Die KI Claude war so freundlich, Fluris ERP-Papier vom Dezember 2020 auf fachliche Richtigkeit hin zu prüfen. Der "elektrosensible" Elektroingenieur schneidet dabei gar nicht so schlecht ab wie erwartet. Und doch läuft Fluri mit seiner zentralen Forderung nach einer Mindestsendeleistung für Massive-Mimo-Antennen heute ins Leere. Maßgeblich dafür ist der NISV-Nachtrag vom Februar 2021, denn dieser macht Fluris ERP-Papier obsolet.
Fluris "Fachtechnische Beurteilung" vom 14.12.2020 stellte fest, dass die in den Standortdatenblättern (StDb) für adaptive Massiv-Mimo-5G-Antennen deklarierten ERP-Werte (50–150 W) im Vergleich zur theoretischen Maximal-ERP einer Antenne wie der Ericsson AIR6488B42 (30'500 W) extrem niedrig erscheinen. Rechnerisch entspräche das bei 200 W nominaler HF-Ausgangsleistung einer Nutzung von nur 0,17 % bis 0,5 %.
Daraus leitete das Papier ab: Leistungsverstärker (PA) haben eine begrenzte lineare Regelbarkeit (Abschnitt 23a: "nur sehr bedingt im Bereich von 20–100 % möglich"). Die Power-Added-Efficiency (PAE) geht bei kleinen Ausgangsleistungen gegen Null – der Betrieb bei <1 % Nominalleistung sei technisch unplausibel und wirtschaftlich unsinnig ("die Antenne wird eigentlich zur Elektroheizung").
Daher müsse für StDb-Deklarationen adaptiver Antennen eine Mindest-ERP von rund 20 % der Maximalleistung verlangt werden – niedrigere Werte seien "manipulativ und irreführend". Ergänzend fordert das Papier ein Online-Monitoring der tatsächlichen HF-Ausgangsleistung, da zum Zeitpunkt der Veröffentlichung weder Messvorschrift noch Vollzugshilfe für adaptive Antennen existierten.
Dahinter stand ein konkreter Verdacht: Die im StDb deklarierte ERP bestimmt direkt die rechnerische Ausschlusszone (Compliance Distance) in der ein bestimmter Grenzwert der Funkstrahlung nicht überschritten werden darf. Ein niedriger deklarierter Wert bedeutet eine kleine Zone – und damit eine deutlich leichtere Baubewilligung in dichter städtischer Bebauung, wo eine grosse Zone den Standort faktisch verunmöglichen würde (worauf auch die im Papier zitierte Ericsson-Folie "Size of exclusion zone makes 5G network roll-out a major problem or impossible" hinweist). Da die verbaute Hardware technisch zu einer weit höheren ERP fähig ist als deklariert, lag für Fluri der Verdacht nahe, dass Betreiber den tatsächlichen Sendebetrieb bei Bedarf über den deklarierten Wert hinaus "aufdrehen" könnten, ohne dass dies auffällt – die kleine Ausschlusszone wäre dann nur ein Papierkonstrukt für die Bewilligung, ohne reale Bindungswirkung.
War das damals wirklich unprüfbar? Nicht vollständig, aber praktisch weitgehend ja. Punktuelle Feldstärkemessungen vor Ort waren grundsätzlich möglich – das Papier zitiert selbst ANFR-Messungen in Frankreich (Mérignac, Toulouse, Nozay), bei denen der Sendebeam gezielt durch grosse Downloadanforderungen (150 MB – 100 GB) "festgehalten" werden musste, um überhaupt einen aussagekräftigen Spitzenwert erfassen zu können. Das zeigt zweierlei: Eine Kontrolle war mit gezieltem Aufwand technisch machbar, aber sie war weder Standardverfahren noch Teil einer routinemässigen, automatisierten Überwachung. Das vorhandene Schweizer QS-System beschränkte sich zudem auf eine einmal täglich automatisiert ausgeführte Prüfroutine – konzipiert für statische, passive Antennen mit fixen Parametern. Für adaptive Antennen, die ihr Antennendiagramm im DDDSU-Takt bis zu 400-mal pro Sekunde ändern können, konnte eine solche tägliche Stichprobe eine kurzzeitige Überschreitung des deklarierten Werts praktisch nicht erfassen. Eine routinemässige, für Behörden alltagstaugliche Verifikation des deklarierten Werts gab es damit faktisch nicht – Fluris Verdacht war unter diesen Bedingungen nicht völlig aus der Luft gegriffen.
Warum die 20 %-Mindestwert-Forderung methodisch nicht trägt
Bei näherer Prüfung vermischt die Argumentation zwei unterschiedliche physikalische Grössen:
► Die "20–100 %"-Angabe beschreibt den instantanen, linearen Aussteuerbereich des PA während aktiven Sendens.
► Die im StDb deklarierte ERP ist dagegen eine über Zeit (Duty-Cycle des TDD-Verfahrens) und Raum (Verteilung der Beam-Richtungen) gemittelte regulatorische Grösse.
Ein HF-Verstärker kann problemlos einen Grossteil der Zeit inaktiv oder in eine andere Richtung sendend sein und dabei, wenn er tatsächlich sendet, innerhalb seines linearen Bereichs (≥20 %) bleiben – der zeitlich gemittelte Wert an einem bestimmten Ort ergibt sich dann trotzdem als sehr klein. Das ist kein technischer Widerspruch, sondern normales Verhalten eines gepulsten, richtungsgesteuerten Systems. Aus einer Untergrenze für die instantane Aussteuerung folgt daher keine zwingende Untergrenze für die gemittelte, deklarierte ERP.
Klarstellung, weil dies von Gigaherz-Jakob gerne verwechselt wird: Die Behauptung, eine Massiv-Mimo-Antenne "funktioniere nicht mehr" oder "könne technisch nicht arbeiten", wenn sie mit weniger als rund 20 % ihrer Nominalleistung betrieben wird, ist falsch. Ein PA lässt sich kontinuierlich von nahe null bis zur Maximalleistung ansteuern; er hört unterhalb einer bestimmten Schwelle nicht auf zu funktionieren. Was sich verändert, sind zwei graduelle Grössen: die Energieeffizienz (PAE) sinkt, weil ein wachsender Anteil der zugeführten Gleichstromleistung als Wärme statt als HF-Leistung abgegeben wird, und die Linearität nimmt ab, weil Class-AB/B/C-Verstärker nahe ihrem unteren Arbeitspunkt stärkere Verzerrungen zeigen. Beides sind Qualitäts- bzw. Wirkungsgrad-Fragen, die mit geeigneten Massnahmen (Envelope Tracking, dynamische Bias-Anpassung, digitale Vorentzerrung/DPD) weitgehend kompensiert werden – kein Betriebsverbot. Der Betrieb einer Antenne bei einem Bruchteil ihrer Nennleistung ist ein völlig normaler, dauerhaft beobachtbarer Zustand (siehe die von Fluri selbst zitierten Ericsson-Messwerte: Mittelwert ≈21 %, Median ≈20 % der Maximalleistung in der verkehrsreichen Stunde) – kein Ausnahmefall und keine technische Fehlfunktion.
Auch das ergänzende Kapazitätsargument des Papiers (Abschnitt 4: "die deklarierte ERP erlaubt rechnerisch nur X gleichzeitige Verbindungen") überzeugt nicht: Der Kapazitätsgewinn von Massiv-Mimo beruht primär auf räumlichem Multiplexing und Beamforming-Gewinn, nicht auf einer linearen Kopplung von Sendeleistung und Nutzerzahl.
Schliesslich gibt es auch keinen technischen Zwang, überhaupt mit einer für hohe Leistung ausgelegten Hardware zu arbeiten, wenn der tatsächliche Versorgungsbedarf gering ist: Wer nur ein kleines Areal mit z.B. 50 W ERP versorgen will, kann von vornherein kleiner dimensionierte Hardware (kleinere Antenne, weniger Sub-Arrays) einsetzen – dann liegt der Arbeitspunkt automatisch nahe dem Nominalwert dieser kleineren Einheit, ohne dass sich die Effizienz-/Linearitätsfragen aus den Abschnitten 21–25 in extremer Form stellen. Eine erzwungene Mindestleistung würde in einem solchen Fall realen, bedarfsgerechten Netzausbau bestrafen, ohne dass ihr ein sachlicher Nutzen gegenüberstünde.
Was sich seit Februar 2021 geändert hat
Am 23.02.2021 – gut zwei Monate nach Fluris Papier – veröffentlichte das Bafu den Nachtrag zur Vollzugshilfe zur NISV für adaptive Antennen. Dieser beruht auf Testmessungen und Simulationen, die das Bakom im Auftrag des UVEK im Sommer 2020 durchgeführt hatte, und führt zwei zentrale Elemente ein, die später auch in der NISV selbst verankert wurden:
Korrekturfaktor: gestuft nach der Anzahl Sub-Arrays/Antennenelemente, empirisch aus realen Messungen und Simulationen abgeleitet – kein pauschaler Prozentsatz, sondern eine je Antennentyp differenzierte Grösse, die abbildet, dass eine adaptive Antenne ihre Maximalleistung nie gleichzeitig in alle Richtungen senden kann.
Automatische Leistungsbegrenzung ("Power-Lock"): gewährleistet, dass die für die Bewilligung zugrunde gelegte Sendeleistung, gemittelt über ein gleitendes 6-Minuten-Fenster, nicht überschritten wird. Kurzzeitige Spitzen nach oben über den Anlagegrenzwert hinaus sind zulässig, müssen aber durch entsprechend geringere Leistung in den übrigen Minuten dieses Fensters kompensiert werden.
Wichtig zur Einordnung: Das ist ein Paradigmenwechsel gegenüber der zuvor geltenden Praxis, wonach der Anlagegrenzwert an einem Ort zu jedem Zeitpunkt eingehalten werden musste. Neu gilt die Einhaltung nur noch im 6-Minuten-Mittel.
Dieser Wechsel ist allerdings differenzierter zu bewerten, als "Lockerung" suggeriert: Die 6-Minuten-Mittelungszeit ist keine schweizspezifische Erfindung, sondern entspricht dem international etablierten Icnirp-Mittelungsfenster für thermische HF-Grenzwerte – sowohl Icnirp 1998 als auch Icnirp 2020 legen für den hier relevanten Frequenzbereich eine Mittelungszeit von 360 s (6 Minuten) zugrunde, begründet durch die thermische Trägheit von Gewebe (Temperaturanstieg durch HF-Absorption ist ein träger, kein instantaner Prozess). Da die Grenzwerte selbst als Effektivwerte über dieses Zeitfenster definiert sind, war die frühere Praxis, bei konventionellen (kaum fluktuierenden) Antennen "zu jedem Zeitpunkt" einzuhalten, in der Sache eine zusätzliche, faktisch nie relevant gewordene Sicherheitsmarge – bei einer nahezu konstant sendenden Antenne fallen Momentanwert und 6-Minuten-Mittel ohnehin praktisch zusammen. Erst mit echt zeitvariablen, beamgesteuerten Systemen wird der Unterschied überhaupt sichtbar und die Umstellung auf die 6-Minuten-Mittelung bringt die Bewertungsmethode dann lediglich in Einklang mit dem international anerkannten thermischen Referenzmass: Keine Lockerung des Schutzniveaus im physiologischen Sinn, sondern eine Korrektur einer zuvor unbeabsichtigten Überkonservativität, die nur deshalb nie auffiel, weil sie bei statischen Antennen keine praktische Rolle spielte.
Damit bleibt die von Fluri in Abschnitt 3.3 aufgeworfene Frage – "was geschieht mit denjenigen Fällen, die (kurzzeitig) ausserhalb des gemittelten Normalbereichs liegen?" – der Sache nach zwar bestehen, sie betrifft aber letztlich dieselbe Grundsatzfrage, die international bereits für alle HF-Grenzwerte gilt (auch Icnirp kennt kurzzeitige Spitzen innerhalb des Mittelungsfensters) und ist kein Spezifikum adaptiver Antennen.
Das Bakom hat im Juli 2021 zudem bestätigt, dass die QS-Systeme der Netzbetreiber diese Anforderungen korrekt abbilden.
Damit ist genau der oben erwähnte Verdacht – kleine Ausschlusszone auf dem Papier, real aber beliebig "aufdrehbare" Sendeleistung – gegenstandslos geworden: Der im StDb deklarierte Wert ist kein unüberprüfbarer "Papierwert" mehr, der nur zur Verkleinerung der rechnerischen Ausschlusszone dient, während die Anlage real unbegrenzt mehr leisten könnte. Er ist eine technisch hart durchgesetzte Obergrenze. Da mittlere Sendeleistung und abrufbare Kapazität über das Link-Budget gekoppelt sind, begrenzt der deklarierte Wert im Ergebnis auch real die im 6-Minuten-Mittel bedienbare Datenlast – eine Anlage kann nicht mehr dauerhaft mehr Verkehr bedienen, als ihr deklarierter, korrekturfaktor-bereinigter ERP-Wert zulässt.
Die praktische Konsequenz zeigt sich auch in Messresultaten: Gemäss Bakom/Bafu liegt die durchschnittliche Exposition um adaptive Antennen "deutlich" niedriger als um vergleichbare konventionelle Antennen; eine Quelle beziffert den Rückgang auf bis zu Faktor 5 – jedenfalls in die entgegengesetzte Richtung dessen, was Fluris These ("Deklarationen sind um Faktor 20–50 zu tief") nahelegen würde.
Fortsetzung in Teil IIIb