5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

W każdej z 64 lokalizacji były zainstalowane systemy antenowe jednej lub kilku stacji bazowych wielu systemów radiokomunikacyjnych/pasm częstotliwości. W każdym z 2010 pionów pomiarowych, wykonywano pomiary szerokopasmowe oraz selektywne częstotliwościowo w dziedzinie kodowej poziomu pól elektrycznych we wszystkich zakresach częstotliwości przeznaczonych dla stacji bazowych zgodnie z rezerwacjami częstotliwości dla operatorów, a nie tylko w tych zakresach, które wg udostępnionej dokumentacji stacji powinny być wykorzystywane w danej lokalizacji. Do realizacji pomiarów wykorzystano dwa zestawy selektywnego miernika natężenia pola model SRM-3006, wyposażonego w dekodery systemów UMTS oraz LTE, z dołączoną izotropową anteną pomiarową składowej pola E model 3501/03 (produkcji Narda Safety Test Solutions GmbH).

Należy zwrócić uwagę, że wyniki, wykonanych w danej lokalizacji, szerokopasmowych pomiarów pól faktycznie odzwierciedlają wartości natężenia PEM występujących w środowisku przy normalnej pracy SBTK, ale jednocześnie są one losowo zmienne, gdyż zależą od chwilowego obciążenia SBTK ruchem telekomunikacyjnym. Ponadto pomiary szerokopasmowe PEM nie umożliwiają identyfikacji częstotliwości składowych mierzonych PEM.

Pomiary selektywne częstotliwościowo w dziedzinie kodowej umożliwiają nie tylko ocenę poziomu PEM w określonym zakresie częstotliwości (w tym identyfikację zajmowanych kanałów radiowych, a więc również identyfikację sieci, w której pracuje SBTK), ale także estymację poziomu PEM, w sytuacji maksymalnego obciążenia stacji ruchem telekomunikacyjnym. Należy pamiętać, że w przypadku systemów cyfrowych takich jak UMTS i LTE moc nadajników doprowadzona do anten jest zależna od obciążenia stacji ruchem telekomunikacyjnym, a więc jest zmienna w czasie.

Metoda selektywnego w dziedzinie kodowej pomiaru poziomów PEM wytwarzanych przez anteny stacji UMTS polega na zastosowaniu przyrządu pomiarowego, który po dostrojeniu do częstotliwości badanego kanału radiowego UMTS dekoduje sygnały P-CPICH (ang. Primary Code of the Common Pilot Channel), wykonuje pomiary poziomu tych sygnałów oraz identyfikuje sektory / komórki, które nadają zmierzone sygnały. Następnie, na podstawie przyjętego współczynnika określającego stosunek mocy składowej P-CPICH do maksymalnej możliwej mocy nadajnika UMTS, przyrząd umożliwia estymację poziomu PEM w warunkach największego ruchu.

Metody selektywnego pomiaru poziomów PEM wytwarzanych przez anteny stacji LTE polegają na zastosowaniu przyrządu, który po dostrojeniu do znamionowej częstotliwości badanego kanału radiowego LTE, dekoduje poszczególne sygnały odniesienia CRS (ang. Cell-specific Reference Signals), wykonuje pomiary poziomu tych sygnałów oraz identyfikuje aktywne porty antenowe, które nadają zmierzone sygnały. Następnie, na podstawie przyjętego współczynnika określającego stosunek mocy przypadającej na mierzony sygnał odniesienia CRS do maksymalnej mocy promieniowanej łącznie przez wszystkie porty antenowe stacji LTE, przyrząd umożliwia estymację poziomu PEM w warunkach największego ruchu.

Wyniki pomiarów uzyskane podczas pomiarów selektywnych częstotliwościowo w dziedzinie kodowej odnoszą się zatem do teoretycznej sytuacji jednoczesnego wykorzystania wszystkich zasobów stacji (wszystkie dostępne systemy we wszystkich dostępnych pasmach częstotliwości, praca z maksymalną mocą) każdego operatora.

Na podstawie wszystkich wyników pomiarów, stwierdzono następujące liczby przypadków przekroczeń poziomu natężenia pola elektrycznego powyżej dopuszczalnej w środowisku wartości 7 V/m, w miejscach dostępnych dla ludności, określonej na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów w miejscach dostępnych dla ludności (Dz. U. 2003, Nr 192, poz. 1883):

• 1 pion pomiarowy (w 1 lokalizacji), w którym zmierzona w trakcie pomiarów szerokopasmowych wartość natężenia PEM, przekraczała wartość dopuszczalną.

• 31 pionów pomiarowych (w 10 lokalizacjach), w których maksymalna wartość natężenia PEM, obliczona na podstawie wykonanych pomiarów szerokopasmowych z uwzględnieniem rozszerzonej niepewności pomiaru, przekraczała wartość dopuszczalną.

• 23 piony pomiarowe (w 9 lokalizacjach), w których estymowana wartość średniokwadratowa natężenia PEM, obliczona na podstawie wykonanych pomiarów selektywnych, przekraczała wartość dopuszczalną.

• 94 piony pomiarowe (w 23 lokalizacjach), w których estymowana wartość średniokwadratowa natężenia PEM, obliczona na podstawie wykonanych pomiarów selektywnych z uwzględnieniem rozszerzonej niepewności pomiaru, przekraczała wartość dopuszczalną.

Wykonane pomiary PEM w otoczeniu SBTK pozwalają sformułować następujące wnioski:

• Zasadniczym źródłem obliczonych wartości średniokwadratowych natężenia PEM w otoczeniu badanych SBTK są instalacje tych stacji bazowych, natomiast udział innych źródeł emisji jest pomijalny.

• W części przypadków źródłem możliwego przekroczenia wartości dopuszczalnej 7 V/m są PEM wytwarzane przez instalację SBTK jednego operatora. Z takimi przypadkami mamy do czynienia np. w poniżej przedstawionych lokalizacjach:

 

Lokalizacja	Liczba przekroczeń względem 7 V/m	Maksymalna wartość natężenia PEM, estymowana, pomiar selektywny	Udział jednego operatora
BYD01	5	8,8 V/m	8,4 V/m w 8,8 V/m
POZ2	3	10,3 V/m	10,2 V/m w 10,3 V/m
POZ4	1	9,4 V/m	9,3 V/m w 9,4 V/m

 

W tych sytuacjach obowiązek zapewnienia zgodności natężenia PEM wytwarzanych przez instalacje SBTK z wartością  dopuszczalną powinien w sposób oczywisty spoczywać na operatorze, którego instalacja powoduje przekroczenie wartości dopuszczalnej.

• W części przypadków źródłem możliwego przekroczenia wartości dopuszczalnej 7 V/m są PEM wytwarzane przez instalacje SBTK więcej niż jednego operatora, przy czym należy zauważyć, że pola elektryczne wytwarzane przez instalacje SBTK każdego operatora rozpatrywane osobno nie przekraczają wartości dopuszczalnej. Z takim przypadkiem mamy do czynienia np. w poniżej przedstawionej lokalizacji:

 

Lokalizacja	Liczba przekroczeń względem 7 V/m	Maksymalna wartość natężenia PEM, estymowana, pomiar selektywny	Udział jednego operatora
LUB1	1	7,2 V/m	4,5 V/m w 7,2 V/m
			3,8 V/m w 7,2 V/m
			3,3 V/m w 7,2 V/m
			2,5 V/m w 7,2 V/m

Uwaga: Jako parametr charakteryzujący PEM o częstotliwościach wytwarzanych przez instalacje antenowe stacji bazowych przyjmuje się wartość skuteczną pola elektrycznego E [V/m] obliczaną zgodnie z formułą:

gdzie

są zmierzonymi lub obliczonymi wartościami skutecznymi n składowych pola elektrycznego w danej lokalizacji. Natężenie PEM o wartości 7,2 V/m jest zatem sumą poszczególnych składowych 4,5 V/m; 3,8 V/m; 3,3 V/m oraz 2,5 V/m, obliczoną w następujący sposób:

W tej sytuacji nie ma formalnej metody, którą należy zastosować w celu uzyskania zgodności natężenia PEM wytwarzanych przez instalacje SBTK kilku operatorów z wartością dopuszczalną. Uzyskanie zgodności natężenia PEM wytwarzanych przez instalacje SBTK kilku operatorów z wartością dopuszczalną może zostać osiągnięte przez:

• zmniejszenie poziomów natężenia PEM wytwarzanych przez instalacje SBTK każdego operatora w sposób proporcjonalny do stwierdzonego przekroczenia;

• zmniejszenie poziomów natężenia PEM wytwarzanych przez instalację SBTK tego operatora, który dokonał istotnej zmiany w instalacji stacji bazowej, powodując w ten sposób przekroczenie wartości dopuszczalnej.

Ponadto uzyskane wyniki pomiarów PEM w otoczeniu SBTK są również istotne ze względu na planowane wdrożenie sieci 5G. Wyniki przeprowadzonych pomiarów selektywnych wskazują, że w wielu lokalizacjach nie będzie możliwe skuteczne zgłoszenie nowych instalacji, zgodnie z obowiązującymi przepisami Prawa ochrony środowiska. Dotyczy to zwłaszcza tych lokalizacji, w których aktualnie już stwierdzono przekroczenie wartości dopuszczalnej w środowisku (7 V/m), albo tych, w których faktyczny zapas jest niewielki. Dodatkowo, ograniczenia w zakresie wartości dopuszczalnej w środowisku powodują konieczność zwiększania liczby instalacji SBTK wymaganych do pokrycia danego obszaru zasięgiem sieci

Badania wykonano w trzech lokalizacjach: dwóch na terenie Warszawy i jednej na terenie Wrocławia. Badano sieci RLAN 2,4 GHz oraz 5 GHz zainstalowane wewnątrz pomieszczeń. Badania były wykonywane bezpośrednio pod punktami dostępowymi oraz w ich bliskim otoczeniu. Wykonano także badania na zewnątrz pomieszczeń, na otwartym powietrzu, w otoczeniu budynku głównego Instytutu Łączności – PIB. W każdym z 213 pionów pomiarowych, wykonywano pomiary selektywne częstotliwościowo w następujących zakresach częstotliwości 2400 ÷ 2483,5 MHz, 5150 ÷ 5350 MHz, 5470 ÷ 5725 MHz. Do realizacji pomiarów wykorzystano dwa zestawy selektywnego miernika natężenia pola model SRM-3006, z dołączoną izotropową anteną pomiarową składowej pola E model 3502/01 (produkcji Narda Safety Test Solutions GmbH).

Przeprowadzone pomiary PEM w otoczeniu punktów dostępowych sieci RLAN 2,4 GHz oraz 5 GHz pozwoliły na ocenę zgodności określonych wartości skutecznych natężenia składowej elektrycznej PEM w otoczeniu punktów dostępowych sieci RLAN z wartością dopuszczalną (7 V/m), określoną w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów. We wszystkich pionach pomiarowych, zlokalizowanych zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz pomieszczeń, wartość średniokwadratowa natężenia PEM, obliczona na podstawie wykonanych pomiarów selektywnych częstotliwościowo, nie przekraczała wartości dopuszczalnej w miejscach dostępnych dla ludności.

 

---

Autor: mgr inż. Rafał Pawlak, Zastepca Kierownika Zakładu Badań Systemów i Urządzeń, Kierownik techniczny Laboratorium Badania Urządzeń Telekomunikacyjnych IŁ-PIB