Verfahren zur korrekten messtechnischen Bestimmung der Hochfrequenzexposition in der Umgebung von LTE-Basisstationen

Die Bestimmung der hochfrequenten Immissionen in der Umgebung von LTE-Basisstationen stellt eine neue Herausforderung an die Feldstärkemesstechnik dar. Für die Messung von LTE-Immissionen (FDD-Mode) kann als kostengünstige Variante auf frequenzselektive Verfahren zurückgegriffen werden, die auch mit herkömmlichen Spektrumanalysatoren durchführbar sind. Mit codeselektiven Verfahren wird die Immission von LTE-Anlagen basisstations- bzw. sektorspezifisch erfasst. Diese Messung ist bezüglich der Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung deutlich unproblematischer. Im Beitrag soll zum einen näher erläutert werden, wie bei den beiden möglichen Messverfahren aus den Anzeigewerten des Messgerätes auf die Immission bei höchster Anlagenauslastung hochgerechnet werden kann und welche Anlagenparameter dazu bekannt sein müssen. Außerdem werden die Ergebnisse von Erprobungsmessungen vorgestellt, welche die erreichbare Genauigkeit und Reproduzierbarkeit derartiger Messungen dokumentieren sollen. Die Ausführungen sind wie folgt gegliedert: Abstrahlung der für die Messung relevanten Signale durch die Basisstationsantennen (Abb.: Ergebnis der codeselektiven Messung eines LTE-800-Signals (2 Funkzellen wurden erfasst); Messung der Synchronisationssignale eines LTE-800-Signals im Zeitbereich); Korrekte Extrapolation der Ergebnisse einer frequenzselektiven Messung auf maximale Anlagenauslastung (Tab.: Hochrechnung des Ergebnisses einer frequenzselektiven Messung auf maximale Anlagenauslastung); Korrekte Extrapolation der Ergebnisse einer codeselektiven Messung auf maximale Anlagenauslastung (Hochrechnung des Ergebnisses einer codeselektiven Messung auf maximale Anlagenauslastung); Messbeispiele (Szenario 1: Standort mit zwei LTE-800-Betreibern, Szenario 2: Dachstandort mit einer LTE-1800-Anlage). Die Untersuchungen führten zu folgenden wichtigen Ergebnissen: - Code- und frequenzselektive Verfahren liefern bei gleichen Randbedingungen gut übereinstimmende und reproduzierbare Messergebnisse und sind daher für Immissionsmessungen an LTE-Basisstationen grundsätzlich geeignet; - das codeselektive Verfahren ist in Bezug auf die Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung sehr unkompliziert. Daher kann dieses Verfahren als das zu präferierende Referenzverfahren bezeichnet werden; - das frequenzselektive Verfahren benötigt zur korrekten Durchführung - insbesondere bei der Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung - deutlich mehr Kenntnis über wichtige Anlagenparameter, die teilweise nur vom Betreiber geliefert werden können. Bei Nichtberücksichtigung dieser Parameter kann es zu einer deutlichen Fehlbewertung der hochgerechneten Immission kommen

Erfassung der HF-Exposition in typischen Alltagsszenarien

In dosimetrischen Messstudien zur Untersuchung der Exposition der Allgemeinbevölkerung durch hochfrequente elektromagnetische Felder (HF-EMF) standen in den letzten Jahren primär einzelne Funkdienste der Mobilkommunikation und des drahtlosen Internetzugangs (z.B. UMTS, WiMAX, LTE) und dabei insbesondere die Immissionen der Basisstationen im Vordergrund. Gemäß den Vorgaben der 26. BImSchV [1] wurden diese Immissionen bei unterstellter maximaler Sendeleistung der Funkanlage ermittelt, die auch bei der Zulassung derartiger Anlagen relevant ist. In der öffentlichen Diskussion stellt sich jedoch zunehmend die Frage, wie groß die persönliche Gesamtexposition durch verschiedenartige HF-Quellen ist und in welchem Verhältnis die Beiträge durch KörperkontaktQuellen (eigenes Mobiltelefon), körpernahe Endgeräte (umliegende Endgeräte sowie HFQuellen im unmittelbarere Nähe) sowie körperferne Sendeanlagen (externe Sendeanlagen, wie z.B. Rundfunkoder Mobilfunkanlagen) zueinander stehen. Im Fokus des Interesses stehen dabei Informationen zur mittleren momentan vorliegenden, tatsächlichen Exposition und zu deren Größenordnung und Verteilung in typischen Alltagszenarien. Zu dieser Fragestellung gibt es derzeit nur wenige Untersuchungen. In einigen, z.T. epidemiologischen Messstudien wurden z.B. Personendosimeter eingesetzt (z.B. [2]), wobei diese eine begrenzte Empfindlichkeit (ca. 0,05 V/m) sowie teilweise erhebliche Messunsicherheiten u.a. durch das Tragen der Dosimeter am Körper (Abschattungseffekte) aufweisen. Die meisten Messwerte in diesen Studien lagen unter der Nachweisgrenze der Dosimeter. Ein weiteres Merkmal der Studien ist, dass die Immissionen zumeist nicht systematisch ermittelt wurden, was die Auswahl der Szenarien und die Festlegung der Messpunkte betrifft. In der hier vorgestellten, durch das Informationszentrum Mobilfunk e.V. (IZMF) unterstützten Studie wurde die Immission mit empfindlicheren spektrumanalysatorbasierten Messgeräten erfasst. Zum Einsatz kam das Gerät SRM-3006 der Firma Narda Safety Test Solutions, das neben einer guten Empfindlichkeit vor allem auch eine besonders effiziente Messung mehrerer spektral getrennter Funkdienste in einem Messdurchlauf gestattet. Die systematische Auswahl der Messpunkte sowie das eingesetzte Messverfahren sind im nächsten Kapitel detailliert beschrieben

Erfassung der HF-Exposition in typischen Alltagsszenarien

In dosimetrischen Messstudien zur Untersuchung der Exposition der Allgemeinbevölkerung durch hochfrequente elektromagnetische Felder (HF-EMF) standen in den letzten Jahren primär einzelne Funkdienste der Mobilkommunikation und des drahtlosen Internetzugangs (z.B. UMTS, WiMAX, LTE) und dabei insbesondere die Immissionen der Basisstationen im Vordergrund. Gemäß den Vorgaben der 26. BImSchV [1] wurden diese Immissionen bei unterstellter maximaler Sendeleistung der Funkanlage ermittelt, die auch bei der Zulassung derartiger Anlagen relevant ist. In der öffentlichen Diskussion stellt sich jedoch zunehmend die Frage, wie groß die persönliche Gesamtexposition durch verschiedenartige HF-Quellen ist und in welchem Verhältnis die Beiträge durch KörperkontaktQuellen (eigenes Mobiltelefon), körpernahe Endgeräte (umliegende Endgeräte sowie HFQuellen im unmittelbarere Nähe) sowie körperferne Sendeanlagen (externe Sendeanlagen, wie z.B. Rundfunkoder Mobilfunkanlagen) zueinander stehen. Im Fokus des Interesses stehen dabei Informationen zur mittleren momentan vorliegenden, tatsächlichen Exposition und zu deren Größenordnung und Verteilung in typischen Alltagszenarien. Zu dieser Fragestellung gibt es derzeit nur wenige Untersuchungen. In einigen, z.T. epidemiologischen Messstudien wurden z.B. Personendosimeter eingesetzt (z.B. [2]), wobei diese eine begrenzte Empfindlichkeit (ca. 0,05 V/m) sowie teilweise erhebliche Messunsicherheiten u.a. durch das Tragen der Dosimeter am Körper (Abschattungseffekte) aufweisen. Die meisten Messwerte in diesen Studien lagen unter der Nachweisgrenze der Dosimeter. Ein weiteres Merkmal der Studien ist, dass die Immissionen zumeist nicht systematisch ermittelt wurden, was die Auswahl der Szenarien und die Festlegung der Messpunkte betrifft. In der hier vorgestellten, durch das Informationszentrum Mobilfunk e.V. (IZMF) unterstützten Studie wurde die Immission mit empfindlicheren spektrumanalysatorbasierten Messgeräten erfasst. Zum Einsatz kam das Gerät SRM-3006 der Firma Narda Safety Test Solutions, das neben einer guten Empfindlichkeit vor allem auch eine besonders effiziente Messung mehrerer spektral getrennter Funkdienste in einem Messdurchlauf gestattet. Die systematische Auswahl der Messpunkte sowie das eingesetzte Messverfahren sind im nächsten Kapitel detailliert beschrieben

Bestimmung der Exposition der Bevölkerung durch LTE- und TETRA BOS-Mobilfunkanlagen

Der Beitrag fasst die Ergebnisse eines Forschungsprojektes für das Bundesamt für Strahlenschutz zur messtechnischen Analyse von Immissionen im Umfeld von Long Term Evolution (LTE-) und TETRA BOS-Basisstationen zusammen. LTE-Messungen an 102 systematisch und 75 zufällig ausgewählten Messpunkten ergaben auf maximale Anlagenauslastung extrapolierte Immissionen zwischen 0,002 und 7,28 % der Feldstärkegrenzwerte der 26. BImSchV (Median 0,70 %). Die TETRA BOSMessungen an 40 systematisch und 40 zufällig ausgewählten Messpunkten ergaben extrapolierte Immissionen zwischen 0,03 und 4,63 % des Feldstärkegrenzwertes (Median 0,46 %). LTE- und TETRA BOS-Immissionen sind von ihrer Größenordnung und ihrer örtlichen Verteilung vergleichbar zu den Immissionen durch GSM- und UMTSMobilfunkanlagen. Als Fazit lässt sich feststellen, dass mit den Basisstationen der neuen Mobilfunktechniken LTE und TETRA BOS eine Immissionszunahme für die Bevölkerung verbunden ist; die Gesamtimmission durch Sendeanlagen bewegt sich aber nach wie vor auf sehr geringem Niveau (Median kleiner als 2 % des Feldstärkegrenzwertes). An den untersuchten Mobilfunkanlagen ergab sich bei maximaler Anlagenauslastung im Mittel ein leistungsbezogener Zuwachs der Mobilfunkimmissionen von 37 % durch LTE bzw. 47 % durch TETRA BOS. Die Projektergebnisse sind im Detail unter [Bestimmung der Exposition der allgemeinen Bevölkerung durch neue Mobilfunktechniken. Studie im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz; http://www.emf-forschungsprogramm.de/akt_emf_forschung.html/dosi_HF_004.html] dokumentiert

Untersuchungen zur korrekten Immissionserfassung von gepulsten Signalen mit dem SRM-3006 am Beispiel von 5G

Hinsichtlich der Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Immission bei höchster betrieblicher Anlagenauslastung von 5G-Basisstationen ist der SS/PBCH Block (SSB) ein geeigneter Kandidat für eine Hochrechnung. Im vorliegenden Beitrag wird die Eignung der verschiedenen Betriebsarten des SRM-3006 hinsichtlich einer korrekten Immissionserfassung von stark gepulsten Signalen anhand eines WLAN-Bakensignals sowie eines gepulsten Sinussignals, das vom Zeitverlauf einen 5G-SSB nachbildet, analysiert und Auswirkungen auf die praktische Messdurchführung beschrieben

Entwicklung und Verifikation eines Mess- und Bewertungsverfahrens der elektromagnetischen Immission durch ITS-G5

Immer mehr Bereiche des alltäglichen Lebens werden von drahtlos kommunikationsfähigen elektronischen Geräten beeinflusst, so dass die Relevanz für die persönliche Exposition der Nutzer durch hochfrequente elektromagnetische Felder rapide zunimmt. So soll auch der Straßenverkehr stetig weiter automatisiert und per Funk vernetzt werden, indem so genannte intelligente Transportsysteme (ITS) entwickelt werden. Im Rahmen des vernetzten Fahrens sollen Fahrzeuge im Verkehr untereinander, aber auch mit Infrastruktur und weiteren Verkehrsteilnehmern kommunizieren, um Sensor-, Zustands- und Ortsinformationen austauschen zu können. Hierfür wird der Begriff vehicle-to-everything (V2X)- Kommunikation verwendet. Zukünftig wird somit der Straßenverkehr als ein weiterer und erheblicher Teil der Alltagsumgebung von neuen Funktechnologien durchdrungen, die per Konstruktion einen signifikanten zusätzlichen Beitrag zur persönlichen Exposition liefern. Für die technische Umsetzung der V2X-Kommunikation etabliert sich neben der auf Mobilfunk basierenden Funktechnik cellular-V2X (C-V2X) der Kooperation 3rd Generation Partnership Project derzeit in Europa die Kommunikationstechnologie ITS-G5, die auf dem Standard 802.11p [1] des Verbands Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) basiert. Für den europäischen Einsatz wird ITS-G5 durch das europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) spezifiziert und genormt. Ein zuverlässiges und praktikables Verfahren zur Bestimmung der elektromagnetischen Immission durch ITSG5- Geräte existiert allerdings bislang nicht. Um die Exposition der Allgemeinbevölkerung in Verkehrsumgebungen durch die neuen ITS-Funksysteme abschätzen zu können, ist die Entwicklung eines Immissionsmessverfahrens für ITS-G5 dringend erforderlich. Vorliegender Beitrag beschreibt die Entwicklung eines ITS-G5-spezifischen Mess- und Bewertungsverfahrens unter Verwendung des frequenzselektiven Messgeräts SRM-3006 von Narda STS [2]. Abgesehen von der physikalischen Zugangsschicht weist der Standard ITS-G5 Ähnlichkeiten mit dem Sidelink des LTE-Derivats C-V2X auf, so dass die hier beschriebenen Schlussfolgerungen sinngemäß für beide Standards Anwendung finden können

Konzepte für zuverlässige Immissionsmessungen an 5G massive MIMO-Basisstationen

Das in Aufbau befindliche 5G-Mobilfunknetz erfordert geeignete Immissionsbewertungsverfahren zur Erstellung von Standortbescheinigungen, zur Überprüfung der Einhaltung von Immissionsgrenzwerten und zur Ermittlung der Immission in öffentlich zugänglichen Bereichen. Gemäß den deutschen Bestimmungen ist dabei die Immission bei maximal möglicher Anlagenauslastung maßgeblich [1]. Messverfahren für konventionelle 2G/3G/4G-Mobilfunksysteme können für 5G-Basisstationen nicht mehr angewendet werden, da das bisher abgestrahlte, zeitlich konstante Antennendiagramm bei 5G in dynamische Einzelstrahlungsrichtungen (Beams) für Signalisierungsdaten (Broadcast Beams) und Verkehrsdaten (Traffic Beams) aufgeteilt wird. Darüber hinaus sind zellspezifische Referenzsignale, die als Grundlage für eine Immissionsextrapolation auf die maximale Verkehrsauslastung in 4G-Systemen dienten, in 5G nicht mehr verfügbar. Insofern ergeben sich folgende Fragen im Hinblick auf die Entwicklung eines geeigneten 5G-Messverfahrens: 1. Welche Strahl-Konfiguration erzeugt die höchste Immission an einem bestimmten Messpunkt („Worst Case“-Konfiguration)? 2. Wie geht man mit der dynamischen Strahlschwenkung und der räumlichen Trennung von Signalisierungs- und Verkehrsdaten (Broadcast und Traffic Beams) um? 3. Welche verkehrslastunabhängigen Signale stehen für die Hochrechnung auf die maximale Auslastung der Station zur Verfügung

Grenzwerte zum Schutz der Bevölkerung vor elektromagnetischen Feldern bei Frequenzen des 6G-Mobilfunks

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Digitale Zwillinge für die Immissionsbewertung von 5G- und 6G-Mobilfunkanlagen mittels elektromagnetischer Simulationen

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