EMF 6: Pulsung & Modulation bei Mobilfunk, WLAN & Co. – Alles (noch) schlimmer mit 4G & 5G?

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Unterschied zwischen den 5G (u.a. FMBC) Modulationen und 4G (OFDM)

Unterschied zwischen den 5G (u.a. FMBC) Modulationen und 4G (OFDM). Quelle: [1]

Im letzten EMF-Artikel ging es um die Leistungsdichte, dieser Blogpost wird sich nun mit der so-genannten Pulsung und der Modulation der verschiedenen Mobilfunkstandards & WLAN beschäftigen. Das ganze Thema ist recht komplex – auch für mich mit einer Nachrichten- und elektrotechnischen Ausbildung. Ich versuche deswegen das ganze stark zu vereinfachen, ohne jedoch technischen Unsinn zu erzählen, mit dem man sich in Diskussionen dann unglaubwürdig macht. Hier die Themen:

  • Puls(anteil) und Modulation – was meine ich damit?
  • Warum das Verständnis von Pulsung und Modulation wichtig ist
  • Überblick über die Mobilfunkstandards 2G, 3G, 4G, 5G
  • Was bezeichne ich als “Pulsung”?
  • Was bezeichne ich als “Modulation”?

Am Ende des Artikels folgt mein übliches Fazit.

Hinweis: Für mehr zum Thema EMF, Mobilfunk & Co. schaut mal auf meine Seite zu EMF & Co.

Puls(anteil) und Modulation – was meine ich damit?

Für mich gibt es in Bezug zur Überschrift zwei Kern-Aspekte:

  1. Der periodisch auftretende Pulsanteil eines Mobilfunkstandards
    • mit Fokus auf den Bereich körpereigener Frequenzen (u.a. Alphawellen, Schuhmann Resonanz),
    • also insb. alles was im Bereich unter 500 Hz liegt.
  2. Und die Auswirkungen der jeweiligen Signalform (Modulation) auf den Organismus
    • wobei hier die Forschung noch sehr ‘schwach’ ist.
    • Es scheint jedoch mit der Komplexität des (künstlichen) Signals schlechter zu werden.

Ich schaue etwas tiefer in diesen Bereich um mein Bewusstsein in Bezug auf die Gefährdungspotentiale der unterschiedlichen Technologien zu schärfen. Gut ist alles nicht, jedoch scheint einiges im  Vergleich schlechter zu sein.

Warum das Verständnis von Pulsung und Modulation wichtig ist

Aufmerksam wurde ich hier über Aussagen von Dr. Devra Davis, von der ich hier schon einen Vortrag zusammengefasst hatte [6] und von Dr. Jack Kruse, welcher sich in aktuellen Podcasts [7][8] sehr Kritisch in Bezug auf 4G und 5G äußert. Kruse sagt zusammenfassend, das die komplexe Signalform von 5G (und auch schon 4G) stark unterschiedlich von 2G & 3G ist und konkret negative Auswirkungen auf den menschlichen Organismus hat bzw. haben wird.

Zusammenfassung der NTP-Studie in Bezug auf die beobachteten Auswirkungen & Krankheiten

Zusammenfassung der NTP-Studie in Bezug auf die beobachteten Auswirkungen & Krankheiten. Quelle: [9]

Dr. Davis sagt in Bezug zu den Ergebnissen der NTP-Studie in den USA (der größten Studie zu Mobilfunk überhaupt, welche die Verbindung von Mobilfunk und Krebs für mich eindeutig belegt hat) ähnliches – das es weniger die Leistung, sondern die spezifische Modulation (Wellenform) ist, welche den biologischen Effekt ausmacht:

“Then it looks from all the studies so far, that it is not the power of these devices that influences their biological effect – it’s the pulse-modulation – and the pulse may be much more important than the power. So even the newer technologies will be weaker in power, they will be still modulated in pulse.” (min. 37:50 in [6])

In den Vorab-Daten zur NTP-Studie [9] sind dann auch die negativen Auswirkungen (Krebs, Herz, Leber, Blut & Co.) stärker mit der CDMA-Modulation (welche auch in 3G und 4G/LTE genutzt wird) als mit der TDMA (GSM) Modulation verbunden. Leider verglich die NTP-Studie nur die 2G-Technologien GSM und CDMA (USA).

Überblick über die Mobilfunkstandards 2G, 3G, 4G, 5G

Bevor ich weiter im Hauptthema mach, möchte ich doch noch mal allerlei Buchstaben-Krams hier einführen, also das der Leser mal kurz einen Überblick über die ganzen G’s und Standards hat – zumindest die Namen mal gelesen hat. Erst einmal eine Tabelle [3]:

Start Standard Modulation Geschwindigkeit
Generationen
2nd G 2G 1990 GSM GMSK mit TDMA 9.6 K
1993 CDMA One CDMA 9.6 K
2.5G 1997 GPRS FDMA/TDMA 35 bis 171 k
2.75G 1999 EDGE FDMA/TDMA 120 bis 384 K
3rd G 3G 2000 UMTS OVSF mit WCDMA 384 K bis 1 M
3.5G 2007 HSDPA WCDMA 1 bis 2 M
3.75G 2009 HSUPA WCDMA 2 bis 3 M
4G 2010 WIMAX OFDM 3 bis 10 M
2013 LTE OFDM(A) 20 bis 100 M
5G 2020 WWWW FBMC (in Diskussion) 1 bis 100 G

Folgendes bedeuten die Abkürzungen [2]:

  • GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying
  • CDMA: Code Division Multiple Access
  • TDMA: Time Division Multiple Access
  • OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor Codes
  • OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
  • FMBC: Filter Bank Multi-Carrier

Wobei anzumerken ist, das bei 5G ein riesiges Spektrum an (Sub-)Standards zu Einsatz kommen wird, wobei das noch im Fluss ist. Deswegen folgt zu 5G auch noch ein extra Artikel. Dazu gesellen sich dann noch die verschiedenen WLAN-Standards (802.11 a/g/n/ac), die alle OFDM basierend sind (wie LTE). Der Behördenfunk TETRA ist dann ähnlich GSM (TDMA), jedoch mit ein paar unschönen Eigenheiten bezüglich der Pulsung (17,6 Hz) [12].

Was bezeichne ich als “Pulsung”?

Pulsung eines GSM-Signals als Beispiel.

Pulsung eines GSM-Signals als Beispiel.

Die Pulsung kann man sich vereinfacht als ein Ein- und Ausschalten des Funksignals vorstellen [2], was insbesondere die TDMA-Basierenden Standards betrifft – jedoch nicht nur. Bei TDMA teilen sich verschiedene Teilnehmer ‘Zeitschlitze’ in denen Sie Ihre Datenhäppchen senden. dann ist es kurz ruhig, danach geht es mit dem nächsten Teilnehmer weiter – je nach Abstand zur Sendemasten mit unterschiedlich Sendeleistung. Typische TDMA-Pulsfrequenzen sind:

  • TETRA (Behördenfunk): 17,6 Hz
  • DECT (Schnurlos): 100 Hz
  • GSM: 217 Hz

Gerade TETRA und DECT liegen für mich definitiv in einem bedenklichen Bereich – weil nahe bei bzw. fast genaue vielfache von körpereigenen Frequenzen, wie u.a. [10]:

  • Theta: 4-8 Hz
  • Alpha: 8-13 Hz
  • Beta: 13-30 Hz
  • EEG: 3, 5, 7, 10 und 17 Hz (predominant)
  • EEG: 8, 19 und 42 Hz (weniger Ausgeprägt)
  • Gamma: 30-80 Hz und High-Gamma: 80-150 Hz

Bei 3G, 4G, 5G, WLAN, DAB, DVB-T gibt es dann keine hat dann keine Pulsung im Sinne von GSM (TDMA) und co. – jedoch anderweitig komplexe Signale die ein Pulsverhalten mit verschiedenen Frequenzmustern zeigen [5]:

  • GSM: 217 Hz und vielfache davon (Oberschwingungen).
  • UMTS: 1,5 KHz (und vielfache)
  • LTE: 2 KHz (und vielfache)

FFT-Spektrum und Spektrogramm eines LTE-Signals bis 850 Hz

FFT-Spektrum und Spektrogramm eines LTE-Signals bis 850 Hz. Quelle: [5].

Jedoch kommt nach der Analyse von Baubiologe Dr. Virnich bei LTE noch etwas hinzu:

“man erkennt dominante Spektrallinien bei 25 Hz und 200 Hz sowie ein ganzes Liniengitter mit Abständen der Spektrallinien von 25 Hz, 50 Hz, 100 Hz und 200 Hz. Dies deutet auf starke Pulsanteile hin.” [5] (Anm.: Hervorhebungen durch mich)

Wer mag, dem empfehle ich mal die Grafiken aus dem Dokument von Virnich anzuschauen [5]. Für mich bedeutet es jedenfalls, das LTE in Bezug auf den Pulsanteil deutlich schlechter zu bewerten ist als UMTS. Ggf. ist das der Grund, warum ich schon oft gelesen habe LTE im Smartphone besser abzustellen, weil die (biologische) Belastung höher sei, als bei UMTS.

FFT-Spektrum und Spektrogramm eines WLAN-Signals im Standby (g-Standard) bis 450 Hz

FFT-Spektrum und Spektrogramm eines WLAN-Signals im Standby (g-Standard) bis 450 Hz. Quelle: [5]

Auch die üblichen WLAN–Standards scheinen hohe Pulsanteile zu haben. So schreibt Virnich:

“der Abstand der Spektrallinien beträgt knapp 10 Hz, entsprechend der Standby-Pulsfrequenz von 9,7 Hz.” [5] (Anm.: Hervorhebungen durch mich)

Das bedeutet, das WLAN-Access Points auch ohne aktive Nutzung durchaus starke und periodische Pulsanteile im Bereich der körpereigenen Alphawellen haben. Angesichts der Dichte von WLAN in heutigen Wohnbebauungen und insbesondere Innenstadtlagen in Hochhäusern finde ich das nicht gerade ‘prickelnd’. So möchte ich nur noch mal an die Warnung der Telekom erinnern, die in dem Benutzerhandbuch Ihrer neuen Speedport-Router folgendes schreibt:

“Die integrierten Antennen Ihres Speedport senden und empfangen Funksignale bspw. für die Bereitstellung Ihres WLAN. Vermeiden Sie das Aufstellen Ihres Speedport in unmittelbarer Nähe zu Schlaf-, Kinder- und Aufenthaltsräumen, um die Belastung durch elektromagnetische Felder so gering wie möglich zu halten.” [11]

Da scheinen mir andere Menschen auch aufzuwachen…

Was bezeichne ich als “Modulation”?

Ganz ‘früher’ gab es nur die so-genannte Amplituden (AM) und dann die Frequenz-Modulation (FM) – mit der auch noch das herkömmliche Radio auf der Ultra Kurzen Welle (UKW) Arbeitet. Dabei geht es noch sehr analog und eher ‘natürlich’ zu – entweder wird die Amplitude (‘Spannung’) einer Sinuskurve verändert – oder die Frequenz.

Die ‘digitalen’ Modulationen, von denen im ersten Teil zumindest die Namen vorgestellt wurden, sind da deutlich komplexer – Sie müssen in relativ wenig Bandbreite (GSM: 200 KHz, LTE: 20 MHz) sehr viele Informationen (Bits) quetschen und haben sehr komplexe Signale mit spezifischen Auffälligkeiten [siehe auch: 5].

Drei OFDM Subkanäle

Drei OFDM Subkanäle (4G). Quelle: [3]

Drei FMBC Subkanäle.

Drei FMBC Subkanäle (5G). Quelle: [3]

In Bezug auf den Unterschied von LTE (4G) und den Kandidaten für die 5G Modulation wird es ggf. weitere Verschlechterungen in Bezug auf die biologische Verträglichkeit geben, wie das erste Bild dieses Artikels verdeutlicht und nebenstehende auch noch einmal visualisieren. Die Quelle schreibt dann auch zu dem Unterschied der Wellenformen von 5G, das diese deutlich ‘schärfer’ ist:

“As shown 5G waveforms i.e. FBMC, UFMC and GFDM are sharper than LTE power spectrum waveform.” [1]

Wie eingangs auch zitiert, sieht auch Dr. D. Davis gerade die Modulationsart des spezifischen Mobilfunkstandards als einen wichtigen Punkt in Bezug auf die biologische Wirkung – ggf. wichtiger als die Leistungsdichte. Darauf deuten ja auch die Ergebnisse der NTP-Studie in Bezug auf GSM (TDMA) und CDMA hin.

Mein Fazit

Was soll ich schreiben? Mit LTE (4G) ist es im Vergleich zu 2G und 3G nicht besser geworden. Bei 5G wird es in Bezug auf die biologische Verträglichkeit der Modulation wohl noch mal schlimmer. Die Vorabdaten der NTP-Studie in den USA sind ziemlich Gruselig [6][9] und müssten in Konsequenz zu einer Hochstufung des Mobilfunks in die WHO/IARC Krebs-Kategorie 1 (macht Krebs), zumindest jedoch 2A (macht höchstwahrscheinlich Krebs) führen. Das meint auch Frau Dr. D. Davis.

Wer nur mobil telefonieren mag, der sollte sich – solange es GSM noch gibt – ggf. mit einem altem ‘nur-GSM’ Telefon ausstatten bzw. 3/4/5G ausschalten. Letzteres geht noch bei den meisten aktuellen Smartphones. Ob das in Bezug auf die Antenne und Leistungsabgabe optimal ist, kann ich nicht sagen – jedoch ist die Modulation von GSM wohl besser verträglich als die von CDMA basierten Standards wie 3G & LTE. Zudem ist auch der Crest-Faktor deutlich geringer und die Pulsung um 25, 50, 100, etc. Hz bei LTE wird vermieden.

Wer sich viel und dicht bei anderen Menschen mit modernen Smartphones aufhalten muss (z.B. ÖPNV, Arbeit, Meetings, Kantinen, Geschäfte, Schlangen, etc.) der sollte meiner Ansicht nach auf jeden Fall schauen, durch welche Strategien er seine Exposition verringern kann. Dazu werde ich in Folgeartikeln noch mehr schreiben.

Quellen / Links

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