RF-EMF in der Schweiz 2014 und 2021 – Messung, Methodik und ihre Grenzen

Im Jahr 2021 war das Schweizer Mobilfunknetz 18-mal mehr mit Daten belastet als 2014 – trotzdem blieben die gemessenen Immissionen durch hochfrequente elektromagnetische Felder (RF-EMF) an denselben Standorten praktisch unverändert. Das ist das zentrale Ergebnis einer umfangreichen Feldstudie des Swiss Tropical and Public Health Institute (Swiss TPH) und weiterer Partner, erschienen im August 2023 in Environmental Research (Loizeau et al., 2023). Finanziert wurde sie vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) als Teil des nationalen Monitorings nichtionisierender Strahlung (SwissNIS). Die Studie liefert wertvolle Basisdaten – wirft aber auch messtechnische Fragen auf, die für die Interpretation der Resultate erheblich sind.

Studienanlage und Messorte

Gemessen wurde in 49 Aussenbereichen und im öffentlichen Verkehr an 19 Schweizer Städten unterschiedlicher Typologie: urbane Kernstädte (z.B. Zürich, Lugano), suburbane Gemeinden und ländliche Orte (z.B. Lungern, Brienz). Die Standorte waren bereits 2014 verwendet worden, was einen direkten Zeitvergleich ermöglicht. Die Aussenbereiche wurden in acht Mikroumgebungstypen eingeteilt: städtische Zentren und Wohnquartiere (zentral und nichtzentral), suburbane Zentren und Wohngebiete, ländliche Zentren und Wohngebiete sowie Industriegebiete. Zusätzlich wurden Busse, Trams und Züge erfasst, die zwischen den Messpunkten genutzt wurden.

Ergebnisse im Überblick

In den Aussengebieten lagen die mittleren RF-EMF-Feldstärken 2021 zwischen 0.19 V/m (ländliche Wohnquartiere) und 0.43 V/m (Industriegebiete), mit einem Gesamtmittelwert von 0.27 V/m. Im öffentlichen Verkehr wurden 0.27 V/m (Bus), 0.33 V/m (Zug) und 0.36 V/m (Tram) gemessen. Im Vergleich zu 2014 (Gesamtmittel: 0.31 V/m) ergibt sich eine statistisch nicht signifikante Abnahme von −0.022 V/m (95%-Konfidenzintervall: −0.072 bis +0.030).

Tendenziell abgenommen haben die Werte in urbanen und suburbanen Lagen sowie in Industriegebieten. Leicht zugenommen haben sie in ländlichen Gebieten – dort trägt Digital Audio Broadcasting (DAB) inzwischen bis zu 92 % zur Gesamtbelastung bei.

Im öffentlichen Verkehr gingen die Werte deutlich zurück: −53 % in Trams, −27 % in Zügen, −31 % in Bussen. Die Autoren weisen ausdrücklich darauf hin, dass die tiefere Wagenauslastung infolge der Covid-19-Pandemie 2021 einen erheblichen Teil dieser Abnahme erklären dürfte.

Die gemessenen Werte liegen durchgehend weit unterhalb der Schweizer Anlagegrenzwerte (4–6 V/m an empfindlichen Nutzungsorten, NISV Anhang 1) und deutlich unter den ICNIRP-Referenzwerten (28–61 V/m je nach Frequenzband).

Das Messgerät: ExpoM-RF4

Eingesetzt wurde der portable Exposimeter ExpoM-RF4 der Zürcher Firma Fields at Work GmbH. Das Gerät arbeitet nach dem Heterodyn-Prinzip: Eine eingebaute Dreiachsen-Antenne empfängt das Signal; es wird gefiltert, in eine Zwischenfrequenz umgesetzt und über einen Hüllkurvendetektor mit 1 MS/s digitalisiert. Pro Frequenzband beträgt die effektive Messzeit 50 ms. In diesem Fenster berechnet das Gerät gleichzeitig den True-RMS-Wert (Effektivwert, modulationsunabhängig) und den Peak-Wert (Spitzenwert der Hüllkurve). Beide Detektoren laufen parallel auf denselben 50 ms. Das Gerät kann zusätzlich 6-Minuten-Mittelwerte aufzeichnen, indem es mehrere aufeinanderfolgende Messproben zeitlich mittelt.

In der Studie von Loizeau et al. wurde das Abtastintervall auf 6 Sekunden eingestellt; 35 Frequenzbänder waren aktiv.

Kritische Beurteilung des Messverfahrens

RMS und Peak: was wurde ausgewertet?

Das Gerät zeichnet für jedes Band und jeden Messpunkt simultan RMS und Peak auf. Die Studie wertet jedoch ausschliesslich RMS-Werte aus und berichtet Mittelwerte der elektrischen Feldstärke sowie deren statistische Verteilung (Median, Perzentilen). Der Peak-Wert wird im Methodenteil erwähnt, aber nicht als eigenständiger Ergebnisparameter ausgewertet. Das ist für die Fragestellung – zeitgemittelter Expositionstrend der Bevölkerung – methodisch nachvollziehbar. Für die Beurteilung von Spitzenbelastungen, z.B. zur Frage, ob Grenzwerte kurzzeitig überschritten werden, wäre der Peak-Wert jedoch unverzichtbar.

Der 6-Minuten-Mittelwert, den das Gerät ebenfalls aufzeichnen kann, wurde nicht berichtet. Er wäre messtechnisch interessant gewesen: Mit dem Verhältnis Peak / RMS / 6-Minuten-Mittelwert hätte man das zeitliche Signal-Verhalten über den gesamten Messweg beurteilen können – also ob ein Signal stationär und breitbandig gesendet wird (wie ein LTE-Downlink-Kanal) oder ob es sich diskontinuierlich, gepulst oder zeitlich variabel verhält. Gerade im Kontext adaptiver Antennen (Massive MIMO, s. unten) wäre dieser dritte Parameter aufschlussreich gewesen.

Abtastzyklus und Blindzeit pro Frequenzband

Die 35 Frequenzbänder werden sequenziell abgetastet. Pro Messintervall von 6 Sekunden ergibt sich:

35 Bänder × 50 ms = 1'750 ms aktive Messzeit

Für ein einzelnes Band bedeutet das: 50 ms gemessen – dann 5'950 ms, in denen das Gerät für dieses Band blind ist. Der effektive Duty-Cycle pro Frequenzband beträgt damit weniger als 1 % (50 ms / 6'000 ms ≈ 0.83 %).

Diese Blindzeit ist methodisch relevant, weil mehrere RF-EMF-Quellen gepulst oder diskontinuierlich senden:

• WLAN-Beacons: Access Points senden periodisch alle 100 ms (Default, IEEE 802.11). Zwischen diesen Beacons ist das WLAN-Band weitgehend still. Ob ein Beacon ins 50-ms-Messfenster fällt oder nicht, hängt vom zufälligen Zeitversatz ab.
• Mobilfunk-Pilot- und Synchronisationssignale: LTE-Basisstationen senden Referenzsignale (Cell Reference Signals, CRS) und Synchronisationssignale kontinuierlich, sodass ein LTE-Downlink-Band im 50-ms-Fenster zuverlässig erfasst wird. Bei 5G-NR-Basisstationen hingegen werden die Synchronization Signal Blocks (SSBs) im Standard-Betrieb nur alle 20 ms (Sub-6-GHz) für wenige Slots gesendet – der Rest des Zeitrahmens kann sendepausenbehaftet sein, wenn kein aktiver Datenverkehr vorliegt.
• TDD-Systeme: Bei 5G-NR-TDD-Bändern (z.B. 3.5 GHz) alternieren Downlink- und Uplink-Slots im Millisekundenbereich. Je nach Timing des 50-ms-Fensters kann das Verhältnis Downlink/Uplink innerhalb des Messfensters stark variieren.

Diese Blindzeit wird in der Studie nicht als Limitation diskutiert, obwohl sie strukturell kurze Signalspitzen unterfasst. Die gemittelten RMS-Werte sind von der Blindzeit weniger betroffen, sofern die Signale hinreichend stationär sind – was bei breiten Downlink-Kanälen in städtischen Lagen in der Regel zutrifft. Für diskontinuierliche Quellen und adaptive Systeme gilt das nicht.

Adaptive Antennen und Massive MIMO: ein blinder Fleck der Studie

Eine der technologisch bedeutsamsten Entwicklungen seit 2019 ist die Einführung von Massive MIMO (mMIMO) bei 5G-NR-Basisstationen. Diese Systeme bündeln die Sendeleistung mittels Beam-Forming in schmale, richtungsselektive Strahlen, die dynamisch jeweils in die Richtung des aktiv kommunizierenden Endgeräts ausgerichtet werden.

Das hat für Exposimetermessungen eine direkte Konsequenz: Die Feldstärke an einem bestimmten Ort ist nicht mehr eine stabile Funktion von Distanz und Antennentyp, sondern davon abhängig, ob und wann ein Nutzerdaten-Strahl in die Messrichtung gelenkt wird. Wird gerade kein Endgerät in der Nähe des Exposimeters bedient, ist das Feld stark reduziert; der Exposimeter erfasst dann primär die statischen Referenz- und Synchronisationssignale (SSBs), die deutlich schwächer und in einem breiten, nicht fokussierten Muster gesendet werden.

Ob ein mMIMO-Strahl während des 50-ms-Messfensters zufällig in Richtung des Rucksacks gerichtet ist, hängt davon ab, ob ein Nutzer in dieser Richtung aktiv kommuniziert – ein Zufallsereignis, das der Exposimeter weder provozieren noch kontrollieren kann. In der Studie wurde das persönliche Mobiltelefon des Messtechnikers konsequent im Flugmodus betrieben, um keine eigene Uplink-Strahlung zu erzeugen. Das ist methodisch korrekt – bedeutet aber gleichzeitig, dass kein nutzerinduzierter Beam des mMIMO-Systems auf den Messpunkt gelenkt wurde.

Im Jahr 2021, zum Zeitpunkt der Messungen, war 5G in der Schweiz «still in its infancy» (Studie, Tabelle 1: 74 5G-Basisstationen von total 523 in den 49 Messgebieten). mMIMO-Beam-Forming war damit noch ein marginaler Faktor. Mit dem weiteren 5G-Ausbau bis 2025 und der zunehmenden Nutzung von 5G-Datenverkehr wird diese Problematik jedoch in Folgekampagnen des SwissNIS-Monitorings erheblich an Gewicht gewinnen. Neuere Forschungsarbeiten zur Messtechnik von mMIMO-Basisstationen zeigen, dass klassische Exposimeterstudien die tatsächlich mögliche Maximalexposition an einem Punkt systematisch unterschätzen, weil der Beam im Normalbetrieb nur bei aktiver Nutzung in eine bestimmte Richtung gelenkt wird (Schilling et al., 2024; Chow et al., 2024).

Räumliches Empfangsverhalten der Dreiachsen-Antenne im Rucksack

Der ExpoM-RF4 ist mit einer Dreiachsen-Antenne ausgerüstet. Laut Herstellerspezifikation (Fields at Work, Fact Sheet v1.4) wird die Antenne in der Kalibrierung mit 15 Feldstärken auf drei Achsen für jedes Frequenzband vermessen. Das Gerät kombiniert die drei Achsenwerte quadratisch zum Betrag des elektrischen Feldvektors – eine Näherung an Isotropie, die den Empfang unabhängig von der Einfallsrichtung des Signals ermöglichen soll.

Die Isotropieabweichung (d.h. die maximale Richtungsabhängigkeit des kombinierten Dreiachsen-Sensors) ist im öffentlich zugänglichen Fact Sheet nicht quantifiziert. Andere kommerzielle Dreiachsen-Feldsonden erreichen typischerweise Isotropieabweichungen von ±1 dB (Kalibrierfrequenz) bis ±3 dB (über den Frequenzbereich).

Für die Studie kommt erschwerend hinzu, dass die drei Achsen des Sensors im Kunststoffkoffer in einem Rucksack verbaut waren – und dieser Rucksack auf dem Rücken des Messtechnikers getragen wurde. Die Autoren haben im reflexionsfreien Raum gemessen, dass die Körperschirmung eine frequenzabhängige Abweichung von −32 % bis +18 % (gemittelt über alle Positionen: −11.6 %) erzeugt. Diese Abweichung ist jedoch nicht achs- und richtungsaufgelöst dokumentiert: Es ist nicht bekannt, wie stark sich Körperschirmung und Kofferkonstruktion auf jede der drei Achsen einzeln und auf deren Kombination auswirken. Das bedeutet konkret: Der resultierende Gesamtempfang des im Rucksack verbauten Sensors ist richtungsabhängig verzerrt – und diese Verzerrung ist frequenz- und achsenabhängig. Da die Autoren davon ausgehen, dass 2014 ein vergleichbarer Aufbau verwendet wurde, beeinflusst diese Unsicherheit den absoluten Expositionswert, aber nicht den Zeitvergleich.

Für künftige Messkampagnen, insbesondere mit mMIMO-Strahlen, die aus definierten Richtungen kommen, wäre eine vollständige richtungsabhängige Kalibierung der Messanordnung (Gerät + Koffer + Rucksack + Körperfantom, je Frequenzband) notwendig, um die räumliche Empfangscharakteristik zuverlässig zu kennen.

Ambient- statt Personenexposition

Der Exposimeter misst die Umgebungsfeldstärke (Ambient RF-EMF) – nicht die individuelle Exposition. Wer ein aktiv kommunizierendes Smartphone am Körper trägt, ist einer deutlich höheren Exposition ausgesetzt als die gemessenen Umgebungswerte zeigen. Das Mobiltelefon des Messtechnikers war während der gesamten Messung im Flugmodus – der nutzerinduzierte Expositionsanteil (eigenes Surfen, Streamen, Hotspot-Nutzung) fehlt im Messbild vollständig.

Messzeit, Tageszeit und Repräsentativität

Pro Aussenbereich wurde während ca. 15 Minuten gemessen, ausschliesslich tagsüber. RF-EMF-Belastungen sind nachts erheblich tiefer. Die erhobenen Werte repräsentieren einen ausgewählten Tageszeitschnitt – kein 24-Stunden-Profil.

Einordnung für die Schweizer Praxis

Die Studie ist Teil des laufenden nationalen NIR-Monitorings (SwissNIS, 2021–2025) und liefert belastbare Basisdaten für die öffentliche Kommunikation und die regulatorische Beurteilung im Sinne der NISV.

Für Fachpersonen – Gutachter, Behörden, Planer – gilt:

Die berichteten Mittelwerte bilden zeitgemittelte Umgebungsimmissionen im öffentlichen Raum gut ab und sind für den Trendvergleich geeignet. Für die Grenzwertprüfung nach NISV oder für die Beurteilung von Spitzenbelastungen an empfindlichen Orten sind Exposimeter der vorliegenden Art nur bedingt geeignet: Die geringe Messzeit pro Band (50 ms) und die damit verbundene Blindzeit bedeuten, dass diskontinuierliche Signale – WLAN-Beacons, 5G-SSBs, TDD-Slots, mMIMO-Strahlen – zufällig erfasst oder verpasst werden. Der fehlende 6-Minuten-Mittelwert als dritter Detektionswert hätte zudem ermöglicht, das zeitliche Signalverhalten zu charakterisieren und wäre besonders im Zusammenhang mit dem sich abzeichnenden Beam-Forming-Problem aufschlussreich.

Für eine vollständige Expositionsbeurteilung an einem bestimmten Ort – insbesondere in Sichtlinie zu 5G-mMIMO-Antennen – sind frequenzselektive Selektivmessempfänger mit ausreichender Zeitauflösung und, wo notwendig, provoziertem Datenverkehr unerlässlich.

Fazit

Loizeau, Röösli et al. (2023) zeigen methodisch sauber: Die Umgebungsimmissionen durch RF-EMF in der Schweiz sind zwischen 2014 und 2021 trotz massiv gestiegenem Datenverkehr nicht wesentlich gestiegen. Das erklärt sich durch effizientere Mobilfunktechnologien – 4G und 5G senden weniger Dauersignal als 2G. Die Studie ist für ihr Erkenntnisziel ein kohärentes und geeignetes Instrument.

Für die Zukunft stellt sich die Methodik jedoch vor wachsende Herausforderungen: Mit dem weiteren Ausbau von Massive MIMO und Beam-Forming bei 5G werden Exposimeter mit ihrem sequenziellen Abtastverfahren und kurzen Messfenstern die tatsächlichen Spitzenbelastungen an einem Ort zunehmend weniger verlässlich erfassen. Ohne systematische Auswertung von Peak-Werten und 6-Minuten-Mittelwerten und ohne Kenntnis der richtungsabhängigen Empfangscharakteristik des Geräts im Rucksack bleiben wichtige Aspekte der Expositionsrealität methodisch blind.