INDICE INTRODUZIONE...1 CAPITOLO I IMPATTO AMBIENTALE, ONDE ELETTROMAGNETICHE E ANTENNE...4 1.1 IL CONCETTO DI IMPATTO AMBIENTALE E VIA... 4 1.2 PROTEZIONE SANITARIA ED AMBIENTALE... 6 1.3 ONDE ELETTROMAGNETICHE... 7 1.3.1 SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE... 15 1.4 ANTENNE... 16 1.4.1 CAMPI ELETTROMAGNETICI A GRANDE DISTANZA DALL ANTENNA... 18 1.4.2 REGIONI DI CAMPO IRRADIATE DALLE ANTENNE... 19 1.4.3 CARATTERISTICHE DEL CAMPO IRRADIATO A GRANDE DISTANZA DALL ANTENNA... 20 1.4.4 CARATTERISTICHE DIREZIONALI DI UN ANTENNA... 23 1.4.5 SOLIDO DI RADIAZIONE... 23 1.4.6 DIAGRAMMA DI RADIAZIONE... 24 1.4.7 DIRETTIVITÀ O GUADAGNO DIRETTIVO... 26 1.4.8 GUADAGNO DI UN ANTENNA... 27 1.4.9 CLASSIFICAZIONE DELLE ANTENNE... 27 CAPITOLO 2 TECNOLOGIA DEI SISTEMI RADIOMOBILI...29 2.1 LA TRASMISSIONE DELLE INFORMAZIONI... 29 2.2 LOGICA E STRUTTURA DEL SERVIZIO RADIOMOBILE... 30 2.3 UTILIZZO DELLA RISORSA A RADIOFREQUENZA... 32 2.4 COPERTURA CELLULARE E SUA EVOLUZIONE... 33 2.5 TECNICHE DI ACCESSO MULTIPLO... 38 2.6 TECNICHE DI DUPLEX... 45 I
CAPITOLO 3 EVOLUZIONE DEI SISTEMI CELLULARI DAL TACS ALL UMTS... 47 3.1 EVOLUZIONE DEI SISTEMI CELLULARI... 47 3.2 CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEL TACS... 47 3.3 SISTEMI DI SECONDA GENERAZIONE: GSM... 48 3.3.1 INTERFACCIA RADIO... 48 3.3.2 CANALI FISICI E LOGICI... 49 3.3.3 CLASSI DI POTENZA... 50 3.3.4 LA GERARCHIA DI AREE... 51 3.4 SISTEMI DI TERZA GENERAZIONE: UMTS... 52 3.4.1 INTERFACCIA RADIO... 52 3.4.2 ALLOCAZIONE DELLE FREQUENZE UMTS... 54 3.4.3 CANALI FISICI E LOGICI... 55 3.4.4 CLASSI DI POTENZA... 55 3.4.5 CONTROLLO DI POTENZA... 56 3.4.6 SPREADING E DESPREADING... 57 3.4.7 ARCHITETTURA DI RETE UMTS... 60 CAPITOLO 4 SISTEMI CELLULARI: IMPATTO AMBIENTALE, SALUTE E NORMATIVA... 64 4.1 IMPIANTI DI TELEFONIA MOBILE E PERCEZIONE DEL RISCHIO... 64 4.2 SISTEMI CELLULARI ED IMPATTO AMBIENTALE... 66 4.3 EFFETTI BIOLOGICI E SANITARI... 67 4.3.1 SAR... 68 4.3.2 EFFETTI BIOLOGICI A BREVE TERMINE... 70 4.3.3 EFFETTI BIOLOGICI A LUNGO TERMINE... 71 4.4 CRITERI DI PROTEZIONE DAI CAMPI ELETTROMAGNETICI... 72 4.5 RIFERIMENTI INTERNAZIONALI... 74 4.6 NORMATIVA EUROPEA... 75 4.7 NORMATIVA ITALIANA... 75 II
4.8 NORMATIVA REGIONALE... 79 CAPITOLO 5 STRUMENTAZIONE PER LA MISURA DI CAMPI ELETTROMAGNETICI AD ALTA FREQUENZA...81 5.1 APPARATI DI MISURA... 81 5.2 ESIGENZE DI MISURA... 82 5.3 COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA... 82 5.4 SENSORI PER LA ZONA DI INDUZIONE... 83 5.5 SENSORI PER LA ZONA DI RADIAZIONE... 84 5.6 STRUMENTI DI MISURA... 84 5.6.1 STRUMENTI DI MISURA A BANDA LARGA... 84 5.6 2 STRUMENTI DI MISURA A BANDA STRETTA... 86 5.7 NORMATIVA DI RIFERIMENTO PER LA MISURA... 89 5.7.1 SELEZIONE DEGLI STRUMENTI E DEI METODI DI MISURA... 90 5.7.2 METODOLOGIE DI MISURA PER SEGNALI UMTS... 91 5.8 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA NELLE CAMPAGNE DI MISURA... 105 5.8.1 STRUMENTAZIONE IN BANDA LARGA... 105 5.8.2 STRUMENTAZIONE IN BANDA STRETTA... 107 5.9 CAMPAGNE DI MISURA... 110 5.10 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE... 120 CAPITOLO 6 SIMULAZIONE DI DIVERSI SCENARI DI IMPLEMENTAZIONE DELLA RETE UMTS...124 6.1 GENERALITÀ SULLA COPERTURA CELLULARE DI UN AREA... 125 6.2 FATTORI CHE INFLUENZANO LA PROPAGAZIONE DEL SEGNALE IN AMBIENTE RADIOMOBILE... 126 6.3 PROBABILITÀ DI COPERTURA DI UN AREA... 127 6.4 BILANCIO DI TRATTA-LINK BUDGET-... 130 III
6.4.1 ANALISI DEI FATTORI COINVOLTI NEL BILANCIO DI TRATTA... 130 6.5 MODELLO DI PROPAGAZIONE E LIMITI DI VARIABILITÀ... 134 6.6 CALCOLO DEL RAGGIO DELLA CELLA IN DIVERSE SITUAZIONI... 135 6.7 CALCOLO DEL NUMERO DI STAZIONI RADIOBASE NECESSARIE PER COPRIRE L AREA... 148 6.8 VALUTAZIONE DEI LIVELLI DI CAMPO TRAMITE I PROGRAMMI NFA2K E ALDEMAP... 154 6.8.1 1^ SCENARIO... 155 6.8.2 2^ SCENARIO... 157 6.8.3 3^ SCENARIO... 159 6.8.4 4^ SCENARIO... 164 6.8.5 PRIMO CONFRONTO: ALTEZZA 15 m... 169 6.8.6 SECONDO CONFRONTO: ALTEZZA 10 m... 171 6.8.7 TERZO CONFRONTO: ALTEZZA 5 m... 173 6.8.8 QUARTO CONFRONTO: ALTEZZA 2 m... 175 6.8.9 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE... 177 CONCLUSIONI... 178 APPENDICE... 183 BIBLIOGRAFIA... 194 SITI INTERNET CONSULTATI... 198 IV
INTRODUZIONE Negli ultimi anni si è assistito ad un enorme diffusione dei cellulari e dei servizi offerti da essi, accompagnati dalla comparsa sul territorio di sempre più numerose antenne di stazioni radio base. La possibilità di scegliere tra i prodotti della avanzata tecnologia che caratterizza i nuovi apparecchi, videochiamata, streaming e accesso ad Internet è ben accettato dall opinione pubblica. Per quanto riguarda invece la presenza delle antenne radio base, indispensabili per il funzionamento dei cellulari, la gente manifesta atteggiamenti di diffidenza e ostilità, in particolare se un antenna è collocata in prossimità di abitazioni. Infatti, mentre il rischio legato all uso del telefono è liberamente accettato, quello connesso alla presenza della stazione radiobase e alla propagazione delle onde elettromagnetiche dagli impianti, è considerato imposto. Sulla terra la radiazione elettromagnetica a radiofrequenza (RF) e microonde (MW) è presente da sempre come fondo naturale generato dalle emissioni del sole, della terra, delle galassie ed in generale da qualunque corpo naturale con temperatura diversa dallo zero assoluto. L esposizione ambientale ai campi elettromagnetici di origine artificiale è costantemente aumentata nel corso del XX secolo: essa costituisce radiazione non ionizzante. Riguardo i possibili effetti nocivi, non è possibile dimostrare che le onde elettromagnetiche non facciano male in assoluto, ma lo stato attuale di conoscenze suggerisce che l esposizione a bassa intensità non provoca effetti dannosi per la salute né a breve, né a lungo termine 1. 1 G. Falciasecca Precauzione sì ma cum grano salis, pp. 94 I quaderni di Telèma, supplemento al n 221 di novembre 2004 di MEDIA 2000. 1
Le Agenzie Regionali per la Protezione dell Ambiente (ARPA) si occupano di monitorare i livelli di campo elettromagnetico sul territorio, mediante campagne di misura puntuali svolte da tecnici competenti e attraverso reti di monitoraggio in continuo. L obiettivo del lavoro di tesi è approfondire le conoscenze sul sistema UMTS e valutare l impatto che il sistema ha sull ambiente e sulla salute umana. L analisi è compiuta analizzando misure raccolte direttamente in campagne di misura svolte sul territorio di Ravenna, tramite informazioni rintracciate in maniera bibliografica e infine simulando diverse situazioni di copertura di un area di 100 km 2. Si desidera verificare se la presenza sul territorio di un numero maggiore di stazioni radio base ma di potenza inferiore, anche se dal punto di vista dell impatto visivo può risultare sgradevole, determina una diminuzione dell esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici. La tesi è stata realizzata in collaborazione con l ARPA di Rimini, che ha proposto il tema dell elaborato, e mi ha seguito durante lo svolgimento del lavoro e dell ARPA di Ravenna, che ha messo a disposizione la strumentazione e il fondamentale supporto dei tecnici del servizio sistemi ambientali. La parte teorica della simulazione link budget e strategie di copertura - è stata realizzata sotto la preziosa guida dell ingegner Cristiano Passerini, del DEIS di Bologna, che ringrazio per cortesia e disponibilità. Ringrazio inoltre il prof. Luigi Bruzzi e la dott.ssa Maria Teresa Bagli, dell Arpa di Rimini, che mi hanno seguito durante lo svolgimento della tesi. 2
PIANO DELLA TESI Lo studio prevede una parte introduttiva, sviluppata nei primi tre capitoli, in cui sono descritte le caratteristiche generali dei campi elettromagnetici, delle antenne e della tecnologia dei sistemi cellulari, in particolare del sistema di terza generazione UMTS. Nel quarto capitolo sono trattati gli aspetti sanitari, ambientali e normativi legati ai campi elettromagnetici ad alta frequenza. Il quinto capitolo è dedicato completamente alle tecniche di misura, applicate poi sul campo, alla raccolta ed all analisi dei valori rilevati nelle campagne di misurazione. L ultima capitolo, di carattere teorico, è incentrato sulla simulazione di scenari di copertura di un area mediante calcolo del link budget: lo scopo è valutare i livelli di campo presenti nell ambiente in diverse situazioni di carico della rete, di numero e dimensioni delle celle e di potenza di output degli impianti, mediante Aldemap, programma in dotazione all Arpa di Rimini. 3