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5G Modellregion Lausitz

Die fünfte Generation der Mobilfunk- und Netztechnologie (5G) ist wegen der hohen Datenraten und niedrigen Latenzzeiten insbesondere für die Industrie mit Echtzeit-Kommunikationsanforderungen von hoher Bedeutung. Die Übertragung ist etwa 100 Mal schneller als der aktuelle Standard 4G, auch LTE genannt.

Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) will die Lausitz zu einer 5G Modellregion entwickeln. Der neue Mobilfunkstandard 5G wird in bundesweit sechs Modellregionen besonders gefördert. Damit verbunden ist die Möglichkeit vor Ort, unter Einsatz von Bundesmitteln, Testversuche und Untersuchungen zur Anwendung von 5G umzusetzen.

Die Fördergelder des Bundes sollen dazu dienen, dass die Potenziale von 5G anschaulich und praxisnah entwickelt, erprobt und demonstriert werden. Der Landkreis Görlitz will insbesondere den Einsatz der Mobilfunktechnologie 5G in den Bereichen Logistik, Industrie 4.0, Gesundheit, Energie und Landwirtschaft in realistischen Anwendungsszenarien untersuchen lassen, um so die 5x5G- Strategie des Bundes zu unterstützen.

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.

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

Alle bereits für den Mobilfunk der dritten und vierten Generation (z. B. 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 sog. 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.

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 bzw. zu verdichten. Der Hintergrund liegt insbesondere darin, dass auf den von 4G genutzten Frequenzen unter 1 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“, s. u.), mit dem die Felder von Basis- und Mobilstationen für die Dauer der Übertragung aufeinander ausgerichtet werden.

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 u. a. auftreten.

Die ersten Geräte, die neben den bestehenden Mobilfunknetzen auch 5G nutzen können, sind bereits auf dem Markt. 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.

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 sog. „Beamforming“ (siehe Frage 2) 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 sog. 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.

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.

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 sind unten dargestellt.

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 (sog. „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.

Ansprechpartner

Dominik Rein

Dominik Rein

(Technischer Referent/ Breitbandkoordinator)

Telefon: 03581 663 3007
E-Mail: dominik.rein@kreis-gr.de