Gigaherz Forum

Wie stark und in welcher Art strahlt eine 5G-Sende-Antenne?

Bornkessel macht in einer Passage eines Aufsatzes über die Versuche zur Messung von 5G-Immissionen eine Aussage zu der übertragenen Leistung (s.u.; Unterstreichung von Beoabachter) in einem Datenübertragungsstrahl ("traffic beam") einer 5G-Sende-Antenne.
Konzepte für zuverlässige Immissionsmessungen an 5G-Basisstationen mit massivem MIMO
https://www.vde.com/resource/blob/19374 ... f-data.pdf; Seite 8

Zitat:
Der broadcastbeam sendet Steuersignale und wird entweder zyklisch durch mehrere Ausrichtungen geschaltet oder ist
statisch.

Das 50 Hz-Signal des broadcastbeams ist hier hörbar:
Zusätzliche Funksignale, M. Virnich
https://baubiologie-virnich.de/2020/06/ ... r-telekom/

Zitat:
Die traffic beams werden dynamisch auf die Endgeräte ausgerichtet, wobei je nach Anzahl der Nutzer mehrere räumlich getrennte beams gebildet werden können.

Zitat:
Der Gewinn und die pro traffic beam übertragene Leistung nehmen mit der Anzahl der gleichzeitig gesendetenbeams ab.

Wie ist diese Leistungsabnahme technisch zu erklären?

Zitat:
Daher wird die maximale Immission an einem definierten Messpunkt dann erzeugt, wenn nur ein einziger traffic beam mit maximalem Gewinn und maximaler Sendeleistung ausgebildet wird.

siehe auch: 5G: Adaptive Antennen sind immer noch nicht messbar
https://www.gigaherz.ch/5g-adaptive-ant ... t-messbar/

Beoabchter hat geschrieben: ↑

25. November 2020 19:16

Zitat:
Der Gewinn und die pro traffic beam übertragene Leistung nehmen mit der Anzahl der gleichzeitig gesendetenbeams ab.

Wie ist diese Leistungsabnahme technisch zu erklären?

Naja, wenn aus einer adaptiven Antenne ein einziger Traffic-Beam mit maximaler Sendeleistung austritt und die z.B. 64 Elementarantennen so angesteuert werden, dass sie alle diesen einen Beam formen (maximaler Gewinn), dann bildet diese Situation die maximale Emission der adaptiven Antenne ab und damit auch die maximal mögliche Immission. Damit erreichen Sie theoretisch nur einen Teilnehmer am Rand einer Funkzelle, wird jedoch das Zeitmultiplexverfahren eingesetzt (TDMA), erreichen Sie mehrere Teilnehmer am Zellenrand (z.B. acht, wie bei GSM), dann aber nicht mehr kontinuierlich, sondern nur noch in Zeitschlitzen (geringere Übertragungsrate).

Klar?

Was aber, wenn Sie mehr und zufällig verteilte Teilnehmer im Sektor haben, manche nah an der Antenne, andere fern?

Dann erst spielen adaptive Antennen ihren Vorteil aus. Statt nur einem Traffic-Beam sendet die adaptive Antenne dann z.B. vier aus. Die maximale Sendeleistung muss dann auf diese vier Beams verteilt werden, jeder Beam kann dann z.B. 1/4 der Maximalleistung bekommen, die Aufteilung kann situationsbezogen aber auch ganz anders aussehen. So brauchen Teilnehmer nahe der Antenne zur Versorgung nicht 1/4 der Maximalleistung, sondern vielleicht nur 1/10. Die frei werdende Leistung kann in andere Beams zur Versorgung von Teilnehmern investiert werden, die weiter weg sind. Mehr als die maximale bewilligte Sendeleistung können alle Beams zusammen aber nicht verbraten, egal wie viele Beams von der Antenne ausgehen (es könnten z.B. auch acht sein). Das Ganze funktioniert vollautomatisch und schnell und wenn einem Teilnehmer am Zellenrand wegen schwindender Empfangsfeldstärke der Verbindungsabbruch droht, wird dieser in eine Nachbarzelle umgebucht, in der weniger los ist und somit genug Sendeleistung frei ist, um diesen Teilnehmer zuverlässig zu versorgen.

Die Vorstellung, unsere Antenne würde 64 Traffic-Beams aussenden ist in der Schweiz zwar verbreitet, aber nicht zielführend und deshalb falsch. Denn in diesem Fall wäre a) die Reichweite aller Beams nur kurz, da jeglicher Antennengewinn entfällt, b) könnten diese Beams nicht mehr in die gewünschte Richtung gesteuert werden (das geht nur wenn mehrere Elementarantennen einen Traffic-Beam formen) und c) wäre es Perlen vor die Säue werfen, denn wesentlich billiger ließe sich mit einer gewöhnlichen Sektorantenne, wie wir sie seit GSM kennen, der Sektor besser versorgen als mit der vergewaltigten teuren adaptiven Antenne.

Kurz: Eine 5G-Funkzelle "atmet" (wie auch schon 3G-Funkzellen), wenn in einer Zelle nicht viel los ist, kann sie groß sein, kommen viele Teilnehmer hinzu schrumpft sie zusammen. Ursache ist a) die Begrenzung der maximal zulässigen Sendeleistung pro Sektor gemäß Standortdatenblatt und b) der Umstand, dass diese maximale Sendeleistung sich in unserem Beispiel auf 64 Elementarantennen (es können auch viel mehr sein) dynamisch so verteilt, dass diese entweder einen einzigen Beam mit maximaler Reichweite formen oder eben mehrere Beams mit kurzer Reichweite. Es ist ähnlich wie bei einem Teller mit Milch: Eine Katze kann daran lange schlecken, viele Katzen nur kurz – denn die Ressource Milch steht nicht in beliebiger Menge zur Verfügung, sondern ist begrenzt.

Erwin hat geschrieben: ↑

27. November 2020 19:50

Beoabchter hat geschrieben: ↑

25. November 2020 19:16

Zitat:
Der Gewinn und die pro traffic beam übertragene Leistung nehmen mit der Anzahl der gleichzeitig gesendetenbeams ab.

Wie ist diese Leistungsabnahme technisch zu erklären?

Naja, wenn aus einer adaptiven Antenne ein einziger Traffic-Beam mit maximaler Sendeleistung austritt und die z.B. 64 Elementarantennen so angesteuert werden, dass sie alle diesen einen Beam formen (maximaler Gewinn), dann bildet diese Situation die maximale Emission der adaptiven Antenne ab und damit auch die maximal mögliche Immission.

Wie hoch kann technisch (nicht rechtlich) die von @Erwin dargestellte maximale Immsssion an einem Ort sein?

Beoabchter hat geschrieben: ↑

27. November 2020 21:12

Wie hoch kann technisch (nicht rechtlich) die von @Erwin dargestellte maximale Immsssion an einem Ort sein?

Das lässt sich pauschal nicht beantworten. Es kommt darauf an welche Leistung die Endstufen haben, hier mal zwei Beispiele von Ericsson:
https://fccid.io/ANATEL/01998-07-01882/ ... 3FF359/PDF
https://www.academia.edu/27699706/Remot ... nd_RRUS_13

die fangen bei 3W an und gehen bis 100W, dazwischen ist alles möglich. Und beim Antennengewinn kommt noch einmal die gleiche Bandbreite an Möglichkeiten hinzu, da gibt es auch Dutzende verschiedene Modelle von Antennen.

Prinzipiell kann man aber davon ausgehen, dass die Mobilfunkbetreiber ihr Geld nicht zum Fenster hinaus werfen. Wenn zum Beispiel max. 18W rechtlich möglich sind dann ist vermutlich nur eine 20W Endstufe verbaut. Eine 50W oder 100W Endstufe wäre Geldverschwendung.

Heinrich hat geschrieben: ↑

28. November 2020 22:46

Beoabchter hat geschrieben: ↑

27. November 2020 21:12

Wie hoch kann technisch (nicht rechtlich) die von @Erwin dargestellte maximale Immsssion an einem Ort sein?

Das lässt sich pauschal nicht beantworten. Es kommt darauf an welche Leistung die Endstufen haben, hier mal zwei Beispiele von Ericsson:
https://fccid.io/ANATEL/01998-07-01882/ ... 3FF359/PDF
https://www.academia.edu/27699706/Remot ... nd_RRUS_13

die fangen bei 3W an und gehen bis 100W, dazwischen ist alles möglich. Und beim Antennengewinn kommt noch einmal die gleiche Bandbreite an Möglichkeiten hinzu, da gibt es auch Dutzende verschiedene Modelle von Antennen.

Prinzipiell kann man aber davon ausgehen, dass die Mobilfunkbetreiber ihr Geld nicht zum Fenster hinaus werfen. Wenn zum Beispiel max. 18W rechtlich möglich sind dann ist vermutlich nur eine 20W Endstufe verbaut. Eine 50W oder 100W Endstufe wäre Geldverschwendung.

Die Frage betrifft die maximale Immission an einem Ort, das was verursacht von einer Antenne ankommt, nicht die Emission der Antenne.

Bei der Messreihe der ANFR wurde die maximale Immission ermittelt, die ein 5G-Sendemast bei Konzentration der gesamten Sendeleistung auf einen Beam verursacht.

Bei einer Anlage mit 200 Watt Sendeleistung und ca. 24 dBi Antennengewinn betrug die Feldstärke in 150 Metern Entfernung etwa 9 V/Meter.

Von den Betreibern wird freilich argumentiert, dass dieser extrem hohe Wert in der Praxis nicht vorkommt, da die Sendeleistung immer auf mehrere Beams verteilt werden würde und nur ganze kurze Zeit bei Datenanforderung auftritt. Ohne Traffic würden nur sehr niedrige Feldstärken entstehen ( oft unter 0,2 V/m bei bisherigen Messreihen).

Hier kommt eben nun die Frage der korrekten Messung dieser neuen Anlagen auf. Eine etablierte Methode mit korrekter Hochrechnung auf Volllast gibt es bis heute nicht.

https://www.anfr.fr/fileadmin/mediatheq ... -5G-EN.pdf

ralfb hat geschrieben: ↑

30. November 2020 05:16

Bei der Messreihe der ANFR wurde die maximale Immission ermittelt, die ein 5G-Sendemast bei Konzentration der gesamten Sendeleistung auf einen Beam verursacht.

Bei einer Anlage mit 200 Watt Sendeleistung und ca. 24 dBi Antennengewinn betrug die Feldstärke in 150 Metern Entfernung etwa 9 V/Meter.

Von den Betreibern wird freilich argumentiert, dass dieser extrem hohe Wert in der Praxis nicht vorkommt, da die Sendeleistung immer auf mehrere Beams verteilt werden würde und nur ganze kurze Zeit bei Datenanforderung auftritt. Ohne Traffic würden nur sehr niedrige Feldstärken entstehen ( oft unter 0,2 V/m bei bisherigen Messreihen).

Hier kommt eben nun die Frage der korrekten Messung dieser neuen Anlagen auf. Eine etablierte Methode mit korrekter Hochrechnung auf Volllast gibt es bis heute nicht.

https://www.anfr.fr/fileadmin/mediatheq ... -5G-EN.pdf

Dass Vollast nicht erfasst werden kann ist sehr problematisch.
Die Feldstärken für sich sind bezüglich biologischer Risiken nicht allein ausschlaggebend. Die Transienten bzw. die steilen Flanken sind biologisch wirksame Faktoren, die bei 5G massiv sind.
Auch die "Grundlast" (nur Synchronisationskanal/broadcastbeam) bringt ein dauerhaftes, dynamisches (Richtung wechselndes) oder statisches 50 Hz-Signal.

Beoabchter hat geschrieben: ↑

25. November 2020 19:16

Das 50 Hz-Signal des broadcastbeams ist hier hörbar:
Zusätzliche Funksignale, M. Virnich
https://baubiologie-virnich.de/2020/06/ ... r-telekom/

Beobachter hat geschrieben: ↑

1. Dezember 2020 18:42

Dass Vollast nicht erfasst werden kann ist sehr problematisch.
Die Feldstärken für sich sind bezüglich biologischer Risiken nicht allein ausschlaggebend. Die Transienten bzw. die steilen Flanken sind biologisch wirksame Faktoren, die bei 5G massiv sind.

Das mit der "Vollast" ist bei 5G und auch bei 4G halt so ein Problem. Früher mit GSM war es einfach, 8 Handys nehmen und die grüne Taste drücken - schon war der GSM-Kanal unter Vollast (die Realität ist zwar ein wenig komplizierter aber wenn man die Spezialfälle alle weg lässt, funktioniert es so).

Bei 3G/4G/5G ist das alles viel dynamischer und bei 5G sogar noch ortsabhängig. Die tatsächliche Vollast kann man eigentlich nur im Labor simulieren, aber damit ist natürlich niemanden geholfen. Bei den Messungen von ANFR gab es keinen User-Traffic ("The post-initialisation measurements were taken without traffic as these sites were not open to subscribers at the time. In the absence of traffic,..."), das hat mit der Realität auch wenig zu tun.

Heinrich hat geschrieben: ↑

2. Dezember 2020 11:51

Beobachter hat geschrieben: ↑

1. Dezember 2020 18:42

Dass Vollast nicht erfasst werden kann ist sehr problematisch.
Die Feldstärken für sich sind bezüglich biologischer Risiken nicht allein ausschlaggebend. Die Transienten bzw. die steilen Flanken sind biologisch wirksame Faktoren, die bei 5G massiv sind.

Das mit der "Vollast" ist bei 5G und auch bei 4G halt so ein Problem. Früher mit GSM war es einfach, 8 Handys nehmen und die grüne Taste drücken - schon war der GSM-Kanal unter Vollast (die Realität ist zwar ein wenig komplizierter aber wenn man die Spezialfälle alle weg lässt, funktioniert es so).

Bei 3G/4G/5G ist das alles viel dynamischer und bei 5G sogar noch ortsabhängig. Die tatsächliche Vollast kann man eigentlich nur im Labor simulieren, aber damit ist natürlich niemanden geholfen. Bei den Messungen von ANFR gab es keinen User-Traffic ("The post-initialisation measurements were taken without traffic as these sites were not open to subscribers at the time. In the absence of traffic,..."), das hat mit der Realität auch wenig zu tun.

Die Bezeichnung "Volllast" hier war eine unzureichende Hilfbezeichnung von mir.

Die Realität des Broadcastbeams von 50 Hz (SSB/Sychronization Signal Block) ist stets gegeben. Man kann daher von einer Art Grundbelastung sprechen, die ein neues Problem darstellt. Wo waren bisher 50 Hz-Signale in den genannten möglichen Formen dauerhaft vorhanden? Kennt jemand Studien zu diesem Signal?

Wenn tatsächlich die gesamte Sendeleistung auf einen Beam konzentriert wird, können Sie die maximale Immission natürlich auch auf dem Rechenweg abschätzen.

Nehmen wir das Beispiel der Basisstation aus der ANFR-Messung: 200 Watt Sendeleistung, 24 dBi Antennengewinn -> ca. 50.000 Watt EIRP. In 120 Metern Entfernung ergibt sich daraus gemäß Fernfeldformel eine maximale Belastung von etwa 276 mW/m², also 10,2 V/m. Dies natürlich nur bei optimalen Verbindungen und Sichtverbindung. Man sieht aber sofort, dass diese Peak-Werte deutlich über dem liegen, was üblicherweise bei LTE/UMTS gemessen wird. Da die Datenübertragung aber sehr schnell erfolgen soll und im restlichen Zeitraum nur die Organisationskanäle messbar sein werden, erhalten wir natürlich an jedem Ort innerhalb der Funkzelle gemittelte RMS-Werte, die bei Messungen sehr niedrig erscheinen. Und die Betreiber können uns die Technologie mal wieder als "strahlungsarm" verkaufen.

ralfb hat geschrieben: ↑

2. Dezember 2020 15:47

Wenn tatsächlich die gesamte Sendeleistung auf einen Beam konzentriert wird, können Sie die maximale Immission natürlich auch auf dem Rechenweg abschätzen.

Nehmen wir das Beispiel der Basisstation aus der ANFR-Messung: 200 Watt Sendeleistung, 24 dBi Antennengewinn -> ca. 50.000 Watt EIRP. In 120 Metern Entfernung ergibt sich daraus gemäß Fernfeldformel eine maximale Belastung von etwa 276 mW/m², also 10,2 V/m. Dies natürlich nur bei optimalen Verbindungen und Sichtverbindung. Man sieht aber sofort, dass diese Peak-Werte deutlich über dem liegen, was üblicherweise bei LTE/UMTS gemessen wird. Da die Datenübertragung aber sehr schnell erfolgen soll und im restlichen Zeitraum nur die Organisationskanäle messbar sein werden, erhalten wir natürlich an jedem Ort innerhalb der Funkzelle gemittelte RMS-Werte, die bei Messungen sehr niedrig erscheinen. Und die Betreiber können uns die Technologie mal wieder als "strahlungsarm" verkaufen.

Biologische Effekte treten eher auf, wenn die Felder "inhomogen", d.h. zeitlich und räumlich variabel sind -> Signalcharakter.
Das System der Verharmlosung baut nach wie vor und mit Blick auf die Studienlage ziemlich verkrampft auf dem Dogma auf, dass nur thermische, durch Summation der eingetragenen Energie erzeugte Wärmewirkungen im Organismus gesundheitlich bedenklich werden könnten.
Z.B.: -> https://youtu.be/sdIAZ1iHFtg?t=4449, 01:14:00; Auftaktveranstaltung – Mit Bürgerinnen und Bürgern im Dialog zu 5G Mobilfunk. Mit dabei: Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer, Bundesumweltministerin Svenja Schulze, die Präsidentin des Bundesamtes für Strahlenschutz Inge Paulini und Prof. Achim Enders, stellvertretender Vorsitzender der Strahlenschutzkommission.
Laut Schulze sei 5G eigentlich nur ein "neues Protokoll": https://youtu.be/sdIAZ1iHFtg?t=2342, 00:39:00.

In der Schweiz dürfte spannend werden, wie gerechnet werden soll, wenn Messungen nicht hinreichen, um die Immission so zu erfassen, dass damit bisher geltenden gesetzlichen Regeln entsprochen werden könnte. Man wird sich zu behelfen versuchen mit einem Mix von Anpassungen der Regelungen, wie gemessen werden und gerechnet wird.