Universität Stuttgart TTI GmbH an der Universität Stuttgart ......Prof. Dr.-Ing. F.M. Landstorfer 13 Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgew ählten Themen der Dosimetrie im Rahmen des

TTI GmbH an der Universität Stuttgart

HochfrequenzanwendungenProf. Dr.-Ing. F.M. Landstorfer

1Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm

Universität Stuttgart

TTI GmbH an der Universität StuttgartHochfrequenzanwendungen

Exposition durch Handysin realen Situationen

Prof. Dr.-Ing. F.M. LandstorferDipl.-Ing. J. Baumann

Dipl.-Ing. L. Geisbusch




Überblick 1/2

• Regelverhalten im GSM-System§ Funktionsweise§ Abhängigkeiten

• SAR-Werte bei Autofahrt§ Messdaten§ Beispiele§ Reproduzierbarkeit




Überblick 2/2

• Strahlenexposition bei Telefonat im Raum§ Durchführung der Untersuchung§ Messdaten§ Abhängigkeiten

• Strahlenexposition bei UMTS§ Regelverhalten§ Telefonat im Raum§ Messfahrt

• Zusammenfassung




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

Regelverhalten im GSM-System




Beispiel: Regelverhalten nach Gesprächsaufbau in der Nähe einer Basisstation


Netz A

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

00:00:00 00:01:00 00:02:00 00:03:00 00:04:00 00:05:00 00:06:00 00:07:00

Zeit [h:min:s]

Max

imal

e S

end

elei

stu

ng

[W

]

Netz B

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

00:00:00 00:01:00 00:02:00 00:03:00 00:04:00 00:05:00 00:06:00 00:07:00

Zeit [h:min:s]M

axim

ale

Sen

del

eist

un

g [

W]

Netz A

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

00:00:00 00:00:06 00:00:12 00:00:18 00:00:24 00:00:30 00:00:36 00:00:42

Zeit [h:min:s]

Max

imal

e S

ende

leis

tung

[W

]

Netz B

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

00:00:00 00:00:06 00:00:12 00:00:18 00:00:24 00:00:30 00:00:36 00:00:42

Zeit [h:min:s]M

axim

ale

Sen

dele

istu

ng [

W]




Abhängigkeit des Regelverhaltens von• Netzbetreiber (Algorithmen, Parameter)• Ausrüster der Basisstation• Versorgungslage

Theorie: Hohe Sendeleistung bei• Gesprächsaufbau• Wechsel der Zelle• Schlechter Versorgung





Messung der SAR-Werte

Mobiltelefon Messkopf Installation im AutoNokia 6110 ESM-120

• Positionsbestimmung mittels GPS• Dokumentation durch Video- und Audioaufzeichnung

• Simulation eines Monologs durch Autoradio

SAR-Werte bei Autofahrt




SAR

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 20 40 60 80 100

Weglänge [km]

SA

R [W

/kg]


Auswertung der Messdaten

Symmetrie:Hin- / Rückfahrt

Hinfahrt

Rückfahrt





Auswertung der Messdaten Linearität SAR ? Sendeleistung

SAR

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 20 40 60 80 100

Weglänge [km]

SA

R [W

/kg]

Sendeleistung

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0 20 40 60 80 100

Weglänge [km]

Mitt

lere

Sen

dele

istu

ng [W

]

SAR: Mit Messkopf gemessen Sendeleistung: Aus Telefonausgelesene Power Control Levels





Auswertung der MessdatenSAR in Abhängigkeit der Versorgungslage

SAR

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 20 40 60 80 100

Weglänge [km]

SA

R [W

/kg]

Empfangspegel

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 20 40 60 80 100

Weglänge [km]E

mpf

angs

pege

l [dB

m]

SAR: Mit Messkopf gemessen Empfangspegel: Aus Telefonausgelesen





Beispiel: Fahrt durch Tunnel mit Zellwechsel

Sendeleistung

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80 100 120

Zeit [s]

Max

. Sen

dele

istu

ng [W

]

Tunnel





Beispiel: Fahrt durchTunnel mitZell-wechsel





Beispiel: Ping Pong Handover an Ampel

Szenario:•Aufenthalt an Zellgrenze•Dynamische Umgebungà Änderung der Aus-

breitungsverhältnisseà Ständiges Wechseln

der Zelleà Erhöhter SAR Wert

Zellgrenze





Beispiel: Ping Pong an Ampel





Lokales Auftreten der SAR Werte

Überlandfahrt

Niedrige SAR Wertein / um Städte

Hohe SAR Werteaußerhalb von Städten





Reproduzierbarkeit: Vergleich zweier Fahrten

Messfahrt am Mi, 7.7.2004 Messfahrt am Do, 8.7.2004





Statistische Mittelwerte der Messfahrten

0,951,795-590,060,23Autobahnfahrt 8.7.2004

3,731,555-580,050,12Stadtfahrt

0,901,589-580,060,23Autobahnfahrt 7.7.2004

1,431,173-570,060,24Überlandfahrt 8.7.2004

1,311,167-570,060,27Überlandfahrt 7.7.2004

Handover pro

Kilometer

Handover pro

Minute

Anzahl Hand-over

Empfangs-pegel [dBm]

Sende-leistung

[W]SAR

[W/kg]

Messungen beim selben Netzbetreiber• Autobahn- / Überlandfahrt: GSM 900• Stadtfahrt: 77% GSM 900, 23% GSM 1800




Strahlenexposition bei Telefonat im Raum

Messaufbau• Mobiltelefon Nokia 6150• Fünf verschiedene Probanden• „Ungezwungenes“ Telefonieren • Aufzeichnung der maximalen Sendeleistung• Handover ausgeschlossen• GSM 1800





0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0:00 0:07 0:14 0:21 0:28Zeit [h:min]

Max

. Sen

dele

istu

ng [

W]

Gesprächsaufbau

10min - Mittelung

5min - MittelungMomentanwert

Beispiel: Regelung der Sendeleistung





Beispiel: Änderung der Sende-leistung bei Hand-wechsel





Beispiel: Verände-rung der Ausbrei-tungsbe-dingungen





Beispiel: Regelung ohne er-kennbaren Grund





Abhängigkeit von Netzversorgung

Auftrittshäufigkeiten Sendeleistung

0

20

40

60

80

100

0 bis 200mW

200 bis 400mW

400 bis 600mW

600 bis 800mW

800 bis1000 mW

Auf

tritt

shäu

figke

it [%

]

Gute Versorgung

Mittelmäßige Versorgung




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





Telefonieren im Raum

Rahmenbe-dingungen:

Telefon: Nokia 6650

NodeB-Entfernung:650m

Keine direkteSicht

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:000

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

25

27,5

30

Mittelwert 1 MinuteMittelwert 1 Sekunde

Zeit [min:s]

Sen

dele

istu

ng [µ

W]





Messfahrt

Sendeleistung

¦ < 10 nW¦ 10 nW – 1 µW ¦ 1 µW – 100 µW¦ 100 µW – 1 mW¦ 1 mW – 10 mW

Anzahl Zellen

¦ 1¦ 2¦ 3





Messfahrt

Sendeleistung

¦ < 10 nW¦ 10 nW – 1 µW ¦ 1 µW – 100 µW¦ 100 µW – 1 mW¦ 1 mW – 10 mW

Anzahl Zellen

¦ 1¦ 2¦ 3

Detailausschnitt:Keine Erhöhung der Sendeleistung bei Handover




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




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

è Geringere Strahlendosen im Vergleich zu GSM

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