Mobilfunk und Technik

Transkript

1 Mobilfunk und Technik GSM UMTS LTE 1

2 2 3 Mobilfunk und Technik Das Handy ist heute nahezu nicht mehr wegzudenken. Es ist zu einem der wichtigsten Werkzeug in unserem modernen Alltagsleben geworden. Die neuen Mobilfunktechnologien bringen zahlreiche neue Kommunikationsmöglichkeiten und Chancen mit sich, die sowohl im Privat- wie Geschäftsleben zum Einsatz kommen. Doch welche Technik steckt eigentlich hinter den vielfältigen Möglichkeiten des Mobilfunks? Was geschieht physikalisch beim Telefonieren mit dem Handy? Und was hat es mit Funknetzen, Frequenzen und elektromagnetischen Wellen auf sich? Was versteht man unter GSM, UMTS oder LTE? Auf diese und viele weitere Fragen gibt diese Broschüre erste Antworten. Ihre weiterführenden Fragen beantworten wir gerne persönlich. Kontaktadressen finden Sie am Ende dieser Broschüre. Sendegebiet im Ort: Erstklassige Versorgung auf dem neuesten Stand der Technik ist heute überall selbstverständlich geworden.

3 4 5 Funkwellen und elektromagnetische Felder Funkwellen sind ein Teilbereich des breiten Spektrums elektromagnetischer Felder (EMF). Dieses reicht von statischen elektrischen und magnetischen Feldern wie dem Magnetfeld der Erde über Niederfrequenz wie dem Haushaltsstrom, der Hochfrequenz mit ihren Funkanwendungen bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlen (siehe Abbildung). Immissionsquellen Frequenz 50 Hz 30 KHz 3 GHz 3 THz Netzfrequenz Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle, Ultrakurzwelle, Mobilfunk, Mikrowelle, Radar Infrarote Strahlung, Sichtbares Licht, UV-Strahlung Röntgenstrahlung, Gammastrahlung Niederfrequente Felder Hochfrequente Felder Optische Strahlung Nichtionisierende Strahlung Ionisierende Strahlung

4 6 7 Seit rund 100 Jahren dienen Funkwellen der Übertragung von Informationen. Sie sind die Grundlage für Fernsehen, Radio und Mobilfunk. Auch Polizei und Feuerwehr sowie alle Notruf- und Rettungseinrichtungen sind auf ihre Nutzung angewiesen. Funkwellen sind für unsere moderne Gesellschaft unentbehrlich. Um besser zu verstehen was Funkwellen sind, hilft ein einfaches Beispiel: Wirft man einen Stein in ruhiges Wasser, so bilden sich Wellen, die sich ausgehend von der Eintauchstelle auf der Wasseroberfläche ausbreiten. Diese Wellen übertragen Energie ganz ähnlich wie es auch elektromagnetische Wellen, die beispielsweise von einem Sender ausgehen, tun. Viele elektromagnetische Felder entstehen in der Natur selbst. So ist zum Beispiel die Wärmestrahlung der Sonne ein elektromagnetisches Feld. Andere werden von technischen Geräten erzeugt. Babyphon, Fernseher oder Satelliten sie alle senden solche Felder aus. Elektromagnetische Felder in der Umwelt Elektromagnetische Felder werden anhand ihrer Frequenz klassifiziert. Die Frequenz wird in Hertz angegeben. 1 Hertz entspricht dabei einer kompletten Schwingung pro Sekunde. 0 sec. 1 sec. Nach ihrer Frequenz lassen sich die Felder in zwei große Bereiche einteilen: den nicht-ionisierenden Bereich, in den sowohl Niederfrequenz als auch Hochfrequenz fallen, und den ionisierenden Bereich, zu dem Röntgenstrahlung und Radioaktivität gehören. Den Übergang zwischen den beiden Bereichen markiert das sichtbare Licht ( optische Strahlung ). Niederfrequenter Bereich Niederfrequente elektrische und magnetische Felder reichen von 0 Hertz bis 30 Kilohertz, das sind Schwingungen pro Sekunde. Niederfrequente Felder treten vor allem bei der Energieerzeugung und -übertragung auf (Hochspannungsleitungen). Frequenzen um 50 Hertz werden beim Betrieb von Haushaltsgeräten eingesetzt. Hochfrequenter Bereich Der hochfrequente elektromagnetische Bereich reicht von 30 Kilohertz bis 300 Gigahertz. Er umfasst unter anderem die Funkfelder der Rundfunk- und Fernsehtechnik, den Mobilfunk sowie DECT, Satelliten-, Flugradar und funkbasierte Haushaltsanwendungen (z.b. Garagenöffner, Babyphones, usw.). 1 Hertz (Hz) entspricht 1 Schwingung pro Sekunde 1 Megahertz (MHz) sind 1 Million Hertz 1 Gigahertz (GHz) sind Millionen Hertz 1 Hertz = 1 Schwingung/Sekunde (1 Hz = 1 s -1 )

5 8 9 Grundlagen der Mobilfunktechnik Mobiles Telefonieren Eine Alltagssituation: Sie sind unterwegs und wollen Ihre Familie anrufen. Sie wählen die entsprechende Telefonnummer, die das Handy per Funkwellen zur nächstgelegenen Basisstation überträgt. Die Empfangsantennen der Station nehmen die Signale auf und geben sie über das Festnetz an Vermittlungszentralen weiter, die das Gespräch bis zum gewünschten Teilnehmer liefern. Ist dieser ein Handynutzer, wird das Gespräch zu derjenigen Basisstation vermittelt, in deren Bereich sich der gewünschte mobile Gesprächspartner aufhält. Diese Basisstation kontaktiert das Mobiltelefon des Angerufenen und stellt das Gespräch her. Die Basisstation Damit Sie von jedem Ort aus anrufen können und dabei jeden gewünschten Ort erreichen, braucht der Mobilfunk eine Vielzahl von Basisstationen. Denn jede dieser Stationen versorgt nur ein eng begrenztes Gebiet, die sogenannte Funkzelle. Ihr Durchmesser liegt ab etwa 200 Metern in Städten bis zu wenigen Kilometern auf dem Land. Beim Wechsel von einer Funkzelle zur anderen etwa während einer Autofahrt wird die Verbindung automatisch und ohne Unterbrechung an die nächste Funkzelle weitergegeben.

6 10 11 Wie funktioniert ein Mobilfunknetz? Sender- Handy Richtfunk oder Kabelverbindung Vermittlungsstelle Funkzelle Mobilfunkantenne Mobilfunkantenne Festnetz Empfänger- Handy Mobilfunkstationen müssen aufgrund der niedrigen Sendeleistung dort stehen, wo sich die Nutzer befinden und Gesprächskapazitäten benötigen. Da die meisten Menschen innerhalb von Städten und Gemeinden telefonieren, ist gerade in Wohngebieten eine große Zahl von Basisstationen errichtet worden. Auf diese Weise wird bei günstigen Sende- und Empfangsbedingungen die Leistungsabgabe von Handys und Basisstationen und damit auch die Stärke der elektromagnetischen Felder auf ein Minimum reduziert. Die Mobilfunktechnik von GSM, UMTS und LTE In Österreich wird das Mobilfunknetz sowohl mit GSM (Global System for Mobile Communication) als auch mit UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) und LTE (Long Term Evolution) betrieben. Bei GSM werden die Frequenzbereiche 900 MHz und 1800 MHz, bei UMTS der Frequenzbereich MHz verwendet. Die neue Mobilfunkgeneration LTE verwendet derzeit Frequenzen um die 2,6 GHz. Wichtige Unterschiede zwischen den Systemen liegen in der Art und Weise, wie Informationen zwischen Handy und Basisstation übertragen werden, der genutzten Bandbreite und der Geschwindigkeit. GSM sendet die Sprach- und Dateninformationen zeitversetzt. Die übertragene Botschaft erreicht ihren Empfänger gewissermaßen stückweise: Es wird ein Datenpaket zu einem bestimmten Zeitpunkt verschickt. Danach entsteht eine Pause, in der zunächst andere Handys bedient werden. Beim GSM-System wird jedes Gespräch in kleine Datenpakete zerlegt. UMTS arbeitet etwas anders. Hier senden alle Nutzer zur gleichen Zeit kontinuierlich auf demselben Frequenzband. Dabei werden die Informationen mit einem speziellen Code versehen, den nur der Empfänger entschlüsseln kann. Dieses Verfahren nennt man CDMA (Code Division Multiple Access).

7 12 13 Diese Technik kann man sich mit folgendem Beispiel verdeutlichen: Stellen Sie sich vor, Sie besuchen mit Ihrem Partner eine Party. Außer ihnen sind noch viele andere Paare da. Jedes Paar spricht eine andere Sprache, und alle reden durcheinander. Um sich nun in dieser geräuschvollen Umgebung mit Ihrem Partner zu unterhalten, können Sie vorgehen wie bei GSM: Sie fordern alle Anwesenden auf, statt gleichzeitig nur nacheinander, also in Zeitschlitzen, zu reden. Damit könnten Sie Ihren Partner nun zwar gut verstehen, der Nachteil wäre allerdings, dass Sie ihn nur selten zu hören bekommen würden, denn er müsste sich ja mit den anderen abwechseln die Datenübertragungsrate wäre gering. Gehen Sie dagegen vor wie bei UMTS, können alle gleichzeitig reden. Sie machen sich dabei aber die Tatsache zunutze, dass sich jedes Paar Sender und Empfänger in einer eigenen Sprache verständigt. Auf diese Weise hört jeder Partner die Sprache technisch: den Code des jeweils anderen aus dem Stimmengewirr heraus und die Verständigung klappt, solange alle gleich leise sprechen. Beginnt ein Teilnehmer lauter zu reden, kippt das System. Daher arbeitet UMTS auch mit geringeren Sendeleistungen als GSM. Bei UMTS werden die Signale der Handys codiert. Gegenüber den starren Zeitschlitzen des GSM-Standards kann man so die vorhandenen Frequenzen wesentlich wirtschaftlicher nutzen. Einfache Telefongespräche, die eine geringe Bandbreite beanspruchen, lassen Platz für gleichzeitige Übertragungen mit hoher Bandbreite, zum Beispiel für eine Bildübertragung. Für einen UMTS-Kunden ergeben sich dadurch nicht nur hohe Datengeschwindigkeiten, er kann sogar mehrere Dienste gleichzeitig nutzen, etwa telefonieren, faxen, s abrufen und im Internet surfen. Eine Weiterentwicklung der Mobilfunktechnik sind HSDPA (Hight Speed Downlink Packet Access) und HSU- PA (Hight Speed Uplink Packet Access), die eine noch höhere Geschwindigkeit bei der Übertragung der Daten ermöglichen. Trotz der höheren Übertragungsraten, die durch UMTS möglich werden, müssen die Sendeleistungen von UMTS-Sendern nicht im gleichen Maße steigen. Anders ausgedrückt: Die Weiterentwicklung der Mobilfunktechnik ermöglicht es, bei gleicher oder sogar geringerer Sendeleistung immer höhere Datenmengen zu übertragen. LTE (Long Term Evolution) ist die neue Generation des Mobilfunks, die Neuentwicklungen und Elemente aus GSM und UMTS in sich vereint. Daraus resultiert eine noch effizientere Nutzung des Trägermediums Luft für die Datenübertragung, die mit wesentlich höherer Bandbreite als bisher operiert und eine Datenübertragungsrate von bis zu 100 MBit/s (Downlink) leisten kann. Dies sind wichtige Voraussetzungen für die Abwicklung des kontinuierlich steigenden Datenverkehrs, der sich seit der Verfügbarkeit des mobilen Internets von Jahr zu Jahr mehr als verdoppelt.

8 14 15 Feldstärken in der Umgebung von Mobilfunksendeanlagen Der Mobilfunk arbeitet derzeit mit hochfrequenten Feldern zwischen 900 Megahertz (GSM) und Megahertz (LTE). Die Felder, die Handys und Sendestationen aussenden, besitzen typische Eigenschaften: Die Stärke der elektromagnetischen Felder hängt von der Sendeleistung des jeweiligen Senders und der verwendeten Antenne ab. Die überwiegende Zahl der T-Mobile Sendeanlagen sendet mit einer Leistung von 7 bis 20 Watt pro Funkkanal. In Wohngebieten ist die Sendeleistung oft noch geringer. So ist zu erklären, dass die Signalstärke bereits in der Nähe der Basisstation die zulässigen gesetzlichen Grenzwerte um ein Vielfaches unterschreitet. Die Feldstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung sehr rasch ab. In doppelter Entfernung ist nur noch ein Viertel der Feldstärke vorhanden, in zehnfacher nur noch ein Hundertstel der Feldstärke usw. Die Stärke der Felder wird durch die meisten Materialien stark gedämpft. So verringert zum Beispiel eine 20 cm dicke Betonwand die Feldstärke um ca. 90 Prozent. In Gebäuden wie Einkaufszentren beispielsweise ist es daher häufig nötig, kleine Inhouse-Sendeanlagen zu bauen, um das Innere des Gebäudes versorgen zu können. Die Felder sind zwar unsichtbar, können aber sowohl berechnet als auch gemessen werden. Beides ermöglicht eine Einschätzung der Stärke der Immissionen und damit einen Gegenüberstellung mit den Vorsorgegrenzwerten für den Personenschutz. Hochfrequente Felder können gerichtet ausgesendet werden. Eine Mobilfunkanlage sendet, ähnlich wie bei einem Leuchtturm, kegelförmig ein elektromagnetisches Feld aus. Direkt unter die Antenne sind daher die Feldstärken sehr klein.

9 16 17 Typische Immissionswerte von Mobilfunkfeldern Immissionen sind generell abhängig von der Sendeleistung des Senders und der relativen Lage des Immissionspunktes zu den Antennen einer Sendeanlage. Bestimmende Faktoren sind hier der Höhenunterschied zwischen Immissionspunkt und Antenne, die Entfernung zwischen Immissionspunkt und Antenne und die Abweichung von der Senderichtung der Antenne (Anmerkung: eine Antenne sendet immer in eine bestimmte Richtung je weiter der Immissionspunkt von dieser Richtung entfernt ist, desto geringer wird die Immission sein). Mobilfunkanlagen sind so geplant, dass die für eine optimale Netzqualität geringste benötigte und eingesetzte Sendeenergie möglichst gleichmäßig in den Funkzellen verteilt wird. Die Grafik zeigt dies anhand eines Modells: die Immissionswerte liegen dicht beieinander und insgesamt um viele Größenordnungen unter den internationalen, in Österreich verbindlich anzuwendenden Vorsorgegrenzwerten für den Personenschutz. Leistungsdichte in Watt/m 2 Prozent des Grenzwertes 1 0,0001 0, ,0005 0, ,001 0,01 4 0,005 0,05 5 0,01 0,1 Grenzwert 9 W/m 2 (GSM 1800) (vergleichbare Werte auch bei GSM 900 und UMTS) Wo stehen Sendeanlagen in Österreich? Ein Senderkataster aller öffentlichen Mobilfunk-, Fernseh- und Rundfunkanlagen Österreichs wurde in einer freiwilligen Initiative der Netzbetreiber durch das Forum Mobilkommunikation (FMK) in Abstimmung mit dem Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) eingerichtet und ist unter abrufbar ca. 20 Meter ca. 50 Meter

10 18 19 Kontakt Zusätzliche Informationen Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in unserer Broschüre Mobilfunk und Gesundheit. Bei weiteren Fragen kontaktieren Sie uns bitte unter: Servicecenter Mobilfunk & Umwelt Tel.: (kostenfreie Rufnummer) Mo Do 9:00 16:00 Uhr Fr 9:00 14:00 Uhr Internet Weitere Informationsquellen Forum Mobilkommunikation (FMK) Mariahilferstraße 37-39, 1060 Wien Telefon 01/ Telefax 01/ Internet Wissenschaftlicher Beirat Funk Beratendes interdisziplinäres Gremium des Bundesministers für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) Internet Weltgesundheitsorganisation WHO Health Communications and Public Relations Avenue Appia 20, 1211 Genf 27, Schweiz Telefon / Telefax / Internet EU-Kommission Internet: Deutsche Strahlenschutzkommission Geschäftsstelle beim Bundesamt für Strahlenschutz Postfach , Bonn Telefax 02 28/ Internet Internationale Kommission für den Schutz vor nicht ionisierender Strahlung (ICNIRP) Wissenschaftliches Sekretariat Bundesamt für Strahlenschutz Institut für Strahlenhygiene Ingolstädter Landstraße 1, Oberschleißheim Telefon 089/ Telefax 089/ Internet Forschungszentrum für Elektro-Magnetische Umweltverträglichkeit (FEMU) Pauwelsstraße 20, Aachen Telefon 02 41/ Telefax 02 41/ Internet

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