Analyse de l’exposition Radio Fréquence induite par les futurs systèmes 5G.

par Maarouf Al Hajj

Projet de thèse en Information, communications, électronique

Sous la direction de Joe Wiart.

Thèses en préparation à l'Institut polytechnique de Paris , dans le cadre de Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris , en partenariat avec LTCI - Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information (laboratoire) , RFM² : Radio-Fréquences et Microondes (equipe de recherche) et de Télécom Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 08-10-2018 .


  • Résumé

    Les futurs systèmes de communication 5G, vont conduire, en plus de l’introduction des IOT, à une utilisation de nouvelles fréquences et densification accrue des réseaux cellulaires ceci notamment avec l’introduction de nouvelles technologies telles que « Massive user MiMo». Ces nouveaux types réseaux qui mettent en œuvre des antennes réseaux et des techniques de focalisation dynamique vont induire des évolutions significatives des variations spatio-temporelles des expositions aux champs électromagnétiques radiofréquences. Les méthodes qui servent actuellement à l’évaluation « in situ » de l’exposition (e.g. IEC 62232 ou protocole de l’ANFr) et à l’établissement de périmètres de sécurité pour le grand public ou les travailleurs) autour des antennes ont été établies dans les années 2000. Ces méthodes sont essentiellement basées sur des études scientifiques menées dans des contextes ou les fréquences utilisées n’étaient pas millimétriques, les diagrammes d’antennes étaient invariants dans le temps et les variations temporelles de l’exposition essentiellement liées à des variations de trafic. Les méthodes actuelles de ces évaluations de l’exposition sont inadaptées aux nouvelles technologies mises en œuvre dans les réseaux futur qui vont être agiles et reconfigurables. Par exemple les fortes variations spatio-temporelles associées à l’exposition induite par les réseaux utilisant la technologie M-MiMo et la focalisation dynamique peuvent conduire les approches actuelles à des évaluations irréalistes de l’exposition créant des contraintes d’installations inabordables et induisant une grande confusion dans la perception de l’exposition réelle. De même l’utilisation de sources millimétriques implique une capacité d’évaluation de la densité de puissance en champs proche ou réactif. Il est donc indispensable pour des organismes tel que l’IEC ou l’ANfr de disposer d’études scientifiques solides permettant d’appuyer le développement de protocoles nouveaux sur des études approfondies. Après une étude bibliographique sur les technologies 5G et les travaux existants sur l’exposition radiofréquence, les travaux du doctorant consisteront dans un premier temps à caractériser, à l’aide de simulations et de mesures, les variations spatiales et temporelles en champ lointain et très proches des champs électriques, magnétiques et de la densité surfacique de puissance induits par les systèmes rayonnants radiofréquences et millimétriques. L’objet de l’étude va être de redéfinir, si besoin, pour les réseaux d’antennes les zones de champs réactifs et proche. Dans un second temps du doctorant investigueront l’utilisation de méthodes statistiques avancées et de technique d’apprentissage pour proposer des méthodes d’évaluation de l’exposition adaptées à la complexité des futur réseaux. Ces travaux s’appuieront sur les synergies avec l’Agence Nationale des Fréquences (ANFr) et les acteurs industriels impliqués dans les travaux de la CEI pour organiser des campagnes de mesure et de test des méthodes proposées.

  • Titre traduit

    Radio frequency exposure analysis induced by future 5G systems.


  • Résumé

    The future 5G communication systems will lead, in addition to the introduction of IOTs, to the use of new frequencies and increased densification of cellular networks, particularly with the introduction of new technologies such as Massive user MiMo. These new networks will use array of antenna and dynamic focusing techniques and they will induce significant changes in spatio-temporal variations in radiofrequency electromagnetic field exposures. The methods currently used for the 'in situ' exposure assessment (eg IEC 62232 or ANFr protocol) and the establishment of safety perimeters for the general public or workers) around the antennas have been established in the 2000s. These methods are essentially based on scientific studies conducted in contexts in which the frequencies used were not millimetric, antenna patterns were time-invariant and temporal variations in exposure essentially related to variations in traffic. The current methods of these exposure assessments are inadequate for the new technologies implemented in future networks that will be agile and reconfigurable. For example, the strong spatio-temporal variations associated with network-induced exposure using M-MiMo technology and dynamic focus can lead current approaches to unrealistic exposure assessments creating unaffordable facility constraints and inducing unstable great confusion in the perception of real exposure. Similarly, the use of millimeter sources implies a capacity of evaluation of the power density in near or reactive fields. It is therefore essential for organizations such as IEC or ANfr to have solid scientific studies to support the development of new protocols on in-depth studies. After a bibliographic study on 5G technologies and existing work on radiofrequency exposure, the work of the PhD student will initially consist of characterizing, with the help of simulations and measurements, the far-field and very distant spatial and temporal variations. close to the electric and magnetic fields and the surface density of power induced by radiofrequency and millimeter radiating systems. The purpose of the study will be to redefine, if necessary, for the antenna arrays the zones of reactive and near fields. In the second part of the PhD student will investigate the use of advanced statistical methods and learning technique to propose methods of exposure assessment adapted to the complexity of future networks. This work will be based on synergies with the National Agency of Frequencies (ANFr) and the industrial actors involved in the work of the IEC to organize campaigns to measure and test the proposed methods.