Strahlenschutz beim Mobilfunk

5G bezeichnet einen neuen technischen Standard für Mobilfunknetze der fünften Generation und stellt die Weiterentwicklung der früheren Standards GSM, UMTS und LTE dar.

Wesentliche neue Möglichkeiten im 5G-Standard sind Latenzzeiten von unter einer Millisekunde und Datenraten bis 10 Gigabit pro Sekunde, was eine mindestens zehnfache Steigerung gegenüber 4G darstellt und damit das Anwendungsspektrum deutlich erhöht. In der Folge werden neben den bisher genutzten Frequenzen andere und wesentlich höhere Frequenzbereiche benötigt, weil nur dort die erforderlichen großen Bandbreiten vorhanden sind.

Der erste Teil der 5G-Standardisierung ist bereits fertiggestellt, andere Teile des 5G-Standards werden allerdings erst ab circa 2020 fertig entwickelt werden. Parallel wird der LTE-Standard der vierten Generation weiterentwickelt, um Leistungssteigerungen, zum Beispiel Datenraten von bis zu ein Gigabit pro Sekunde, zu erzielen.

5G ist entscheidend für spezielle Lösungen in den Bereichen Steuerung von und Kommunikation zwischen Maschinen (zum Beispiel Industrie 4.0) sowie für ferngesteuerte und autonom fahrende Fahrzeuge.

Dafür wird 5G drei Anwendungsfelder umfassen: Im "enhanced Mobile Broadband" sind Datenraten von bis zu 20 Gigabit pro Sekunde in einer Funkzelle möglich, wie sie etwas beim Videostreaming oder für Virtual-Reality-Anwendungen notwendig sind. Für die "massive Machine Type Communication" sollen perspektivisch bis zu einer Million Endgeräte pro Quadratkilometer (hauptsächlich Sensoren, Motoren und ähnliche Systeme in größeren Anlagen) angebunden werden. Schließlich sollen mit "Ultra Reliable Low Latency Communication" vor allem sicherheitskritische Nachrichten mit geringsten Datenfehlern übertragen werden, mit Hauptanwendungsfeldern beim autonomen Fahren sowie im industriellen Sektor.

Alle bereits für den Mobilfunk der dritten und vierten Generation (zum Beispiel UMTS, LTE) verfügbaren Frequenzbereiche zwischen 700 Megahertz und 2,6 Gigahertz können grundsätzlich auch für 5G genutzt werden. Aufgrund der erforderlichen hohen Bandbreiten für einige 5G-Anwendungen sind weitere Frequenzen notwendig. Daher wurde im Frühjahr/Sommer 2019 das Frequenzbandes von 3,4 bis 3,7 Gigahertz für bundesweite Nutzungen durch öffentliche Mobilfunknetze versteigert, in dem der 5G-Aufbau beginnen wird. Daneben kann seit November 2019 das Frequenzband von 3,7 bis 3,8 Gigahertz ohne Versteigerung (im sogenannten Antragsverfahren) vergeben werden, das für örtliche nichtöffentliche Mobilfunknetze ("Campusnetze") mit Anwendungen in Land- und Forstwirtschaft, Wirtschaft und Industrie vorgesehen ist.

Darüber hinaus ist die Nutzung von Bändern im höheren Frequenzbereich ("Millimeterwellen") geplant und international und europäisch koordiniert. In Deutschland erfolgt die Frequenzvergabe im Bereich von 24,25 bis 27,5 Gigahertz, ebenfalls im Antragsverfahren. Dieser Bereich ist für Kleinzellennetze oder für die Anbindungen von Basisstationen mit Richtfunkstrecken, also stark gerichteten Funkverbindungen zwischen zwei Stationen, vorgesehen. Mit einer breiten Nutzung im öffentlichen Mobilfunk ist erst in einigen Jahren zu rechnen.

Derzeit wird 5G an einigen Teststandorten erprobt. Einige Netzanbieter haben 2019 erste 5G-Netze in einzelnen Großstädten aufgebaut. Nähere Information findet man auf den Internetseiten der Mobilfunkbetreiber. Der 5G-Netzausbau wird sich in der nächsten Zeit auf dichtbesiedelte Gebiete konzentrieren; auch in Industriegebieten sowie an den Hauptverkehrswegen dürfte es in der Folge einen 5G-Ausbau geben.

Prinzipiell ändern sich Art und Form der Signale, mit der die Information übertragen wird, von 4G auf 5G nicht wesentlich.

Die größte Auswirkung der neuen Technik bei 5G bezüglich der elektromagnetischen Felder besteht darin, dass bei "intelligenten Antennen" durch ein sogenanntes "Beamforming" zwischen einem Endgerät und der beteiligten ortsfesten Sendeanlage bessere Datenübertragungsraten und höhere Reichweiten möglich werden. Da die Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist, ist die genaue Feldverteilung noch nicht bekannt. Durch die Richtwirkung dieser Antennen können sich größere Sicherheitsabstände als bei 4G-Antennen ergeben. Außerdem können sich bei Nutzung der Beamforming-Technik sehr kurze Datenpakete ergeben. Insgesamt könnte sich die Effektivität der Frequenznutzung und die Energieeffizienz der Übertragungstechnik verbessern, da die elektromagnetischen Felder vorwiegend dorthin gerichtet werden, wo sie zur Datenübertragung benötigt werden.

Dieser Begriff bezeichnet Antennensysteme zusammen mit der dafür erforderlichen Signalverarbeitungs- und Steuerungstechnik, deren Strahlungsdiagramm sich im Betrieb verändern und an aktuelle Anforderungen anpassen kann. Solche Antennen sind aus vielen einzeln ansteuerbaren Antennenelementen zusammengesetzt. Dadurch ermöglichen sie es, Strahlungsleistung zielgenauer abzugeben (sogenanntes "Beamforming"). Intelligente Antennen werden im öffentlichen Mobilfunk derzeit nur im "5G-Band" bei 3,5 GHz eingesetzt. Die zielgenauere Abgabe der Strahlungsleistung kann im Vergleich mit anderen kapazitätssteigernden Maßnahmen zu geringeren Expositionen führen, weil weniger Leistung ungerichtet in die Umgebung abgegeben wird. Bei den höheren Frequenzen im Millimeterbereich wird die Nutzung unverzichtbar sein, um die Datenübertragung über relevante Entfernungen zu ermöglichen.

Die in Deutschland geltenden Grenzwerte sind in der Verordnung über elektromagnetische Felder (26. BImSchV) festgelegt. Sie gelten für ortsfeste Sendeanlagen mit einer Sendeleistung von 10 Watt EIRP oder mehr sowie für Anlagen geringerer Leistung an einem Standort mit einer Gesamtleistung von 10 Watt EIRP oder mehr. Die EIRP ist eine Rechengröße der Strahlungsleistung, welche neben der tatsächlich abgestrahlten Leistung auch die Abstrahleigenschaften der Antenne berücksichtigt.

Für ortsfeste Funkanlagen mit 10 Watt EIRP oder mehr pro Standort muss von der Bundesnetzagentur eine sogenannte Standortbescheinigung ausgestellt werden. In der Standortbescheinigung werden einzuhaltende Sicherheitsabstände ausgewiesen. Der Betreiber der Funkanlage hat sicherzustellen, dass sich keine Unbefugten in diesem Bereich aufhalten. Das Verfahren ist in der Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder (BEMFV) verankert, welche mit der 26. BImSchV fest verzahnt ist. Sendeanlagen unter 10 Watt EIRP (insbesondere die Kleinzellen) benötigen zwar keine Standortbescheinigung, müssen aber der Bundesnetzagentur angezeigt werden, wenn Sie in einem öffentlichen Telekommunikationsnetz (hierunter fallen die üblichen Mobilfunknetze) betrieben werden. Erst Sendeanlagen unter 0,1 Watt EIRP werden nicht mehr reguliert, da hier selbst beim Zusammenwirken der Felder mehrerer solcher Anlagen keine Auswirkungen auf Mensch und Umwelt vermutet werden.

Werden bei Anlagen, deren Betrieb einer Standortbescheinigung bedarf, die Sicherheitsabstände eingehalten, so können die Grenzwerte nicht überschritten werden. Alle diese Regelungen gelten für 5G in gleicher Weise wie für die bisherigen Mobilfunknetze.

• 26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes

Für bereits in Betrieb befindliche und künftige (Test-)Standorte gelten die gleichen rechtlichen Rahmenbedingungen wie für alle Anlagen. Ausnahmen zum Standortbescheinigungsverfahren bestehen für die Teststandorte beziehungsweise deren Anlagen nicht.

Bei Anlagen, deren Betrieb einer Standortbescheinigung bedarf, werden die Grenzwerte außerhalb der Sicherheitsabstände zu den Sendeantennen eingehalten. Dazu überprüft die Bundesnetzagentur vor dem Ausstellen der Standortbescheinigung, ob sich der Sicherheitsabstand im vom Betreiber kontrollierbaren Bereich befindet. Für die Einhaltung der Sicherheitsabstände ist der Betreiber verantwortlich.

Die Bundesnetzagentur kann bei solchen Anlagen vor Ort die Einhaltung der in der Standortbescheinigung festgelegten Werte überprüfen. Durch regelmäßig vorgenommene Messreihen ist die Wirksamkeit des Standortverfahrens dokumentiert.

Bei den Kleinzellen wird meist keine Standortbescheinigung benötigt; die aus Gründen des vorbeugenden Gesundheitsschutzes gebotenen Sicherheitsabstände, die bei einer einzelnen Sendeanlage circa 30 cm erreichen können, sollten durch Montage in größerer Höhe (deutlich oberhalb der von Menschen erreichbaren, also etwa auf einer Straßenlaterne) oder in einer Ummantelung (zum Beispiel innerhalb einer Litfaßsäule) gewährleistet werden.

Für 5G-Endgeräte gelten die gleichen gesetzlichen Vorgaben wie für die bisherigen Telekommunikationsendgeräte. Nach dem Funkanlagengesetz (FuAG) steht an oberster Stelle die Forderung nach Schutz der Gesundheit und Sicherheit von Menschen und Haus- und Nutztieren. Nur wenn die Geräte die gesetzlichen Vorgaben erfüllen, dass "keine […] Strahlungen entstehen, aus denen sich Gefahren ergeben können", dürfen sie auf dem Markt bereitgestellt, in Betrieb genommen und genutzt werden.

Als zuständige Marktüberwachungsbehörde hat die Bundesnetzagentur vielfältige Befugnisse, sollte sie einen Verstoß gegen diese gesetzlichen Regelungen feststellen. Bei einfachen Verstößen wie einer unsachgemäßen Kennzeichnung des Gerätes dringt die Bundesnetzagentur auf eine Korrektur des Fehlers. Bei Funkanlagen, von denen eine Gefahr ausgeht, kann sie ein Verbot des Marktzugangs aussprechen bis hin zu einem Rückruf der gefahrbildenden Geräte.

Den Grenzwerten liegt der wissenschaftliche Kenntnisstand zu Wirkungen und Risiken hochfrequenter elektromagnetischer Felder zugrunde, nicht bestimmte technische Anwendungen. Sie gelten daher gleichermaßen für alle ortsfesten Anlagen, die solche Felder aussenden.

• Einzelheiten zur Ableitung

Es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen elektromagnetischen Feldern bisheriger Mobilfunknetze und denjenigen von 5G-Sendeanlagen. Nach dem aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand gehen von den elektromagnetischen Feldern, unabhängig von der genutzten Technik, bei Einhaltung der Grenzwerte keine gesundheitlichen Risiken aus. Wissenschaftlich nachgewiesen ist, dass die Aufnahme elektromagnetischer Felder durch den Körper zu einer Erhöhung der Gewebetemperatur führt (sogenannte "thermische Wirkung"). Grenzwerte stellen sicher, dass die Temperaturerhöhung so niedrig bleibt, dass keine gesundheitlichen Wirkungen auftreten. Die nennenswerte Neuerung ist, dass für 5G zukünftig zusätzlich zu den bereits durch verschiedene Funkanwendungen genutzten Frequenzen auch höhere Frequenzen im Bereich der Millimeterwellen genutzt werden. Mit steigender Frequenz sinkt die Eindringtiefe, deswegen wird sich die thermische Wirkung an der Körperoberfläche konzentrieren.

Zur Wirkung der elektromagnetischen Felder im vom Mobilfunk genutzten Frequenzbereich gibt es eine sehr große Anzahl von wissenschaftlichen Artikeln, viele davon mit experimentellen Untersuchungen oder epidemiologischen Studien. Die vorliegenden wissenschaftlichen Erkenntnisse zu den Wirkungen elektromagnetischer Felder auf den Menschen sind auch für die derzeit für 5G zur Verfügung stehenden Frequenzen weitestgehend aussagekräftig: Innerhalb der gültigen Grenzwerte und bei Einhaltung der an Mobiltelefone gestellten Anforderungen gibt es demnach keine bestätigten Belege für eine gesundheitliche Wirkung des Mobilfunks.

Auch für die zukünftig für 5G genutzten höheren Frequenzen gelten Grenzwerte, die nach dem aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand vor gesundheitlichen Risiken schützen. Im Unterschied zu den bislang für den Mobilfunk verwendeten Bereichen stützen sich die Grenzwerte im Bereich der Millimeterwellen allerdings auf eine geringere Anzahl an Untersuchungen. Bei hohen Frequenzen findet die Absorption sehr nahe an der Körperoberfläche statt, es könnten sich also Wirkungen auf also Haut und Augen ergeben. Direkte Wirkungen auf innere Organe sind nicht zu erwarten. Indirekte Einflüsse auf den gesamten Körper, die über die Haut vermittelt werden könnten, sind noch wenig untersucht. Um die geltenden Grenzwerte weiterhin abzusichern, wird das Bundesamt für Strahlenschutz die Verteilung der Exposition für die Bevölkerung sowie eventuelle biologische und gesundheitliche Wirkungen der noch wenig erforschten Frequenzbänder (bei 26 Gigahertz und höher) weiter untersuchen. Die ersten solchen Forschungsvorhaben wurden bereits begonnen. Die Mobilfunkstrategie der Bundesregierung sieht darüber hinaus vor, die Begleitforschung zu Wirkungen auf Mensch und Umwelt durch Einrichtung einer kontinuierlichen Forschungsförderung zu forcieren.

Die Exposition der Bevölkerung wird sich durch die Einführung von 5G verändern. Durch die perspektivisch vorgesehene Nutzung von Millimeterwellen wird die Bevölkerung elektromagnetischen Feldern in Frequenzbereichen ausgesetzt, die bislang hauptsächlich von Kfz-Radargeräten oder Sicherheitsscannern an Flughäfen genutzt wurden. Im Unterschied zu den bislang für den Mobilfunk genutzten Feldern dringen Millimeterwellen weniger weit in den Körper ein. Daher werden nur körperoberflächennahe Gewebe (Haut, Auge) erreicht.

Grundsätzlich nimmt die Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern von Basisstationen zu, wenn zusätzliche Basisstationen in bestehenden oder in neuen Netzen aufgebaut werden. Auf der anderen Seite können Expositionen durch die Felder von Endgeräten niedriger werden, wenn sich die durchschnittliche Entfernung der Nutzer zu einer Basisstation aufgrund der mit dem Aufbau der 5G-Netze erwarteten Netzverdichtung verringert. Weiterhin hängen Expositionen von maximalen und tatsächlichen Sendeleistungen ab. Diese werden für 5G in der gleichen Größenordnung wie bei 4G erwartet.

Eine weitere Veränderung ergibt sich durch den zunehmenden Einsatz von Kleinzellen mit geringerer Reichweite. Diese werden näher an Orten betrieben, an denen Menschen sich aufhalten können. Daher wird die Streubreite möglicher Expositionen voraussichtlich zunehmen. Das Bundesamt für Strahlenschutz begleitet den Auf- und Ausbau der 5G-Netze mit Forschungsvorhaben zur Feldverteilung. Die Mobilfunkstrategie der Bundesregierung sieht überdies vor, dass ein EMF-Monitoring zur kontinuierlichen Erfassung der Exposition der Bevölkerung sowie komplexer Expositionsszenarien entwickelt wird.

Derzeit sind nur wenige 5G-Endgeräte auf dem Markt. Im Verbraucherbereich werden die zukünftigen Geräte auch die vorherigen Mobilfunkstandards unterstützen. Solche Geräte werden sich in Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen in eines der Netze eines Anbieters einbuchen. Deshalb und weil 5G vorerst in ähnlichen Frequenzbändern betrieben wird, können die bislang als geeignet empfohlenen Maßnahmen auch bei 5G genutzt werden. Zu diesen Maßnahmen gehört die Beachtung der Hinweise des Herstellers zu den von dem Gerät ausgehenden elektromagnetischen Feldern, die Verwendung eines Headsets beim Telefonieren oder das Vermeiden von Telefonaten an Orten, an denen schlechte Empfangs- beziehungsweise. Sendebedingungen herrschen. Weitere Maßnahmen sind unter anderem auf den Internetseiten des Bundesamtes für Strahlenschutz angegeben. Zudem können Käufer und Käuferinnen von Smartphones auf einen möglichst niedrigen SAR-Wert achten. Für Geräte, die 5G-Frequenzbänder über sechs GHz unterstützen, wird an dem SAR-Wert alleine allerdings nicht mehr erkennbar sein, welche maximale Exposition von ihnen ausgehen kann. Für solche Geräte wird voraussichtlich eine zweite Maßzahl kennzeichnend sein, die derzeit entwickelt wird.

Die Anzahl der ortfesten Sendeanlagen und mobilen Geräte wird sich durch 5G erhöhen. Es ist zu erwarten, dass die in Deutschland vorhandenen circa 75.000 Mobilfunkstandorte überwiegend auch für 5G mitgenutzt werden können. Die Anzahl zusätzlich benötigter Standorte ist abhängig von den individuellen Netzplanungen der Anbieter. Parallel nimmt auch die Anzahl der Standorte im 4G-Netz kontinuierlich zu.

In Japan mit einer ähnlich großen Fläche wie Deutschland werden ortsfeste Sendeanlagen des Mobilfunks an circa 570.000 Standorten betrieben. Die Internationale Fernmeldeunion prognostiziert bis zu eine Million Endgeräte und vernetzte Geräte pro Quadratkilometer. Ob diese Zahlen in Deutschland erreicht werden, hängt von der Entwicklung des Marktes beziehungsweise den deutschen Netzbetreibern ab.

Als Kleinzellen (oder "small cells") werden ortsfeste Sendeanlagen des Mobilfunks bezeichnet, die eine geringe Sendeleistung beziehungsweise einen kleinen Versorgungsbereich aufweisen. Kleinzellen kommen insbesondere an Orten mit hoher Nutzerdichte zum Einsatz und ergänzen beziehungsweise verdichten 4G- und 5G-Mobilfunkzellen an Orten mit besonders hoher Nachfrage. Typische Einsätze finden sich zum Beispiel in Innenstädten, Flughäfen, Bahnhöfen, Veranstaltungszentren, Geschäftszentren, Sportstadien, innerhalb von Zügen oder entlang von Verkehrswegen.

4G- und 5G-Netze werden, in Abhängigkeit von der Entwicklung des Marktes und den Planungen der Netzbetreiber, mittel- bis langfristig gemeinsam oder parallel betrieben.

Derzeit werden die 4G-Mobilfunknetze weiter ausgebaut, um deren Kapazität zu erweitern und die Netzabdeckungen zu vergrößern beziehungsweise zu verdichten. Der Hintergrund liegt insbesondere darin, dass auf den von 4G genutzten Frequenzen unter ein Gigahertz, die eine vergleichsweise höhere Reichweite aufweisen, aufgrund der verfügbaren schmaleren Bandbreiten nicht die volle mit 5G verbundene Funktionsvielfalt möglich ist.

Demgegenüber planen die Netzbetreiber, ihre 3G-Netze nach und nach zu reduzieren.

Grundsätzlich werden die 5G-Sendeanlagen ähnlich sein wie bisher. Allerdings werden die zurzeit ausgebauten 4G-Netze sowie die zukünftigen 5G-Netze vermehrt sogenannte multiple Antennenfelder verwenden, die aus vielen rechnergesteuerten Antennenelementen bestehen (englisch "Multiple Input Multiple Output" oder kurz MIMO). Dies erlaubt eine gezielte Versorgung einzelner Mobilgeräte durch das sogenannte Beamforming ("intelligente Antennen"), mit dem die Felder von Basis- und Mobilstationen für die Dauer der Übertragung aufeinander ausgerichtet werden.

Die Kommunen werden über die Errichtung einer Antennenanlage vom Netzbetreiber informiert. Der Kommune steht bei neuen Sendeanlagen überdies ein Stellungnahme- und Erörterungsrecht zu. Die Ergebnisse dieser Beteiligung muss der Netzbetreiber berücksichtigen. Es wird erwartet, dass Netzbetreiber auch die Bürgerinnen und Bürger informieren und den konstruktiven Dialog suchen.

Es wird angesichts der Erfahrungen aus dem bisherigen Netzausbau erwartet, dass die Netzbetreiber die Kommunen und Bürger über die Errichtung einer Antennenanlage informieren und den konstruktiven Dialog suchen.

Bei den üblichen Verbraucherprodukten, wie etwa Smartphones oder Tablets, wird es keine relevanten Unterschiede zwischen den heutigen 4G-Geräten und den in Zukunft erhältlichen 5G-Geräten geben. Diese Geräte werden automatisch zwischen der Nutzung von 4G und 5G hin-und herschalten können.

Geräte für spezielle, nur mit 5G mögliche Lösungen unterscheiden sich jedoch deutlich. Sie werden in Form von elektronischen Steckkarten in tragbaren Rechnern, Terminals, Messsonden, Maschinen und Robotern, Kameras, drahtlosen Mikrofonen sowie in vernetzten Fahrzeugen unter anderem auftreten.

Die ersten Geräte, die neben den bestehenden Mobilfunknetzen auch 5G nutzen können, sind bereits auf dem Markt. Ein breiteres Angebot aller relevanten Gerätetypen (zum Beispiel Smartphones, Tablets, Laptops) dürfte zur Verfügung stehen, sobald der Aufbau von 5G-Netzen in einer größeren Anzahl von Städten erfolgt.