EMF 8: 5G Mobilfunk – NOCH MEHR Belastung durch massives MIMO, Beamforming & bis zu 86 GHz MMW ?!

5G Mobilfunk

5G Mobilfunk. Quelle: Pixabay

In diesem Teil meiner EMF-Serie möchte ich auf den kommenden 5G Mobilfunk-Standard eingehen und betrachten ob dieser im Vergleich zu GSM und LTE (4G) weitere Verschlechterungen in Bezug auf die biologische Verträglichkeit bedeutet…

Der 5G-Standard ist teils noch in der Entwicklung und, ganz wichtig, in vielen Teilen nicht einfach eine Fortsetzung von 3G oder 4G. 5G nutzt u.a. Teil komplett andere Frequenzen bis zu ca. 86 GHz. Dieser Bereich wird auch Millimeterwelle (MMW) genannt und erstreckt sich über den Bereich von 30 bis 300 GHz. Das Problem: Diese Frequenzen wirken sich anders auf den Menschen aus als die bisherigen (<=5 GHz).

In diesem Beitrag werde ich kurz in die neuen Begriffe der 5G Technik einführen und dann das ganze mit Schwerpunkt auf die MMW abschließend betrachten. Und diesen Artikel so kompakt wie möglich zu halten, setzte ich voraus das EMF Teil 5 (Leistungsdichte) und EMF Teil 6 (Pulsung und Modulation) gelesen wurden bzw. die Begriffe grob verstanden werden.

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

Wofür überhaupt 5G?

5G soll so ziemlich das ‘Alles-Netzwerk’ werden mit dem alles vernetzt ist, was heute noch über Kabel, ‘Ablesen’ (z.B. Gas- und Stromzähler) und WLAN abgewickelt wird. Durch verschiedene Frequenzbereiche eignet sich 5G für den Einsatz über große Entfernungen, jedoch auch für die Installation in dichten Gebieten wie Innenstädten, Firmengeländen, Gebäuden, etc. So müssen nicht mehr zwei oder mehr Infrastrukturen gepflegt werden (z.B. Mobilfunkverträge, WLAN, Verkabelung), sondern nur noch eine. Die Frequenzvergabe für 5G sieht auch vor, das z.B. Firmen auf Werksgeländen & Co. ‘private’ 5G Netze aufbauen können [5]. Da 5G für schnelle Ortswechsel des Empfängers relativ zur Basisstation ausgelegt ist – ist es sicher auch ein Eckpfeiler für die Vernetzung von Kfz und das automatische Fahren im großen Maßstab.

Neues bei 5G: Millimeterband, (massives) MIMO, Voll-Duplex, Beamforming, Mikrozellen, FBMC

In einem Artikel der IEEE zu 5G [1], den es auch als Video gibt [2] habe ich folgende 5 Kernpunkte entnommen die 5G von 4G unterscheiden, wobei ich noch einen 6ten Punkt ergänze. In meinen Kommentaren werde ich auch auf erste Implikationen in Bezug auf eine mögliche Steigerung der Belastung eingehen.

1. Nutzung von Millimeterwellen zwischen 30 und ca. 86 GHz

Mit 5G wird das genutzte Funkspektrum gegenüber 2G, 3G und 4G deutlichst erweitert. Spielte sich bisher alles eher im Bereich von ca. 800 Mhz bis 2,7GHz ab ist es nun der Bereich von 600 MHz bis ca. 86 GHz. Dabei wird in drei grobe Frequenzbereiche unterschieden [4]:

  • Low (0.6 GHz – 3.7 GHz)
  • Mid (3.7 – 24 GHz) und
  • High (24 GHz und höher) Frequenzbänder.

In welchem Land zu wann genau was eingesetzt wird ist unterschiedlich und befindet sich teils noch im Fluss. In Deutschland wird dies zuerst das 3,6 GHz Band und später das 2 GHz Band sein [5]. Je nach Land werden dann die höheren Frequenzen nach und nach genutzt werden, wobei dies in Deutschland erst einmal die Bänder um 3,7-3,8 GHz und 26 GHz sind, welche dann zur lokalen Nutzung, z.B. Städten, Gemeinten und Firmengeländen bereitstehen [3].

Das ‘Problem’: Je höher die Frequenz, desto einfacher kann das Signal gestört bzw. abgeschirmt werden. So werden die hohen MMW-Frequenzen später wohl primär im Nahbereich in Mikrozellen eingesetzt und die Sendeleistung deutlich erhöht werden (müssen)Faktoren von 10 sind wohl im Gespräch und bereits von Lobbyisten gefordert [10][11] . Zum Vergleich: Beim 5 GHz WLAN wird mit 1 Watt gegenüber 100 mW bei 2,4GHz WLAN gesendet (EIRP) und mit dem 1 Watt (über Crest-Faktor  bis zu 20 Watt) kommt man nur gut 50 Meter oder (in Gebäuden) weniger weit. So wird die Nutzung der MMW zur Folge haben, das die Dichte der Sendestation und wohl auch die Sendeleistung steigen wird  – ein Wahnsinn. Was die gesundheitlichen Auswirkungen der Nutzung der MMW ist – das ist ebenfalls nicht klar, weswegen ich später auf einige Studien eingehen werde.

Das Problem für den Menschen: Die Auswirkungen von MMW auf den menschlichen Organismus sind kaum erforscht. Im Unterschied zu den aktuellen Frequenzen wird die Leistung aus den MMW bereits zu großen Teilen in den ersten Millimetern der Haut absorbiert und hat hier wohl Einflüsse auf Schweißdruesen, Nervenenden, Zellen & Co [7][14][15]. So nutzt die USA (Militär) bereits eine so-genannte nicht-tödliche Energiewaffe (ADS), mit der auf Basis von 94 GHz MMW schmerzen in den Nervenenden von Menschen erzeugt werden werden können [14][15]. Gerade die höheren MMW-Frequenzen könnten also durchaus Kritisch sein.

Doppelter Wahnsinn: Mehr Sendestationen die näher an den Menschen sind und mit mehr Leistung funken – ich hoffe das sich 5G auf MMW nicht durchsetzt. Ein Trost: Flächendeckend wird das MMW-Band nie wohl eingesetzt werden – eher in Firmengeländen, Einkaufsmeilen, Innenstädten und Ballungszentren.

2. Mikrozellen (mit <<= 250 Metern Reichweite)

Mikrozellen decken kleinere Gebiete ab – dafür gibt es dann jedoch mehr Sendestation auf der gleichen Fläche wie vorher. Sinken dürfte die effektive Belastung (Leistungsdichte) dadurch nicht – weil die Stationen näher an die Wohnungen und Aufenthaltsorte der Menschen wandern und bei Nutzung der MMW tendenziell mehr Sendeleistung benötigt wird. Wie es sich mit der Reichweite und Sendeleistung im MMW-Bereich, insbesondere bei Frequenzen >60 GHz verhält ist aktuell wohl noch recht unklar – die Entwicklungen laufen noch.

Problematisch: Für alle Menschen die in zentralen Innenstadtlagen wohnen – oder in Firmen Arbeiten welche irgendwann (Pico-, Nano- und/oder) Mikrozellen einsetzen.

3. Massive MIMO (ganz viele Antennen)

Heutige 4G Basisstationen haben wie moderne WLAN’s mehrere Antennen (MIMO), über welche parallele  Datenübertragungen abgewickelt werden können. 5G Stationen werden deutlich mehr Antennen haben (ca. 100) um parallel auf verschiedenen Kanälen gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Alleine dadurch soll die Übertragungskapazität um den Faktor 22 (oder mehr) steigen – datürlich auch die summierte Leistungsdichte, welche sich bisher pro Kanal begrenzt ist.

Mehr Belastung (Leistungsdichte): Insbesondere wenn die zusätzliche Übertragungskapazität von 5G ausgenutzt wird.

4. Beamforming (Richtfunk)

Hier wird versucht das Funksignal (und die Leistung) besser auf den jeweiligen Empfänger zu fokussieren – also mit einer Richtungscharakteristik – anstatt das Signal recht ‘breit’ in die Umgebung zu senden. Um das zu verstehen, empfehle ich EMF Teil 5 zu lesen – insb. den Abschnitt mit der Sendekeule.

Durchaus Kritisch: Beamforming kann durchaus Entlastung für einige Bereiche bringen, jedoch eine Mehrbelastung für alle bzw. alles was im Richtungsvektor zwischen Sender und Empfänger liegt.

5. Voll-Duplex (Gleichzeitiges Senden & Empfangen)

Aktuelle Standards erlauben nicht das gleichzeitige Senden und Empfangen (Vollduplex). Bei 5G soll es dann möglich sein, zur gleichen Zeit auf der gleichen Frequenz zu senden und zu empfangen.

Unklar, eher ungünstig: Hier werden die Funkkanäle ‘noch mehr vollgepackt’, die Modulation wohl noch komplexer – ich denke nicht, das dies eine Entlastung bringen wird.

6. Modulation – FBMC & Co.

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

Unterschied zwischen den 5G (u.a. FMBC) Modulationen und 4G (OFDM). Quelle: [6]

Wie im EMF Teil 6 schon angesprochen bekommt 5G eine neue Modulation. Aktuell stehen verschiedene zur Diskussion (filtered OFDM, FBMC, GFDM, …), wobei davon auszugehen ist, das dass Signal komplexer wird – und dies nicht positiv in Bezug auf die biologische Verträglichkeit sein wird:

“As shown 5G waveforms i.e. FBMC, UFMC and GFDM are sharper than LTE power spectrum waveform.” [6]

Eher negativ: Scharfe Signalflanken kenne ich nur im Kontext von ungünstigen Effekten auf biologische Organismen (u.a. den Mensch).

Die Studienlage zu 5G, MMW & Co.

Hier versuche ich einen detaillierteren Überblick mit Fokus auf wissenschaftliche Fakten zu geben und mache mit zwischendurch dazu meine Gedanken. mein Ziel als Dipl. Ing. ist keine Panik zu verbreiten, sondern evidenz für eine sachliche Diskussion und Argumentation (z.B. bei Städten, Kommunen und Arbeitgebern bzw. dem Arbeitsschutz) zu sammeln.

Biologische Effekte von MMW

Joel M. Moskowitz, Ph.D [4] und andere [7][20] schreiben in Bezug auf die biologischen Effekte, das diese (je nach Frequenz) größtenteils innerhalb er ersten Millimeter der Haut und der Corona (des Auges!) absorbiert werden. Wie schon weiter oben beschrieben sind hier insb. Nervenenden, Schweißdrüsen und Kapillargefäße betroffen. So könnten sich biologische Effekte über das Nervensystem ausbreiten. Wichtig: Schon heute ist nachgewiesen, das EMF viele neuropsychische Effekte auslöst, welche u.a. auch zu Depressionen führen können [16].

Ein Review aus 2010 [17] fasste in Bezug auf die Auswirkungen von MMW zusammen, das Studien nahelegen das MMW Struktur und Funktion von Zellmembranen (Calcium-Ionenkanäle) verändern und u.a. das Immunsystem durch Stimulation des neuralen Systems aktivieren (-> Nervenenden): Aus der Studie:

“A large number of cellular studies have indicated that MMW may alter structural and functional properties of membranes.

Eine Meta-Studie aus 1998 (US-Army & Air Force Wissenschaftler) zitiert eine russische Studie, bei der 30-80% der Probanden MMW niedriger Intensität spüren konnten [18]:

“Increased sensitivity and even hypersensitivity of individual specimens to MMW may be real. Depending on the exposure characteristics, especially wavelength, a low-intensity MMW radiation was perceived by 30 to 80% of healthy examinees (Lebedeva, 1993, 1995)”

MMW haben wohl auch Einfluss auf Mikroben und Bakterien (Wachstum, Aktivität) inkl. ggf. möglicher Antibiotika-Resistenz – wobei solche Bakterien schon im Bereich von Sendestationen gefunden wurden [19]:

“…bacteria and other cells might communicate with each other by electromagnetic field of sub-extremely high frequency range. These MMW affected Escherichia coli and many other bacteria, mainly depressing their growth and changing properties and activity.” und “…it is interesting that bacteria [that] survived near telecommunication-based stations like Bacillus and Clostridium spp. have been found to be multidrug resistant

Andere Studien haben auch Auswirkungen auf Pflanzen (“peroxidase isoenzyme spectrum changes”, Weizen) [21] gefunden [7]. Auch Insekten und Vögel sind grundsätzlich von Mikrowellen & Co. betroffen, wie auch eine Meta-Studie aus 2012 nahelegt, welche über 500 Studien analysiert hatte [22].

Ein weiterer Bericht [8] zitiert mit verweis auf viele Studien weitere Effekte von MMW wie Veränderung der Gen-Expression, förderung von Zellwachstum (Tumore?), Oxidativem Stress, Entzündungen, Neuromuskulären Störungen, etc. pp.:

“Preliminary observations showed that MMW increase skin temperature, alter gene expression, promote cellular proliferation and synthesis of proteins linked with oxidative stress, inflammatory and metabolic processes, could generate ocular damages, affect neuro-muscular dynamics

Das ganze geht dann noch munter weiter [8][9][23] – wobei die Forschung und das Verständnis der Effekte im Verhältnis eher gering ist. Krebs scheint jedoch nur eines von vielen Problemen zu sein – mit einer langen Inkubationszeit. Die Effekte auf Nervensystem, Hormonhaushalt (u.a. Melatonin, Insulin), Neurotransmitter (Dopamin), reproduktive Organe, etc. scheinen mir schon kurzfristig gewichtiger – denn diese Effekte haben unmittelbaren Einfluss auf die Lebensqualität. Hier mal eine erschreckende Zusammenfassung [9]:

Neurological/neuropsychiatric effects (23 reviews). […]: sleep disturbance/insomnia; fatigue/tiredess; headache; depression/depressiven symptoms; lack of concentration/attention/cognitive dysfunction; dizziness/vertigo; memory changes; restlessness/tension/anxiety/stress/agitation; irritability. These findings are not just based on epidemiological findings but are also based on profound impacts of EMFs, at levels well within our safety guidelines, on brain structure and function and also on the mechanism of non-thermal EMF action discussed below.

Meine Gedanken zur MMW

Durch die Nutzung vielfältiger Frequenzbereiche und Modulationen im Bereich der MMW wird es dann wohl auch sicher sehr lange dauern bis große Studien hier juristisch verwertbare ‘Gewissheit’ schaffen. So hat die große US-NTP Studie (2016 beendet) nur GSM und CDMA untersucht, was schon 25 Millionen Dollar gekostet hat und sich über viele Jahre hinzog, davon alleine 2 Jahre von der Pressekonferenz über die wichtgsten Ergebnisse (in 2016) bis zum erwarteten Abschlussbericht gegen Ende dieses Jahres (2018). Zumindest ist jetzt ziemlich klar, das Mobilfunk Krebs macht – Punkt. Da 5G jedoch Bereich von 700 MHz bis 86 GHz nutzt wird es sicher nicht besser werden. EMF Teil 9 wird dann noch weiter auf diese Studie eingehen

Weiterhin stehen die maximalen Sendeleitungen in Bezug auf 5G, gerade in den MMW-Bereich, noch nicht fest. Die Industrie versucht hier höhere Grenzwerte durchzusetzen, da die MMW ja kaum über die Haut hinaus tiefer in den Körper eindringt. Das vernachlässigt natürlich komplett die viel konzentrierte Wirkung im Bereich der Haut, der Nervenenden und der Schweißdrüsen. Was 1-10 Millimeter Eindringtiefe dann für Insekten, Biene, Vögel und Pflanzen bedeuten – ich denke, das kann sich jeder selber ausmahlen. Das Problem: Mit der ggf. höheren Leistung der MMW werden dann auch schnell gut 90% der Sendeleitung wirklich vom Körper, Insekt, Tier oder der Pflanze resorbiert – nicht nur ein geringerer Teil wie bei Mikrowelle im Bereich unter 3,5 GHz oder sogar unter 1 GHz. Im Verhältnis trifft das ganze also Kleintiere und Pflanzen sogar mehr als den Menschen.

Mein Fazit

Da 5G in viele Trickkisten greift und zu den bestehenden auch komplett neue Frequenzbereiche bis fast 100 GHz nutzen wird, ist noch gar nicht klar was da alles auf biologischer, neurologischer  und bio-physikalischer Ebene bei Organismen (Menschen, Tiere, Insekten und Pflanzen) an neuen Ungemach passieren kann. Studien in Bezug auf die Auswirkungen von MMW auf Organismen sind noch rar – und die, welche ich hier angegeben habe lesen sich nicht erfreulich. So wird dann wohl losgelegt und installiert werden – bevor man auch nur teilweise weiß bzw. versteht was man eigentlich angerichtet hat. All das macht natürlich die tausenden von Studien welche die schädlichen Auswirkungen der aktuellen Technologien belegen bzw. assoziieren nicht weg – bei 5G kommt nur noch mehr hinzu.

So scheinen die neuen Techniken von 5G die Belastungen in Bezug auf biologische Organismen (u.a. Menschen) zu vergrößern und insb. zusammen mit der Nutzung von MMW ganz neue Probleme hinzuzufügen. Ein Ansteigen der Leistungsdichte und eine wohl noch komplexere Modulation mit noch ‘härteren’ bzw. scharfen Impulsformen lassen meinerseits nichts gutes vermuten. So gibt es auch heute schon viele Ärzte die darauf aufmerksam machen wie sich bestimmte Krebs-Arten in Gebieten mit viel Belastung durch Mobilfunk & Co. entwickeln: sehr negativ [24][25]. Anekdotisch möchte ich folgendes hier zum Nachdenken einstellen:

“Ich kenne etliche Onkologen, davon hat mir vor kurzem Einer sein Leid geklagt: ‘Es ist unbegreiflich warum in letzter Zeit, auch bei jungen Leuten, die Lymphome so zugenommen haben, vor allem an der Parotis!‘”

Und diese Aussage basiert ja nur auf dem aktuellem Mobilfunk & Co. – bzw. den akkumulierten Effekten der letzten 10-20 Jahre. Das, was sich heute schon zwischen 800 MHz und 3,5 GHz mit 4G und LTE abspielt, geht jedoch mit 5G nicht weg – selbst wenn 3G und LTE in naher oder ferner Zukunft abgestellt werden. Dies, da 5G ja in den selben Frequenzbereichen sendet – nur mit anderer Modulation und durch Beamforming & Co. mit punktuell (höher) fokussierter Sendeleistung. Erste 5G Mobiltelefone die im Bereich bis 40 GHz funken können werden schon 2019 erwartet – denn Qualcomm hat zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels entsprechende Chipsätze & Antennenmodule vorgestellt.

 


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