Criteri di progetto delle Stazioni Radiobase Omnitel in conformità alle norme di protezione dai campi elettromagnetici Ermanno Turco, Stefano D Elia Dipartimento di Ingegneria delle Radio Frequenze Omnitel Pronto Italia SpA Urbino, 16 marzo 2000 Negli anni della nascita e del lancio commerciale di Omnitel (1994-95) il controllo dell impatto elettromagnetico delle stazioni radiobase e le relative procedure di autorizzazione sanitaria e di monitoraggio ambientale erano demandate a poche leggi regionali e a disposizioni amministrative locali di vario titolo, spesso in disaccordo tra loro. In questo scenario, caratterizzato dall assenza di un quadro normativo organico, la scelta di Omnitel fu di progettare comunque le proprie installazioni basandosi sul rispetto del limite più stringente tra quelli fissati dalle leggi regionali e dalle normative internazionali (20 V/m per il campo elettrico, 1 W/m 2 per la densità di potenza). Questo approccio consentiva una standardizzazione delle tipologie di installazione calcolando per ognuna di esse le distanze di sicurezza che garantivano il pieno rispetto del limite che l azienda si era imposta [1]: i risultati teorici erano certificati da autorevoli esperti del settore delle radiazioni non ionizzanti, e la documentazione da questi prodotta veniva regolarmente consegnata alle autorità sanitarie, anche in assenza di un obbligo specifico, per garantire la massima trasparenza del processo autorizzativo. La pubblicazione del Decreto n. 381 del 1998 [2] ha confermato la validità delle scelte fatte allora da Omnitel. Infatti esso fissa i limiti di esposizione a 20 V/m per il campo elettrico e a 1 W/m 2 per la densità di potenza (cfr. art. 3). Contestualmente, il Decreto introduce anche valori di cautela di 6 V/m per il campo elettrico e 0.1 W/m 2 per la densità di potenza (valore circa 50 volte inferiore a quello previsto dalle normative internazionali) per le esposizioni residenziali e prolungate, prescrive di adottare soluzioni tali da minimizzare l esposizione della popolazione compatibilmente con la qualità del servizio svolto, e delega alle Regioni e alle Province autonome la disciplina dell installazione degli impianti e le attività di controllo e di vigilanza (cfr. art. 4). Come immediata conseguenza dell entrata in vigore del Decreto si è verificato un progressivo aumento delle richieste, da parte degli enti locali, di valutazioni previsionali dell impatto elettromagnetico delle stazioni radiobase. Questo ha rappresentato per l azienda un notevole impegno, a cui si è fatto fronte ridefinendo gli standard interni di progetto e di produzione della documentazione tecnica. Le stazioni radiobase e le tecnologie delle reti radiomobili Nei sistemi radiomobili GSM la stazione radio base (o Base Transceiver Station, BTS) è il mezzo di collegamento verso la rete telefonica fissa o un altro telefono cellulare della rete radiomobile; l Organizzazione Mondiale della Sanità ha descritto in un Fact Sheet le caratteristiche tipiche di questi impianti 1 : Le antenne delle stazioni radio base a RF sono strette e lunghe circa 1 m. Diverse antenne di questo tipo sono montate su tralicci alti generalmente da 15 a 50 m, o su 1 Campi elettromagnetici e salute pubblica. I telefoni mobili e le loro stazioni radio base, WHO Fact Sheet n.193, http://www.who.int/peh-emf/publications/facts_press/ifact/it_193.htm
edifici. Ciascuna di queste antenne produce un fascio di RF confinato, quasi a "spot", e pressoché parallelo al suolo. A causa della piccola dispersione verticale del fascio, l'intensità del campo RF al suolo, direttamente sotto l'antenna, è bassa e diminuisce rapidamente allontanandosi dall'antenna. A tutte le distanze, i livelli al suolo dei campi RF generati dalle stazioni radio base sono largamente entro le linee guida internazionali per l'esposizione della popolazione a RF. Alcune antenne montate su terrazzi hanno recinzioni per tenere le persone lontano dalle zone in cui i campi RF superano questi limiti. Poiché le antenne montate sui lati degli edifici dirigono la loro potenza verso l'esterno, le persone all'interno non risultano molto esposte. L aumento del numero di queste installazioni sul territorio è necessario per consentire il riutilizzo efficace delle risorse spettrali disponibili, e venire così incontro alle esigenze dei clienti. Utilizzare una frequenza in una certa cella ne impedisce infatti l uso nella cella stessa e nelle celle confinanti (come evidente in figura): per sfruttare al meglio la risorsa limitata costituita dai canali radio disponibili è necessario allora aumentare la densità delle celle e quindi ridurne le dimensioni, ovvero diminuire la potenza emessa da ciascuna stazione radiobase. In altre parole, una rete con un numero elevato di stazioni radio base di bassa potenza consente di servire più clienti: nella stessa area infatti si possono riutilizzare le frequenze disponibili avendo ridotto i problemi di interferenza. f 3 Questo meccanismo di pianificazione consente di minimizzare la potenza irradiata dalle stazioni radio base, che risulta sempre di almeno due ordini di grandezza inferiore a quella delle sorgenti radiotelevisive (tipicamente alcune decine di Watt contro qualche kw), perché queste ultime sono progettate in modo da coprire aree molto grandi con una sola postazione (trasmissione broadcast). In quest ottica i gestori possono arrivare ad utilizzare impianti (microcelle) caratterizzati da bassissima potenza (paragonabile con quella di un telefonino) e da un area di copertura di 200-300 m, al fine di smaltire traffico localizzato in piccole porzioni di territorio ben definite. In tal caso una antenna di piccole dimensioni è montata solitamente sotto Celle GSM normali il livello dei tetti: per il corretto funzionamento della rete è comunque necessario un livello superiore (macrositi), fornito dalle installazioni tradizionali, che può però essere progettato con un numero inferiore di Microcelle GSM canali disponibili, e quindi con potenza più bassa. L utilizzo delle soluzioni tecnologiche offerte dallo standard GSM consente inoltre di ridurre ulteriormente la potenza irradiata. A titolo di esempio, grazie alla tecnica di accesso alla rete di tipo TDMA, cioè a divisione di tempo, una stazione radio base GSM emette un ottavo della potenza necessaria a una corrispondente stazione TACS f 3
per gestire lo stesso numero di conversazioni. Inoltre i trasmettitori GSM riducono automaticamente la potenza emessa in tutti quei casi in cui ciò possa avvenire senza conseguenze per la qualità del servizio (Power Control), ad esempio man mano che il terminale mobile si avvicina alla stazione radio base. Infine, la funzionalità di DTX (Discontinuous Transmission) individua le pause nella conversazione del cliente e in corrispondenza riduce la potenza di trasmissione. Questo si traduce in una ulteriore diminuzione della potenza emessa da ciascuna BTS. I limiti nazionali ed internazionali Queste caratteristiche consentono quindi di minimizzare in ogni caso la potenza trasmessa via radio, e contemporaneamente di progettare le installazioni nel pieno rispetto dei limiti italiani ed internazionali. E bene osservare infatti che il Decreto n. 381 del 1998 fissa dei limiti e dei valori di cautela estremamente restrittivi (limite di esposizione di 20 V/m a 900 MHz, obiettivo di qualità indipendente dalla frequenza in corrispondenza di edifici adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore di 6 V/m) che risultano inferiori, in termini di densità di potenza, di circa 46 volte rispetto alla soglia fissata per la popolazione dall ICNIRP 2, che già derivava dalla revisione di tutti i lavori scientifici ad oggi pubblicati e prevedeva l introduzione di un fattore di sicurezza pari a 50 rispetto a tutti gli effetti accertati. 10 3 densità di potenza (W/m 2 ) 10 2 10 1 0.1 Limiti ICNIRP (lavoratori) Limiti ICNIRP e Racc. Europea (popolazione) 400 MHz Decreto Interministeriale (popolazione) 2 GHz 3 GHz Decreto Interministeriale, obiettivo di qualità (6 V/m) 50 W/m 2 10 W/m 2 4 W/m 2 2 W/m 2 10-2 10-1 1 10 10 2 f (MHz) 10 3 10 4 10 5 Di recente l Unione Europea 3 ha recepito l impostazione e i valori delle linee guida ICNIRP, fissando un livello di riferimento a 900 MHz di circa 42 V/m, e ribadendo l assoluta validità scientifica dei limiti proposti anche per gli effetti a lungo termine: I limiti di base e i livelli di riferimento per limitare l esposizione sono stati elaborati sulla scorta di un approfondito esame di tutta la letteratura scientifica pubblicata. I criteri applicati nel corso dell esame erano volti a valutare la credibilità dei vari risultati divulgati; per proporre le limitazioni dell esposizione ci si è basati soltanto su effetti accertati. L insorgere del cancro per gli effetti dell esposizione a campi elettromagnetici di lungo periodo non è considerato accertato. Tuttavia, poiché esistono fattori di sicurezza di circa 50 tra i valori limite 2 International Commission on Non Ionizing Radiation Protection, Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz), Health Physics, April 1998, vol. 74, n. 4 3 Raccomandazione del Consiglio del 12 luglio 1999 relativa alla limitazione dell esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici da 0 Hz a 300 GHz, 1999/519/CE
per gli effetti acuti e i limiti di base la presente raccomandazione implicitamente contempla gli eventuali effetti a lungo termine nell intero intervallo di frequenza. I limiti contenuti nel Decreto 381 risultano quindi, a maggior ragione, assolutamente cautelativi per la popolazione esposta. I criteri di progetto delle stazioni radiobase Il progetto delle stazioni radiobase segue un iter completamente interno ed è avviato ancora prima di quello autorizzativo: esso è basato sull attento studio di ogni specifica installazione e dell ambiente in cui essa si inserirà. In particolare, per ogni possibile configurazione vengono esaminate le soluzioni realizzative che consentono di minimizzare sia l impatto visivo che quello elettromagnetico. Partendo dagli obiettivi del progetto di copertura cellulare, la scelta finale dei parametri radioelettrici del sito (tipologie di antenna e orientamento delle stesse, potenze necessarie, ecc.) avviene solo dopo aver verificato che in nessun caso la popolazione residente nei pressi dell installazione possa essere esposta a valori di campo superiori a quelli previsti dalla normativa nazionale. La verifica viene attuata a due livelli: in primo luogo vengono esaminate le isolinee del campo elettromagnetico nelle immediate prossimità dell antenna trasmittente (v. figura seguente) e, successivamente, si procede a valutare il campo previsto negli altri luoghi attorno al sito accessibili alla popolazione (punti significativi). Gli strumenti utilizzati sono le planimetrie del sito, i disegni tecnici ed un tool software, sviluppato internamente, per il calcolo del campo elettromagnetico. Progetto del sito: piano orizzontale La procedura interna di progetto delle stazioni radiobase Intersezione sul piano verticale Il modello utilizzato per il calcolo del campo viene costantemente aggiornato con i risultati più recenti della ricerca scientifica, e la sua validità viene continuamente accertata mediante confronti con le numerose misure effettuate sul territorio. Il progetto è inoltre fortemente influenzato dal continuo sviluppo tecnologico del settore. Particolare attenzione è stata sempre rivolta all evoluzione dei sistemi radianti,
che ha consentito una notevole riduzione delle dimensioni dei sistemi di antenna, migliorando in tal modo anche l impatto visivo delle installazioni. L evoluzione dei sistemi di antenna: l utilizzo di antenne a doppia polarizzazione consente di ridurre da nove a tre il numero di antenne per una tipica installazione trisettoriale Conclusioni In conclusione, il progetto della rete di telefonia mobile GSM a 900 e 1800 MHz di Omnitel Pronto Italia viene effettuato nel rispetto dei limiti di esposizione a radiofrequenze, definiti dalla normativa nazionale, per garantire l assoluta sicurezza della popolazione anche nelle immediate prossimità delle antenne trasmittenti. Al contempo si cerca di minimizzare l impatto ambientale delle installazioni, per renderle sempre meno visibili e sempre più integrate nell ambiente circostante. Entrambe queste esigenze devono infine conciliarsi con l obiettivo di fornire il servizio al maggior numero di clienti, garantendone al contempo la massima qualità. Bibliografia [1] Valerio Zingarelli, Valutazioni e verifiche delle distanze di protezione sanitaria negli impianti della rete cellulare di Omnitel, Convegno Telefonia mobile ed esposizione ai campi elettromagnetici, Milano 20 ottobre 1997 (www.omnitel.it). [2] Decreto 10 settembre 1998, n. 381, Regolamento recante norme per la determinazione dei tetti di radiofrequenza compatibili con la salute umana, G.U. 3-11-1998 n. 257.