Bei John Herman
Sie leben Ihr Leben auf 2.4 GHz. Ihr Router, Ihr schnurloses Telefon, Ihr Bluetooth-Hörer, Ihr Babyphone und Ihr Garagenöffner lieben und leben alle auf dieser Funkfrequenz und auf keiner anderen. Und warum? Die Antwort liegt in Ihrer Küche.
Wovon wir reden
Bevor wir uns hier zu weit vorwagen, lassen Sie uns die Grundlagen durchgehen. Ihr Haus oder Ihre Wohnung, oder das Café, in dem Sie gerade sitzen, ist mit Radiowellen gesättigt. Eine unvorstellbare Anzahl von ihnen schwingt von Radiosendern, Fernsehsendern, Mobilfunktürmen und dem Universum selbst in den Raum, den Sie bewohnen. Sie werden ständig mit elektromagnetischen Wellen aller möglichen Frequenzen bombardiert, von denen viele mit spezifischen Informationen kodiert wurden, sei es eine Stimme, ein Ton oder digitale Daten. Zur Hölle, vielleicht sogar diese Worte.
Außerdem sind Sie von Wellen umgeben, die Sie selbst erzeugt haben. In Ihrem Haus gibt es ein Dutzend winziger kleiner Radiosender: Ihr Router, Ihr schnurloses Telefon, Ihr Garagentoröffner. Alles, was Sie besitzen, was drahtlos ist, mehr oder weniger. Verdammte Funkwellen: Sie sind überall.
Eigentlich ist es seltsam, dass Ihr schnurloses Telefon überhaupt diesen 2,4-GHz-Aufkleber hat. Für den durchschnittlichen, nicht so technikbegeisterten Käufer ist das eine Zahl, die A) nichts oder B) etwas bedeutet, aber das Falsche. („2,4 GHz? Das ist schneller als mein Computer!“)
Was diese Zahl tatsächlich bedeutet, ist die Sendefrequenz, oder die Frequenz der Wellen, die die Basisstation des Telefons an den Hörer sendet. Das war’s. Tatsächlich ist das Hertz selbst nur eine Einheit für die Frequenz in jedem Kontext: Es ist die Anzahl der Male, die etwas im Laufe einer Sekunde passiert. In der drahtlosen Kommunikation bezieht es sich auf die Wellenschwingung. Bei Computern bezieht es sich auf die Taktrate des Prozessors. Bei Fernsehern ist es die Rate, mit der sich der Bildschirm aktualisiert; für mich, der ich gerade vor meinem Computer klatsche, ist es die Rate, mit der ich das tue. Ein Hertz, langsames Klatschen.
Die Frage ist also, warum so viele Ihrer Geräte mit 2,4 GHz arbeiten, anstatt mit den ~2.399.999.999 ganzzahligen Frequenzen darunter oder einer Zahl darüber. Es scheint fast kontrolliert, oder gesteuert. Es scheint, vielleicht, ein bisschen willkürlich. Es scheint, nun ja, reguliert.
Ein Blick in die FCC-Vorschriften bestätigt den Verdacht. Ein Band von Frequenzen, das sich um 2,4 GHz gruppiert, wurde zusammen mit einer Handvoll anderer als „Industrial, Scientific, and Medical radio bands“ bezeichnet. „Ein Großteil der nicht lizenzierten Geräte – zum Beispiel Wi-Fi – befindet sich auf den 2,4-GHz- oder 900-MHz-Frequenzen, den ISM-Bändern. Man braucht keine Lizenz, um auf diesen Bändern zu arbeiten.“ Das ist Ira Kelpz, Deputy Chief, Office of Engineering and Technology bei der Federal Communications Commission, die genau erklärt, warum diese ISM-Bänder für Gerätehersteller attraktiv sind: Sie sind frei zu nutzen. Wenn Router, Schnurlostelefone und was auch immer in einem kleinen Band von 2,4 GHz untergebracht sind, dann stören ihre Funkwellen nicht, sagen wir, Mobiltelefone, die mit 1,9 GHz arbeiten, oder AM-Radio, das zwischen 535 kHz und 1,7 MHz sendet. Das ISM ist im Grunde ein Ghetto für unlizenzierte drahtlose Übertragungen, das zuerst von einer stillen kleinen Agentur in einem Schweizer Büro der UNO, der ITU, empfohlen wurde und dann von den Regierungen der Welt, darunter natürlich auch von unserer eigenen FCC, formalisiert, modifiziert und für den praktischen Gebrauch kodifiziert wurde.
Die aktuellen ISM-Standards wurden 1985 festgelegt, und zwar gerade noch rechtzeitig. Unsere Telefone standen kurz davor, ihre Kabel zu verlieren, und in naher Zukunft würden Breitband-Internetverbindungen entstehen und auf magische Weise drahtlos werden. All diese Geräte brauchten Frequenzen, die keine Lizenzen erforderten, die aber zwischen den lizenzpflichtigen Frequenzen lagen. Frequenzen, die nicht so hoch waren, dass sie die Durchdringung des Rundfunks beeinträchtigten (z. B. durch Wände), aber auch nicht so niedrig, dass sie fußlange Antennen benötigten. Kurz gesagt, sie brauchten die ISM-Bänder. Also nahm man sie.
Warum 2.4?
Nun gibt es viele, viele Frequenzen, die als „unlizenziert“ gelten, aber nur eine Handvoll wird in unseren Telefonen, Routern und Walkie Talkies verwendet.
Im Fall von Telefonen, die zusammen mit einer bestimmten Basisstation verkauft werden, ist die Wahl der richtigen unlizenzierten Frequenz eine ziemlich einfache Berechnung: Ein 900-MHz-System wird leichter in der Lage sein, durch ein mehrstöckiges Haus zu funken, aber ein 2,4-GHz-System hat eine größere Reichweite (wenn es nicht behindert wird) und benötigt im Allgemeinen eine kleinere Antenne, was die Größe des Telefons in Grenzen hält.
Wi-Fi-Router begannen als proprietäre, gepaarte Systeme, die auf allen möglichen Frequenzen arbeiteten und sich erst mit der Kodifizierung von 802.11a auf einen Standard – 5 GHz – einigten. Dann einigte sich das Institute of Electrical and Electronics Engineers darauf, dass 2,4 GHz mit seiner großen Kanalauswahl und seinem Potenzial für Reichweite, Durchdringung und Kosten die sicherere Wahl ist. Heute können einige Wireless N-Router sowohl auf dem 2,4-GHz- als auch auf dem 5-GHz-Band gleichzeitig arbeiten. Router könnten genauso gut auf 2,3 oder 2,5 GHz funktionieren, aber sie sind nicht erlaubt. Das sind die Regeln. Das 2,4-GHz-Band, das von etwa 2.400 bis 2.483,5 MHz reicht, ist der Bereich, in dem Router leben müssen.
Dafür können sie sich bei der Mikrowelle bedanken.
Mikrowellenherde erhitzen Lebensmittel, indem sie sie buchstäblich mit Mikrowellen beschießen. (Wobei Mikrowellen, deren Wellenlängen von einem Millimeter bis zu einem Meter reichen, in Bezug auf elektromagnetische Wellen nicht gerade „mikro“ sind.) Bei bestimmten Frequenzen verursachen solche Wellen in Wasser und Fett eine so genannte dielektrische Erwärmung, während sie andere Materialien wie Plastik oder Glas durchdringen, ohne sie großartig anzuregen. (Metall hingegen wird zu sehr angeregt.) Für eine vollständige Erklärung, wie die dielektrische Erwärmung funktioniert, klicken Sie hier, aber für die Zwecke dieses Artikels sollten Sie nur Folgendes wissen: Nur bestimmte Materialien sind dafür anfällig, und auch nur dann, wenn sie mit Wellen einer bestimmten Frequenz und Leistung beschossen werden. Eine dieser Frequenzen ist 915 MHz. Andere liegen bei 5,8 GHz und 24 GHz. Aber diejenige, die sich als effektiv und relativ billig zu erreichen erwies, war 2,45 GHz. Das ist die Frequenz, die von Ihrer Mikrowelle in der Küche abgestrahlt wird.
So, als die FCC sich daran machte, festzulegen, auf welchen Frequenzen unlizenzierte Geräte senden dürfen, gab es eine Menge zu bedenken. Erstens mussten sie berücksichtigen, welche Frequenzen bereits von Radio und Fernsehen genutzt wurden. Diese wären dann tabu. Dann suchten sie von den verbleibenden, nutzbaren, nicht zugewiesenen Frequenzen diejenigen heraus, die bereits von bestehenden Geräten genutzt wurden. Eine Sache, die sie bemerkten? Mikrowellen waren sehr beliebt! Es gab sie schon seit 1947 im Handel. Und in der Regel arbeiteten sie mit einer bestimmten Frequenz: 2,45 GHz. Trotz starker Abschirmung konnten die starken Emissionen von Mikrowellenherden manchmal benachbarte Frequenzen stören, so dass man beschloss, ihnen in beiden Richtungen ein paar Megahertz Platz zu geben. So entstand das 2.400- bis 2.483,5-MHz-ISM-Band.
Dass diese frei zugänglichen Frequenzen eines Tages überfüllt werden könnten, war immer eine Möglichkeit. Aber die FCC kümmert sich in erster Linie um die Frequenzen, für die sie Lizenzen vergibt; jeder, der in ISM-Frequenzen arbeitet, muss sich also selbst darum kümmern. Und das tun sie auch! Ihre Mikrowelle und Ihr Router könnten Wellen im gleichen Frequenzbereich ausstrahlen, und das könnte die Verbindung Ihres Routers ein wenig stören. Im Allgemeinen konnten die Routerhersteller die Störungen jedoch minimieren, indem sie die Signalstärke erhöht und intelligentere Firmware geschrieben haben. Und die Abstrahlung von Mikrowellen nach außen soll zumindest minimiert werden. (Das perforierte Metallschild in der Glastür Ihrer Mikrowelle? Es ist eine Abschirmung – die Löcher darin sind kleiner als die physikalische Breite der 2,4-GHz-Welle.) Am Ende funktioniert alles.
Das soll nicht heißen, dass das 2,4-GHz-Band nicht überfüllt wird. Viele Router arbeiten zumindest teilweise auf dem 5-GHz-Band, und eine schnelle Umfrage bei Ihrem örtlichen Best Buy wird drahtlose Telefone bei 900 MHz, 1,9 GHz und 5 GHz finden. Aber der König des Frequenzberges, das Band, das von Milliarden von drahtlosen Verbindungen auf der ganzen Welt geliebt wird, sei es Bluetooth, Wi-Fi oder nicht standardisierte RF-Fernbedienungen, ist mein Band, dein Band, unser Band, 2,4. Und das alles nur, weil wir unser Essen ein bisschen schneller kochen wollten.
Originalkunst von Gastkünstler Chris McVeigh (AKA powerpig). Sie können alle seine Arbeiten auf flickr.com/powerpig sehen, und folgen Sie ihm auf Twitter. (@Actionfigured)
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