechsel zwischen den Maxima und Minima durch die Nebenkeulen und den Hauptstrahl wird durch Abschattungen durch Bäume und Gebäude verzerrt.

Bei 5G hat man oft eine andere Abstrahl-Charakteristik: Dabei wird ein starker, schmaler Funkstrahl direkt auf den Nutzer gerichtet. Das wird im Abschnitt „Was ist neu bei 5G?“, siehe Seite 26/27, näher erläutert.