universität stuttgart tti gmbh an der universität stuttgart ......prof. dr.-ing. f.m. landstorfer...
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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
TTI GmbH an der Universität Stuttgart
HochfrequenzanwendungenProf. Dr.-Ing. F.M. Landstorfer
2Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Überblick 1/2
• Regelverhalten im GSM-System§ Funktionsweise§ Abhängigkeiten
• SAR-Werte bei Autofahrt§ Messdaten§ Beispiele§ Reproduzierbarkeit
TTI GmbH an der Universität Stuttgart
HochfrequenzanwendungenProf. Dr.-Ing. F.M. Landstorfer
3Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Überblick 2/2
• Strahlenexposition bei Telefonat im Raum§ Durchführung der Untersuchung§ Messdaten§ Abhängigkeiten
• Strahlenexposition bei UMTS§ Regelverhalten§ Telefonat im Raum§ Messfahrt
• Zusammenfassung
TTI GmbH an der Universität Stuttgart
HochfrequenzanwendungenProf. Dr.-Ing. F.M. Landstorfer
4Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
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
TTI GmbH an der Universität Stuttgart
HochfrequenzanwendungenProf. Dr.-Ing. F.M. Landstorfer
5Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Beispiel: Regelverhalten nach Gesprächsaufbau in der Nähe einer Basisstation
Regelverhalten im GSM-System
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]
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6Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Abhängigkeit des Regelverhaltens von• Netzbetreiber (Algorithmen, Parameter)• Ausrüster der Basisstation• Versorgungslage
Theorie: Hohe Sendeleistung bei• Gesprächsaufbau• Wechsel der Zelle• Schlechter Versorgung
Regelverhalten im GSM-System
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7Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
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
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8Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
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]
SAR-Werte bei Autofahrt
Auswertung der Messdaten
Symmetrie:Hin- / Rückfahrt
Hinfahrt
Rückfahrt
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9Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
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
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10Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
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
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11Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
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
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12Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
Beispiel: Fahrt durchTunnel mitZell-wechsel
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13Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
Beispiel: Ping Pong Handover an Ampel
Szenario:•Aufenthalt an Zellgrenze•Dynamische Umgebungà Änderung der Aus-
breitungsverhältnisseà Ständiges Wechseln
der Zelleà Erhöhter SAR Wert
Zellgrenze
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14Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
Beispiel: Ping Pong an Ampel
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15Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
Lokales Auftreten der SAR Werte
Überlandfahrt
Niedrige SAR Wertein / um Städte
Hohe SAR Werteaußerhalb von Städten
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16Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
Reproduzierbarkeit: Vergleich zweier Fahrten
Messfahrt am Mi, 7.7.2004 Messfahrt am Do, 8.7.2004
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17Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
SAR-Werte bei Autofahrt
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
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18Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei Telefonat im Raum
Messaufbau• Mobiltelefon Nokia 6150• Fünf verschiedene Probanden• „Ungezwungenes“ Telefonieren • Aufzeichnung der maximalen Sendeleistung• Handover ausgeschlossen• GSM 1800
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19Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei Telefonat im Raum
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
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20Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei Telefonat im Raum
Beispiel: Änderung der Sende-leistung bei Hand-wechsel
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21Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei Telefonat im Raum
Beispiel: Verände-rung der Ausbrei-tungsbe-dingungen
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22Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei Telefonat im Raum
Beispiel: Regelung ohne er-kennbaren Grund
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24Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei Telefonat im Raum
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
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26Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
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
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27Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei UMTS
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]
TTI GmbH an der Universität Stuttgart
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28Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei UMTS
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
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29Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
Strahlenexposition bei UMTS
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
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30Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
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
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31Kolloquium am 31.01.2005 zu ausgewählten Themen der Dosimetrieim Rahmen des Deutschen Mobilfunkforschungsprogramm
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