URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
Metropol Bir Şehirde GSM & UMTS Frekanslarındaki Elektrik Alanların
Uzun Süreli Ölçümü, Sonuçların Ortam Sıcaklığı ve Nem Değişimi ile
İlişkisinin İncelenmesi ve Değerlendirilmesi
Teoman KARADAй, Tuncay ÖZDEMİR², Teymuraz ABBASOV³
İnönü Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Astronomi Bölümü
Malatya
[email protected], [email protected], [email protected]
İnönü Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Malatya
[email protected]
Özet: Metropol bir şehrin şehir merkezinde GSM (900MHz, 1800MHz) ve UMTS (2100MHz) frekanslarındaki
kaynakların elektrik alan şiddeti değerleri, sürekli elektromanyetik alanları ölçüm sistemiyle ölçülmüştür. Aylar
süresince, her yarım saniyede bir ölçümler alınmıştır. Aynı dönem içerisinde ve aynı bölgede ölçülen elektrik
alan şiddeti, sıcaklık, nem ve mobil iletişim trafiği değerleriyle saatlik, günlük ve aylık olarak derlenmiştir.
Sonuçlar ANN ve farklı matematiksel yöntemlerle değerlendirilmiş ve çalışma ile sunulmuştur.
Abstract: In the center of a metropolis city electric field intensity values, source of GSM(900MHz and
1800MHz) and UMTS(2100MHz) frequencies had been measured with continuous electromagnetic fields
measurement system. Measurements were taken in every each half-second during several months. Measured
with in same period and region’s electric field intensity, temperature, humidity and mobile communication
traffic values had been compiled hourly, daily and monthly. The results were evaluated with ANN and different
mathematical methods and presented with this study.
1. Giriş
Özellikle mobil iletişim sistemleri çok sayıda ve farklı güçlere sahip olan baz istasyonları gerektirmektedir. Bu
istasyonlar coğrafi anlamda farklı hücre dağılımına sahiptirler. Farklı güç yoğunluğu dağılımı ve frekanslarında
çalışan bu sistemler yoğun yerleşim alanlarında, hücre yapıları ile kullanıcılara (data ve ses) haberleşme akışını
daha hızlı ve sürekli sağlamayı amaçlamaktadır. Bunun için artan güçte ve sayıda, daha yüksek frekanslarda
çalışan istasyonlara gereksinim duyulmaktadır. Bu artış kullanıcı ihtiyaçlarının karşılanmasına paralel olarak
süreklilik göstermektedir. Her geçen gün yeni nesil kablosuz haberleşme teknolojileri ile dönüşüm yaşanan
dünyada, elektromanyetik kirlilik düzeyleri de bu dönüşüm hızına paralel değişim göstermektedir. Özellikle
büyük şehirlerde iletişim trafiği zamana ve yerleşim yerine bağlı, stokastik olarak değişmektedir. Bu değişimden
ötürü elektromanyetik kirlilik düzeylerini tespit etmek ve izlemek zordur, bunun tespiti için sonlu, az sayıda
ölçümler ile bu sistemlerin yaydıkları elektromanyetik kirliliğin belirlenmesi ve kontrolü kolay değildir. Yapılan
anlık ölçümlerin yanı sıra uzun süreli ölçümlerin yapılması, elektromanyetik kirliğin devamlı bir şekilde
izlenmesi, seviyelerinin belirlenmesi ve ortam parametrelerine göre değişimlerinin gözlenebilmesi büyük önem
arz etmektedir. Baz istasyonlarının yaydıkları elektromanyetik dalgaların ortamdaki dağılımı birçok parametreye
bağımlıdır. Örneğin bir şehir için günün farklı saatlerinde, şehrin farklı bölgelerinde değişim gösteren iletişim
trafiği, elektromanyetik dalganın ortamda ilerlemesini etkileyen ortamın sıcaklık ve nem değerleri bu tür
parametrelere dâhil edilebilir. Ancak bu parametrelerin değişimleri göz önüne alındığında sürekli ölçümlerle
ortamdaki elektromanyetik dalganın dağılımı daha az hata ile değerlendirilebilir. Yeni nesil 3G ve 4G baz
istasyonlarının çıkış güçlerinin bir önceki nesillere göre düşük olmasına rağmen, kullanıcı bazlı olarak kullanım
süresinin daha uzun olması bu dalgaların canlılar üzerinde birikim etkisinin artmasına neden olur [1]. Buna göre
elektromanyetik alanların canlılar ve ortam üzerindeki etkilerinin periyodik ölçümlerle değil ancak sürekli ölçüm
yöntemi ile değerlendirilmesi gerektiğini desteklemektedir. İletişim sistemlerinde kullanılan 30KHz-300GHz
frekanslarına kadar değişen yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaların etkileri yoğun yaşam alanlarında daha
ciddi boyutlarda gündeme gelmektedir. Yoğun yaşam ve çalışma ortamları da esasen şehir merkezi ve yakın
bölgeleri, tıp merkezleri, üniversite kampüsleri ve büyük ticaret merkezleridir [2]-[3].
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
2. Materyaller ve Metot
Çalışmada iki adet Wavecontrol marka MonitEM sürekli elektromanyetik alanları ölçüm ve izleme istasyonu
kullanılmıştır. Bunlardan bir tanesi GSM ve UMTS frekanslarında ölçüm alırken, diğeri 100kHz-8GHz frekans
aralığında, haftalar süresince 24 saat sürekli ölçümler alarak gün içerisindeki elektrik alan şiddeti değerleri
belirlenmiştir. İstasyonlar, her saniyede iki ölçüm alarak; ölçmüş oldukları değerleri Sliding Windows Average
metodu ile yarımşar saatlik periyotlarla derlemektedir. Ölçüm probları uluslar arası ölçüm standartlarına uygun,
isotropik ölçüm alan, yüksek hassasiyetli (0,06V/m), ölçüm aralığı 0.06 – 61 V/m (RMS), dinamik aralığı >
60dB ölçüm hassasiyetlerine sahiptir. Ölçüm alınan periyot boyunca ortamın sıcaklık ve nem değerleri İnönü
Üniversitesi Gözlem Evi Meteorolojik İstasyonundan alınarak yarımşar saatlik periyotlarda derlenmiştir. Ölçüm
yapılan bölgedeki baz istasyonlarına ait mobil iletişim trafiği (erlang)’de mobil operatörlerinden BTK (Bilgi
Teknolojileri ve İletişim Kurumu) aracılığıyla alınmıştır. Bu çalışmada 5.000.000’un üzerinde sürekli ölçümlerle
elektromanyetik alan kirliliği ölçülmüş ve elde edilen sonuçlar ANN (Artifical Neural Network) ve farklı
matematiksel yöntemlerle değerlendirilmiştir.
3. Bulgular
Şehir merkezinde üç haftalık periyot süresince 100kHz-8GHz ve GSM&UMTS&LTE frekanslarında sürekli
ölçüm alan iki MonitEM istasyonlarından alınan veriler yarımşar saatlik periyotlar halinde derlenmiştir. Elde
edilen sonuçlara göre, ölçülen elektrik alan şiddeti değerlerinde dalgalanmalar gözlenmiştir. Bu ölçümlerden
elde edilen sonuçlara göre üç haftalık ölçüm periyodunda 100kHz-8GHz ve GSM&3G&LTE frekanslarında
ölçüm yapan istasyonların almış olduğu ölçüm değerleri birbirine net bir paralellik ve karakteristik benzerlik
göstermektedir. Sonuç olarak ortamdaki elektromanyetik alanın %77’si GSM&3G&LTE frekanslarında çalışan
baz istasyonlarından kaynaklandığı belirlenmiştir. Ortamda bulunan, geriye kalan elektromanyetik alan, yüksek
frekanslarda çalışan diğer cihaz veya sistemlerden (Radyo, TV, Wi-Fi vs) kaynaklanmaktadır.
Bir sonraki aşamada şehir merkezindeki GSM&3G&LTE frekanslarında
çalışan elektromanyetik alan kaynaklardan yayılan elektromanyetik alan
değerlerinin zaman ile değişimleri ve bu değişimlerin ortamın fiziksel
parametrelerinden olan sıcaklık, nem ve ölçüm yapılan bölgedeki baz
istasyonlarına ait iletişim trafiğinde meydana gelen değişimlerle olan
ilişkisi değerlendirilmiştir. Buna göre 5 haftalık ikinci bir çalışma
hazırlanmıştır. Bu çalışmada GSM 900 MHz & 1800 MHz ve UMTS 2100
MHz frekans bantlarında yayın yapan baz istasyonlarının oluşturmuş
oldukları elektrik alan değerleri ölçülmüştür. Bu değerler, ortamın sıcaklık
ve nem ile ölçüm yapılan bölgedeki baz istasyonlarına bağlanan abone
sayılarının değişimleriyle değerlendirilmiştir. 5 haftalık ölçüm sürecinde
elde edilen veriler Şekil 1’de verilmiştir. Şekil 1 incelendiğinde sıcaklık
ile nem arasındaki ters ilişki açıkça görülmektedir.
Şekil 1. Beş haftalık ölçüm periyodu boyunca sırasıyla ölçüm yapılan
bölgedeki baz istasyonlarına bağlanan abone sayısı değişimleri, ölçülen
elektrik alan şiddeti değerleri, sıcaklık ve nem grafikleri.
Baz istasyonları, kendilerine gelen talebe göre yani mobil görüşme, mobil internet, SMS, MMS hizmetleri için
baz istasyonuna bağlanan abone sayısına ve süresine bağlı olarak ortama elektromanyetik alan yaymaktadır. Bu
yüzden elektrik alan şiddeti değişimlerini incelerken sadece nem ya da sıcaklık değerlerine bağlı kalmak
sonuçların yanlış yorumlanmasına yol açacaktır. Buna göre bağlanan abone sayısının mutlaka göz önünde
tutulması gerekmektedir. Nem - Elektrik Alan şiddeti grafiğine bakarsak, genel olarak nem ile alan arasında
doğrudan bir ilişki yokmuş gibi görünmektedir. Çalıma periyodunda ölçülmüş olan tüm nem değerleri arasında
elektrik alan şiddeti değerinde 1-2.75 V/m arasında sürekli bir değişim gözlenmektedir. Baz istasyonlarından
yayılan elektrik alan, baz istasyonu üzerindeki iletişim trafiğine bağlı olarak değiştirmektedir. Şekil 1’de baz
istasyonuna bağlanan abone sayısı ve elektrik alan şiddeti grafikleri incelendiğinden karakteristik benzerlik
görülmektedir. Ortamdaki elektrik alan şiddeti değişimini daha detaylı olarak görmek için Şekil 2’deki Nem –
Elektrik Alan Şiddeti – Abone sayısı grafiğine bakalım. Bu üç parametre arasındaki ilişki oldukça karmaşıktır.
Klasik eğri fit etme yöntemleri kullanılarak elektrik alan şiddeti ve nem değerleri arasında çizilen grafikler ve
alınan sonuçların bazıları sırasıyla Şekil 2’de görülmektedir.
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
Şekil 2. Klasik eğri fit etme yöntemleri denenerek elektrik alan şiddeti ve nem değerleri arasında çizilen grafikler
ve alınan sonuçlar.
Klasik eğri fit etme yöntemleri ile bir ilişki kurulamayınca; iletişim trafiğinin de göz önüne alındığı bir
modelleme yapılması uygun görülmüştür. Bu modelleme için ANN (Artificial Neural Networks) uygulaması,
network tollbox ve matlab 2011b kullanılmıştır [4]. Transfer fonksiyonu olarak “logsis”,
yi 
1
1  e zi
kullanılmıştır. Giriş nodları olarak 4 parametre kullanılarak ortamın elektrik alan şiddeti
değeri modellenmitir. Model sonuçları Şekil 3’te verilmiştir. Görüldüğü gibi logsis transfer yöntemi kullanılarak
yapılan ANN modellemesi, sonuçlarla tam bir uyum içindedir.
9. Sonuç
1.
2.
3.
4.
5.
Çalışmanın yapıldığı şehir merkezindeki
elektromanyetik kirlilik büyük oranda
(%77)
baz
istasyonlarından
kaynaklanmaktadır.
GSM ve UMTS frekanslarında ölçülmüş
elektrik alan şiddeti dalgalanmaların esas
nedeni, gün içerisinde baz istasyonlarına
bağlanan abone sayısı ve iletişim
sürelerinin dahil olduğu haberleşme
trafiğinden kaynaklanmaktadır.
Yapılan ölçümler neticesinde ortamdaki
elektrik alan şiddeti hiçbir anda 0 olarak
ölçülmemiştir. Bu da sürekli bir alan
maruziyetinin söz konusu olduğunu
göstermektedir.
Klasik eğri fit etme yöntemleriyle sonuç
alınamamış olsa da ANN yöntemi
kullanılarak sonuçlar düşük bir hata payı
ile kestirilmiştir.
Bu modelleme yöntemi kullanılarak
ortamdaki elektrik alan şiddeti düşük bir
hata payı ile tahmin edilebilir.
Şekil 3. ANN sonuçları
Kaynaklar
[1]. P. Gajsek, P. Ravazzani, J. Wiart, J. Grellier, T. Samaras, G. Thuroczy, “Electromangnetic field exposure
assessment in Europe radiofrequency fields”, Journal of Exposure Science and Enviromental Epidemiology, pp.
1-8, 2013.
[2]. T. Karadag, T. Abbasov, M.O. Karadag, “Turgut Özal Tıp Merkezi Binası ve Çevresinde Elektromanyetik
Alan Seviyelerinin Ölçülmesi, Değerlendirilmesi ve Haritalanması” Journal of Turgut Ozal Medical Center,
DOI:10.7247/jtomc.2014.1681, 2014.
[3]. T. Karadag, A. R. Özdemir, T. Abbasov, “Bir Üniversite Yerleşkesinde Uzun Süreli Elektromanyetik Alan
Ölçümleri ve Kirlilik Haritaları” EMANET 2013, İstanbul, Türkiye.
[4]. The Mathworks Inc. http://www.mathworks.com, (2003).
Download