Abstract
Medida y caracterización de los niveles de EMF en estaciones 5G. La quinta generación de comunicaciones móviles 5G introduce una serie de mejoras y tecnologías, que se diferencian notablemente de las generaciones anteriores. Características como la numerología variable, uso de antenas activas y Multiple Input Multiple Output (MIMO), modos de acceso de la señal TDD (Time Division Duplexing), el beamforming y beamsweeping, y el uso de la banda de frecuencias de ondas milimétricas, han logrado satisfacer los escenarios contemplados por la IMT 2020 para esta generación. Sin embargo, al mismo tiempo, la exposición a los campos electromagnéticos (EMF), emitidos por las fuentes radiadas, generan incertidumbre sobre los posibles impactos en la salud de los humanos. Es por ello que es necesario, la evaluación de procedimientos y técnicas de extrapolación de medida del EMF que se adecúen al 5G. El propósito del proyecto es evaluar el procedimiento de medida de campos electromagnéticos, en proximidades de estaciones radio base de comunicaciones móviles, descrito en el standard IEC CD 62232 ED3 2020, empleando un analizador de espectros, para las tecnologías LTE y 5G NR. Para luego, efectuar el cálculo de la máxima exposición RF a través del proceso de extrapolación de
medida. La norma IEC CD 62232 ED3 2020, actualiza a su versión del 2017, y se encuentra en revisión por el Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CENELEC) para renovar su normativa EN 62232:2017. Entre los principales condicionantes se encuentra la novedad y complejidad de la tecnología de acceso por aire de 5G. El limitado número de estudios y resultados disponibles en la literatura científica. También, la dificultad para operar con equipos de RF, que admitan y a la generación y medida de señales en 5G, durante repetidos períodos de prueba. Durante el proyecto, se tuvo a disposición un generador de señal 5G únicamente por un día de prueba, lo que dificultad el estudio de la medida en ambientes controlados para esta tecnología. Por último, debido a la situación originada por el COVID-19, el acceso al laboratorio de RF, que se encuentra en la Dirección General de Telecomunicaciones y Ordenación de los Servicios Audiovisuales, era limitado. A través de distintos experimentos de medida, tanto para LTE como 5G NR, se muestra que un análisis en zero span de las señales piloto de sincronismo, son una manera efectiva de estimar los factores para calcular la extrapolación, usando un analizador de espectros, incluso en condiciones urbanas de tráfico real. En el caso de 5G, se valida la técnica de medida propuesta en el estudio para obtener los factores del beamforming y duplexación en tiempo TDD. En condiciones de laboratorio, donde la señal generada ocupa la mayoría de recursos en frecuencia, la medida de extrapolación se corresponde al channel power measurement evaluado por el equipo de medición. En condiciones de tráfico real, se espera que la intensidad de campo actualmente recibida, sea menor, al valor de campo extrapolado.
Abstract:
Measurement and characterization of EMF levels at 5G base stations. The fifth generation of mobile communications, 5G, presents a series of improvements and technologies very different from previous generations such as variable numerology, use of active antennas and Multiple Input-Multiple Output (MIMO), TDD signal access modes (Time Division Duplexing), beamforming and beamsweeping, and use of millimeter wave frequency bandwidths, which comply the foreseen scenarios by the IMT 2020 for this generation. However,at the same time, exposure to the electromagnetic fields (EMF) emitted by the radiated sources raise uncertainty regarding its possible impact on human health. Therefore, EMF measure
ment extrapolation procedures and techniques require further adjustments and evaluation for 5G. The purpose of the project is to evaluate this process of EMF measurement near base stations for mobile communications, as described by the IEC CD 62232 ED3 2020 standard, using a spectrum analyzer for LTE and 5G NR technologies and subsequently computing the maximum RF exposure through the measurement extrapolation procedure. The IEC CD 62232 ED3 2020 standard results as an update from its 2017 version and is currently under revision by the European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) in order to renew its own EN 62232:2017. The main conditioning factors are the novelty and complexity of the 5G radioaccess technology; the limited number of available studies in scientific literature; the difficulty to operate RF devices that support 5G signal generation and measurement for repeated trial periods. Throughout the project, as 5G signal generator
was available for only one test day, which continues to hinder the study of the measurement in controlled settings for this technology. Besides, access to the measurement laboratory was limited due to COVID-19 restrictions. Through various LTE and 5G NR measurement experiments, it can be seen that a zero-span analysis of synchronism pilot signals is an effective means for
extrapolation calculation, by using a spectrum analyzer even in real traffic urban conditions. Specifically for 5G, the technique proposed in the study is validated as a means to get the beamforming and TDD factors. Under laboratory conditions, where the generated signal occupies most frequency resources, the extrapolation measurement corresponds to the Channel Power Measurement evaluated by the measurement device. In real traffic conditions, the intensity of the received field is expected to be lower than the extrapolated field's value.
