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LORAWAN BEDENKENLOS EINSETZEN Strahlenbelastung durch Funktechnologien INFORMATIONSBLATT – STRAHLENBELASTUNG Ê Allgemeine Informationen

Ê Messung von Funksystemen

Ê Fallbeispiel

Ê LoRaWAN im Vergleich

ANSPRECHPARTNER

Robert Koning r.koning@smart-city-solutions.de

Peter Schneider p.schneider@smart-city-solutions.de

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ALLGEMEINE INFORMATIONEN

Im Alltag werden heute hauptsächlich Funktechnologien wie GSM, UMTS (3G), WLAN oder auch

Bluetooth - zunehmend auch LTE - genutzt. Insbesondere durch die Omnipräsenz von Mobiltelefonen,

ist die annähernd flächendeckende Verfügbarkeit von öffentlichen Mobilfunknetzen mit GSM und 3G

aus unserer Gesellschaft kaum noch wegzudenken.

Seit Jahren befassen sich diverse Wissenschaftler mit den möglichen Gefahren, welche von

Funkwellen und deren Strahlung ausgehen. Ausgiebige Tests versuchen hierbei Klarheit zu schaffen

und unterschiedliche Funktechnologien entsprechend zu bewerten.

Für uns als Unternehmen ist eine grundlegende Voraussetzung für den Einsatz einer Funktechnologie,

dass diese sicher und gesundheitsverträglich für Mensch und Umwelt ist. Die von uns eingesetzten

Geräte und Anwendungen sind demnach so ausgelegt, dass diese deutlich unterhalb der gesetzlichen

Grenzwerte liegen und der Gesundheitsschutz damit zuverlässig sichergestellt ist. Nachfolgend

wollen wir Ihnen einen Überblick, sowie unsere Einschätzung zu diesem Thema geben.

Was ist LoRaWAN?

LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und ist ein Kommunikationsstandard für

Funkverbindungen mit großer Reichweite und höchster Energieeffizienz. Er wird dabei der Klasse der

LPWANs (Low Power Wide Area Network) zugeordnet. Diese zeichnen sich durch eine geringe

äquivalente isotrope Strahlungsleistung EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) aus.

LoRaWAN benutzt die bekannten ISM-Bänder (Industrial, Scientific and Medical) für Hochfrequenz-

Geräte in Industrie, Wissenschaft und Medizin. Diese sind in Deutschland durch die

Bundesnetzagentur reglementiert: „Für Geräte, die zwischen 40.66 MHz und 870.00 MHz arbeiten,

beträgt die Sendeleistung je nach Anwendung zwischen 50 nW und 500 mW ERP“ (Effective Radiated

Power) (Bundesnetzagentur: „Funkanwendungen auf den ISM-Bändern“, Seite 3).

LoRa ist hierbei die physikalische Schicht bzw. die drahtlose Modulation, die verwendet wird, um

weitreichende Kommunikationsverbindungen zu schaffen. LoRa ist die erste kostengünstige

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Implementierung für den kommerziellen Gebrauch. Einer der Vorteile von LoRa ist neben der hohen

Reichweite die niedrige Strahlungsbelastung durch die Technologie. Ein einzelnes Gateway oder eine

Basisstation kann ganze Städte und Hunderte von Quadratkilometern abdecken. Die Reichweite

hängt stark vom Umfeld und Hindernissen des jeweiligen Standortes und der dadurch entstehenden

Verschattung ab. Mit einer minimalen Infrastruktur können ganze Länder leicht abgedeckt werden.

Wir verweisen für weitere Informationen auf das Dokument „LoRa und LoRaWAN erklärt“

(https://www.smart-city-solutions.de/wp-content/uploads/2018/03/LoRa-und-LoRaWAN-

erklärt.pdf)

MESSUNG VON FUNKSYSTEMEN

Die Funkgeräte werden in diesem Kontext als LoRaWAN-Sensoren bezeichnet. Um verschiedene

Funksysteme miteinander zu vergleichen, sind Sendeleistung, Sendedauer und der Abstand zum

Menschen von hoher Relevanz. Nachfolgend beleuchten wir diese drei Punkte in Bezug auf

LoRaWAN.

- Sendeleistung: Mit einer durchschnittlichen Sendeleistung von nur 25 Milliwatt sind

LoRaWAN-Sensoren im Vergleich zu DECT-Telefonen mit ca. 250 Milliwatt und Smartphones

mit bis zu 1.000 Milliwatt (!), mit einer sehr niedrigen Sendeleistung ausgestattet.

- Sendedauer: Die Sendedauer beträgt hierbei jeweils zwischen 0,012 und einer Sekunde und

ist damit im Vergleich zu anderen Technologien extrem kurz.

Abbildung 1 – LoRaWAN Logo

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- Abstand zum Menschen: Laut dem Bundesamt für Strahlenschutz ist bei einem Funkgerät mit

einer Spitzenleistung von bis zu 500 Milliwatt ein Mindestabstand zum Körper nicht

notwendig.

Der Vergleich diverser Medien zeigt also, dass die Sendeleistung von LoRaWAN-Sensoren äußerst

gering ist. Eine Auswirkung oder Belastung für Mensch und Natur ist bei Werten in diesen Bereichen

folglich laut Bundesnetzagentur ausgeschlossen.

FALLBEISPIEL

Wenn Personen sich in einer Wohnung in einem durchschnittlichen Abstand von 2 Metern zu

LoRaWAN-Sensoren aufhalten, verursacht ein fünfminütiges Telefonat mit einem Smartphone, bei

dem der angenommene Abstand circa fünf Zentimeter beträgt, mehr Funkstrahlung, als LoRaWAN-

Sensoren in 2.000 Jahren verursachen könnten. Die gesetzlichen Grenzwerte werden somit um weit

mehr als das Tausendfache unterschritten.

Zum Schutz des Menschen vor gesundheitlichen Gefahren wurden Grenzwerte festgelegt. Mit einer

Funkfrequenz von 868 MHz ist die Frequenz bei LoRaWAN-Sensoren im Vergleich zu Smartphones,

bei denen eine Frequenz von bis zu 2.600 MHz erreicht wird, gering.

LORAWAN IM VERGLEICH

Um das Thema „LoRaWAN bedenkenlos einsetzen“ noch etwas weiter auszuführen, möchten wir vier

wesentliche Gründe nennen, aus denen LoRaWAN wesentlich unbedenklicher ist, als die heute

bereits weithin etablierten Funktechniken wie GSM, UMTS (3G), WLAN oder auch Bluetooth und LTE

(die aktuell noch nicht verfügbaren 5G-Netzwerke lassen wir bei dieser Betrachtung noch außen vor):

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1) LoRaWAN verwendet eine sehr niedrigere Sendeleistung. Während WLAN mit 100 mW, zum

Teil sogar 1 W, sendet und in Mobilnetzen Leistungen über einem Watt verwendet werden,

senden LoRaWAN-Sensoren typischerweise mit 10 mW, maximal aber 25 mW. Alleine

hierdurch ergibt sich bereits ein eklatanter Unterschied mit einem Faktor von 10, 100 und

mehr in der Sendeleistung und damit möglichen Belastung.

2) LoRaWAN-Geräte senden nur sehr selten. Entsprechend ihrer Applikationen senden die

Geräte relativ kurze Nachrichten von typischerweise 0,012 bis eine Sekunde und diese

entweder nur aufgrund von Interaktionen der Nutzenden oder im Abstand mehrerer Minuten

oder Stunden automatisch. Für das Frequenzband, das LoRaWAN verwendet, ist gesetzlich ein

sogenannter maximaler „Duty Cycle“ bzw. „Time-on-Air“ festgelegt. Demzufolge darf jedes

einzelne Gerät nur maximal 1% der Zeit senden, d.h. nur für maximal 36 Sekunden innerhalb

einer Stunde. Die meisten LoRaWAN Geräte bleiben sehr weit unter diesem Grenzwert.

Typisch sind Werte von 0,001 bis 0,03%. Im Gegensatz dazu werden Technologien wie WLAN

oder UMTS häufig über längere Zeiträume fast dauerhaft genutzt. Durchaus typisch ist dort

ein Duty Cycle im 1-stelligen Prozentbereich. Hier ergibt sich beim Vergleich ein weiterer, sehr

großer Unterschied von 2 bis 4 Zehnerpotenzen.

1000

250 200100 100

250

200

400

600

800

1000

1200

WLAN 5 GHz

DECT

LTE H

andy

WLAN 2,4GHz /

Bluetooth

Rundfunksender

LoRaW

AN

Sendeleistungen in mW

Abbildung 2 – Sendeleistungen verschiedener Funktechnologien im Vergleich

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3) Zu betrachten ist insgesamt, wie viel der Energie tatsächlich in den Körper eines Menschen

eingestrahlt wird. Dies hängt von der Sendeleistung, der Sendedauer und ebenso auch vom

Abstand ab. Die Empfangsleistung sinkt sogar nicht nur linear, sondern quadratisch mit dem

Abstand: Bei einem zehnfachen Abstand trifft nur ein Hundertstel der Leistung ein.

Mobiltelefone, welche zumeist nur wenige Zentimeter vom Kopf gehalten werden, senden

leider doch einen erheblichen Teil der Sendeenergie in den Körper. Dies wird heute pro

Gerätetyp mit der spezifischen Absorptionsrate (SAR Wert) angegeben. Typische Werte liegen

bei 0,1 bis 1 W/kg. Das Gesetz gestattet für Mobiltelefone einen Grenzwert von 2 W/kg für

die spezifische Absorptionsrate. Bei LoRaWAN Geräten, die im Haushalt eingesetzt werden,

liegt der Abstand im Vergleich zu einem Mobiltelefon typischerweise bei dem 50- bis 10.000-

fachen - der Faktor für die Empfangsleistung folglich bei 1/2.500 bis 1/1.000.000. Für die

Bewertung der in den Körper eingestrahlten Energie muss das Produkt aus dem Vergleich der

Sendeleistung, der Sendedauer (also des Duty Cycles) und des Abstandes betrachtet werden.

Selbst die hier vorgestellte einfache Betrachtung zeigt, dass die durch LoRaWAN Geräte

eingestrahlte Energie im Vergleich zu Mobilkommunikation typischerweise bei weniger als

einem 10-Millionstel (der Berechnung folgend etwa 7 bis 12 Zehnerpotenzen niedriger) liegen

wird.

4) Ein weiterer Aspekt ist, welches Frequenzband verwendet wird. WLAN und Bluetooth senden

im 2,4 GHz Band, WLAN außerdem auch im 5 GHz Band. Das 2,4-GHz-Band wird auch von

Mikrowellenöfen verwendet, da diese Frequenz gut zur Erwärmung von Wasser geeignet ist.

Bei der Betrachtung von Strahlenbelastungen für den Menschen könnte dies eher bedenklich

sein. LoRaWAN Geräte arbeiten dagegen im 868 MHz Band, was auch in dieser Beziehung ein

weiteres Plus darstellt.

Entsprechend dieser Ausführungen kann davon ausgegangen werden, dass durch die LoRaWAN

Funktechnik keine Gesundheitsrisiken gegeben sind.

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