Universität Stuttgart. TTI GmbH an der Universität Stuttgart Hochfrequenzanwendungen. Exposition durch Handys in realen Situationen

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Ina Regina Kaufman
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1 Universität Stuttgart Exposition durch Handys in realen Situationen Dipl.-Ing. J. Baumann Dipl.-Ing. L. Geisbusch 1

2 Überblick 1/2 Regelverhalten im GSM-System Funktionsweise Abhängigkeiten SAR-Werte bei Autofahrt Messdaten Beispiele Reproduzierbarkeit 2

3 Überblick 2/2 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Durchführung der Untersuchung Messdaten Abhängigkeiten Strahlenexposition bei UMTS Regelverhalten Telefonat im Raum Messfahrt Zusammenfassung 3

4 Regelverhalten im GSM-System Sendeleistung maximal bei: Beginn des Gesprächs Wechsel der Zelle (Handover) Regelung der Sendeleistung durch das Mobilfunknetz Änderung der Sendeleistung in Stufen Grund für Regelung Minimierung der Strahlungsleistung 4

5 Regelverhalten im GSM-System Beispiel: Regelverhalten nach Gesprächsaufbau in der Nähe einer Basisstation Netz A Netz B 2,0 2,0 1,8 1,8 Maximale Sendeleistung [W] 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Maximale Sendeleistung [W] 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,0 00:00:00 00:00:06 00:01:00 00:00:12 00:02:00 00:00:18 00:03:00 00:00:24 00:04:00 00:00:30 00:05:00 00:00:36 00:06:00 00:00:42 00:07:00 0,0 00:00:00 00:00:06 00:01:00 00:00:12 00:02:00 00:00:18 00:03:00 00:00:24 00:04:00 00:00:30 00:05:00 00:00:36 00:06:00 00:00:42 00:07:00 Zeit [h:min:s] Zeit [h:min:s] 5

6 Regelverhalten im GSM-System Abhängigkeit des Regelverhaltens von Netzbetreiber (Algorithmen, Parameter) Ausrüster der Basisstation Versorgungslage Theorie: Hohe Sendeleistung bei Gesprächsaufbau Wechsel der Zelle Schlechter Versorgung 6

ESM-120 Positionsbestimmung mittels GPS Dokumentation

7 SAR-Werte bei Autofahrt Messung der SAR-Werte Mobiltelefon Messkopf Installation im Auto Nokia 6110 ESM-120 Positionsbestimmung mittels GPS Dokumentation durch Video- und Audioaufzeichnung Simulation eines Monologs durch Autoradio 7

8 SAR-Werte bei Autofahrt Auswertung der Messdaten SAR 0,35 0,3 Hinfahrt SAR [W/kg] 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Symmetrie: Hin- / Rückfahrt Rückfahrt Weglänge [km] 8

9 SAR-Werte bei Autofahrt Auswertung der Messdaten Linearität SAR? Sendeleistung SAR Sendeleistung SAR [W/kg] 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Weglänge [km] SAR: Mit Messkopf gemessen Mittlere Sendeleistung [W] 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0, Weglänge [km] Sendeleistung: Aus Telefon ausgelesene Power Control Levels 9

10 SAR-Werte bei Autofahrt Auswertung der Messdaten SAR in Abhängigkeit der Versorgungslage SAR Empfangspegel SAR [W/kg] 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Weglänge [km] SAR: Mit Messkopf gemessen Empfangspegel [dbm] Weglänge [km] Empfangspegel: Aus Telefon ausgelesen 10

11 SAR-Werte bei Autofahrt Beispiel: Fahrt durch Tunnel mit Zellwechsel 2,5 Tunnel Sendeleistung Max. Sendeleistung [W] 2 1,5 1 0, Zeit [s] 11

12 SAR-Werte bei Autofahrt Beispiel: Fahrt durch Tunnel mit Zellwechsel 12

13 SAR-Werte bei Autofahrt Beispiel: Ping Pong Handover an Ampel Szenario: Aufenthalt an Zellgrenze Dynamische Umgebung Änderung der Ausbreitungsverhältnisse Ständiges Wechseln der Zelle Erhöhter SAR Wert Zellgrenze 13

14 SAR-Werte bei Autofahrt Beispiel: Ping Pong an Ampel 14

15 SAR-Werte bei Autofahrt Lokales Auftreten der SAR Werte Niedrige SAR Werte in / um Städte Hohe SAR Werte außerhalb von Städten Überlandfahrt 15

16 SAR-Werte bei Autofahrt Reproduzierbarkeit: Vergleich zweier Fahrten Messfahrt am Mi, Messfahrt am Do,

17 SAR-Werte bei Autofahrt Statistische Mittelwerte der Messfahrten SAR [W/kg] Sendeleistung [W] Anzahl Handover Empfangspegel [dbm] Handover pro Minute Handover pro Kilometer Überlandfahrt ,27 0, ,1 1,31 Überlandfahrt ,24 0, ,1 1,43 Autobahnfahrt ,23 0, ,5 0,90 Autobahnfahrt ,23 0, ,7 0,95 Stadtfahrt 0,12 0,05-58 Messungen beim selben Netzbetreiber Autobahn- / Überlandfahrt: GSM 900 Stadtfahrt: 77% GSM 900, 23% GSM ,5 3,73 17

18 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Messaufbau Mobiltelefon Nokia 6150 Fünf verschiedene Probanden Ungezwungenes Telefonieren Aufzeichnung der maximalen Sendeleistung Handover ausgeschlossen GSM

19 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Beispiel: Regelung der Sendeleistung 1,1 1 0,9 Max. Sendeleistung [W] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Gesprächsaufbau 10min - Mittelung 5min - Mittelung Momentanwert 0,1 0 0:00 0:07 0:14 0:21 0:28 Zeit [h:min] 19

20 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Beispiel: Änderung der Sendeleistung bei Handwechsel 20

21 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Beispiel: Veränderung der Ausbreitungsbedingungen 21

22 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Beispiel: Regelung ohne erkennbaren Grund 22

23 Strahlenexposition bei Telefonat im Raum Abhängigkeit von Netzversorgung Auftrittshäufigkeiten Sendeleistung Auftrittshäufigkeit [%] bis 200 mw 200 bis 400 mw 400 bis 600 mw 600 bis 800 mw 800 bis 1000 mw Gute Versorgung Mittelmäßige Versorgung 24

24 Strahlenexposition bei UMTS Unterschiede zu GSM Regelverhalten Dynamischer: 1500 Änderungen pro Sekunde Kleinere Stufen: in 1 db Schritten (0,5 db möglich) Beim Verbindungsaufbau: Kleine Leistung (< 1mW) Soft bzw. Softer Handover: Verbindung zu mehreren Zellen gleichzeitig WCDMA Gewinn durch Informationsspreizung 26

25 Telefonieren im Raum Strahlenexposition bei UMTS Telefon: Nokia 6650 Rahmenbedingungen: NodeB- Entfernung: 650m Keine direkte Sicht Sendeleistung [µw] 30 27, , , ,5 10 7,5 5 2,5 Mittelwert 1 Minute Mittelwert 1 Sekunde 0 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 Zeit [min:s] 27

26 Strahlenexposition bei UMTS Messfahrt Sendeleistung < 10 nw 10 nw 1 µw 1 µw 100 µw 100 µw 1 mw 1 mw 10 mw Anzahl Zellen

100 µw 1 mw 1 mw 10 mw Anzahl Zellen 1 2 3

27 Strahlenexposition bei UMTS Messfahrt Sendeleistung < 10 nw 10 nw 1 µw 1 µw 100 µw 100 µw 1 mw 1 mw 10 mw Anzahl Zellen Detailausschnitt: Keine Erhöhung der Sendeleistung bei Handover 29

28 Zusammenfassung SAR-Exposition: GSM Dosis primär von Sendeleistung abhängig Regelung der Sendeleistung bestimmt durch Netzbetreiber, Hersteller der Netzkomponenten Abschirmverhalten der Person Netzversorgung Nicht-deterministische / Nicht-messbare Faktoren Reproduzierbare Ergebnisse bei Messfahrten Mittlerer SAR Wert deutlich unter Maximalwert 30

29 Zusammenfassung Voraussichtliche SAR-Exposition bei UMTS Sendeleistung auch von Netzauslastung abhängig Bei den Messungen: Wenig Last Zukünftig: Höhere Werte erwartet Durch schnellere und präzisere Regelung bessere Minimierung der Sendeleistung Keine Maximalleistung bei Gesprächsaufbau und Handover Endgeräte mit relativ kleiner Maximalleistung Geringere Strahlendosen im Vergleich zu GSM 31

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