Grundlagen des Mobilfunks und Grenzwerte - Rhein-Sieg

Grundlagen des Mobilfunks und Grenzwerte
Dr. Klaus Trost,
Wissenschaftsladen Bonn e.V.
Meine Damen und Herren,
ich möchte Ihnen etwas über die physikalischen Grundlagen des Mobilfunks erzählen.
Aber keine Angst, ich werde nur auf die Dinge eingehen, die zum Verständnis von
Grenzwerten erforderlich sind und mich mit den technischen Details dieser sehr komplizierten Technologie auf das Nötigste beschränken.
Ich habe hier ein Bild zum Ausruhen
bevor es in die schwierigeren Inhalte
geht. Dies ist so eine Mobilfunk Basisstation. Sie sieht vielleicht nicht
aus wie eine typische Mobilfunk Basisstation, aber sie ist recht markant.
Solche Türme sind nicht so häufig
wie die auf Privathäusern oder auf
anderen höheren Gebäuden errichteten Stationen, aber man kann an dieser Station bereits einiges erkennen.
Im unteren Teil des Turmes sehen
sie die typischen Sektorfeldantennen.
Das sind Antennen, die einen Strahlenfächer aussenden, der mehr oder
weniger horizontal oder leicht geneigt
ausgerichtet ist. Über diese Antennen
wird die Kommunikation zwischen
den Mobilteilnehmern und dem Mobilfunknetz abgewickelt. Je größer das
erwartete Verkehrsaufkommen im Bereich einer Station ist, desto mehr
dieser Antennen müssen installiert
werden, da die Zahl der gleichzeitig
geführten Gespräche pro Antenne
begrenzt ist. Das hier ist also eine Station mit sehr vielen Sektorfeldantennen. Sie steht
in der Bonner Südstadt in der Nähe des ehemaligen Regierungsviertels. Was sie weiter oben auf den Plattformen sehen, sind Richtantennen, die an Basisstationen häufig
zu finden sind. Deren Strahlung erreicht aber den Erdboden nicht, da sie sehr scharf
gebündelt ist und praktisch horizontal abgestrahlt wird. Richtantennen dienen dazu, die
einzelnen Stationen untereinander zu verbinden, sofern dies nicht über Kabel geschieht. Was also von gesundheitlicher Relevanz sein kann, sind die Emissionen dieser lautsprecherartigen Kästen, die unten an diesem Turm hängen.
Eine Basisstation sendet verschiedene Strahlenkegel aus, je nach dem wie viele Sektoren und Antennen sie hat. Sie erkennen an diesem vereinfachtem Bild, dass der
größte Teil der abgestrahlten Energie in einem relativ schmal begrenzten Bereich, dem
sogenannten Hauptstrahlbereich, konzentriert ist. Man sieht hier auch, dass unterhalb
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der Antennen die Strahlung
relativ schwach ist und selbst
in sehr geringem Abstand zu
einer solchen Station keine
großen Intensitäten auftreten,
wenn die Höhendifferenz zu
den Antennen genügend groß
ist. Natürlich existiert auch
außerhalb des Hauptstrahlbereiches eine gewisse Strahlung, sonst könnte man da
nicht telefonieren, aber die ist
eben ganz erheblich schwächer als im Hauptstrahl. Der
Hauptstrahlbereich hat meist
eine Breite von 65° bis 90°
und einen vertikalen Öffnungswinkel von 6° bis 14°.
Mit welcher Strahlung haben wir es im Mobilfunk physikalisch gesehen eigentlich zu
tun? Sehen wir uns kurz das Spektrum der elektromagnetischen Felder an. Es reicht
von den Feldern der Stromversorgung über Radiowellen, Mikrowellen, Licht- und UVStrahlen bis zu den Gammastrahlen und den Röntgenstrahlen, je nachdem wie hoch
die Frequenz ist. Uns interessiert der Bereich um 1-2 GHz. Das ist der Frequenzbereich, in dem die Mobilfunknetze
arbeiten. Ganz links im Bild sehen Sie die vorherrschende Wirkung der Strahlung in diesem
Frequenzbereich, es ist die
Wärmewirkung. Das heißt, biologisches Gewebe, das dieser
Strahlung ausgesetzt ist, kann
sich erwärmen, wenn die Strahlung stark genug ist. Damit durch
die Erwärmung keine akuten
Schäden auftreten, gibt es
Grenzwerte.
Die DIN/VDE 0848 sieht sogenannte Basisgrenzwerte vor, definiert als spezifische Absorptionsraten (SAR). Die SAR gibt
an, wie viel Strahlungsleistung
biologisches Gewebe aus einem
hochfrequenten Feld absorbiert
und in Wärme umwandelt. Die
spezifische Absorptionsrate wird
gemessen in der Einheit Watt
pro Kilogramm Gewebe. Um ein
Gefühl für diese Zahlen zu bekommen, sehen wir uns zum
Vergleich die Wärmeproduktion
eines Menschen an: Der Grund-7-
umsatz eines Menschen in Ruhe beträgt etwa 1,2 W/kg. Das heißt, ein 75 kg schwerer
Mensch, der vor dem Fernseher sitzt, hat eine eigene Wärmeproduktion von knapp 100
W. Bei körperlicher Tätigkeit kann der Umsatz stark ansteigen und bei schwerster körperlicher Arbeit etwa 10 W/kg erreichen. Bei der Festlegung der Basisgrenzwerte ging
man davon aus, dass eine gesundheitlich relevante Erwärmung nicht mehr auftreten
Spezifische Absorptionsrate (SAR) und Basisgrenzwerte
Die spezifische Absorptionsrate SAR gibt an, wieviel Strahlungsleistung vom Körper absorbiert
und damit thermisch wirksam werden kann. Die SAR wird angegeben in Watt pro Kilogramm
[W/kg].
Grundumsatz des Menschen 1,2 W/kg
Leichte Tätigkeit (Radfahren, Laufen) 3 - 5 W/kg
Schwere körperliche Arbeit 10 W/kg
Basisgrenzwerte DIN/VDE 0848 (1991):
beruflich (6 Stunden), Ganzkörperbestrahlung 0,4 W/kg
Öffentlichkeit (24 Std.), Ganzkörperbestrahlung 0,08 W/kg
Öffentlichkeit, Teilkörper, gemittelt über 10 g Gewebe 2,0 W/kg
Das Grenzwertkonzept der DIN/VDE 0848 geht davon aus, dass es neben den thermischen Wirkungen der absorbierten Hochfrequenz keine anderen relevanten Wirkungen gibt.
Auf die Basisgrenzwerte der DIN/VDE 0848 wurde in der 26. BImSchV zurückgegriffen. Da die
SAR nur mit großem Aufwand im Labor ermittelt werden kann, enthält die 26. BImSchV abgeleitete Grenzwerte für die leichter meßbaren elektrischen und magnetischen Feldstärken.
kann und die Wärmeregulation des Körpers nicht beeinträchtigt wird, wenn bei Ganzkörperbestrahlung die SAR-Werte genügend weit unterhalb der körperlichen Eigenwärmeproduktion bleiben. Für die zeitlich begrenzte Ganzkörperbestrahlung im beruflichen Bereich legt die DIN/VDE 0848 den Basisgrenzwert von 0,4 W/kg fest, für 24stündige Belastung, also für die Öffentlichkeit, werden 0,08 W/kg, also ein Fünftel der
beruflichen Exposition, für tolerierbar gehalten.
Bei einer Teilkörperbestrahlung darf die Belastung höher sein als bei der Ganzkörperbestrahlung, ohne dass die Thermoregulation des Körpers gestört wird. Das Blut als
Kühlflüssigkeit verhindert, dass ein exponierter Körperteil zu sehr erwärmt wird. Daher
hat man für die Teilkörperbelastung der Öffentlichkeit bei unbegrenzter Bestrahlungsdauer einen Grenzwert von 2 W/kg eingeführt, also das 25-Fache der Ganzkörperbestrahlung. Dieses Grenzwertkonzept geht davon aus, dass außer einer Wärmewirkung
der Strahlung keine weiteren gesundheitlich bedeutsamen Wirkungen existieren. Das
war zu der Zeit (1991), als die heutigen Grenzwerte der DIN/VDE 0848 festgelegt wurden, der sogenannte Stand der Wissenschaft, aber man hat in den letzten Jahren einige Effekte gefunden, die über die Wärmewirkung der Strahlung nicht mehr erklärbar
sind. Wieweit diese Effekte gesundheitlich relevant sind, ist bisher unklar.
Die SAR-Werte sind nur im Labor und mit großem Aufwand messbar, und je nach
Messstandard können die Werte sogar beträchtlich variieren. Das ist natürlich ein
Problem, wenn man die Immissionen von Funkanlagen feststellen will. Daher wurden
sogenannte abgeleitete Grenzwerte definiert, die in einem bekannten Zusammenhang
zu den SAR-Werten stehen, jedoch wesentlich bequemer zu messen sind.
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Um die abgeleiteten gesetzlichen Grenzwerte besser verstehen zu können, sehen wir uns
zunächst an, wie so ein Funkstrahl physikalisch aufgebaut ist.
Er besteht im Prinzip aus einem
elektrischen und einem magnetischen Feld mit hoher Frequenz,
die beiden Feldkomponenten
stehen senkrecht aufeinander.
Beide Felder erzeugen sich im
Raum gegenseitig und bilden einen sich fortpflanzenden Energiestrahl. Man könnte z.B. die
Stärke der elektrischen Feldkomponente E messen und hätte
damit ein Maß für die Intensität des Feldes. Man könnte aber auch die magnetische
Feldkomponente H messen. Beide Feldstärken sind als Grenzwerte üblich.
Grenzwerte der 26. BImSchV im Hochfrequenzbereich
Die Grenzwerte der 26. BImSchV werden im Hochfrequenzbereich als elektrische
Feldstärke E und als magnetische Feldstärke H angegeben. Im für den Mobilfunk interessanten Bereich zwischen 400 MHz und 2000 MHz sind sie frequenzabhängig:
Die elektrische Feldstärke wird in der Einheit V/m (Volt pro Meter) und die magnetische
Feldstärke in der Einheit A/m (Ampère pro Meter) angegeben. Die Frequenzen f sind in
der Einheit MHz einzusetzen.
Da zwischen der hochfrequenten Belastung und den gemessenen Feldstärken kein linearer Zusammenhang besteht, sollte statt dieser Einheiten bei Mobilfunkstationen
besser die aus E und H berechenbare hochfrequente Leistungsflussdichte S in der
Einheit mW/m2 (Milliwatt pro Quadratmeter) verwendet werden:
Gemäß der 26. BundesImmissionsSchutzVerordnung (26. BImSchV), die in Deutschland die Immissionen von Funkanlagen regelt, [„Verordnung über Elektromagnetische
Felder“ vom 16. 12. 1996 – Anmerkung des Hrsg.] sind die Grenzwerte im uns interessierenden Frequenzbereich nicht konstant, sondern von der Frequenz der Strahlung
abhängig. Wenn ich nur die elektrische Feldstärke als Maß für die Strahlungsintensität
angebe, dann unterschlage ich die magnetische Feldkomponente. Daraus folgt, dass
kein linearer Zusammenhang zwischen der Strahlungsbelastung und einer der beiden
Feldkomponenten besteht. Zur Charakterisierung der Strahlungsintensität gibt es eine
dritte Größe, die Leistungsdichte S, auch Leistungsflussdichte genannt, die quasi das
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Produkt aus der elektrischen und magnetischen Feldstärke ist. Zwischen der Leistungsflussdichte und dem SAR-Wert besteht ein linearer Zusammenhang, eine direkte
Proportionalität. Man kann die Leistungsflussdichte und die Feldstärken ineinander umrechnen (Abb. 6). Die festen Beziehungen zwischen E, H und S (und SAR) gelten allerdings nur im Fernfeld einer Sendeanlage. Je nach Konstruktion der Sendeantenne
beginnt das Fernfeld im Abstand der 3- bis 4-fachen Wellenlänge von der Antenne. Die
Wellenlängen der Strahlung von Mobilfunkstationen liegen zwischen 32 cm (D-Netze)
und 16 cm (E-Netze), das Fernfeld beginnt also spätestens im Abstand von ca. 1 Meter
von den Antennen. Bei Messungen an Mobilfunkstationen befindet man sich praktisch
immer im Fernfeld. Um die Belastung des Kopfes durch ein ans Ohr gehaltenes Handy
zu bestimmen, ist dagegen wegen des geringen Abstandes von der Antenne die aufwendige Messung des SAR-Wertes erforderlich. Die Messung der abgeleiteten Grenzwerte führt hier zu falschen Ergebnissen.
In der folgenden Tabelle sind verschiedene internationale Grenzwerte und Vorsorgeempfehlungen für die Immissionen von Mobilfunksendern zusammengestellt. Die Leistungsflussdichten sind in der Einheit Milliwatt pro Quadratmeter (mW/m²) angegeben.
Die Grenzwerte in der oberen Zeile sind in praktisch allen westlichen Industrienationen
gültig, mit Ausnahme der Schweiz und Italien. Diese beiden Länder sind vor einiger
Zeit aus der Reihe ausgeschert und haben die Grenzwerte verschärft. Dabei ist die
Regelung in der Schweiz so, dass die Gesamtheit aller Immissionen je nach Frequenzbereich 4500 mW/m² bzw. 9000 mW/m² nicht überschreiten darf, dass aber in sensiblen Bereichen wesentlich strengere Werte eingehalten werden müssen. Sensible Bereiche sind nach einer Definition des BUWAL, des schweizerischen Bundesamtes für
Umwelt, Wald und Landschaft, die Daueraufenthaltbereiche von Menschen, z.B. Kindergärten, Spielplätze, Schulen, Büroräume und Wohnungen. In Italien ist die Regelung ähnlich, nur dass dort der Grenzwert nicht frequenzabhängig ist und die Summe
aller Immissionen 1000 mW/m² nicht überschreiten darf. Etwas erstaunlich sind die relativ niedrigen Grenzwerte in Russland und China. Dann kommen die Empfehlungen
des nova-Instituts und des Ecolog-Instituts. Das sind zwei unabhängige Institute, die
sich in Deutschland auf wissenschaftlicher Basis mit elektromagnetischen Feldern beschäftigen. Beide Institute geben Zeitschriften heraus, die den aktuellen Kenntnisstand
der wissenschaftlichen Forschung auf dem Gebiet elektromagnetischer Felder und Gesundheit sichten und referieren. Da ist insbesondere der Wert des Ecolog-Instituts interessant. Dieses Institut hat im Auftrag der Telekom eine Studie durchgeführt, in der der
aktuelle Wissensstand im Bereich Mobilfunk und Gesundheit recherchiert und bewertet
wurde. Das Ecolog-Institut schlägt auf Grund dieser Studie einen Richtwert von 10
mW/m² vor. Kommen wir jetzt weiter herunter in den grünen Bereich. Dr. von Klitzing
hat für gepulste Strahlung von Mobilfunkstationen bereits vor vielen Jahren einen
Richtwert von 1 mW/m² empfohlen. Der gleiche Wert wurde 1998 von der Landessanitätsdirektion Salzburg eingeführt, und auch Prof. Käs von der Akademie der Bundeswehr empfiehlt diesen Vorsorgewert. Kaum zu glauben ist die äußerst niedrige Empfehlung der STOA. Das ist eine Abteilung beim europäischen Parlament, die sich mit der
Bewertung wissenschaftlicher und technologischer Optionen beschäftigt. Da steht tatsächlich im Internet auf der Homepage des Europäischen Parlaments 0,1 mW/m²
(www.europarl.eu.int/stoa/publi/default_en.htm). Ganz unten in der Tabelle schließlich
die sehr, sehr kleinen Werte des Bundesverbandes gegen Elektrosmog. Das ist ein
Verein, in dem auch viele Elektrosensible Mitglied sind, der daher natürlich extrem
niedrige Grenzwerte fordert. Wenn diese Werte eingehalten werden sollten, wäre ein
Mobilfunknetz beim derzeitigen Stand der Technik nicht mehr realisierbar.
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Grenzwerte und Richtempfehlungen für die Leistungsflussdichten von
Mobilfunksendern
26. BImSchV (1997)
ICNIRP, WHO,
DIN/VDE 0848 (1991)
Schweiz (2000)
Leistungsflussdichte S
[mW/m2]
D-Netze E-Netze
4.500
9.000
100
100
Allgemeinbevölkerung
4.500
42
9.000
95
1000
95
China (300 - 300.000 MHz)
(Gesundheitsministerium)
400
Ecolog-Institut (2001)
(Hrsg. EMF-Monitor)
Dr. v. Klitzing, Prof. Käs,
Landessanitätsdirektion
Salzburg (1998)
Europ. Parlament (2001),
Scientific and Technological
Options Assessment
(STOA)
Bundesverband gegen
Elektrosmog (1999)
allgemein gilt für Frequenzen f zwischen 400 und 2000 MHz.
(S in m/W/m2)
Immissionsgrenzwert.
Anlagengrenzwert (darf an Orten
mit empfindlicher Nutzung nicht
überschritten werden).
Allgemeinbevölkerung.
in Gebäuden, in denen sich Personen länger als 4 Stunden täglich
aufhalten.
Kurzzeitig (nicht in Wohnungen,
Schulen).
Dauerbelastung.
Italien (1999)
Russland
(300 - 300.000 MHz)
nova-Institut (1998)
(Hrsg. Elektrosmogreport)
Bemerkungen
45
90
10
1
0,1
0,001
0,00001
Empfehlung auf Basis einer für die
Deutsche Telekom erstellten Literaturstudie
v. Klitzing empfiehlt neuerdings
0,01 mW/m2 .
Empfehlung laut STOA-Bericht
PE Nr. 297.574 vom März 2001
Wachbereich
Schlafbereich
Das breite Spektrum der Grenzwerte und Vorsorgeempfehlungen zeigt, wie unterschiedlich der aktuelle wissenschaftliche Kenntnisstand bewertet wird. Wo man da hin
muss, kann ich nicht mit Sicherheit sagen. Ich empfehle, eine durchschnittliche Belastung von 1 mW/m² an Daueraufenthaltsbereichen von Menschen nicht zu überschreiten
und habe schon vor dreieinhalb Jahren in den „Umwelt kommunalen ökologischen
Briefen“ einen Artikel mit dieser Empfehlung veröffentlicht.
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Die Folie von Prof. Leitgeb aus Graz zeigt etwas genauer als Abb. 2 die Abstrahlung
der Sektorfeldantenne einer Mobilfunkstation. Der Hauptstrahlbereich ist hier dunkel
dargestellt. Schon im Abstand von 3 bis höchstens 8 Metern wird im Hauptstrahl der
Grenzwert der Weltgesundheitsorganisation
WHO unterschritten. Die
Grenzwerte der WHO
sind mit den entsprechenden
Regelungen
der 26. BImSchV identisch. Nach unten oder
nach hinten werden die
Grenzwerte
aufgrund
der großen Winkeldämpfung von Sektorfeldantennen bereits innerhalb
eines Meters unterschritten. Die empfindlichsten
in
wissenschaftlichen
Arbeiten berichteten Effekte können im Hauptstrahl je nach Sendeleistung und Zahl der aktiven Frequenzkanäle bis zu einer Entfernung von 150 bis 250 m auftreten. Außerhalb des Hauptstrahlbereichs ist die Belastung ganz erheblich niedriger. Gebäudehüllen haben stets eine
gewisse Schutzwirkung, auch wenn sie nicht speziell gegen Hochfrequenzstrahlung
abgeschirmt sind. Man kann bei der im Wohnungsbau üblichen Bauweise je nach Frequenz mit Schirmfaktoren zwischen drei (D-Netze) und sechs (E-Netze) rechnen. Das
heißt, die Leistungsflussdichten sind im Inneren eines Gebäudes nur ein drittel bis ein
sechstel so groß wie im Freien. Bei entsprechender Planung ist es meist (in Ballungsgebieten aber leider nicht immer) möglich, eine Mobilfunkstation mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand so zu bauen, dass die Salzburger Vorsorgeempfehlung von 1
mW/m² in sensiblen Bereichen nicht erreicht wird.
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Die vorangestellte Abbildung zeigt den Verlauf der Leistungsflussdichte und der elektrischen Feldstärke im Hauptstrahl einer typischen Mobilfunkstation in Abhängigkeit
vom Abstand. Der Schweizer Grenzwert wird in etwa 25 m Entfernung unterschritten,
der Ecolog-Wert in 50 m und der Salzburger Wert nach 160 m, jeweils bezogen auf die
Hauptstrahlmitte. Die gesetzlichen Grenzwerte der 26. BImSchV werden bereits im Abstand von 3 bis 8 m (im Hauptstrahl) eingehalten. Man sieht an dieser Grafik, dass sich
die elektrische Feldstärke und die Leistungsflussdichte unterschiedlich stark verändern. Die Leistungsflussdichte verändert sich sehr schnell, während die elektrische
Feldstärke nur langsam abnimmt.
Zum Abschluss kurz ein Blick in die nähere Zukunft. Die Tabelle in Abb. 10 vergleicht
die heutigen GSM-Mobilfunksysteme und das zukünftige UMTS. Bei den GSMSystemen habe wir Sendefrequenzen in den Bereichen um 900 MHz und um 1800
MHz. Das UMTS-Netz wird im Frequenzbereich um 2000 MHz arbeiten. Die Sendeleistung, mit der die Basisstationen bei UMTS arbeiten werden, ist noch nicht genau bekannt. Die technischen Details der UMTS-Netze werden während des Aufbaus
Vergleich der Mobilfunksysteme GSM und UMTS
Mobilfunksystem
Frequenzbereich
Sendeleistung der
Basisstationen je
Frequenzkanal
GSM
900 MHz (D-Netze)
1800 MHz (E-Netze)
- maximal 50 W
- typisch 10 W
- viele Frequenzkanäle je
Standort möglich
UMTS
2000 MHz
- Kontrollkanal 2 Watt
- mittlere Sendeleistung der Verkehrskanäle voraussichtlich ca.
10 W (Makrozellen)
- wenige Frequenzkanäle je
Standort
Maximale Sendeleistung der Handys
Zellradius
Dienstleistungen
2 Watt (D-Netze)
1 Watt (E-Netze)
0,5 bis 10 km
Sprachübertragung
Kurzmitteilungen (SMS)
Datenübertragung
Datenraten
9,6 kbit/s (WAP)1
144 bis 384 kbit/s
bis 43,2 kbit/s (HSCSD)2
(maximal
2 Mbit/s)
bis 53,6 kbit/s (GPRS)3
TDMA
WCDMA (nicht gepulst, Fre(gepulst, Frequenzduplex) quenzduplex, Sendeleistung wird
1500 mal pro Sekunde nachgeregelt)
TDMA (gepulst, Zeitduplex)
217 HZ
100 Hz (bei TDMA)
Kanalzugriffsverfahren
Pulsfrequenz
1
0,125 bis 0,25 Watt
(0,1)/ 0,5 bis 2 km
Sprachübertragung
Kurzmitteilungen (MMS)
Datenübertragung
Übertragung bewegter Bilder
WAP: Wireless Application Protocoll
HSCSD: High Speed Circuit Switched Data, maximal mögliche Datenrate: 57,6 kbit/s
3
GPRS: General Packet Radio Service, maximal mögliche Datenrate: 171,2 kbit/s
2
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noch optimiert, wie es auch bei GSM anfangs der Fall war. Bei den GSM-Stationen hatten wir anfangs pro Frequenzkanal eine maximale Sendeleistung von 50 W. Typisch
sind nur noch Leistungen von etwa 10 W. Die Sendeleistungen wurden im Laufe der
Zeit immer mehr reduziert, um die einzelnen Zellen zu verkleinern und die Anzahl der
Stationen zu vergrößern. Nun kann aber so eine Anlage sehr viele Frequenzkanäle
haben. Wenn da 20-30 Antennen installiert sind, wie an dem Turm von Abb. 1, dann
hat man natürlich insgesamt eine relative hohe Sendeleistung, die mehr als 1000 W
betragen kann. Das wird bei UMTS nicht so sein. UMTS-Stationen werden nur sehr
wenige Frequenzkanäle haben und der Kontrollkanal, der permanent sendet, hat voraussichtlich nur eine Sendeleistung von 2 W, wird also deutlich schwächer strahlen als
bei den GSM-Netzen. Man kann jetzt schon sagen, dass die UMTS-Stationen für sich
selbst gesehen geringere Belastungen verursachen als GSM-Stationen. Auch bei den
UMTS-Handys ist die maximale Sendeleistung deutlich geringer. Die Zellradien sind
kleiner als bei GSM. Im UMTS-Netz finden wir Pikozellen, die nur winzige Zellradien
von etwa 100 m haben. Sie werden dort errichtet, wo besonders hohe Verkehrsdichten
zu erwarten sind, z.B. in Bahnhöhen, Flughäfen oder Messehallen. Die größeren Funkzellen werden je nach Radius Mikrozellen (0,5 - 1 km) oder Makrozellen (2 – 3 km) genannt. Falls UMTS später auch im ländlichen Bereich aufgebaut werden sollte, wird es
da voraussichtlich noch größere Zellen geben.
Vielleicht noch etwas zu den Kanalzugriffsverfahren. Die Frequenzen sind ja ein knappes Gut. Wenn man beliebig viele Frequenzkanäle hätte, könnte man einfach jedem
Mobilfunkteilnehmer eine eigene Frequenz zuordnen und alle könnten senden, ohne
sich gegenseitig zu stören. Das geht aber nicht, weil die Zahl der für Mobilfunk verfügbaren Frequenzen begrenzt ist. Deshalb haben die Ingenieure Verfahren entwickelt,
mit denen jeder Frequenzkanal mehrfach genutzt werden kann. Beim GSM-Standard
wird zum Mehrfachzugriff auf einen Frequenzkanal das TDMA-Verfahren eingesetzt
(Time Division Multiple Access). Dabei wird das Sendesignal in mehrere Zeitschlitze
(bei GSM 8 bis 16) zerlegt. Jedem Teilnehmer wird ein bestimmter Zeitschlitz zugeordnet, so dass mit einem Frequenzkanal 8 bis 16 Teilnehmer gleichzeitig versorgt werden
können. Durch die Zerlegung in Zeitschlitze ergibt sich eine Pulsung des Sendesignals, da zwischen den Zeitschlitzen das Signal abgeschaltet wird.
Der Nachteil von TDMA ist, dass jedem Teilnehmer nur ein Bruchteil der Zeit für die
Übertragung seiner Daten zur Verfügung steht, da er sich die Zeit ja mit den Nutzern
anderer Zeitschlitze teilen muss. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist daher relativ
niedrig. Diesen Nachteil vermeidet UMTS, indem es jedem Teilnehmer die Übertragungszeit ungeteilt zur Verfügung stellt. Das Sendesignal weist daher keine regelmäßige Pulsung auf. Um trotzdem einen Frequenzkanal mehrfach nutzen zu können, werden die Signale der einzelnen Teilnehmer unterschiedlich codiert (CDMA, Code Division Multiple Access). Aufgrund der Codierung sind die Endgeräte in der Lage, aus dem
Signalgemisch den für sie bestimmten Anteil herauszufiltern. Um die Übertragung von
UMTS-Signalen gegen Funkstörungen sicherer zu machen und damit Übertragungsfehler zu minimieren, hat jeder Frequenzkanal die große Breite von 5 MHz (zum Vergleich: GSM 0,2 MHz). Daher wird das Verfahren zum Mehrfachzugriff bei UMTS auch
W-CDMA genannt (Wideband-CDMA). Für die oben erwähnten Picozellen ist die gepulste Betriebsart TDMA vorgesehen.
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