De vijfde generatie mobiele netwerken (5G) plaatst actieve gebruikers centraal. Zo maakt de onderliggende Massive MIMO-technologie (multiple-input / multiple-output) bijvoorbeeld gebruik van antennes die zijn opgebouwd uit tientallen sub-elementen, waardoor radiobundels precies in de richting van mobiele gebruikers kunnen worden gestuurd. Kanttekening: dat zorgt enerzijds wel voor een veel betere signaalkwaliteit, maar ligt anderzijds ook aan de basis van de minder voorspelbare elektromagnetische stralingspatronen van 5G-netwerken.
Onderzoekers van WAVES (een imec onderzoeksgroep aan de UGent) zijn absolute pioniers op het vlak van elektromagnetische stralingsmetingen – onafhankelijk van een operator, met weinig gegevens, en op een kostenefficiënte manier. Experimenten (in het lab, en op 5G-testnetwerken) hadden alvast bevestigd dat hun meetresultaten overeenkomen met bevindingen uit eerdere studies. Bovendien konden ze tijdens hun testen vaststellen dat mensen die gebruik maken van een 5G-netwerk mogelijk aan meer (lokale) elektromagnetische straling worden blootgesteld dan zij die niet met hun smartphone aan de slag zijn.
En ondertussen hebben de Vlaamse wetenschappers voor een nieuwe primeur gezorgd. Zij waren de afgelopen maanden immers de eersten om ook de elektromagnetische straling van een commercieel 5G-netwerk in kaart te brengen. In het kader van de internationale BioEM Conferentie (Gent, 27 tot 30 september), bespreekt professor Wout Joseph zijn meest recente bevindingen en zet hij de nieuwe meetresultaten af tegen de elektromagnetische blootstellingsrichtlijnen van de WHO (gebaseerd op richtlijnen van de International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP).
Een primeur: het meten van (maximale) elektromagnetische stralingswaarden opgewekt door een commercieel 5G-netwerk
Wout Joseph en zijn team selecteerden 15 meetlocaties binnen een straal van 400m van een 5G-antenne in Bern (Zwitserland), waar één van de eerste commerciële 5G-installaties in Europa werd uitgerold.
“We waren daarbij vooral geïnteresseerd in de worstcasescenario’s; een interesse die alleen maar werd versterkt door de recente ophef over de vermeende gezondheidsrisico's van 5G,” aldus Wout Joseph.
Uiteraard is het aantal actieve 5G-gebruikers voorlopig nog erg beperkt. Een ander belangrijk element waarmee de onderzoekers rekening moesten houden, is de beslissing van de Zwitserse regulator om het vermogen van 5G-antennes voorlopig te beperken tot 8 watt (of minder). Dat is veel lager dan hun maximale vermogen van 200 watt, wat betekent dat het team zijn metingen moest extrapoleren naar meer realistische vermogens alvorens de meetresultaten te kunnen interpreteren.
Conclusie 1: 5G-netwerken dragen amper bij aan de cumulatieve elektromagnetische stralingswaarden waaraan niet-gebruikers worden blootgesteld
Onderstaande figuur geeft een overzicht van de cumulatieve elektromagnetische stralingswaarden op de vijftien meetlocaties wanneer geen 5G-verkeer wordt geïnduceerd (met andere woorden: wanneer een abonnee het 5G-netwerk niet gebruikt). Elk van de balkjes laat zien wat de relatieve bijdrage is van de verschillende frequentiebanden. Het is duidelijk dat de 900MHz-band (voor 2G-, 3G- en 4G-verkeer) en de 800MHz- & 1,8GHz-frequenties (eveneens voor 4G) de belangrijkste bronnen zijn van elektromagnetische straling – met gemiddelde waarden van respectievelijk 0,67 Volt/meter (V/m), 0,93V/m en 0,62V/m.
“Maar wat vooral interessant is, is dat het Massive MIMO-gebaseerde 5G New Radio (NR)-netwerk – dat hier gebruik maakt van de 3,5GHz-band – met een stralingswaarde van 0,04V/m nauwelijks bijdraagt aan de cumulatieve elektromagnetische stralingsblootstelling van niet-gebruikers,” zegt Wout Joseph. “Concreet betekent dat dat het 5G-netwerk verantwoordelijk is voor slechts 3% van de cumulatieve elektromagnetische stralingsblootstelling van een niet-gebruiker. Dat is – voor deze situatie – vijf tot 25 keer minder dan de straling waaraan diezelfde gebruiker onderhevig is door de aanwezigheid van 3G- en 4G-netwerken in zijn of haar buurt.”
Fig. 1 – De 800MHz, 900MHz en 1,8GHz frequenties zijn de belangrijkste bronnen van netwerkgerelateerde elektromagnetische straling op de 15 meetlocaties. Het Massive MIMO-gebaseerde 5G New Radio-netwerk draagt nauwelijks bij aan de cumulatieve elektromagnetische stralingsblootstelling van niet-gebruikers. Bron: imec.
Conclusie 2: zelfs bij een maximale netwerkbelasting (en bij 200 watt) blijven de 5G-stralingswaarden beperkt tot 0,62% van de ICNIRP-richtlijnen
De tweede reeks metingen (zie figuur 2) brengt de stralingswaarden in kaart bij een (theoretische) maximale belasting van het netwerk.
“Daaruit blijkt dat de 5G-stralingswaarden vergelijkbaar zijn met die van de huidige 2G-, 3G- en 4G-netwerken. Bij lage antennevermogens werd een gemiddelde waarde van 0,41V/m opgetekend, wat overeenkomt met 4.81V/m bij 200 watt,” merkt Wout Joseph op. “Die getallen zijn hoger dan de straling die typisch wordt gegenereerd door 4G-netwerken, maar blijven anderzijds wel beperkt tot 0,62% van de ICNIRP-blootstellingsnormen.”
Fig. 2 – De bijdrage van 5G NR aan de cumulatieve elektromagnetische stralingsblootstelling van actieve gebruikers blijft beperkt – zelfs bij een maximale netwerkbelasting. Bron: imec.
Conclusie: alle metingen zitten ruim onder de ICNIRP-norm
Wout Joseph: “Voor onze onderzoeksgroep was het in de eerste plaats belangrijk om onze nieuwe methoden voor het meten van elektromagnetische blootstelling te kunnen valideren met behulp van een commercieel 5G-netwerk. We hebben nu voldoende bewijs dat onze metingen zeer betrouwbaar zijn, en zijn van plan om onze modellen en tools nu verder uit te breiden met extra gebruikers, toekomstige netwerkmodellen, enz.”
“Bovendien zijn we erin geslaagd een aantal eerdere bevindingen te bevestigen. Door het gebruik van stuurbare radiobundels, bijvoorbeeld, lijken 5G-netwerken amper bij te dragen aan de cumulatieve elektromagnetische stralingsblootstelling van niet-gebruikers. En zelfs wanneer abonnees gebruik maken van de (theoretische) maximale netwerkbelasting, zitten al onze metingen ruim onder de ICNIRP-norm,” voegt hij eraan toe.
“Hoewel deze cijfers specifiek betrekking hebben op het Massive MIMO-gebaseerde 5G NR-netwerk in Bern, blijkt dus dat 5G-netwerken wel degelijk kunnen worden uitgerold binnen de normen opgesteld door de Wereldgezondheidsorganisatie en het ICNIRP. Dat is een belangrijke conclusie voor alle betrokken partijen – zowel operatoren, regulatoren als het grote publiek – en zou heel wat mensen moeten geruststellen,” besluit Wout Joseph.
Meer weten?
S. Aerts, K. Deprez, M. Van den Bossche, D. Colombi, L. Verloock, L. Martens, C. Törnevik, W. Joseph, “In-Situ Assessment of 5G NR Massive MIMO Base Station Exposure in a Commercial Network in Bern, Switzerland”, Applied Sciences, accepted 2021. (Impact Factor: 2.474, Q2, Rank: 88/177)
S. Shikhantsov, A. Thielens, G. Vermeeren, E. Tanghe, P. Demeester, L. Martens, G. Torfs, W. Joseph, “Hybrid Ray-Tracing/FDTD method for exposure evaluation of a massive MIMO technology in an industrial indoor environment”, IEEE Access, accepted 2019, Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2019.2897921. (Impact Factor: 3.557, Q1, Rank: 24/148).
S. Shikhantsov, A. Thielens, S. Aerts, L. Verloock, G. Torfs, L. Martens, P. Demeester, W. Joseph, “Ray-Tracing-based numerical assessment of the spatial duty cycle of 5G Massive MIMO in an outdoor urban environment”, Applied Sciences Special Issue "Human Exposure in 5G and 6G Scenarios", accepted 2020, invited. (Impact Factor: 2.474, Q2, Rank: 88/177)
