5G – Die Fakten
Zum wiederholten Mal wurden in unserer Kursgruppe Verschwörungstheorien im Zusammenhang mit 5G eingebracht. Für mich, mit meinem beruflichen Hintergrund und Werdegang, ist das alles totaler Blödsinn. Um weiteren sinnlosen Diskussionen eine Ende zu setzen, schreibe ich ausnahmsweise über ein technisches Thema. Ich habe ausführlich recherchiert und Fakten zusammengetragen, um den Sachverhalt so korrekt wie möglich darzustellen, denn aufgrund meiner Ausbildung weiß ich, welche Fragen sich stellen und in welcher Qualität Antworten vorliegen müssen. Dabei ist es nicht immer einfach, den schmalen Grat der Wahrheit zwischen den Heilsversprechen der Mobilfunkindustrie und den absurden Behauptungen der Verschwörungstheoretiker zu finden.
Verschwörungstheorien sind Kumulationspunkte unserer nach außen projizierten Ängste. Indem diese verdrängt werden, behalten wir sie bei. Erst wenn wir uns unsere Ängste bewusst machen und ihnen mit Fakten begegnen, geschieht Heilung. Solange wir glauben, in dieser Welt zu leben, haben wir Entscheidungen zu treffen, und da ist es weitaus besser, sich auf Fakten abzustützen statt auf Ängste zu reagieren.
Mobilfunkfrequenzen
Die für den Mobilfunk erforderlichen Frequenzbänder werden den Mobilfunkanbietern durch eine staatliche Regulierungsbehörde über ein Auktionsverfahren für eine befristete Nutzungszeit zugesprochen. In der Schweiz wurden Lizenzen im Bereich von 0.7 bis 3.5 GHz (Gigahertz) vergeben, in Deutschland im Bereich von 0.7 bis 3.7 GHz. Mobilfunkanbieter dürfen nur die ihnen zugeteilten Frequenzbänder verwenden, ansonsten würde der Mobilfunk gar nicht funktionieren und käme in Konflikt mit anderen Anwendungen. Zum Vergleich: WLAN verwendet Frequenzbereiche um 2.4 und 5 GHz, Bluetooth 2.4 GHz und der Mikrowellenherd 2.45 GHz. Die Mobilfunkanbieter können eigenständig entscheiden, über welches Frequenzband was für eine Mobilfunk-Generation betrieben wird. Die Physik der Funkübertragung besagt: je höher die Frequenz, desto mehr Daten können übertragen werden, aber umso kleiner ist die Reichweite. Bei höheren Frequenzen muss ein engmaschigeres Netz von Sendemasten aufgestellt werden, um eine lückenlose Abdeckung gewährleisten zu können. Das Optimum zwischen Reichweite und Datendurchsatz dürfte im bisher genutzten Frequenzbereich liegen. Deshalb dürfte zukünftig im unteren für 5G definierten Bereich von 0.6 bis 6 GHz weiter ausgebaut werden.
Der obere für 5G definierte Bereich von 24 bis 80 GHz, um Datenraten von 10 Gbit/s zu erreichen, ist kommerziell weniger interessant, weil das Funksignal Licht-ähnliche Eingenschaften aufweist, einfache Hindernisse wie Bäume und Wände nicht durchdringen kann und durch Witterungseinflüsse wie Nebel, Regen und Schnee stark gestört wird. Die Reichweite beträgt bestenfalls nur wenige hundert Meter, weil die sogenannte Resonanzabsorbtion hemmend wirkt. Das heißt, die Energie des Funksignals wird von den Molekülen in der Luft absorbiert. Dadurch erwärmt sie sich unmerklich. Absorbtionslinien von Wasser- und Sauerstoffmolekülen liegen bei 22 und 60 GHz. Für 5G sind erst 26, 28 und 39 GHz spezifiziert. Zum Vergleich: der Nahbereichsradar von Fahrzeugen arbeitet mit 24 GHz.
Datendurchsatz
4G basiert auf dem Standard LTE-A (Long-Term-Evolution-Advanced). Aus Gründen des Marketings wird auch die Vorgängerversion LTE als 4G bezeichnet, was aus technischer Sicht fragwürdig ist. Günstige Smartphones erfüllen LTE und bedienen Frequenzbänder im Bereich von 0.7 bis 2.6 GHz, hochpreisige erfüllen LTE-A, teilweise auch 5G, und gehen bis 5.2 GHz. Zum übermitteln von Daten werden diese Trägerfrequenzen moduliert. Seit der ersten 3G-Version UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) bis und mit 5G wird das Verfahren QPSK (Quadratur Phase Shift Keying) verwendet. Seit dem Nachfolgestandard von UMTS wurde QPSK mit QAM (Quadratur Amplitude Modulation) kombiniert, was in Kombination mit einer höheren Bandbreite eine höhere Packungsdichte erlaubt und einen höheren Datendurchsatz ergibt. Je nach Ausbaustandard der Basisstation geht LTE bis 64-QAM, LTE-A und 5G bis 256-QAM, was bedeutet, dass sich die durch die Luft ausbreitenden elektromagnetischen Felder physikalisch nicht unterscheiden. Der höchstmögliche Datendurchsatz wird aber nur unter optimalen Bedingungen erreicht. Sobald sich das Signal-Rausch-Verhältnis durch eine lange Übertragungsstrecke oder topographische Hindernisse wie Gebäude verschlechtert, funktioniert 256-QAM nicht mehr und die Packungsdichte wird automatisch verringert, auch in Zukunft, wenn 5G auf 1024-QAM oder mehr erweitert wird.
Der entscheidende Unterschied
Wir haben gesehen, dass 4G und 5G heute bei uns in naheliegenden Frequenzbändern betrieben werden und dieselben Modulationsverfahren verwenden. Im Vergleich zu den Vorgängertechnologien unterscheidet sich 5G im wesentlichen in der Infrastruktur, in der Basisstation und im Sendemasten, die komplett neu ausgelegt wurden. Das 5G-Netz kann theoretisch bis zu einer Million Teilnehmer pro Quadratkilometer bedienen; das ist 100 Mal mehr als bisher. Das erlaubt ganz neue technische Anwendungen wie das mobile Internet der Dinge, zum Beispiel über 5G vernetzte Überwachungskameras an jeder Ecke. Das 5G-Netz soll 2-3 Mal robuster sein gegenüber Störungen als das Vorgängernetz, eine kleinere Reaktionszeit (Latenzzeit) aufweisen, sich intelligent an die Erfordernisse der verschiedenen Teilnehmer anpassen können und der Energieverbrauch kann pro übertragener Dateneinheit um den Faktor Hundert gesenkt werden. Der Grund für diese Fortschritte liegt in der Tatsache, dass die Basisstationen seit früheren Ausführungen bis zu 4G (LTE-A) immer nur technische Verbesserungen erfahren haben, 5G aber eine von Grund auf neue Konstruktion ist und deshalb als "New Radio" (NR) bezeichnet wird. Ob sich diese Fortschritte in der Praxis bestätigen werden oder nur reines Marketing sind, lässt sich bis jetzt kaum überprüfen. Die Erfahrung lehrt uns aber, dass alles Neue mit Kinderkrankheiten zu kämpfen hat, komplexer und störungsanfällig ist.
Download-Geschwindigkeit
Telefongespräche und Internetzugriffe werden als digitale Daten in Paketen übertragen. Die Download-Geschwindigkeit ergibt sich aus der Größe und der Anzahl der Datenpakete pro Sekunde, die übertragen werden. Wenn mehrere Teilnehmer auf dem gleichen Frequenzband mit dem gleichen Sendemasten verbunden sind, dann wird die Übertragungskapazität auf die einzelnen Teilnehmer aufgeteilt. Auf verschiedenen Internetseiten kann die effektive Geschwindigkeit der Internetverbindung getestet werden. Mein günstiges Smartphone kann theoretisch 150 Mbit/s erreichen, in der Praxis lag der beste Wert mit der Prepaid SIM-Karte aber lediglich um 15 Mbit/s, bei großer Netzauslastung um 2 Mbit/s. Zum Streamen von Musik genügt das allemal und zum Anschauen von Videos liegt es gerade so an der Grenze. Daraus lässt sich schließen, dass Mobilfunkanbieter die maximale Download-Geschwindigkeit pro Teilnehmer zusätzlich einschränken, um möglichst viele Teilnehmer mit einem Sendemasten bedienen zu können. Höhere Download-Geschwindigkeiten werden wahrscheinlich nur bei Kunden mit den teuersten Abos zugelassen, aber auch dann wird eine hohe Netzbelastung bremsend wirken, bei 5G aufgrund der höheren Bandbreite und Mehrfachantennen einfach etwas später. Das bedeutet nichts anderes als dass hochpreisige Smartphones mit theoretischen Download-Geschwindigkeiten von bis zu 2 Gbit/s in geschätzt 99.9% der Fälle eine Fehlinvestition sind.
Autonomes Fahren dank 5G?
Die Mobilfunkindustrie versucht uns durch ihre Werbekampanien dahingehend zu manipulieren, dass wir glauben sollen, sicheres autonomes Fahren sei erst mit 5G möglich. Zuerst sei auf den Widerspruch an sich hingewiesen: Wie kann ein selbstfahrendes Auto autonom sein, wenn es von 5G abhängig ist? Zu den Fakten. Die Verkehrssicherheit könnte entscheidend verbessert werden, wenn Autos direkt miteinander kommunizieren könnten, um heikle Situationen zu vermeiden. Wegen der angeblich kurzen Latenzzeit wird 5G als die Lösung ins Spiel gebracht. Wenn Autos sich aber über eine Basistation miteinander verbinden müssten, entstünde eine unnötige Abhängigkeit und die Latenzzeit betrüge unter optimalen gemessen Laborbedingungen rund 30 Millisekunden, was viel zu hoch ist. Mit dem WLAN-Standard 802.11p oder aber 5G erweitert mit C-V2X (Cellular Vehicle-to-everything) könnten Autos direkt und autonom miteinander kommunizieren. Wenn sie zusätzlich mit der Verkehrsinfrastruktur kommunizieren würden, könnte der Verkehrsfluss optimiert werden.
Strahlenbelastung
Die stärkste Strahlenbelastung entsteht, wenn das Mobiltelefon schlechten Empfang hat, die Sendeleistung deshalb voll hochfahren muss, und direkt ans Ohr gehalten wird. Davor kann man sich schützen, indem das Mobiltelefon vom Kopf weggehalten wird oder mit Kopfhörer telefoniert wird. Die von den Sendemasten abgestrahlte Energie unterliegt einer strengen gesetzlichen Regelung. Innerhalb dieser Grenzwerte konnten bisher keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen nachgewiesen werden. Erst bei viel höheren Energiedosen konnte im Tierversuch bei Mäusen Krebs erzeugt werden. In der Schweiz liegt der Grenzwert zehn Mal tiefer als der von der WHO vorgegebene und in den umliegenden Ländern angewandte Grenzwert. Alle Versuche von Parlamentariern, die Strahlungsgrenzwerte zu erhöhen, sind bisher gescheitert. Sollte das Parlament die Grenzwerte irgendwann doch noch heraufsetzen, dann bestünde in der direkten schweizerischen Demokratie die Möglichkeit, das Referendum dagegen zu ergreifen und per Volksabstimmung darüber zu befinden. Die bisher ungenutzten hohen Frequenzen sind potentiell weniger gefährlich, weil sie weniger tief ins Gewebe eindringen können.
Elektromagnetische Felder sind nicht wahrnehmbar. Laut Prof. Martin Röösli vom Schweizerischen Tropen- und Public-Health-Institut in Basel konnte in Doppelblindstudien mit elektrosensitiven Personen kein Effekt nachgewiesen werden, so dass weiterhin angenommen werden muss, dass allfällige Beschwerden auf reiner Einbildung beruhen, was nicht heißt, dass diese Menschen nicht an ihren Einbildungen zu leiden scheinen. Bei neuen 5G-Sendemasten im 3.5 GHz-Bereich wird die durchschnittliche Strahlenbelastung dank adaptiven Antennen sogar geringer ausfallen.
Warum schließen die Amerikaner Huawei vom Bau des 5G-Netzes aus?
Die USA haben ihre eigenen Netzwerkausrüster gezwungen, in ihren Produkten verborgene Hintertüren einzubauen, damit die eigenen Geheimdienste alles mithören können. Wer also einen WLAN-Router, einen Drucker mit Netzanschluss oder ein Notebook von einem amerikanischen Hersteller verwendet, muss davon ausgehen, dass der Geheimdienst mithören kann. Dank Edward Snowden haben wir bestätigt bekommen, dass die US-Geheimdienste tatsächlich weltumspannend alles abhören, was sie können. Aufgrund ihrer eigenen Machenschaften muss die US-Regierung davon ausgehen, dass sich China nicht anders verhält als sie selber. Bei Spionage geht es vor allem um wirtschaftliche Interessen und nur zweitrangig um Terrorbekämpfung, denn sonst hätte 9/11 verhindert werden können. Das Durchsetzen wirtschaftlicher Interessen sehen wir schulbuchmäßig bei den US-Sanktionen gegen Nord Stream 2: Die Amerikaner wollen, dass Europa sein Gas nicht von Russland kauft, sondern ihr eigenes Schiefergas. Der Ausschluss von Huawei bedeutet, dass nur Ericsson und Nokia aus Europa für den Bau des amerikanischen 5G-Netztes in Frage kommen, da Firmen aus den USA dazu nicht im Stande sind. Westliche Wirtschaftsmächte wie die USA oder die EU sollten sich ernsthaft die Frage stellen, wie es soweit kommen konnte, dass China mit Huawei die Technologieführerschaft im Mobilfunk übernehmen konnte, und dann entsprechende Maßnahmen in die Wege leiten.
Verschwörungstheorien
Die maßgeblichen Unterschiede zwischen 4G und 5G sind entweder so klein, dass Verschwörungstheorien in sich zusammenfallen, oder die Physik dagegen spricht. - Die angeblich so gefährlichen hohen Frequenzen werden durch 5G noch gar nicht genutzt. Aber andere Anwendungen wie Radar, denen wir alle ausgesetzt sind, operieren bereits heute in diesem Frequenzbereich. - Für Umweltereignisse lassen sich jeweils andere Ursachen als 5G finden: Das Bienensterben ist auf den Einsatz von Neonicotinoiden in Pflanzenschutzmitteln zurückzuführen. Hundert und mehr Vögel fallen vom Himmel. Es handelt sich weltweit immer um Stare, die dichtgedrängt in großen Schwärmen fliegen und die Verletzungen weisen auf Kollisionen hin. Einzelne Vögel fallen in Siedlungsgebieten vom Himmel, weil sie mit Scheiden kollidieren. etc. - Die Behauptung, bei 5G könnten niederfrequente Signale moduliert werden, um Gehirnströme zu beeinflussen, ist völlig absurd, denn mit einfacheren Funktechnologien wäre das viel leichter realisierbar. - Gegen totale Überwachung hilft nicht ein Technologieverbot, sondern ein griffiges Datenschutzgesetz, das auch durchgesetzt wird.
Es ist höchst bedenklich und zugleich bizarr, dass sich einzelne kantonale Behörden in der Schweiz von 5G-Gegnern haben verunsichern lassen und ein Moratorium für den weiteren 5G-Netzausbau beschlossen haben. Denn gerade sie wären es, die in ihren Ballungszentren Alternativen zu 5G installieren und betreiben könnten, um den Bedarf des weiteren Mobilfunknetzausbaus zurückzufahren, wie im folgenden Abschnitt dargelegt wird.
Schlussfolgerungen
Die absurden Behauptungen der Verschwörungstheoretiker haben genauso wenig mit der Wirklichkeit zu tun wie Heilsversprechen durch die Werbekampanien der Mobilfunkindustrie.
Es gibt keinen technischen Grund, ein 4G-Smartphone durch ein teures 5G-Gerät zu ersetzen, weil die Vorteile, wenn überhaupt, nur geringfügig sind. 5G zielt vor allem auf Kapazitätsausweitung ab und erleichtert technische Anwendungen im großen Stil. Ebenso wenig fehlen die Argumente, wonach ein hochpreisiges Smartphone besser sein soll als ein günstiges Gerät, außer man ist wirklich auf eine hohe Download-Geschwindigkeit (die vielleicht und annähernd nur selten erreicht wird) angewiesen und ist gleichzeitig bereit, für das teuerste Mobilabo zu bezahlen.
Die Luft als Übertragungsmedium für Mobilfunk ist eine begrenzte Resource. Daran werden auch künftige Mobilfunkgenerationen nichts ändern, weil die Physik die Grenzen setzt. Die sinnvollste Verwendung dieser Resource durch den Mobilfunk liegt in der großflächigen Nutzung bei moderaten Datenvolumen und Download-Geschwindigkeiten. Hohe Datenvolumen und Geschwindigkeiten sollten über das Glasfasernetz abgewickelt werden, denn diese Resource kann den Bedürfnissen entsprechend zugebaut werden. Außerdem ist der Energieverbrauch pro übermittelter Dateneinheit beim Mobilfunk distanzabhängig um ein mehrfaches höher als beim Glasfasernetz mit WLAN-Router. Aus diesen Gründen ist es nicht sinnvoll, zuhause Filme über das Mobilfunknetz zu streamen. Sinnvoll wäre dagegen ein am Glasfasernetz angeschlossener WLAN-Router, den sich mehrere Nutzer untereinander teilen würden.
Mir ist aufgefallen, dass bei mehrtägigen Großanlässen und Musikfestivals in meiner Stadt zusätzliche temporäre Mobilfunk-Basisstationen mit eigenen Antennen aufgestellt wurden. Damit Ballungszentren künftig nicht mit 5G-Antennen bewaldet werden müssten, wäre es aus Nutzersicht wünschenswert, frei zugängliches WLAN nach dem Standard 802.11ax, sogenanntes Wi-Fi 6, bereitzustellen. Wi-Fi 6 ist für den Frequenzbereich von 1 bis 6 GHz spezifiziert und moduliert bis 1024-QAM. Ein Netzwerk von vermaschten Wi-Fi Hotspots mit automatischem Handover bietet ähnliche Leistungsdaten wie 5G bei zugleich kleinerer Strahlenbelastung und geringerem Energieverbrauch.
Hinweis: Dieser Text inklusive einer Grafik mit Resonanzlinien steht als PDF im A4 Hoch- und Querformat zum Download bereit.