Mobilfunktechnik: Nutzen und Risiken Münchener Wissenschaftstage LMU- Audimax 23.10.2004 2004 Joachim Hagenauer Lehrstuhl für Nachrichtentechnik Technische Universität München Die Erfindung des Mobilfunks im 20. Jahrhundert: Erster Versuch durch Erich Kästner In: Der 35. Mai, Atrium Verlag Zürich, 1931. 1
Die Erfindung des Mobilfunks im 20. Jahrhundert : Zweiter Versuch durch einen unbekannten Ingenieur etwa 1975 Die Erfindung des Mobilfunks im 20. Jahrhundert : dritter Versuch The Porty (3.5 kg) durch einen unbekannten deutschen Ingenieur etwa 1985 2
Mobilfunk heute: GSM ist eine europäische Entwicklung der frühen 1990er Jahre und wurde zum weltweiten Erfolg (70% Marktanteil) Anfang Februar 2002 war die Zahl von 1.000.000.000 Handys weltweit überschritten. 3
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Sprache übers Handy: Analog/Digital Wandlung A U Abtastung D 23 1 Bit Quantisierung Spannung in V Spannung in V 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0-0.2-0.2-0.4-0.4-0.6-0.6-0.8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Zeit in Sekunden -0.8 0 1 2 3 4 5 6 7... 111 110 101 011... Zeit in ms 000 00 001 0 010 01 011 100 10 101 1 110 11 111 AUDIO-DEMO: Abtastung & Quantisierung mit einem Text von Loriot 1 Bit Quantisierung 2 Bit Quantisierung 3 Bit Quantisierung 4 Bit Quantisierung 6 Bit Quantisierung 8 Bit Quantisierung 10 Bit Quantisierung 10 16 8 1 2 3 4 6 Bit Quantisierung x 10 4 3 2 1 0-1 -2-3 16 Bit Quantisierung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Zeit in s 5
Datenraten Akzeptable Sprachqualität ab 10 Bit Quantisierung Abtastrate: f A = 8 khz (T A = 1/f A = 125 µs ) Resultierende Bitrate: 10 Bit Quantisierung: 10 bit 8 khz = 80 kbit/s 13 Bit Quantisierung: 13 bit 8 khz = 104 kbit/s Bei GSM maximal zulässig: 22.8 kbit/s Sprachkompression Die menschlichen Sprachorgane Lunge 6
Sprachkompression: Code Excited Linear Prediction (CELP) Nur Sprach-Parameter werden zum Decoder übertragen! Audio-Demo: Sprachübertragung (mobiler Nutzer) 13.0 kbit/s Kanalqualität (C/I in db) EFR 13.0 kbit/s Sprachübertragung 7
Nächste Generation: Das AMR PRINZIP 8 Modi 4,75 12,2 kbit/s FR: 22,8 kbit/s HR: 11,4 kbit/s A D Sprach- Kompression mit variabler Rate Fehlerschutz Sender Luftschnittstelle Sprachpausenerkennung Dynamische Modus Entscheidung Netzwerk Kanalqualität Beispiel: Guter Kanal: Schlechter Kanal: 12.2 10.6 4.75 18.05 AUDIO DEMO: Nächste Generation (AMR) 12.2 kbit/s Kanalqualität (C/I in db) 7.95 kbit/s 5.15 kbit/s Zeit in Sekunden Nächste Generation (AMR) mit 3 Modi 8
Multimedia-Dienste im Internet und Mobilfunk Audio Video Daten Kompressionsverfahren, z.b. MP3 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 01 1 0 xyz Datenkompression und Transport Kompression Verpacken Dekompression Entpacken Transport mittels Internet Protokoll (IP) 9
Das Internet - Vermittlung und Transport Audio Video WWW-Verkehr Daten (z.b.: Email) Physikalische Übertragungsschicht Applikation Kompression Transport & Vermittlung Applikation Dekompression Transport & Vermittlung IP IP IP Festnetz Glasfaser, DSL, etc. Mobilfunknetz GPRS, UMTS, WLAN, etc. 10
Ungesicherte Übertragung Problem: Datenpakete gehen verloren Gesicherte Übertragung Problem: Übertragung dauert länger Mobiles Internet ist z.z. Forschungsgegenstand 11
Elektrosmog: Angst vor den elektromagnetischen Strahlen Frequenzspektrum der elektromagnetischen Strahlung 12
Strahlungsdichte bei Fernsehsendern und Mobilfunk-Basisistationen Anteil des Mobilfunks an der gesamten Funk-Sendeleistung 13
Einwirkung durch Handy ist stärker als durch Basisstation Technische Empfehlungen für das Handy Was ist aus technischer Sicht sinnvoll, um die Strahleneinwirkung durch das Handy zu reduzieren? Handy nicht im geschlossenen Auto ohne Außenantenne benutzen. Evtl. Head-Sets benutzen, um Abstände zu vergrößern Bei schlechten Empfangsbedingungen auf Gebrauch verzichten. SAR-Werte der Hersteller beachten. In jedem Fall ist Einwirkung durch Basisstationen wesentlich geringer als durch das eigene Handy. 14
Was sagen andere Wissenschaftsdisziplinen zur Mobilfunkproblematik? Ergebnisse des Symposiums zum Thema Mobilfunk: Fakten, Nutzen, Ängste 29. April 2004 in der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (BAdW), Residenz München (Tagungsleitung J.Hagenauer, BAdW) Tagungsband bei mir erhältlich Was sagt die Medizin? Prof. Dr. med. Dr. Ing. Silny, RWTH Aachen Auswertung von etwa 1000 weltweiten Studien zu Mikrowellen (Mobilfunk, UKW) Empirische Studien geben keine oder nur schwache Hinweise auf Wirkungen beim Menschen Keine nachvollziehbare Hinweise auf nicht-thermische Wirkungen Tierexperimente sind inkonsistent und können Schädigung nicht bestätigen Ungesicherte Einzelmeldungen können krankmachende Ängste hervorrufen 15
Was sagt die Sozialpsychologie? Prof. Dr. phil. Frey, LMU München, BAdW Misstrauen/Angst vor Technik/Naturwiss. war unberechtigt bei Eisenbahn, Aufzug, Radio berechtigt bei Contergan, Holzschutzmitteln Angst ist positiv, weil sie schützt Angst ist negativ, weil sie Panik erzeugen kann, die evtl. erst den eigentlichen Schaden hervorruft Kollektive Ängste entstehen durch Interaktion und können viel stärker sein als individuelle Ängste Wissenschaft muss Ängste ernst nehmen und auf Augenhöhe mit den Betroffenen reden Was sagen die Juristen? Prof. Dr. phil. Schulze-Fielitz Generelle Abnahme des Wissenschaftsvertrauens in den westlichen Verfassungsstaaten Grundrecht auf körperliche Unversehrtheit Vorsorgeprinzip: Der Staat erfüllt seine Vorsorgepflicht, wenn er die Einhaltung der Grenzwerte nach dem Stand der Wissenschaft überwacht Wenn Grenzwerte eingehalten werden, darf der Unternehmer nicht eingeschränkt werden Vermutetes Restrisiko ist hinzunehmen, Staat muss nicht aktiv werden Restrisiko hängt von der Wahrnehmung (Presse, etc.) ab 16
Mobilfunktechnik, Nutzen und Risiken Dramatische Entwicklung des Mobilfunks: Heute 1.5 Mrd Handys GSM-Mobilfunk ist europäische Technologie Aufwendige Sprachübertragung übers Handy? Internet und Mobilfunk kommen zusammen und Multimedia-Dienste werden angeboten Mobilfunk und elektromagnetische Strahlung 17