Assessment of the Exposure to Electromagnetic Radiation of the General Public using State-of-the-Art Measurement Techniques
Creators: name: Δεληδημητρίου, Σπυρίδων Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Εφαρμογή Κινητού
Σύγχρονες μέθοδοι μέτρησης
Κατάργηση 3G
Mobile application
State-of-the-Art Measurement Techniques
3G shutdown

description: This study presents a state-of-the-art measurement-based investigation into electromagnetic field (EMF) exposure originating from mobile networks within an urban environment, specifically in the city of Thessaloniki, Greece. The research is divided into two distinct parts, each focusing on different aspects of EMF exposure analysis. The first part of this study involves a drive test measurement campaign utilizing three identical smartphones, each connected to a different mobile network provider, alongside an exposimeter capable of collecting data on electromagnetic radiation from selected frequency bands. Additionally, the smartphones utilize an application capable of recording certain network Key Performance Indicators (KPIs). The campaign involves the repetition of a predetermined route with the use of an electric scooter in the center of Thessaloniki, repeated 21 times, covering all days of the week, and including three time periods (morning, noon, and night) for each day of the week. Analysis begins by separately examining exposimeter and smartphone data to assess network coverage along the selected route, evaluate the impact of alternative cells on overall EMF exposure, determine each provider's contribution to EMF levels, observe the temporal behavior of electromagnetic radiation emitted by mobile networks, and assess the individual contributions of different mobile network generations to total EMF exposure. The analysis continues by combining the data from the smartphones and the exposimeter to establish correlations, following several crucial steps including synchronization, data smoothing, and outlier removal. The results demonstrate that considering only the main and the first three alternative cells from each provider can allow for a reliable estimation of the EMF exposure. Furthermore, the study underlines the practicality of utilizing smartphones equipped with low-cost applications as a viable alternative to expensive instruments for electromagnetic assessments. In addition to the correlation analysis, the study introduces a simple machine learning model capable of predicting electric field values using the data collected by smartphones. The second part of this study focuses on the impact of the shutdown of the 3G network in Thessaloniki. This investigation is structured around two measurement campaigns conducted in specific areas. The first campaign took place before the 3G shutdown and employed an exposimeter for data collection, while the second campaign was conducted after the shutdown with the use of a different exposimeter. Each campaign involved walking through three assigned blocks around known 3G base stations within the city. Given potential differences in exposimeter calibration, a unique approach was adopted. Instead of directly comparing the received values, the study involves calculating the contribution of each frequency band and conducting a geographic comparison of the received radiation. The findings of this study revealed an increase in the contribution to the total from the formerly allocated 3G band following the shutdown of the 3G network. Conversely, there was a decrease in the contribution of the 4G and 5G bands, suggesting that the 3G band is now repurposed for 4G and 5G functionalities. Furthermore, the geographical comparison indicated that the radiation pattern of the 3G band remained unchanged following the discontinuation of 3G service.
description: Σε αυτή τη διπλωματική εργασία παρουσιάζονται διάφορες σύγχρονες μέθοδοι μέτρησης για την εκτίμηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προέρχεται από δίκτυα κινητής τηλεφωνίας στην πόλη της Θεσσαλονίκης. Η διαδικασία των μετρήσεων και της επεξεργασίας μπορεί να διαχωριστεί σε δύο μέρη που αφορούν τόσο την μεθοδολογία όσο και τον σκοπό των μετρήσεων. Το πρώτο μέρος της εργασίας αφορά μια σειρά μετρήσεων “drive test” στις οποίες χρησιμοποιήθηκαν τρία ίδια κινητά τηλέφωνα, το καθένα συνδεδεμένο σε διαφορετικό πάροχο και ένα εκθεσιόμετρο για την συλλογή δεδομένων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε συγκεκριμένες συχνοτικές περιοχές (μπάντες). Τα κινητά τηλεφώνα χρησιμοποιούσαν μια εφαρμογή για την καταγραφή διάφορων τηλεπικοινωνιακών παραμέτρων. Η σειρά μετρήσεων αφορά την επανάληψη μια προκαθορισμένης διαδρομής στο κέντρο της Θεσσαλονίκης, η οποία επαναλήφθηκε 21 φορές, καλύπτοντας κάθε μέρα της εβδομάδας και χωρίζοντας την κάθε μέρα σε τρεις ώρες (πρωί, μεσημέρι και βράδυ). Η ανάλυση ξεκινάει με την επεξεργασία των δεδομένων του εκθεσιόμετρου και των κινητών ξεχωριστά προκειμένου να γίνει εκτίμηση της κάλυψης δικτύου στην συγκεκριμένη διαδρομή, να υπολογιστεί η συνεισφορά των γειτονικών σταθμών στην συνολική ηλεκτρομαγνητική έκθεση, να προσδιοριστεί η συνεισφορά του κάθε παρόχου, να προσδιοριστεί η διακύμανση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας χρονικά, και να γίνει εκτίμηση της συνεισφοράς κάθε γενιάς κινητής τηλεφωνίας ως προς την συνολική λαμβανόμενη ακτινοβολία. Η ανάλυση συνεχίζει με την εκτίμηση της συσχέτισης των δεδομένων του εκθεσιόμετρου και των κινητών τηλεφώνων, αφού προηγηθούν συγκεκριμένα βήματα τα οποία αφορούν τον συγχρονισμό των οργάνων, την εξομάλυνση των δεδομένων και την αφαίρεση ακραίων τιμών. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως λαμβάνοντας υπόψιν τον κεντρικό και τους τρεις πρώτους γειτονικούς σταθμούς από κάθε πάροχο προκύπτει μια καλή εκτίμηση της συνολικής έκθεσης. Επιπλέον, μέσω της μελέτης αναδεικνύεται μια εναλλακτική μέθοδος για την εκτίμηση της έκθεσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας χαμηλού κόστους εφαρμογές. Επιπρόσθετα, παρουσιάζεται ένα απλό μοντέλο μηχανικής μάθησης το οποίο προσδιορίζει τις τιμές του ηλεκτρικού πεδίου χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που καταγράφηκαν από τα κινητά. Το δεύτερο μέρος της εργασίας αφορά το αντίκτυπο που είχε η κατάργηση του δικτύου 3G στην πόλη της Θεσσαλονίκης. Για την μελέτη αυτή έγιναν δύο σειρές μετρήσεων, μια πριν την κατάργηση του 3G στην οποία χρησιμοποιήθηκε ένα εκθεσιόμετρο και μια μετά στην οποία χρησιμοποιήθηκε ένα διαφορετικό εκθεσιόμετρο. Κάθε σειρά μετρήσεων έγινε περπατώντας γύρω από τρεις συγκεκριμένες περιοχές, στις οποίες είναι γνωστό πως υπήρχε τουλάχιστον ένας σταθμός βάσης 3G. Εφόσον χρησιμοποιήθηκαν διαφορά εκθεσιόμετρα, η σύγκριση δεν έγινε χρησιμοποιώντας τις απόλυτες τιμές του ηλεκτρικού πεδίου, αλλά υπολογίζοντας την συνεισφορά κάθε μπάντας ως προς το σύνολο και συγκρίνοντας τις γεωγραφικές θέσεις που εντοπίστηκαν οι χαμηλότερες και υψηλότερες τιμές ηλεκτρικού πεδίου για κάθε μπάντα, πριν και μετά την κατάργηση του 3G. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια αύξηση της συνεισφορά της μπάντα 3G και ταυτόχρονα μια μείωση της συνεισφοράς των μπαντών 4G και 5G, υποδεικνύοντας πως η μπάντα 3G επαναχρησιμοποιείτε για τεχνολογία 4G και 5G. Επιπλέον η γεωγραφική σύγκριση έδειξε πως το διάγραμμα ακτινοβολίας των νέων σταθμών βάσης στην μπάντα 3G παρέμεινε ίδιο μετά την κατάργηση του 3G.