ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΕΚΘΕΣΗΣ ΣΕ ΝΕΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ (LTE, DVB-T) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γκόνης Φώτιος

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Μ.Σ. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΡΑΔΙΟΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΕΚΘΕΣΗΣ ΣΕ ΝΕΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ (LTE, DVB-T) ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γκόνης Φώτιος Επιβλέπων: Θεόδωρος Σαμαράς, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής, Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη 2016

2

3 Πρόλογος Η διερεύνηση και αξιολόγηση του τυπικού εύρους των εκθέσεων του κοινού, στις αναδυόμενες ασύρματες τεχνολογίες, είναι ζήτημα υψηλής σημασίας στην ερευνητική ατζέντα του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας. Δύο από τις νεότερες ασύρματες τεχνολογίες είναι το LTE και η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση (DVB-T), το λανσάρισμα των οποίων στη χώρα μας μετράει λιγότερο από 5 χρόνια σε πανελλαδική εμβέλεια, ενώ τα δίκτυα αυτά εξακολουθούν να επεκτείνονται. Στην παρούσα εργασία, γίνεται αξιολόγηση των εκθέσεων του κοινού σε ηλεκτρικά πεδία από σήματα LTE και DVB-T, μέσω μετρήσεων που λαμβάνουν χώρα στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, τόσο σε αστικές όσο και σε ημιαστικές περιοχές. Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων επιβεβαιώνουν ότι το σύνολο των μετρούμενων τιμών ηλεκτρικών πεδίων LTE ικανοποιούν τόσο τα διεθνή όρια από την Διεθνή Επιτροπή για Προστασία από Μη Ιονίζουσες Ακτινοβολίες (ICNIRP) όσο και τα αυστηρότερα επίπεδα αναφοράς της ελληνικής νομοθεσίας. Επίσης, προκύπτει ότι η συνεισφορά του LTE στη συνολική έκθεση σε ηλεκτρικά πεδία των δικτύων της κινητής τηλεφωνίας είναι μικρότερη από αυτή των παλαιότερων τεχνολογιών GSM και UMTS, που κυριαρχούν στη συνεισφορά στη συνολική έκθεση. Οι τιμές της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου που μετρήθηκαν φτάνουν τα V/m, ενώ η μέγιστη συνεισφορά ενός σήματος LTE στη συνολική έκθεση από σήματα κινητών επικοινωνιών είναι 24.3%. Όσο αφορά τα σήματα DVB-T, όλες οι μετρήσεις επίσης ικανοποιούν κάθε επίπεδο αναφοράς, ενώ σε σύγκριση με την αναλογική επίγεια τηλεόραση διαφαίνεται σημαντική μείωση της έκθεσης, ένα αναμενόμενο αποτέλεσμα, αν αναλογιστεί κανείς τη μειωμένη χρήση του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι τιμές της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου που μετρήθηκαν φτάνουν τα V/m, ενώ η μέγιστη συνεισφορά των σημάτων DVB-T στη συνολική έκθεση φτάνει το ποσοστό 10%. i

4 Abstract An investigation of great importance in the research agenda of the World Health Organization is to assess the typical range of exposures from emerging wireless technologies. Two of the newest wireless technologies are long term evolution (LTE) and Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T), the adoption of which in Greece counts less than 5 years and is still in its expanding phase. The assessment of electric field exposure of the public to LTE and DVB-T, was performed by measurements at 22 locations in the city of Thessaloniki, Greece in urban and suburban environments. Results of these measurements show that total LTE exposures satisfy both the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection reference levels, as well as the stricter reference levels enforced by Greek Legislation. Also the contribution of LTE as a new technology is much less than that of older technologies, such as GSM and UMTS, which dominate in exposure. Measurements result in electric field values of up to V/m, while the maximum contribution of an LTE signal in the overall exposure from cellular networks for mobile communications is 24.3%. Regarding DVB-T signals, all results also comply with all reference levels, while the comparison with analogue terrestrial television shows significantly smaller exposure ratios, an expected result, considering the reduced spectrum occupancy. Measurements show electric field values of up to V/m, while the maximum contribution of DVB-T signals in the overall exposure is 10%. ii

5 Περιεχόμενα Πρόλογος...i Abstract... ii Περιεχόμενα... iii Λίστα εικόνων/διαγραμμάτων... v Λίστα Πινάκων... v 1. Εισαγωγή Μετρήσεις Ραδιοσυχνοτικών εκπομπών Μετάβαση στην Ψηφιακή Τηλεόραση LTE Κανάλια LTE Δομή σήματος LTE Ψηφιακή Τηλεόραση Κανάλια Ψηφιακής τηλεόρασης Δομή σήματος DVB-T Διαδικασία Μετρήσεων Εισαγωγικά για την διαδικασία Πηγές RF που λαμβάνονται υπόψιν Προσδιορισμός περίπτωσης μέτρησης Προσδιορισμός της ποσότητας του πεδίου για μέτρηση Διάταξη των συστημάτων μέτρησης Εξοπλισμός του συστήματος μέτρησης Απαιτήσεις του συστήματος μέτρησης Αβεβαιότητα Μετρήσεων Πραγματοποίηση Μέτρησης Προσδιορισμός σημείου μέτρησης Στήσιμο του εξοπλισμού Συχνοεπιλεκτικές μετρήσεις Επεξεργασία Μετρήσεων Αποτελέσματα Μετρήσεων Αποτελέσματα LTE Μετρήσεων Αποτελέσματα Μετρήσεων Ψηφιακής Τηλεόρασης Σχολιασμός των αποτελεσμάτων LTE iii

6 4.2 Ψηφιακή Τηλεόραση Διεθνής Πρακτική Συμπεράσματα Βιβλιογραφία iv

7 Λίστα εικόνων/διαγραμμάτων Εικόνα 1: Εξοπλισμός μετρήσεων (Μέτρηση DVB-T στην θέση 6)... 8 Εικόνα 2: Σημεία μετρήσεων LTE και ολικό ηλεκτρικό πεδίο Εικόνα 3: Συνεισφορά έκθεσης LTE στην συνολικη εκθεση σε σηματα κινητης τηλεφωνιας18 Εικόνα 4: Σημεία μετρήσεων DVB-T και ολικό ηλεκτρικό πεδίο Εικόνα 5: Συνεισφορά Ψηφιακής τηλεόρασης και άλλων τεχνολογιών, στην συνολική έκθεση Εικόνα 6: Πυκνότητα ισχύος FM και ψηφιακής τηλεόρασης Εικόνα 7: Μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου, στα κανάλια του LTE Εικόνα 8: Μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου, στις συχνοτικές περιοχές της κινητής τηλεφωνίας Εικόνα 9: Τιμές πυκνότητας ισχύος καναλιών LTE και προβλεπόμενα όρια Εικόνα 10: Λόγοι έκθεσης σε LTE και Δίκτυα Κινητής Τηλεφωνίας συνολικά Εικόνα 11: Συνεισφορά κάθε συχνοτικής περιοχής στην συνολική έκθεση σε σήματα κινητής τηλεφωνίας Εικόνα 12: Μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου στα κανάλια της ψηφιακής τηλεόρασης 29 Εικόνα 13: Τιμές πυκνότητας ισχύος καναλιών ψηφιακής τηλεόρασης και προβλεπόμενα όρια Εικόνα 14: Λόγοι έκθεσης σε εμπορικά κανάλια ψηφιακής τηλεόρασης και συχνοτικές περιοχές UHF Εικόνα 15: Λόγοι έκθεσης σε σήματα τηλεόρασης ανά έτος Εικόνα 16: Συνεισφορά σημάτων Τηλεόρασης στην συνολική έκθεση ανά έτος Εικόνα 17: Συνεισφορά σημάτων Τηλεόρασης στην συνολική έκθεση ανά σημείο Λίστα Πινάκων Πίνακας 1: Ευρυζωνικές απαιτήσεις συστήματος μέτρησης κατά το πρότυπο ΕΝ Πίνακας 2: Απαιτήσεις συχνοτικά επιλεκτικών συστημάτων μέτρησης κατά το πρότυπο ΕΝ Πίνακας 3: Διευρυμένη αβεβαιότητα εξοπλισμού μέτρησης Πίνακας 4: Σημεία μέτρησης LTE, χρόνος μέτρησης και περιβαλλοντικές συνθήκες Πίνακας 5: Μετρήσεις ηλεκτρικών πεδίων LTE στο σύνολο των θέσεων μέτρησης, και υπολογισμοί λόγων έκθεσης Πίνακας 6: Σημεία μέτρησης ψηφιακής τηλεόρασης, χρόνος μέτρησης και περιβαλλοντικές συνθήκες Πίνακας 7: Μετρήσεις ηλεκτρικών πεδίων ψηφιακής τηλεόρασης, υπολογισμοί λόγων έκθεσης Πίνακας 8: Μέση και μέγιστη συνεισφορά πυκνότητας ισχύος στην κινητή τηλεφωνία Πίνακας 9: Μέση και μέγιστη συνεισφορά πυκνότητας ισχύος Πίνακας 10: Ελάχιστοι λόγοι έκθεσης σε UHF Πίνακας 11: Σύγκριση με διεθνή αποτελέσματα v

8 1. Εισαγωγή 1.1 Μετρήσεις Ραδιοσυχνοτικών εκπομπών Οι μετρήσεις των επιπέδων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι πάντοτε αναγκαίες και αποτελούν συχνά αντικείμενο ερευνητικών δραστηριοτήτων, καθώς η ισχύς των πεδίων πρέπει να ελέγχεται τακτικά για πολλούς λόγους, πρώτα απ όλα για τη διασφάλιση της δημόσιας υγείας. Η μαζική και ραγδαία ανάπτυξη των ασυρμάτων τεχνολογιών συνοδεύεται πάντα από ανησυχίες για το ενδεχόμενο οι εκπομπές ραδιοσυχνοτήτων (RF) να συνδέονται με παθήσεις όπως τον καρκίνο. Οι επιδημιολογικές μελέτες που έχουν διενεργηθεί κατά καιρούς και έχουν δημοσιευθεί, δεν παρέχουν αποδείξεις για άμεση σχέση των δυο, αλλά οι φόβοι είναι επαρκείς, ώστε να τεθούν όρια που αφορούν στον περιορισμό της έντασης των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Έτσι λοιπόν τέθηκαν διεθνή και εθνικά όρια, των οποίων η τήρηση είναι υποχρεωτικό να ελέγχεται, ώστε να είναι δεδομένη η προστασία του πληθυσμού και του περιβάλλοντος από ηλεκτρομαγνητικά πεδία υψηλών και χαμηλών συχνοτήτων. Φυσικά μιλάμε για ακτινοβολίες τεχνητά παραγόμενες και μη ιονίζουσες, οι οποίες δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να συγχέονται τόσο ως προς το είδος της ακτινοβολίας όσο και ως προς την επικινδυνότητα με την ατομική και πυρηνική ακτινοβολία που είναι ιονίζουσες. Τέτοιες μετρήσεις θα πρέπει να επαναλαμβάνονται και να πραγματοποιούνται κάθε φορά που συμβαίνει μια αλλαγή στο περιβάλλον που επηρεάζει την έκθεση σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως για παράδειγμα η εγκατάσταση μιας κεραίας. Επίσης τέθηκαν και οι διαδικασίες μέτρησης και ελέγχου των επιπέδων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ανάλογα με το περιβάλλον μέτρησης. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η μέτρηση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που οφείλονται σε δυο σχετικά νέες τεχνολογίες, οι οποίες έχουν ήδη φέρει σημαντικές αλλαγές στις τηλεπικοινωνίες, προκαλώντας ανακατατάξεις σε μεγάλο μέρος του τηλεπικοινωνιακού φάσματος και έχει, επομένως, ενδιαφέρον να δούμε και το πώς αυτό αντανακλάται στην έκθεση του κοινού σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Οι τεχνολογίες αυτές είναι το Long Term Evolution (LTE) και η ψηφιακή τηλεόραση. Πιο συγκεκριμένα, θα εξετάσουμε ποια είναι η έκθεση του κοινού σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία προερχόμενα από σταθμούς βάσης που εκπέμπουν LTE, ενώ όσον αφορά στην ψηφιακή τηλεόραση, θα εξετάσουμε το πώς άλλαξε η ηλεκτρομαγνητική επιβάρυνση στο πέρασμα του χρόνου και κατά την μετάβαση από την αναλογική τηλεόραση στην ψηφιακή. Πρώτα όμως θα πρέπει να δούμε τις σημαντικές αλλαγές που έγιναν στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και καθιστούν τις μετρήσεις αυτές επίκαιρες και σημαντικές. 1.2 Μετάβαση στην Ψηφιακή Τηλεόραση Μετά την εφεύρεση και την εμπορική διάθεση της τηλεόρασης, η μετάδοση της αναλογικής αρχικά τηλεόρασης απαιτούσε ένα πολύ μεγάλο εύρος ζώνης. Όντας και το νεότερο μέσο επικοινωνίας της εποχής της, της αποδόθηκε ένα πολύ μεγάλο μέρος συχνοτήτων, από τα 47 MHz έως τα 862 MHz. Το εύρος αυτό χωρίστηκε και σε μικρότερες συχνοτικές περιοχές (VHF, UHF κλπ.), ενώ κάποια τμήματα ανάμεσα στις συχνοτικές περιοχές αποδοθήκαν για άλλες χρήσεις, όπως για τη ραδιοφωνία FM, που κάλυπτε εύρος από 20 MHz έως 110 MHz, κρατικές και στρατιωτικές υπηρεσίες, υπηρεσίες της αεροναυσιπλοΐας κλπ. Οι λοιπές χρήσεις της εποχής δεν απαιτούσαν μεγάλο εύρος συχνοτήτων και αυτό οδήγησε στο να σπαταληθεί το 1

9 μεγαλύτερο μέρος των συχνοτήτων κάτω από το 1 GHz στην τηλεόραση, που κάλυψε πλήρως το χώρο του φάσματος που της είχε αποδοθεί. Όταν έγινε ευρέως διαθέσιμη η κινητή τηλεφωνία, η αρχική «φύση» της μετάδοσης (μόνο φωνή δηλαδή) είχε και μικρές απαιτήσεις φάσματος. Η πολύ καλά προτυποποιημένη αυτή τεχνολογία με την έξυπνη διαχείρισή της, μπόρεσε να αναπτυχθεί τα πρώτα χρόνια με μεγάλη αποτελεσματικότητα σε δύο πολύ στενές ζώνες του φάσματος συχνοτήτων, στις περιοχές των 900 MHz και των 1800 MHz. Το μέσο αυτό ήταν τόσο δημοφιλές που άρχισε να αναπτύσσεται ραγδαία, ενώ η πρόοδος της τεχνολογίας έφερε νέες δυνατότητες και νέες μορφές επικοινωνίας πέρα από την μετάδοση μόνο φωνής. Σημαντικότερη εξ αυτών, η ασύρματη μετάδοση δεδομένων που έφερε ραγδαία αύξηση του αριθμού των χρηστών και ταυτόχρονα δημιουργήθηκαν οι απαιτήσεις για μεγάλες ταχύτητες, ενώ η τηλεόραση δεν είχε πλέον κανένα περιθώριο για να αναπτυχθεί. Οι συχνότητες κάτω από τα 900 MHz άρχισαν να μοιάζουν ιδανικές για τις νέες υπηρεσίες της κινητής επικοινωνίας, και αυτός είναι ένας από τους λόγους που οδήγησαν στην μετάβαση στην επίγεια ψηφιακή τηλεόραση (DVB-T). Αν το συνδυάσουμε με το γεγονός ότι η κινητή τηλεφωνία, έχοντας μεγάλα έσοδα, πληρώνει κάθε κράτος αδρά για το μικρό φάσμα που χρησιμοποιεί, ενώ η τηλεόραση πληρώνει ελάχιστα (στη χώρα μας καθόλου) για το τεράστιο φάσμα που έχει δεσμεύσει, καταλαβαίνουμε αμέσως γιατί σε παγκόσμιο επίπεδο οι κρατικοί φορείς και οι διεθνείς οργανισμοί ενδιαφέρονται για την μεταφορά της χρήσης μέρους του φάσματος από την τηλεόραση στην κινητή τηλεφωνία. Υπάρχουν διαθέσιμα τμήματα του φάσματος στις περιοχές των GHz που με μία ανακατανομή θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από την κινητή τηλεφωνία, είναι όμως γνωστό ότι όσο ανεβαίνουμε σε υψηλότερες περιοχές του φάσματος, μικραίνει η ικανότητα των ραδιοκυμάτων να διαπεράσουν εμπόδια. Η κινητή τηλεφωνία απαιτείται να παρέχει υπηρεσίες χωρίς οπτική επαφή κεραίας-κινητού, ακόμα και μέσα στα κτήρια, επομένως, η χρήση υψηλότερων συχνοτήτων θα απαιτούσε την αύξηση τόσο της ισχύος εκπομπής των σταθμών βάσης όσο και των κεραιών των κινητών συσκευών. Η τηλεόραση δεν είχε αλλάξει καθόλου τα πρότυπα της αναλογικής μετάδοσης, καθώς λειτουργούσαν απροβλημάτιστα για δεκαετίες και ίσως να μην υπήρχε λόγος να τα αλλάξουμε αν δεν ήταν ανάγκη να συμπτύξουμε το χώρο συχνοτήτων που καλύπτει. Το νέο όμως πρότυπο της ψηφιακής τηλεόρασης, παρείχε σημαντική εξοικονόμηση εύρους συχνοτήτων, μια που 4 παλιά προγράμματα χωρούν μέσα σε ένα νέο τηλεοπτικό κανάλι, ενώ γειτονικά κέντρα εκπομπής μπορούν να λειτουργούν στις ίδιες συχνότητες (Single Frequency Network - SFN). Το παράδειγμα της Αθήνας είναι χαρακτηριστικό: από τον Υμηττό και την Αίγινα εκπέμπουν 34 προγράμματα σε SFN, καταλαμβάνοντας 8 μόνο συχνότητες. Στην αναλογική εποχή θα έπρεπε να είχαμε 68 συχνότητες (συν τις συχνότητες της Πάρνηθας) και καθώς δεν ήταν διαθέσιμες, θα είχαμε προβλήματα παρεμβολών. Συμπερασματικά, ο κύριος λόγος για την εφαρμογή της ψηφιακής τηλεόρασης σε παγκόσμιο επίπεδο, είναι η ανάγκη να μεταφερθεί η χρήση ενός μεγάλου μέρους του φάσματος από την τηλεόραση στην κινητή τηλεφωνία. 2

10 1.3 LTE Κανάλια LTE Το Long Term Evolution (LTE) λοιπόν, γνωστό εμπορικά ως η «τέταρτη γενιά» (4G), δεν είναι μόνο μια νέα γενιά κινητής τηλεφωνίας, αλλά, όπως λέει και το όνομα της, μια εξέλιξη μακράς πνοής που αφορά και την ανακατανομή των συχνοτήτων μεταξύ των φορέων που τις χρησιμοποιούν (πρωτίστως τηλεόραση και κινητή τηλεφωνία, αλλά και πολιτική αεροπορία, στρατό, δημόσιες/ιδιωτικές υπηρεσίες, κλπ.), με στόχο την ορθολογικότερη χρήση του φάσματος προς την καλύτερη εξυπηρέτηση των αναγκών των πολίτων. Στο LTE αποδόθηκε πανευρωπαϊκά η συχνοτική περιοχή των 2600 MHz, ώστε να μπορέσει να αναπτυχθεί πλήρως η τέταρτη γενιά (4G) της κινητής τηλεφωνίας. Στην χωρά μας το LTE ξεκίνησε με πιλοτικές μεταδόσεις, χρησιμοποιώντας και την συχνοτική περιοχή των 1800 ΜΗz, η οποία χρησιμοποιείται ακόμα, ενώ με τη μετάβαση στην ψηφιακή τηλεόραση έγινε και η απόδοση των συχνοτήτων 790 MHz έως 862 MHz (συνοπτικά ονομάζεται συχνοτική περιοχή των 800 MHz). Σε άλλες περιοχές του κόσμου και άλλα τμήματα του φάσματος (690 MHz 790 MHz) έχουν ήδη αποδοθεί στο LTE. Το φάσμα 790 MHz 862 MHz έχει ιδιαίτερη σημασία για το LTE, μιας και αυτό προβλέπει όλες του οι τεχνολογίες να λειτουργήσουν αποτελεσματικά και συγχρονισμένα σε όλο τον κόσμο, να υπάρχει παντού κοινή εκμετάλλευση του φάσματος, αλλά και συμβατότητα των κινητών συσκευών. Η συχνοτική περιοχή αυτή λοιπόν, είναι αναγκαία, ώστε να μπορούν να καλυφθούν οι απαιτήσεις του μεγάλου αριθμού χρηστών, αλλά και για να επιτευχθεί υψηλή διείσδυση σε κλειστούς χώρους των σπιτιών. Αυτή τη στιγμή στην Ευρώπη έχει ολοκληρωθεί η μετάβαση στην ψηφιακή τηλεόραση, γνωστή ως Analogue Switch Off (ASO), ώστε να γίνεται η χρήση αυτού του φάσματος αποκλειστικά από την κινητή τηλεφωνία. Αξίζει να τονίσουμε επίσης, ότι άλλο τμήμα του φάσματος χρησιμοποιείται για τις εκπομπές του σήματος από τις κυψέλες της κινητής τηλεφωνίας προς τα κινητά (downlink) και άλλο για τις εκπομπές του σήματος από τα κινητά προς τις κυψέλες της κινητής τηλεφωνίας (uplink). Ενδιάμεσα κομμάτια παραμένουν κενά για να εξασφαλιστεί η απομόνωση εκπομπής λήψης και στις κυψέλες και στα κινητά. Το LTE στην χώρα μας ξεκίνησε από τα μεγάλα αστικά κέντρα (Αθήνα και Θεσσαλονίκη) τον Οκτώβριο του 2012 [1], με πιλοτικά δίκτυα επιλεγμένων σταθμών βάσης. Οι κυψέλες αυτές πύκνωσαν με την πάροδο του χρόνου μέσα στον αστικό ιστό, ενώ ταυτόχρονα τα δίκτυα εξαπλώθηκαν αργά αλλά σταθερά, καλύπτοντας μικρότερα αστικά κέντρα και πλέον και αγροτικές περιοχές. Στη χώρα μας εκτιμάται ότι υπάρχουν πάνω από 15 εκατομμύρια ενεργές τηλεφωνικές συνδέσεις (139% του πληθυσμού της χωράς). Το 2016 ειδικότερα, αποτελεί έτος σταθμό για την τεχνολογία LTE, καθότι αναμένεται τα έσοδα που παράγει να υπερβούν για πρώτη φορά τις αντίστοιχες επιδόσεις της αγοράς του 3G. Συγκεκριμένα, το LTE εκτιμάται ότι θα φτάσει, κατά το 2016, το 49% των εσόδων της παγκόσμιας αγοράς ασύρματων επικοινωνιών, αποδεικνύοντας στην πράξη τη δυναμική της τεχνολογίας, που εξασφαλίζει ασύρματες επικοινωνίες υπερ-υψηλών ταχυτήτων Δομή σήματος LTE To προς τα κάτω (downlink) φυσικό επίπεδο (physical layer) του LTE βασίζεται στο orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA), ένα σύστημα πολλαπλών 3

11 φορέων, για να κατανέμει τους τηλεπικοινωνιακούς πόρους σε πολλαπλούς χρήστες. Το OFDMA εκμεταλλεύεται την τεχνική διαμόρφωσης της Ορθογώνιας Διαίρεσης Συχνότητας Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), που διασπά το διαθέσιμο εύρος ζώνης σε πολλούς στενότερους υποφορείς και μεταδίδει τα δεδομένα με παράλληλες ροές. Για το LTE, η βασική υποφέρουσα έχει εύρος 15 khz, ενώ ο συνολικός αριθμός των διαθέσιμων υποφορέων εξαρτάται από το συνολικό εύρος ζώνης μετάδοσης του συστήματος. Στο πεδίο του χρόνου, το LTE οργανώνεται σε πλαίσια μήκους 10 ms. Ένα τέτοιο πλαίσιο διαιρείται σε δέκα υπο-πλαίσια, καθένα μήκους 1 ms. Ένα υπο-πλαίσιο διαιρείται περαιτέρω σε δύο υποδοχές (slot), διάρκειας 0.5 ms η καθεμιά. Τέλος, κάθε slot αποτελείται είτε από 7 ή 6 σύμβολα, ανάλογα με εάν θα χρησιμοποιηθεί ένα κανονικό ή ένα εκτεταμένο κυκλικό πρόθεμα (Cycle Prefix). Το μήκος ενός συμβόλου OFDM μπορεί να κυμαίνεται από 71.4 μs (κανονικό CP) έως 88.3 μs (εκτεταμένο CP). Το δομικό στοιχείο (resource element), λοιπόν, (δηλαδή οι μικρότερες μονάδες χρόνου-συχνότητας) για τη μετάδοση του LTE downlink, είναι ένα σύμβολο (στο χρόνο) σε έναν υπο-φορέα (μιας συχνότητας). Τα δομικά στοιχεία ομαδοποιούνται σε μπλοκ που αποτελούνται από 12 διαδοχικούς υποφορείς των 15 khz (συνολικά 180 khz) στο πεδίο της συχνότητας και ένα slot (δηλαδή 7 ή 6 σύμβολα) στο πεδίο του χρόνου. Ένα μπλοκ είναι η μικρότερη μονάδα που μπορεί να προγραμματιστεί στο πεδίο της συχνότητας. Το εύρος ζώνης μετάδοσης είναι ο αριθμός των ενεργών μπλοκ σε μια μετάδοση. Καθώς το εύρος ζώνης αυξάνεται, ο αριθμός των μπλοκ αυξάνει επίσης. Το μέγιστο εύρος ζώνης είναι ένας αριθμός μπλοκ, πολλαπλάσιο των 180 khz. Κάθε πλαίσιο LTE φέρει φυσικά κανάλια (physical channels) και φυσικά σήματα (physical signals). Τα κανάλια μεταφέρουν πληροφορίες που έλαβαν από υψηλότερα στρώματα, όπως τα δεδομένα και τις πληροφορίες, ενώ τα σήματα σχετίζονται με τις λειτουργίες στο φυσικό στρώμα, όπως ο συγχρονισμός. Η δομή του πλαισίου είναι η ίδια για την άνω ζεύξη (uplink) και κάτω ζεύξη (downlink), αλλά τα φυσικά σήματα και τα φυσικά κανάλια είναι διαφορετικά. Υπάρχουν πλαίσια downlink που χρησιμοποιούν συχνοδιαιρετική αμφιδρόμηση (Frequency Division Duplexing, FDD) και κανονικό CP, και συστήματα LTE χρησιμοποιώντας χρονοδιαιρετική αμφιδρόμηση (Time Division Duplexing, TDD) με εκτεταμένο CP, άρα διαφορετικά πλαίσια. Τέλος υπάρχουν τα: πρωτεύον σήμα συγχρονισμού, P-SS (Primary Synchronization Signal), δευτερεύον σήμα συγχρονισμού S-SS (Secondary Synchronization Signal), το φυσικό κανάλι εκπομπής PBCH (Physical Broadcast Channel) και το σήμα αναφοράς RS (Reference Signal) τα οποία μεταδίδονται πάντα (σε καθορισμένη στάθμη ισχύος) στο downlink, ανεξάρτητα από το αν υπάρχει κυκλοφορία δεδομένων, δηλαδή συνδεδεμένες συσκευές χρηστών. Αυτός είναι και ο λόγος ως εκ τούτου, που είναι δυνατή η εκτίμηση της έκθεσης σε LTE. 1.4 Ψηφιακή Τηλεόραση Κανάλια Ψηφιακής τηλεόρασης Υπάρχει κυβερνητική απόφαση που ορίζει έναν χάρτη συχνοτήτων, αναφορικά με τις συχνότητες εκείνες που χρησιμοποιούνται στην Ελλάδα για διάφορους σκοπούς. Έχουν δημοσιευτεί στην Εφημερίδα της Κυβερνήσεως από τις 5 Οκτωβρίου 2012, και περιλαμβάνονται όλες οι συχνότητες που χρησιμοποιεί η ψηφιακή τηλεόραση σε ολόκληρη την επικράτεια. 4

12 1.4.2 Δομή σήματος DVB-T Τα σήματα DVB-T έχουν επίσης μια πολύ συγκεκριμένη δομή, ειδικά σχεδιασμένη για το καλύτερο δυνατό τηλεοπτικό αποτέλεσμα στις συσκευές των χρηστών. Το σήμα DVB-T επίσης χρησιμοποιεί OFDM είτε με 2 χιλιάδες είτε με 8 χιλιάδες υποφορείς. Στο DVB-T τα σύμβολα οργανώνονται σε πλαίσια, με κάθε πλαίσιο να αποτελείται από 68 OFDM σύμβολα. Ένα υπερ-πλαίσιο αποτελείται από τέσσερα πλαίσια ώστε να ταιριάζει με κώδικα ελέγχου σφαλμάτων στο σύστημα. Τα OFDM σύμβολα μεταφέρουν τα δεδομένα που ανήκουν σε τρεις διαφορετικούς τύπους: MPEG-2 βίντεο, σήμα παραμέτρων μετάδοσης DVB-T (Transmission Parameter Signal, TPS), και πιλοτικά σήματα. Τα MPEG-2 δεδομένα διέρχονται μέσα από μια σειρά από στάδια, συμπεριλαμβανομένων τυχαιοποίησης των bit, κωδικοποίηση και χαρτογράφηση μέσα στο τελικό σήμα. Αυτή η διαδικασία καταλήγει σε κάτι που μοιάζει με τυχαία δεδομένα και μοιάζουν με θόρυβο. Αυτό όπως μπορεί να καταλάβει κάνεις σημαίνει λιγότερη μεταδιδόμενη πληροφορία σε σχέση με το αναλογικό σήμα. Τα δεδομένα αυτά μεταδίδονται διαρκώς. Τα TPS μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με τις παραμέτρους του συστήματος μετάδοσης. Οι θέσεις τους είναι σταθερές και ορίζονται από πρότυπο. Τα πιλοτικά σήματα βοηθούν τον δέκτη στην υποδοχή, δίνοντας πληροφορίες για αποδιαμόρφωση και αποκωδικοποίηση του λαμβανόμενου σήματος. Δύο τύποι των TPS περιλαμβάνονται: διάσπαρτά και συνεχή TPS. Η θέση όλων των πιλοτικών φορέων ορίζεται από το πρότυπο DVB-T. Έτσι λοιπόν από τα παραπάνω σήματα είναι δυνατή και η εκτίμηση της έκθεσης σε DVB-T. 5

13 2. Διαδικασία Μετρήσεων 2.1 Εισαγωγικά για τη διαδικασία Σκοπός μας είναι η μέτρηση της έντασης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στον ελεύθερο χώρο και η αξιολόγηση της έκθεσης του ανθρώπου σε αυτό. Αυτό γίνεται ακολουθώντας κατά το δυνατόν, τη διαδικασία που περιγράφεται στο πρότυπο ΕΝ50492, το οποίο καθορίζει πλήρως τις λεπτομέρειες, από την περιοχή του σταθμού βάσης, τις μεθόδους μέτρησης, τα συστήματα μέτρησης με τις ρυθμίσεις τους, έως και την μετέπειτα επεξεργασία που πρέπει να πραγματοποιηθεί για τον προσδιορισμό του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου για την αξιολόγηση της έκθεσης του ανθρώπου. Όλα όσα ακολουθούν βασίζονται στο παραπάνω πρότυπο [2]. 2.2 Πηγές RF που λαμβάνονται υπόψιν Εάν θέλουμε μια γενική εποπτεία των RF εκπομπών που υπάρχουν σε μια τοποθεσία, πρέπει να ασκηθεί προσπάθεια για τον προσδιορισμό όλων των πηγών ραδιοσυχνοτικών εκπομπών στην ευρύτερη περιοχή της τοποθεσίας αυτής. Οι διάφορες πηγές μπορούν να ταυτοποιηθούν με οπτικό έλεγχο, μέσω καταγραφής από τις βάσεις δεδομένων ή με την χρήση μετρήσεων επιλεκτικής συχνότητας. Για τις πήγες που εντοπίζονται, οι μετρήσεις για κάθε μια πηγή πρέπει να εκτελούνται σύμφωνα με τα ενίοτε ισχύοντα πρότυπα. Αν η θέση που πρέπει να αξιολογηθεί δεν είναι στην κύρια δέσμη ακτινοβολίας κεραιών που λειτουργούν σε συχνότητες άνω των 6 GHz, τότε τα πεδία που παράγονται από αυτές τις πηγές μπορούν γενικά να αγνοηθούν δεδομένου ότι στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι σημαντικά για την αξιολόγηση της έκθεσης του ανθρώπου. Κατά τα άλλα λαμβάνονται υπόψη όλες οι σταθερά εγκατεστημένες, τουτέστιν μόνιμες πήγες RF που εντοπίζονται να λειτουργούν μεταξύ 100 khz και 6 GHz. 2.3 Προσδιορισμός περίπτωσης μέτρησης Υπάρχουν δυο περιπτώσεις μετρήσεων. Η πρώτη περίπτωση (Περίπτωση Α) αφορά την μέτρηση του πεδίου από όλες τις πηγές και σε όλες τις συχνότητες. Η δεύτερη περίπτωση (Περίπτωση Β) αφορά σε ένα σύνολο τιμών πεδίου για συγκεκριμένες πηγές, συχνότητες ή επιμέρους ζώνες συχνοτήτων. Αν ο στόχος της επιτόπιας μέτρησης είναι μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση της έκθεσης, με αναλυτική διερεύνηση κάθε συνεισφοράς από κάθε πηγή RF χρησιμοποιώντας μια επιλεκτική ανάλυση συχνότητας, τότε επιλέγεται η Περίπτωση Β. Ακόμα και αν ο στόχος της επιτόπιας μέτρησης είναι μια ευρύτερη αξιολόγηση της έκθεσης, δηλαδή συνδυάζοντας τις συνεισφορές όλων των πηγών RF, πάλι μπορεί να γίνει αξιολόγηση χρησιμοποιώντας αυτήν τη διαδικασία, αντί της επιλογής της Περίπτωσης Α. Καθώς σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εκτίμηση της έκθεσης του ανθρώπου σε LTE και ψηφιακή τηλεόραση, θα χρησιμοποιήσουμε την Περίπτωση Β, για μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση της έκθεσης από τις συγκεκριμένες πηγές. 6

14 2.4 Προσδιορισμός της ποσότητας του πεδίου για μέτρηση Αρχικά πρέπει να καθοριστούν, από την ανάλυση του χώρου και τις λοιπές συνεισφορές, οι ποσότητες που πρέπει να μετρούνται σύμφωνα με την απόσταση από τις κεραίες πηγή. Το πρότυπο που ακολουθείται αφορά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, άρα για κάθε συνεισφορά (ή ομάδα συνεισφορών) και σύμφωνα με την ανάλυση του χώρου, θα πρέπει να μετριέται είτε ηλεκτρικό πεδίο, είτε μαγνητικό, ή και τα δύο. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία αποτελούνται από ένα ηλεκτρικό πεδίο Ε (μετρούμενο σε V/m) και ένα μαγνητικό πεδίο Η (μετρούμενο σε A/m). Μακριά από τις πηγές το ηλεκτρικό πεδίο και το μαγνητικό πεδίο είναι μαθηματικά αλληλεξαρτώμενα, αλλά πιο κοντά στις πηγές, χρειάζεται να μετρηθούν ξεχωριστά. Για συνθήκες μακρινού πεδίου (far field conditions) αρκεί η μέτρηση Ε ή H μόνον. Στην εργασία αυτή και βάσει του διαθέσιμου εξοπλισμού πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ηλεκτρικού πεδίου που είναι ικανά και αναγκαία για την κάλυψη του σκοπού της εργασίας. 2.5 Διάταξη των συστημάτων μέτρησης Εξοπλισμός του συστήματος μέτρησης Για συχνότητες χαμηλότερες των 6 GHz, θα πρέπει να χρησιμοποιείται ισοτροπική μέτρηση για τον προσδιορισμό της τιμής του πεδίου που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της έκθεσης του ανθρώπου. Για να γίνει αυτό, το σύστημα μέτρησης θα πρέπει να αποτελείται από τα ακόλουθα συστατικά: Ανιχνευτής (κεραία(-ες) Ε ή H πεδίου) που είναι σε θέση να αξιολογεί την ένταση του πεδίου ισοτροπικά Εξοπλισμός μέτρησης (π.χ. Αναλυτής φάσματος ή δέκτης σε περίπτωση επιλεκτικής μέτρησης συχνότητας) Καλώδιο(-α) ή ίνα(-ες) για σύνδεση του ανιχνευτή με τον εξοπλισμό μέτρησης Μέρος του εξοπλισμού είναι και ο τρίποδας ή οτιδήποτε άλλο χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση του αισθητήρα. Αυτός θα πρέπει να είναι κατασκευασμένος από χαμηλής ανακλαστικότητας υλικό όπως πλαστικό ή ξύλο, ώστε να μην επηρεάζει το μετρούμενο πεδίο. Για την ισοτροπική μέτρηση χρειάζεται ισοτροπικός τρι-αξονικός ανιχνευτής ή εναλλακτικά αν γίνει χρήση ανιχνευτή ενός άξονα τότε πρέπει να γίνεται μηχανική ή χειροκίνητη περιστροφή. Το δε μέγεθος της κεραίας/ανιχνευτή θα πρέπει να είναι μικρότερο ή συγκρίσιμο με ένα μήκος κύματος στην υψηλότερη συχνότητα. Ο εξοπλισμός ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις στην εργασία αυτή αποτελείται από την ισοτροπική τρι-αξονική κεραία ηλεκτρικού πεδίου Narda SRM- 3000, δυναμικού εύρους 0.25 mv/m έως 200 V/m και κατάλληλη για μετρήσεις από 75 ΜΗz έως 3 GHz σε συνδυασμό με τo selective radiation meter (SRM) Narda SRM με ενσωματωμένο αναλυτή φάσματος εύρους 100 khz έως 3 GHz. Η κεραία τοποθετείται σε ξύλινο τρίποδο ενώ για την σύνδεση των δυο χρησιμοποιείται RF καλώδιο μήκους 1.5m εύρους από 100 khz έως 3 GHz [3]. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε φαίνεται στην Εικόνα 1. 7

15 Εικόνα 1: Εξοπλισμός μετρήσεων (Μέτρηση DVB-T στην θέση 6) Απαιτήσεις του συστήματος μέτρησης Σε περίπτωση πραγματοποίησης ευρυζωνικής μέτρησης έντασης ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου συνήθως ο ανιχνευτής αποτελείται από έναν ευρυζωνικό ανιχνευτή και μια μονάδα αναγνώσεως. Η μετρούμενη τιμή θα πρέπει να αντιπροσωπεύει τη συνολική ένταση πεδίου εντός της περιοχής συχνοτήτων που καλύπτεται από τον ανιχνευτή. Οι ευρυζωνικές μετρήσεις πρέπει να εκτελούνται με τη χρήση ενός ανιχνευτή ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου ισοτροπικά. Αρκετοί ανιχνευτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να καλύψουν το καθορισμένο εύρος συχνοτήτων και το συνολικό επίπεδο ισχύος πεδίου πρέπει στη συνέχεια να υπολογίζεται σύμφωνα με τις παρακάτω εξισώσεις (η εφαρμογή της εξίσωσης για το ηλεκτρικό πεδίο γίνεται αυτόματα από το όργανο μας στο εύρος των δυνατοτήτων του. Η εκτός-του-εύρους του ανιχνευτή συνεισφορά μπορεί να αγνοηθεί): E H N i 1 N i 1 2 i H 2 i για Ν αριθμό ανιχνευτών (1) Όπου E i, H i το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο που μετριέται από κάθε ανιχνευτή αντίστοιχα. Οι απαιτήσεις για απόκριση συχνότητας, δυναμική περιοχή, γραμμικότητα και ισοτροπικότητα πρέπει να συμφωνούν με τις απαιτήσεις που περιγράφονται στον παρακάτω πίνακα. 8

16 Πίνακας 1: Ευρυζωνικές απαιτήσεις συστήματος μέτρησης κατά το πρότυπο ΕΝ50492 Κάτω από 900 MHz και πάνω από 3 GHz Μεταξύ των 900 MHz και 3 GHz Απόκριση συχνότητας ± 3dB ± 1.5 db Ελάχιστο όριο ανίχνευσης 2 mw/m 2 (δηλαδή 1 V/m ή A/m) Δυναμική περιοχή 40 db Γραμμικότητα ± 1.5 db Ισοτροπικότητα < 2 db αξιολογούνται για το πλήρες σύστημα μέτρησης Για συχνοτικά επιλεκτικές μετρήσεις το σύστημα μέτρησης πρέπει να καλύπτει τη ζώνη συχνοτήτων από 100 khz έως 6 GHz τουλάχιστον για τις πηγές που προσδιορίζονται από την ανάλυση του χώρου. Αν η ανάλυση χώρου εντοπίσει εκπομπές άνω των 6 GHz που πρέπει να αξιολογηθούν, και κατάλληλα συστήματα μέτρησης πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Οι απαιτήσεις δυναμικής περιοχής, γραμμικότητας και ισοτροπικότητας πρέπει να καλύπτονται και να είναι σύμφωνες με τις απαιτήσεις που περιγράφονται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 2: Απαιτήσεις συχνοτικά επιλεκτικών συστημάτων μέτρησης κατά το πρότυπο ΕΝ50492 Απόκριση συχνότητας Ελάχιστο όριο απόκρισης ανίχνευσης Δυναμική περιοχή Γραμμικότητα Ισοτροπικότητα Κάτω από 900 MHz και πάνω από 3 GHz Μεταξύ των 900 MHz και 3 GHz ± 3 db ± 1,5 db 0.01 mw/m 2 (δηλαδή 0.05 V/m) Λόγος θορύβου τουλάχιστον 20 db 66 db ± 1.5 db <2.5 db αξιολογούνται για το πλήρες σύστημα μέτρησης. Στην περίπτωση της μεθόδου σάρωσης, δεν μπορεί να απαιτηθεί η ισοτροπικότητα. Τέλος, ο εξοπλισμός μέτρησης πρέπει να βαθμονομείται ως ένα πλήρες σύστημα στη συχνότητα μέτρησης. Για σήματα με υψηλούς συντελεστές κορυφής ή συνδυασμούς διαφόρων σημάτων, επιπλέον βαθμονόμηση μπορεί να είναι απαραίτητη, προκειμένου να εκτιμηθεί η αβεβαιότητα. 2.6 Αβεβαιότητα Μετρήσεων Κάθε μέτρηση συνοδεύεται με μια αβεβαιότητα. Κάθε παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει τις μετρήσεις θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψιν. Η αβεβαιότητα στις μετρήσεις ηλεκτρικού πεδίου εξαρτάται από τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται αλλά και από την τον ίδιο τον χρήστη που τον χρησιμοποιεί. Όσο αφορά τον συγκεκριμένο εξοπλισμό, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για τους σκοπούς αυτής της εργασίας, η διευρυμένη αβεβαιότητα, μέσα στο εύρος της οποίας βρίσκονται οι τιμές των μετρούμενων ηλεκτρικών πεδίων φαίνεται στον Πίνακα 3: 9

17 Πίνακας 3: Διευρυμένη αβεβαιότητα εξοπλισμού μέτρησης Διευρυμένη Αβεβαιότητα Μετρήσεων (για κεραία, SRM, και καλώδιο RF 1.5m) Frequency range [MHz] Uncertainty [%] Πραγματοποίηση Μέτρησης Προσδιορισμός σημείου μέτρησης Πρώτο βήμα είναι ο προσδιορισμός του σημείου μέτρησης. Η επιλογή αυτού του χώρου (εσωτερικού ή εξωτερικού) γίνεται με βάση μια εκτίμηση της επιβάρυνσης σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που έχει προηγηθεί. Οι θέσεις οι οποίες επιλέχθηκαν για εκτίμηση της έκθεσης σε LTE, είναι όλες θέσεις εντός της πόλης της Θεσσαλονίκης αλλά με σχετικά διαφορετικό περιβάλλον (στενοί και φαρδιοί δρόμοι, ταράτσες, πάρκα κλπ.) και περιοχές σε υψόμετρο για μεγαλύτερη προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Δεν επιλέχθηκαν εσωτερικοί χώροι, λόγω εξασθένησης της ακτινοβολίας από τα δομικά υλικά. Επίσης, η επιλογή βασίστηκε σε μελέτη που είχε πραγματοποιηθεί στο παρελθόν. Συγκεκριμένα, από προηγούμενες μετρήσεις εκπομπών, στο κοντινό περιβάλλον κεραιών κινητής τηλεφωνίας των παρόχων (πάνω από 60 σημεία), επιλέχθηκαν οι 10 θέσεις με την μεγαλύτερη συνεισφορά του LTE στο συνολικό ηλεκτρικό πεδίο. Αντίστοιχη επιλογή όσο αφορά την μορφολογία των σημείων έγινε και για την ψηφιακή τηλεόραση μαζί με επιπλέον θέσεις εκτός του αστικού κέντρου. Η επιλογή των θέσεων βέβαια εδώ δεν ήταν τυχαία αλλά αυστηρά καθορισμένη, σε ίδιες ακριβώς θέσεις, όπου έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις στο παρελθόν με σκοπό τη σύγκριση της επιβάρυνσης ανάμεσα σε αναλογική και ψηφιακή τηλεόραση, όπως αυτή περιγράφηκε παραπάνω. Φτάνοντας κοντά στα σημεία μέτρησης πραγματοποιούνται ευρυζωνικές μετρήσεις με τη χρήση εξοπλισμού που αθροίζει τις συνεισφορές ισχύος από όλες τους ραδιο-πηγές μέσα στο εύρος φάσματος συχνοτήτων του εξοπλισμού. Σκοπός της μέτρησης αυτής, είναι ο εντοπισμός του σημείου μέγιστης έκθεσης. Το μέγιστο επίπεδο έκθεσης RF σε μια θέση καθορίζεται συχνά από έναν πρώτο εντοπισμό του σημείου μέγιστης ισχύος του πεδίου χρησιμοποιώντας έναν ευρυζωνικό ανιχνευτή και στη συνέχεια πραγματοποιώντας μια πιο λεπτομερή μέτρηση της έντασης του πεδίου με εξοπλισμό σε επιλεκτικές συχνότητες. Η αναζήτηση για το σημείο της μέγιστης έντασης του πεδίου γίνεται με σάρωση ευρυζωνικού ανιχνευτή σε όλη την περιοχή συχνοτήτων. Στην περίπτωση του LTE, δεν έγινε η πρώτη αυτή ευρυζωνική μέτρηση πριν από τις μετρήσεις στενής ζώνης, διότι δεν μας ενδιέφερε η εύρεση τυχούσας μέγιστης επιβάρυνσης, ενώ στην περίπτωση της ψηφιακής τηλεόρασης η ευρυζωνική μέτρηση είχε ήδη γίνει στις μετρήσεις της αναλογικής τηλεόρασης, στις οποίες ανατρέξαμε για κάθε θέση μέτρησης. 10

18 2.7.2 Στήσιμο του εξοπλισμού Η μέτρηση πρέπει να πραγματοποιείται με τη χρήση του συστήματος μέτρησης όπως επιλέχθηκε παραπάνω. Για περίπτωση αξιολόγησης της έκθεσης από συγκεκριμένη RF πηγή (Περίπτωση Β), ποσότητα μέτρησης πρέπει να θεωρηθεί η συνολική ισχύς του εκπεμπόμενου σήματος. Σε όλες τις περιπτώσεις πρέπει να εξασφαλίζεται ότι η ελάχιστη απόσταση μεταξύ του άκρου της κεραίας και του σώματος του «χειριστή», καθώς και οποιουδήποτε αντικειμένου που αντανακλά, θα πρέπει να είναι 1 m κατά τη μέτρηση πεδίων σε συχνότητες κάτω από 300 MHz και 0.5 m κατά τη μέτρηση στην περιοχή άνω των 300 MHz. Για την εκτίμηση της έκθεσης του ανθρώπου σε ολόκληρο το σώμα, απαιτείται ένα πρωτόκολλο για μια μέση εκτίμηση του χώρου. Οι τιμές του ισοτροπικού πεδίου καθορίζονται σε Ν σημεία μέτρησης στα οποία στην συνέχεια γίνεται χωρική μεσοποίηση. Επειδή ο σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας δεν είναι αυτός, στις μετρήσεις μας δεν έγινε χωρική μεσοποίηση και όλες οι μετρήσεις λήφθηκαν σε ύψος 1.5 m όπως και σε αντίστοιχες διερευνήσεις στο εξωτερικό, αλλά και για να υπάρχει η δυνατότητα σύγκρισης με τα ιστορικά δεδομένα, που επίσης έγιναν μόνο σε ύψος 1.5 m [4][5][6][7]. Η υπερεκτίμηση (ή παρέκταση) - extrapolation στιγμιαίων δεδομένων μέτρησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υπολογισμό μέγιστης έκθεσης. Ούτε αυτό έγινε κατά την λήψη των δικών μας μετρήσεων, διότι απαιτούνται τεχνικές πληροφορίες από τους παρόχους, οι οποίες δεν μας ήταν διαθέσιμες (μέγιστη ισχύς εκπομπής σταθμού βάσης, αλλά και πληροφορίες για την κυκλοφορία στο δίκτυο). Όπως και να έχει η παρέκταση πρέπει να γίνεται με προσοχή, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε υπερεκτιμημένη έκθεση που οφείλεται σε περιορισμένου χρόνου μέγιστο φορτίο των δικτύων και με τα φορτία των διαφορετικών δικτύων να μην είναι πλήρως συσχετισμένα. Επιπλέον, ορισμένα περιθώρια όσον αφορά τη μέγιστη ισχύ ή/και το κανάλι χρησιμοποιούνται κατά το σχεδιασμό του δικτύου και έρευνες από το εξωτερικό έδειξαν πως η πιθανότητα επίτευξης ενός τέτοιου μεγίστου είναι πολύ χαμηλές.[8] Συχνοεπιλεκτικές μετρήσεις Στον SRM-3000 χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Safety Evaluation για τις μετρήσεις ηλεκτρικού πεδίου. Σε αυτή τη λειτουργία το όργανο καταγράφει τη συνολική τιμή του ηλεκτρικού πεδίου στη θέση μέτρησης καθώς και την συνεισφορά στην τιμή αυτή που έχουν οι διάφορες φασματικές περιοχές (οι φασματικές περιοχές ενδιαφέροντος εισάγονται από τον χρήστη στο όργανο σε σύνδεση με τον υπολογιστή). Για τα ηλεκτρικά πεδία που παρατηρούμε (αλλά και για την επεξεργασία στην συνέχεια) είναι δυνατή η εμφάνιση απόλυτης τιμής ισχύος ηλεκτρικού πεδίου (V/m) αλλά και πυκνότητας ισχύος (W/m 2 ). Οι τιμές αυτές μάλιστα είναι τελικές, δηλαδή δεν πρόκειται για την ισχύ λήψης της κεραίας αλλά έχει γίνει η μετατροπή σε τιμές ισχύος όπου έχουν ληφθεί υπόψη ο παράγοντας κεραίας (antenna factor), οι απώλειες του καλωδίου, και η κατάλληλη αντίσταση προσαρμογής για το σύστημα κεραία-καλώδιο και καλώδιο-όργανο μέτρησης. 11

19 Ρυθμίσεις για μετρήσεις LTE Στη μέτρηση της στιγμιαίας έκθεσης σε LTE, οι ρυθμίσεις του αναλυτή φάσματος έχουν μεγάλη επίδραση στα αποτελέσματα των μετρήσεων. Οι ρυθμίσεις που χρησιμοποιήθηκαν θεωρούνται οι βέλτιστες για την εκτέλεση αξιολόγησης της έκθεσης στο LTE: - Detector: RMS (Result Type: AVG) - RBW: 1 ΜHz - Χρόνος σάρωσης τουλάχιστον 20s - Κατάλληλη επιλογή του span της συχνότητα, π.χ. 50 MHz. Να σημειωθεί ότι στη λειτουργεία AVG (Average) δεν έχουμε μια στιγμιαία μέτρηση αλλά ένα μέσο όρο πάνω σε ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα. Τα συχνοτικά κανάλια στα οποία πραγματοποιούνται μετρήσεις είναι 11 κανάλια στα οποία γίνεται η εκπομπή LTE στην Ελλάδα από τους τρείς παρόχους της χώρας και αυτά είναι [9]: - στις συχνότητες των 790, 800 και 810 MHz, με εύρος ζώνης καναλιού 10 MHz - στη συχνότητα των 1805 MHz, με εύρος ζώνης καναλιού 5 MHz - στη συχνότητα των 1820 MHz, με εύρος ζώνης καναλιού 10 MHz - στη συχνότητα των 1845 MHz, με εύρος ζώνης καναλιού 20 MHz - στις συχνότητες των 2575 και 2595 MHz, με εύρος ζώνης καναλιού 20 MHz - στις συχνότητες των 2620, 2640 και 2670 MHz, με εύρος ζώνης καναλιού 20 MHz Επίσης έγιναν μετρήσεις ηλεκτρικού πεδίου για ολόκληρες τις συχνοτικές περιοχές LTE 800, GSM 900, GSM/LTE 1800, GSM/UMTS 1900, UMTS 2100 και LTE 2600 MHz ώστε να συγκριθεί η συνεισφορά του LTE στην συνολική έκθεση από σταθμούς βάσης κινητής τηλεφωνίας Ρυθμίσεις για μετρήσεις ψηφιακής τηλεόρασης Μέθοδος αναφοράς θεωρείται η μέτρηση ισχύος του καναλιού σε εύρος ζώνης σήματος των 7.61 MHz στις ζώνες IV και V ή 6.66 MHz στη ζώνη III. Σύμφωνα με το πρότυπο που ακολουθήθηκε για εκπομπές Ψηφιακής Τηλεόρασης oι παράμετροι μέτρησης που χρησιμοποιούνται είναι: - Detector: RMS (Result Type: AVG) - RBW: 100 khz Ολοκλήρωση στο εύρος ζώνης του μετρούμενου καναλιού (6.6 MHz στην συχνοτική περιοχή III και MHz στις συχνοτικές περιοχές IV και V). Τα συχνοτικά κανάλια στα οποία πραγματοποιούνται μετρήσεις είναι καθορισμένα ανά περιοχή για όλη την Ελλάδα με νομό του κράτους και για την Θεσσαλονίκη είναι τα εξής [10]: - Κανάλια 24 και 36 που προορίζονται για χρήση από δημόσιους σταθμούς εθνικής εμβέλειας με εύρος από 494 MHz έως 502 MHz και 590 MHz έως 598 MHz αντίστοιχα - Κανάλια 27, 30, 43 και 48 που προορίζονται για χρήση από ιδιωτικούς σταθμούς εθνικής εμβέλειας με εύρος από 518 MHz έως 526 MHz, 542 MHz έως 550 MHz, 646 MHz έως 653 MHz και 686 MHz έως 694 MHz αντίστοιχα 12

20 - Κανάλια 55 και 56 που προορίζονται για χρήση από δημόσιους σταθμούς περιφερειακής εμβέλειας με εύρος από 742 MHz έως 750 MHz και 750 MHz έως 758 MHz αντίστοιχα Επίσης έγιναν μετρήσεις σε όλη την συχνοτική περιοχή των UHF προκειμένου να γίνει και η σύγκριση με τις αντίστοιχες επιβαρύνσεις από τηλεοπτικά σήματα πριν την μετάβαση στην ψηφιακή τηλεόραση 2.8 Επεξεργασία Μετρήσεων Προκειμένου να αξιολογηθεί η συμμόρφωση των μετρούμενων εντάσεων ηλεκτρικού πεδίου, ή των ισοδύναμων επιπέδων πυκνότητας ισχύος, γίνεται σύγκρισή τους με τα επίπεδα αναφοράς που καθορίζονται στη σύσταση του Συμβουλίου 1999/519/EC[11]. Η σχέση που συνδέει το ηλεκτρικό πεδίο με την πυκνότητα ισχύος είναι: 2 E S 120 Για να αξιολογηθεί η συμμόρφωση της ταυτόχρονης έκθεσης σε πολλαπλές ζώνες συχνοτήτων ο λόγος έκθεσης λ, για όλες τις συχνότητες ή ζώνες συχνοτήτων που μετρούνται, ορίζεται από την εξίσωση: E f f E Lf, 2 όπου, V 87 (0.1MHz f 1 MHz ) m 87 V (1 MHz f 10 MHz ) f m ELf V 28 (10 MHz f 400 MHz ) m V f (400MHz f 2000 MHz ) m V 61 ( f 1 MHz ) m Όπου E f είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου σε συχνότητα f και E L,f είναι η μέγιστη ένταση ηλεκτρικού πεδίου, όπως ορίζεται στη σύσταση του συμβουλίου. Αν το συνολικό ER είναι μικρότερο ή ίσο με 1, η έκθεση στη θέση της καταμέτρησης πληροί τις απαιτήσεις που καθορίζονται στη σύσταση του Συμβουλίου. Τα επίπεδα αναφοράς που αναφέρονται ισχύουν για την έκθεση του κοινού. Εναλλακτικά ο λόγος έκθεσης τις εκατό σε μια συχνότητα ορίζεται και ως [6]: Esignal ER 100 [%] (4) E Οπού E signal ( V/m ) η τιμή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου του RF σήματος και E L η αντίστοιχη μέγιστη τιμή αναφοράς του ICNIRP όπως ορίστηκε και στην (3). O λόγος έκθεσης ορίζεται και από την πυκνότητα ισχύος S signal (W/m 2 ) ως: L (2) (3) 13

21 ER S Ssignal Esignal [%] SL EL 2 (5) Στις συχνότητες στις οποίες πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις, τα αυστηρότερα όρια τα οποία προβλέπονται από την ελληνική νομοθεσία είναι ίσα με το 70% των επίπεδων αναφοράς του ICNIRP ή με 60% για την περίπτωση όπου οι κεραίες εκπομπής των RF πηγών βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη των τριακοσίων μέτρων από την περίμετρο κτιριακών εγκαταστάσεων βρεφονηπιακών σταθμών, σχολείων, γηροκομείων και νοσοκομείων [12]. Έτσι έχουμε: 60% E f f 0.6 E Lf, 2 (6) Επειδή δεν έχουμε ακριβώς την γνώση για την ύπαρξη τέτοιων κτηρίων γύρω από τα σημεία μέτρησης, για τις συγκρίσεις που ακολουθούν χρησιμοποιήθηκε ως μέτρο σύγκρισης η αυστηρότερη τιμή. 14

22 3. Αποτελέσματα Μετρήσεων 3.1 Αποτελέσματα LTE Μετρήσεων Στον Πίνακας 4 φαίνονται οι συντεταγμένες από τα σημεία των μετρήσεων μαζί με τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούσαν κατά τη μέτρηση (ελάχιστη και μέγιστη θερμοκρασία, ελάχιστη και μέγιστη υγρασία). Επίσης η ημέρα και ώρα εκτέλεσης της μέτρησης. Στην Εικόνα 2 φαίνεται ο χάρτης της πόλης της Θεσσαλονίκης με τις θέσεις μέτρησης. Στον Πίνακας 5 φαίνονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων των ηλεκτρικών πεδίων για όλες τα συχνοτικά κανάλια του LTE, αλλά και των συχνοτικών περιοχών που χρησιμοποιούνται από την κινητή τηλεφωνία. Μαζί βρίσκονται οι αντίστοιχοι υπολογισμοί των λόγων έκθεσης που αναφέρθηκαν προηγουμένως, ως προς το όριο του ICNIRP και ως προς το 60% του ορίου, όπως επιβάλλεται από την Ελληνική νομοθεσία. Οι λόγοι έκθεσης που έχουν υπολογισθεί μπορούν να αθροιστούν εάν χρειαστεί, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σύγκριση με αντίστοιχους λογούς έκθεσης, οποιουδήποτε αλλού είδους RF εκπομπής. Στην Εικόνα 3 φαίνεται η συνολική συνεισφορά των καναλιών του LTE στα σήματα κινητής τηλεφωνίας. Υπογραμμίζεται ότι οι μετρήσεις δείχνουν το στιγμιαίο επίπεδο των ηλεκτρικών πεδίων και όχι τιμές από extrapolation, αρά στιγμιαία έκθεση και όχι μέγιστη. Πίνακας 4: Σημεία μέτρησης LTE, χρόνος μέτρησης και περιβαλλοντικές συνθήκες Συντεταγμένες 40 38'37.6"N 22 57'19.2"E 40 38'35.8"N 22 57'13.1"E 40 40'33.9"N 22 55'24.9"E 40 40'42.5"N 22 53'53.5"E 40 40'19.9"N 22 53'45.7"E 40 39'11.5"N 22 54'34.9"E 40 38'25.0"N 22 56'38.8"E 40 36'55.5"N 22 58'22.9"E 40 36'51.3"N 22 58'15.4"E 40 34'52.1"N 22 56'46.1"E Θερμ. min Θερμ. max Υγρασία min Υγρασία max Ημέρα Ώρα : : : : : : : : : :26 15

23 Θέσεις Μέτρησης: 1: Οδός Κυθήρων 2: Οδός Υετίωνος 3: Διασταύρωση οδών Ιθάκης και Νιόβης 4: Οδός Ξανθίππης 5: Οδός Ντόρτογλου 6: Διασταύρωση οδών Μοναστηρίου και Α. Παρασκευής 7: Οδός Α. Δημητρίου (Υπουργείο Μακεδονίας Θράκης) 8: Δημοτικό κολυμβητήριο Τούμπας 9: Στάδιο Τούμπας 10: Στάδιο Απόλλωνα Εικόνα 2: Σημεία μετρήσεων LTE και ολικό ηλεκτρικό πεδίο. 16

24 Πίνακας 5: Μετρήσεις ηλεκτρικών πεδίων LTE στο σύνολο των θέσεων μέτρησης, και υπολογισμοί λόγων έκθεσης F min F max E min [V/m] E max [V/m] E L λ 1 2 λ 60% S min [W/m 2 ] S max [W/m 2 ] 3 ER s [%] [MHz] [MHz] [V/m] Σήμα 1 LTE 800 DL E E E E E-02 Σήμα 2 LTE 800 DL E E E E E-02 Σήμα 3 LTE 800 DL E E E E E-03 Σήμα 4 LTE 1800 DL E E E E E-03 Σήμα 5 LTE 1800 DL E E E E E-03 Σήμα 6 LTE 1800 DL E E E E E-03 Σήμα 7 LTE 2600 DL (TDD) E E E E E-05 Σήμα 8 LTE 2600 DL (TDD) E E E E E-05 Σήμα 9 LTE 2600 DL E E E E E-05 Σήμα 10 LTE 2600 DL E E E E E-05 Σήμα 11 LTE 2600 DL E E E E E-05 Σύνολο σημάτων LTE DL Για τη θέση 4, με τη μεγιστη έκθεση σε LTE: 4.9E E E E-02 LTE E E E E E-02 GSM E E E E E-02 GSM/LTE E E E E E-02 GSM/UMTS E E E E E-06 UMTS E E E E E-01 LTE E E E E E-04 1 Λόγος έκθεσης λ από την μέγιστη τιμή ηλεκτρικού πεδίου. 2 Λόγος έκθεσης λ60% από την μέγιστη τιμή ηλεκτρικού πεδίου. 3 Λόγος έκθεσης ERs από την μέγιστη τιμή πυκνότητας ισχύος. 17

25 Εικόνα 3: Συνεισφορά έκθεσης LTE στην συνολικη εκθεση σε σηματα κινητης τηλεφωνιας 4 Σχετικά με την συνεισφορά του LTE στην κινητή τηλεφωνία, παρατηρείται ότι τα ποσοστά συνεισφοράς της στην κινητή τηλεφωνία, είναι < 6.05% σε 6 στις 10 θέσεις μέτρησης. Η συνεισφορά είναι αυξημένη για τις θέσεις 8, 9 και 10 που πρόκειται για θέσεις κοντά σε γήπεδα, οπού υπήρχε αυξημένη παρουσία κοινού. Ακόμα πιο έντονο το αποτέλεσμα στην θέση 4 που βρίσκεται πάνω από την περιφερική οδό της πόλης, και την ημέρα των μετρήσεων υπήρχε έντονη κυκλοφοριακή συμφόρηση. Να σημειωθεί ότι στις συγκεκριμένες θέσεις οι κεραίες ανήκαν σε παρόχους που χρησιμοποιούν το LTE όχι μόνο για μετάδοση δεδομένων αλλά και μετάδοση φωνής (Voice over LTE, VoLTE). 4 Η τιμή της συνεισφοράς κάθε συχνοτικής περιοχής αναγράφεται μετά το τέλος, πάνω από κάθε κομμάτι του διαγράμματος 18

26 3.2 Αποτελέσματα Μετρήσεων Ψηφιακής Τηλεόρασης Στην Εικόνα 4 φαίνεται ο χάρτης της πόλης της Θεσσαλονίκης με τις θέσεις μέτρησης. Στον Πίνακας 6 φαίνονται οι συντεταγμένες από τα σημεία των μετρήσεων μαζί με τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούσαν κατά τη μέτρηση (ελάχιστη και μέγιστη θερμοκρασία, ελάχιστη και μέγιστη υγρασία). Επίσης η ημέρα και ώρα εκτέλεσης της μέτρησης. Στον Πίνακας 7 φαίνονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων των ηλεκτρικών πεδίων για όλες τις συχνοτικές περιοχές των καναλιών του ψηφιακού σήματος τηλεόρασης που χρησιμοποιούνται από τηλεοπτικούς σταθμούς, αλλά και του UHF συνολικά. Δίπλα βρίσκονται οι αντίστοιχοι λόγοι έκθεσης όπως υπολογίζονται. Και εδώ οι λόγοι έκθεσης που έχουν υπολογισθεί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κάθε είδους συγκρίσεις. Στην Εικόνα 5 φαίνεται η συνεισφορά των καναλιών που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση του ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος μαζί με άλλες περιοχές (την υπόλοιπη συχνοτική περιοχή UHF, την περιοχή των FM, της περιοχής VHF της αεροναυτικής και ναυτιλιακής επικοινωνίας, την περιοχή TETRA για ενδοεπικοινωνίες, την περιοχή των Wi-Fi, και το σύνολο των περιοχών της κινητής τηλεφωνίας) στην συνολική συνεισφορά σε ηλεκτρικά πεδία. Υπογραμμίζεται ότι οι μετρήσεις δείχνουν το στιγμιαίο επίπεδο των Ηλεκτρικών πεδίων, αρά στιγμιαία έκθεση. Πίνακας 6: Σημεία μέτρησης ψηφιακής τηλεόρασης, χρόνος μέτρησης και περιβαλλοντικές συνθήκες Συντεταγμένες 40 37'37.1"Ν 22 58'13.7"Ε 40 35'47.6"Ν 22 58'40.3"Ε 40 36'11.0"N 22 58'29.1"E 40 33'48.8"Ν 22 59'43.5"Ε 40 34'55.2"Ν 23 01'50.0"Ε 40 35'29.9"Ν 23 05'30.8"Ε 40 38'04.0"Ν 23 03'17.3"Ε 40 39'36.3"Ν 22 54'44.7"Ε 40 38'09.8"Ν 22 56'28.4"Ε 40 35'32.8"Ν 22 57'08.4"Ε 40 38'00.2"Ν 22 57'24.5"Ε 40 37'49.2"Ν 22 57'22.7"Ε Θερμ. min Θερμ. max Υγρασία min Υγρασία max 16,2 16,7 58,7 58,9 18,7 21,7 44,7 45,3 19,7 22,4 41,2 43,7 21,6 23,1 38,5 39,9 21,1 22, ,9 15, ,6 37,8 14,9 16,1 36,8 38, ,8 46,5 48,6 15, ,1 42, ,6 37,4 38,6 15,2 16,4 39,9 40,5 13,5 13,9 43,7 47 Ημέρα Ώρα : : : : : : : : : : : :54 19

27 Θέσεις Μέτρησης: 1: 11 ο Γυμνάσιο-Λύκειο Θεσσαλονίκης 2: Διασταύρωση οδών Ερωτόκριτου και M. Αλεξάνδρου 3: Οδός Αναξίμανδρου 4: Μουσείο Τεχνολογίας NOESIS 5: Οδός Φιλίππου, Πανόραμα 6: Πλάτωμα Χορτιάτη 7: Κορυφή Κουρί 8: Δημαρχείο Μενεμένης 9: Διασταύρωση οδών Βενιζέλου και Ερμού 10: Οδός Κασομούλη 11: Ταράτσα Σ.Θ.Ε 12: Ταράτσα κτιρίου διοίκησης Α.Π.Θ. Εικόνα 4: Σημεία μετρήσεων DVB-T και ολικό ηλεκτρικό πεδίο. 20

28 Πίνακας 7: Μετρήσεις ηλεκτρικών πεδίων ψηφιακής τηλεόρασης, υπολογισμοί λόγων έκθεσης F min F max E min E max E L λ 5 6 λ 60% S min [W/m 2 ] S max [W/m 2 ] 7 ER s [%] [MHz] [MHz] [V/m] [V/m] [V/m] CH E E E E E-03 CH E E E E E-04 CH E E E E E-04 CH E E E E E-04 CH E E E E E-04 CH E E E E E-06 CH E E E E E-04 CH E E E E E-04 DVB-T Total Για τη θέση 6, με τη μεγιστη έκθεση σε DVB-T: 4.1E E E E-03 UHF E E E E E-03 TOTAL E E E E E-01 Οι διαφορές στις τιμές των ηλεκτρικών πεδίων σε κάθε κανάλι οφείλονται στο ότι υπάρχει άνιση κατανομή του αριθμού των τηλεοπτικών σταθμών που εκπέμπουν μέσα σε κάθε κανάλι. Συγκεκριμένα: - Τα κανάλια 24 και 48 μοιράζονται 11 τηλεοπτικούς σταθμούς - Στα κανάλια 27, 30 και 43 εκπέμπουν από 4 τηλεοπτικοί σταθμοί - Στο κανάλι 36 εκπέμπουν 7 τηλεοπτικοί σταθμοί - Στο κανάλι 55 εκπέμπουν 6 τηλεοπτικοί σταθμοί - Στο κανάλι 56 εκπέμπουν 5 τηλεοπτικοί σταθμοί 5 Λόγος έκθεσης λ από την μέγιστη τιμή ηλεκτρικού πεδίου. 6 Λόγος έκθεσης λ60% από την μέγιστη τιμή ηλεκτρικού πεδίου. 7 Λόγος έκθεσης ERs από την μέγιστη τιμή πυκνότητας ισχύος 21

29 Εικόνα 5: Συνεισφορά Ψηφιακής τηλεόρασης και άλλων τεχνολογιών, στην συνολική έκθεση 8 Παρατηρείται ότι τη μέγιστη συνεισφορά στην συνολική ισχύ, έχει στις περισσότερες περιπτώσεις η κινητή τηλεφωνία. Το FM κατέχει την μέγιστη συνεισφορά στις θέσεις 4, 5, 6 και 12 όπου υπάρχει οπτική επαφή (Line of Sight, LoS) με το όρος Χορτιάτη, απ όπου εκπέμπουν και οι περισσότεροι ραδιοφωνικοί σταθμοί της Θεσσαλονίκης. Στις ίδιες θέσεις η ψηφιακή τηλεόραση φαίνεται να έχει τις μέγιστες τιμές συνεισφοράς της, για τον ίδιο λόγο (Εικόνα 6). 8 Η τιμή της συνεισφοράς κάθε συχνοτικής περιοχής αναγράφεται μετά το τέλος πάνω από κάθε κομμάτι του διαγράμματος και δεν αναγράφονται συνεισφορές κάτω του 1% 22

30 Εικόνα 6: Πυκνότητα ισχύος FM και ψηφιακής τηλεόρασης 23

31 4. Σχολιασμός των αποτελεσμάτων 4.1 LTE Όπως φαίνεται από τον Πίνακας 5, όλες οι μετρήσεις οι οποίες λήφθηκαν στην Θεσσαλονίκη, βρίσκονται κάτω από τα προβλεπόμενα όρια τόσο του ICNIRP όσο και τα αυστηρότερα όρια της Ελληνικής νομοθεσίας[12]. Το μέγιστο ηλεκτρικό πεδίο από ένα κανάλι LTE το οποίο μετρήθηκε έχει τιμή V/m σε κανάλι της LTE 800 συχνοτικής περιοχής (τιμή 60 φορές κάτω από το προβλεπόμενο όριο του ICNIRP) ενώ το μέσο ηλεκτρικό πεδίο είναι V/m. Οι μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου, στο σύνολο των θέσεων μέτρησης, για τα κανάλια του LTE, φαίνονται στην Εικόνα 7, ενώ για τις συχνοτικές περιοχές που χρησιμοποιούνται από την κινητή τηλεφωνία στην Εικόνα 8. Το όριο σύγκρισης στις γραφικές παραστάσεις, όπου υπάρχει, είναι το ελάχιστο όριο για το σύνολο των συχνοτήτων, στο οποίο έγιναν μετρήσεις (της μικρότερης συχνότητας). Εικόνα 7: Μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου, στα κανάλια του LTE Παρατηρείται εδώ ότι τα ηλεκτρικά πεδία από τα σήματα LTE στις συχνοτικές περιοχές των 800 και 1800 MHz, φτάνουν υψηλότερες τιμές απ ότι τα σήματα της περιοχής 2600 MHz. Αυτό οφείλεται στο ότι στις συχνοτικές περιοχές των 800 και 1800 MHz πρέπει να έχει χρησιμοποιηθεί παλαιότερη υπάρχουσα υποδομή (π.χ., κεραιοσυστήματα στους σταθμούς βάσης) που αναβαθμίστηκε για το LTE. Ρόλο φυσικά παίζει και η μικρότερη εξασθένηση των σημάτων κατά την διάδοσή τους, σε αυτές τις χαμηλότερες συχνότητες. Το συμπέρασμα αυτό μπορεί να βγάλει κανείς, παρατηρώντας και το επόμενο διάγραμμα. 24

32 Εικόνα 8: Μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου, στις συχνοτικές περιοχές της κινητής τηλεφωνίας Παρατηρώντας τις συχνοτικές περιοχές των 800 και 900 MHz, οι οποίες χρησιμοποιούνται για LTE και GSM αντίστοιχα (αλλαγή στην κωδικοποίηση), βλέπουμε μικρότερες τιμές ηλεκτρικού πεδίου για το LTE σε σχέση με το GSM. Στις μετρήσεις σε ολόκληρες τις συχνοτικές περιοχές συμπεριλαμβάνεται εκτός από την προς τα κάτω ζεύξη (downlink), και η προς τα πάνω ζεύξη (uplink), κάτι το οποίο ισοδυναμεί με μικρότερες τιμές ηλεκτρικού πεδίου με το LTE συνολικά, και για πεδία προερχόμενα από τον σταθμό βάσης αλλά και από το κινητό τηλέφωνο του κάθε χρήστη. Αυτό σημαίνει μικρότερη έκθεση στα ηλεκτρικά πεδία από τους σταθμούς βάσης για το κοινό, αλλά και μικρότερη έκθεση από τις κινητές συσκευές, για τον κάθε χρήστη μεμονωμένα. Επίσης βλέπουμε ότι η συχνοτική περιοχή 1900 MHz ουσιαστικά δε χρησιμοποιείται αυτή τη στιγμή, ενώ από τις μετρήσεις στις συχνοτικές περιοχές των 1800 και 2100 MHz και τον Πίνακας 8, με τα μεγαλύτερα ηλεκτρικά πεδία στην δεύτερη, συμπεραίνουμε ότι δεν υπάρχει ακόμα τόσο μεγάλη διείσδυση της τεχνολογίας LTE σε σύγκριση με την τεχνολογία UMTS, η οποία φαίνεται να χρησιμοποιείται περισσότερο. Η συνολική πυκνότητα ισχύος για τα κανάλια του LTE και τις συχνοτικές περιοχές της κινητής τηλεφωνίας, για κάθε θέση, φαίνονται στην Εικόνα 9. Το όριο σύγκρισης στις γραφικές παραστάσεις είναι το ελάχιστο όριο για το σύνολο των συχνοτήτων στο οποίο έγιναν μετρήσεις (της μικρότερης συχνότητας). Παρατηρούμε ότι για το σύνολο των σημάτων LTE, η μέγιστη πυκνότητα ισχύος βρίσκεται στην θέση 4. Η τιμή 25

33 του ηλεκτρικού πεδίου για τα σήματα εκπομπής των σταθμών βάσης LTE στην θέση αυτή, είναι 0.8 V/m, τιμή 43 φορές κάτω από το προβλεπόμενο όριο του ICNIRP. Εικόνα 9: Τιμές πυκνότητας ισχύος καναλιών LTE και προβλεπόμενα όρια Οι λόγοι έκθεσης όπως υπολογίστηκαν με βάση το επίπεδο αναφοράς του ICNIRP φαίνονται στην Εικόνα 10. Οι τιμές τους εκτείνονται από έως Οι λόγοι έκθεσης για το LTE με βάση τα Ελληνικά όρια εκτείνονται από έως Όσο μικρότερη είναι η τιμή του λόγου έκθεσης από τον αριθμό 1 τόσο πιο πολύ απέχουμε από το προβλεπόμενο όριο, άρα μικρότερη έκθεση. Οι γραμμές σφάλματος προκύπτουν από τις αβεβαιότητες των μετρήσεων. 26

34 Εικόνα 10: Λόγοι έκθεσης σε LTE και δίκτυα κινητής τηλεφωνίας συνολικά Όπως παρατηρήθηκε στην Εικόνα 3, η μέγιστη συνεισφορά του LTE στα σήματα της κινητής τηλεφωνίας συνολικά, έφτανε το 36.7%. Στην Εικόνα 11 φαίνεται η επί τοις εκατό συνεισφορά κάθε συχνοτικής περιοχής της κινητής τηλεφωνίας στο σύνολο των συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται από την κινητή τηλεφωνία. Παρατηρείται ότι κυρίαρχες στην έκθεση σε σήματα κινητής τηλεφωνίας, είναι οι παλιές τεχνολογίες UMTS 2100 και GSM 900. Οι συχνοτικές περιοχές LTE 800 και LTE 2600 που χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για το LTE έχουν από τα μικρότερα ποσοστά συνεισφοράς. Το ίδιο αποτέλεσμα φαίνεται και υπολογίζοντας την μέση συνεισφορά πυκνότητας ισχύος (Average power density contribution, APD). Η μέση συνεισφορά πυκνότητας ισχύος (για όλα τα σημεία) και η μέγιστη συνεισφορά πυκνότητας ισχύος (Maximal power density contribution, MPD) για τα εκάστοτε σημεία μέγιστης ισχύος, στις συχνοτικές περιοχές της κινητής τηλεφωνίας φαίνονται στον Πίνακας 8: Πίνακας 8: Μέση και μέγιστη συνεισφορά πυκνότητας ισχύος στην κινητή τηλεφωνία Συχνοτική Περιοχή APD [%] MPD [%] LTE GSM GSM/LTE GSM/UMTS UMTS LTE H συνεισφορά του downlink του LTE στην υποπεριοχή αυτή είναι 28% 27

35 Εικόνα 11: Συνεισφορά κάθε συχνοτικής περιοχής στην συνολική έκθεση σε σήματα κινητής τηλεφωνίας 28

36 4.2 Ψηφιακή Τηλεόραση Όπως φαίνεται στον πίνακα από τις μετρήσεις για ψηφιακή τηλεόραση, όλες οι μετρήσεις οι οποίες λήφθηκαν στην Θεσσαλονίκη και στα προάστια, βρίσκονται κάτω από τα προβλεπόμενα όρια τόσο του ICNIRP όσο και τα αυστηρότερα όρια της Ελληνικής νομοθεσίας. Η μέγιστη τιμή ηλεκτρικού πεδίου στην συχνοτική περιοχή UHF που μετρήθηκε είναι 0.23 V/m (τιμή 128 φορές κάτω από τα όρια του ICNIRP). Οι μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου, στο σύνολο των θέσεων μέτρησης, για τα κανάλια που χρησιμοποιεί η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση, φαίνονται στην Εικόνα 12. Το όριο σύγκρισης στις γραφικές παραστάσεις είναι το ελάχιστο όριο για το σύνολο των συχνοτήτων στο οποίο έγιναν μετρήσεις (της μικρότερης συχνότητας). Παρατηρούμε ότι οι μέγιστες τιμές ηλεκτρικών πεδίων είναι ορθώς για όλα τα κανάλια στις θέσεις που αναφέρθηκαν και παραπάνω. Εικόνα 12: Μετρούμενες τιμές ηλεκτρικού πεδίου στα κανάλια της ψηφιακής τηλεόρασης Η μέγιστη τιμή πυκνότητας ισχύος, στα συχνοτικά κανάλια που χρησιμοποιεί η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση που μετρήθηκε είναι W/m 2, ενώ για την συχνοτική περιοχή UHF, W/m 2. Η μέγιστη αυτή πυκνότητα ισχύος, για το σύνολο των καναλιών της ψηφιακής τηλεόρασης, αντιστοιχεί σε ηλεκτρικό πεδίο V/m, τιμή 460 φορές κάτω από το όριο του ICNIRP. Γραφική αναπαράσταση της πυκνότητας ισχύος για το σύνολο της ψηφιακής τηλεόρασης και της συχνοτικής περιοχής UHF, μαζί με τα προβλεπόμενα όρια, φαίνεται στην Εικόνα 13. Το όριο 29

37 σύγκρισης στις γραφικές παραστάσεις είναι το ελάχιστο όριο για το σύνολο των συχνοτήτων στο οποίο έγιναν μετρήσεις (της μικρότερης συχνότητας). Εικόνα 13: Τιμές πυκνότητας ισχύος καναλιών ψηφιακής τηλεόρασης και προβλεπόμενα όρια Οι λόγοι έκθεσης όπως υπολογίστηκαν με βάση το επίπεδο αναφοράς του ICNIRP φαίνονται στην Εικόνα 14. Οι τιμές τους για τα κανάλια που χρησιμοποιούνται από το DVB-T συνολικά εκτείνονται από έως Οι λόγοι έκθεσης ως προς το όριο της Ελληνικής νομοθεσίας εκτείνονται από έως Στην παραπάνω εικόνα παρατηρούμε ότι όπου η λαμβανόμενη ισχύς της ψηφιακής τηλεόρασης έχει υψηλές τιμές, έχει περίπου την ίδια ισχύ με αυτή της συνολικής συχνοτικής περιοχής UHF, η οποία πέρα από ψηφιακή τηλεόραση χρησιμοποιείται και για στρατιωτικές εφαρμογές. Αυτές όμως συνεισφέρουν ελάχιστα στην ισχύ της συχνοτικής περιοχής. Σε περιοχές όπου η ισχύς της ψηφιακής τηλεόρασης είναι μικρότερη (όπως στις θέσεις 1 και 10), φαίνεται η UHF να έχει μεγάλη πυκνότητα ισχύος, αλλά αυτό οφείλεται σε ρυθμίσεις κατά τη μέτρηση, οι οποίες επιτρέπουν ουσιαστικά τη μέτρηση της ακτινοβολίας υποβάθρου. 30

38 Εικόνα 14: Λόγοι έκθεσης σε εμπορικά κανάλια ψηφιακής τηλεόρασης και συχνοτικές περιοχές UHF Η μέση και η μέγιστη συνεισφορά πυκνότητας ισχύος κάθε τεχνολογίας φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα: Πίνακας 9: Μέση και μέγιστη συνεισφορά πυκνότητας ισχύος Συχνοτική Περιοχή APD [%] MPD [%] FM DVB-T TETRA Wi-Fi Κινητή Τηλεφωνία Λοιπά Για σκοπούς σύγκρισης με παλαιές τεχνολογίες αλλά και την Αναλογική Τηλεόραση φτιάχτηκαν τρία διαγράμματα. Στην Εικόνα 15 φαίνονται οι λόγοι έκθεσης με βάση τα επίπεδα αναφοράς του ICNIRP στην τηλεόραση, για κάθε ένα από τα 12 σημεία μέτρησης με την πάροδο των χρόνων. 31

39 Εικόνα 15: Λόγοι έκθεσης σε σήματα τηλεόρασης ανά έτος Πίνακας 10: Ελάχιστοι λόγοι έκθεσης σε UHF Ελάχιστος λόγος έκθεσης λ ( ) Λόγος έκθεσης λ (2016) 1 4.6E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-05 Η έκθεση στην συχνοτική περιοχή UHF σήμερα, είναι επίσης μικρότερη στις περισσότερες θέσεις μέτρησης (9 στις 12 θέσεις) από την έκθεση στα σήματα της συχνοτικής περιοχής UHF πριν το ASO, ενώ και στις περιπτώσεις που δεν είναι η μικρότερη, δεν έχει την μέγιστη τιμή σε σχέση με όλες τις ημερομηνίες, στις οποίες πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις. Αυτό δικαιολογείται από την απελευθέρωση χώρου 32

40 στο φάσμα με την εξοικονόμηση που έγινε μετά το ASO, και άρα τις μικρότερες ανάγκες σε ισχύ εκπομπής [13]. Στην Εικόνα 16 έχουμε ένα διάγραμμα που αφορά την συνεισφορά που έχουν τα σήματα της συχνοτικής περιοχής UHF στη συνολική έκθεση. Φαίνεται η ελάχιστη, η μέγιστη και η μέση συνεισφορά από το σύνολο των σημείων που έγιναν μετρήσεις για κάθε χρονιά. Στην Εικόνα 17 έχουμε τις ίδιες συνεισφορές αλλά όσον αφορά στην ελάχιστη, μέγιστη και μέση συνεισφορά για κάθε σημείο ανά χρονιά που έγινε η μέτρηση. Εικόνα 16: Συνεισφορά σημάτων τηλεόρασης στην συνολική έκθεση ανά έτος Κοιτώντας το διάγραμμα που αφορά ανά έτος στο σύνολο των σημείων παρατηρούμε ότι η συνεισφορά της αναλογικής και της ψηφιακής βρίσκεται περίπου στην ίδια τάξη μεγέθους με την πάροδο των ετών. Στην Εικόνα 17 βλέπουμε για κάθε θέση που πραγματοποιήθηκε μέτρηση, την σύγκριση της συνεισφοράς της ψηφιακής τηλεόρασης σε σχέση με την συνεισφορά της αναλογικής. Για όλες τις χρονιές που έγινε μέτρηση αναλογικής τηλεόρασης έχουμε την ελάχιστη, μέση και μέγιστη συνεισφορά. 33

41 Εικόνα 17: Συνεισφορά σημάτων τηλεόρασης στην συνολική έκθεση ανά σημείο Παρατηρούμε ότι η μέση συνεισφορά της συχνοτικής περιοχής UHF στην συνολική έκθεση, στην ψηφιακή τηλεόραση, στις μισές (έξι) περιπτώσεις είναι μικρότερη από την μέση αλλά και ελάχιστη ακόμα συνεισφορά σε σχέση με την αναλογική τηλεόραση. Στις υπόλοιπες περιπτώσεις η συνεισφορά της ψηφιακής τηλεόρασης είναι μεγαλύτερη από την μέση συνεισφορά της αναλογικής, και στις τέσσερις από αυτές είναι μεγαλύτερη και από την μέγιστη συνεισφορά στα αντίστοιχα σημεία. Συνολικά σε οκτώ από τα δώδεκα σημεία, έχουμε την συνεισφορά της ψηφιακής τηλεόρασης στη συνολική έκθεση να είναι μικρότερη από την μέση συνεισφορά στη θέση από τις μετρήσεις των προηγουμένων ετών. Στα παραπάνω αποτελέσματα πρέπει να λάβουμε υπόψιν ότι παρότι μειώθηκαν οι τιμές των ηλεκτρικών πεδίων από σήματα που χρησιμοποιούνται για την τηλεόραση, εξίσου μειώθηκε και το συνολικό ηλεκτρικό πεδίο από όλα τα ειδή RF εκπομπών. Όπως είδαμε και προηγουμένως, και οι νέες τεχνολογίες κινητής τηλεφωνίας έχουν μικρότερα αποτελέσματα σαν έκθεση σε σχέση με τις παλαιότερες τεχνολογίες, ενώ και στην Εικόνα 5, παρατηρούμε ότι η συνεισφορά της τηλεόρασης είναι στην πλειοψηφία κάτω από την συνεισφορά FM, κινητής τηλεφωνίας και σε πολλές περιπτώσεις και του Wi-Fi, πράγμα σύμφωνο και με άλλες μελέτες στην Ευρώπη [5] [7]. 34