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Elektrosmog Teil 2: Mobilfunkstandards im Vergleich

Bereits gestern habe ich mir in diesem Artikel einige Gedanken über den sogenannten Elektrosmog aufgrund von Mobilfunkantennen gemacht und bin zu dem Ergebnis gekommen, dass wir nicht weniger Sendemasten benötigen, sondern mehr. Aufgrund des Abstandsgesetzes ist die Sendeleistung, mit der das elektromagnetische Feld der Sendemasten viel geringer als die Sendeleistung unserer Smartphones, die wir in der Regel sehr nah an unserem Körper tragen. Würden wir Mobilfunkmasten in einem geringeren Abstand installieren, würde sich die erforderliche Sendeleistung unserer Smartphones drastisch reduzieren.

Reichweiten verschiedener Mobilfunkstandards

In diesem Artikel möchte ich den durch Mobilfunk verursachten Elektrosmog noch etwas genauer untersuchen, indem ich die technischen Unterschiede verschiedener Mobilfunknetze (UMTS, LTE, 5G, …) berücksichtigen. Viele Menschen fürchten durch die flächendeckende Einführung von 5G eine deutliche Steigerung der elektromagnetischen Belastung. Ich werde in diesem Artikel jedoch zeigen, dass diese Sorgen nicht nur unbegründet sind, sondern auch erläutern, warum 5G die elektromagnetischen Einwirkungen sogar reduziert. Wie auch im vorangegangenen Artikel möchte ich darauf hinweisen, dass ich das Thema des Elektrosmogs als nur aus technischer und nicht aus medizinischer bzw. biologischer Sicht beurteilen werde. Alle Rechnungen, die ich in diesem Artikel anstellen werde, kannst Du ohne tiefere Physik-Kenntnisse mit der Excel-Datei am Ende dieses Artikels nachrechnen.

Betrachten wir nun einmal die wesentlichen Unterschiede der der gängigen Mobilfunkstandards. Für diesen Artikel sind vor allem die Frequenz in Megahertz (MHz) sowie die mögliche Datenrate in Megabit pro Sekunde (Mbit/s) interessant. In Tabelle 1 sind die von mir recherchierten Werte dargestellt.

Tabelle 1: Datenraten, Frequenzen und Wellenlängen unterschiedlicher Mobilfunkstandards.

Da für jeden Mobilfunkstandard nicht eine diskrete Frequenz, sondern ganze Frequenzbereiche, verwendet werden, habe ich in die Tabelle die untere und obere Grenze dieses Bereichs eingetragen. Um jedoch die nachfolgenden Überlegungen etwas übersichtlicher zu gestalten, bilde ich aus diesen beiden Frequenzen den Mittelwert und rechne damit im Folgenden weiter. Mithilfe der Lichtgeschwindigkeit lässt sich die Frequenz in eine Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen berechnen. Diese Werte sind in der letzten Spalte von Tabelle 1 eingetragen. Es gilt: je größer die Frequenz, desto kleiner ist die Wellenlänge.

Wie wirken sich die Wellenlängen auf die elektromagnetische Belastung aus? Im vorangegangenen Artikel habe ich ja bereits das Abstandsgesetz erläutert und gezeigt, dass die elektromagnetische Leistung, die auf einen Körper einwirkt mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt. Dieser Zusammenhang ist auch richtig, allerdings haben wir nicht geklärt, wie hoch die Sendeleistung des Smartphones sein muss, damit das Signal noch in ausreichender Stärke am Sendemast ankommt. Dazu kann mithilfe der Gleichung 1 die sogenannte Freiraumdämpfung (F) berechnet werden, die das Verhältnis der durch den Sender abgegebenen Leistung (P) und der empfangenen Leistung (Pr) darstellt. Darin ist r der Abstand zwischen Sender und Empfänger und λ (sprich: lamda) die Wellenlänge.

Gleichung 1: Freiraumdämpfung

Das bedeutet, dass die Reichweite der Antennen mit zunehmender Frequenz sinken. Um dennoch eine stabile Funkverbindung zu ermöglichen, ist also entweder eine erhöhte Sendeleistung oder ein dichteres Netz aus Sendemasten erforderlich. Tatsächlich führt dies dazu, dass bei aktiver Datenübertragung die elektromagnetische Belastung steigt, insbesondere weil die Smartphones schon bei geringen Abständen eine hohe Sendeleistung abgeben müssen.

Reichweitennachteil vs. bessere Übertragungsraten

Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass wir diese Übertragungsleistung nur dann benötigen, wenn wir tatsächlich Daten übertragen. Durch die in Tabelle 1 dargestellten Übertragungsraten ist dies mit fortschrittlicheren Mobilfunkstandards in immer kürzerer Zeit möglich. Für einen realistischen Vergleich ist also die elektromagnetische Energie, die pro übertragenem Mbit anfällt, maßgeblich. Hierzu habe ich wieder eine kleine Modellrechnung durchgeführt, bei der ich folgende Annahmen getroffen habe:

  • Frequenzen und Übertragungsraten aus Tabelle 1
  • maximale Sendeleistung des Smartphones: 0,2 W
  • konstante Leistung des Sendemastes: 40 W
  • Leistung, die vom Smartphone am Sendemast ankommen muss: 0,0005 nW

Mithilfe der Gleichung 1 ergeben sich die in Abbildung 1 dargestellten Ergebnisse.

Abbildung 1: elektromagnetische Belastung des Smartphonenutzers in Abhängigkeit vom Abstand zum Sendemast sowie dem gewählten Mobilfunkstandard.

Wir erkennen, dass ältere Mobilfunkstandards wie GPRS, EDGE und UMTS eine wesentlich höhere elektromagnetische Belastung bewirken, weil sie sehr geringe Übertragungsrate ermöglichen. Die Übertragung von beispielsweise 50 MB Daten würde somit sehr lange dauern und damit Menschen über einen längeren Zeitraum mit elektromagnetischer Leistung belasten. Dagegen sind die Übertragungsraten ab 4G so hoch, dass sie am unteren Rand des Diagramms kaum auffallen. Daher habe ich das Diagramm in Abbildung 2 noch einmal in einer anderen Skalierung dargestellt.

Abbildung 2: wie Abbildung 1 jedoch mit modifizierter Skalierung.

Tatsächlich ist erkennbar, dass die elektromagnetische Belastung durch den Wechsel von 4G auf 5G erhöht wird, wenn auch auf einem sehr geringen Niveau. Bei ca. 740 m Abstand macht die gelbe Linie einen Knick und verläuft von dort an waagerecht. Dies ist damit zu erklären, dass hier das Smartphone die maximale Sendeleistung von 0,2 W erreicht hat. In der Praxis würde bei zunehmender Entfernung vom Sendemast die Verbindung abreißen und das Smartphone würde mit voller Sendeleistung versuchen eine Funkverbindung mit einem anderen Sendemast herzustellen.

Fazit und Ausblick

Es bleibt festzuhalten, dass die elektromagnetische Leistung die durch Mobilfunk auf uns einwirkt, durch 5G geringfügig vergrößert wird. Sie ist jedoch noch immer wesentlich kleiner als ältere Mobilfunkstandards, die (zumindest in Deutschland) immer noch genutzt werden. Aus meiner Sicht ist daher eine Verhinderung von 5G-Netzen unverhältnismäßig, zumal dieser Standard enorme technische Vorteile (Internet der Dinge, automatisiertes Fahren, usw.) ermöglicht. Ich plädiere daher an dieser Stelle für die flächendeckende Einführung von 5G, sodass wir uns möglichst schnell von veralteten Standards verabschieden können. Interessant ist auch, dass bereits Forschungsarbeiten an dem Mobilfunkstandard 6G laufen, der Übertragungsraten von bis zu 400 Gbit/s ermöglichen soll. Leider konnte ich bisher keine Angaben über den Frequenzbereich finden, sodass eine Beurteilung dieser Technik hinsichtlich der elektromagnetischen Belastung derzeit nicht möglich ist.