Comptes Rendus
Radio science for connecting humans to information systems / L'homme connecté
A statistical assessment of ambient electromagnetic field using body-worn multiaxial sensors
Comptes Rendus. Physique, Volume 16 (2015) no. 9, pp. 802-818.

The electromagnetic field exposure of the population due to wireless communications originates from both down-link and up-link emissions. Although the main contribution comes generally from the latter (e.g., higher by three to five orders of magnitude for the 2G), the former must be considered as well, because they are continual, and as contributions can be competitive for some cases (e.g., in femtocells). Sensor and exposimeter networks (NW) can be deployed by the operators themselves (to enrich feedback information from their own NW) or by independent external stakeholders such as regulatory agencies or local authorities. When sensors are directly worn by a user, body proximity effects – notably the masking effect – can introduce significant errors in the ambient field measurement. A methodology of the statistical assessment of this harmful effect is proposed in this article. It is mainly based on electromagnetic simulations (and partly on measurements) of a triaxial sensor – composed of three orthogonal wideband probes devoted to the evaluation of the field components – placed at different positions of a set of whole body phantoms. The main original contribution of the proposed approach is that both the isolated sensor calibration procedure and the assessment of the measurement errors are based on statistical analyses accounting for the propagation environment. The quantitative results are obtained using statistical channel models for polarimetric and non-polarimetric measurements in various propagation scenarios. Some quantitative results examples are presented. Eventually, preliminary corrections schemes are proposed.

L'exposition de la population aux ondes électromagnétiques dues aux communications radio émane tant des émissions descendantes que montantes. Bien que la contribution dominante provienne généralement de ces dernières (supérieures de trois à cinq ordres de grandeur pour la 2G par exemple), les premières doivent également être prises en compte, notamment parce qu'elles sont permanentes, mais aussi parce que les deux contributions peuvent être compétitives dans certains cas (par exemple dans les femtocells). Des réseaux de capteurs et d'exposimètres peuvent être déployés par les opérateurs eux-mêmes (leur permettant d'enrichir les informations remontées par leur propre réseau) ou par des acteurs extérieurs indépendants, tels que des organismes de contrôle réglementaire ou des collectivités locales. Si les capteurs sont directement portés par l'utilisateur, les effets de proximité du corps – notamment l'effet de masquage – peuvent introduire des erreurs très significatives dans la mesure du champ ambiant. Nous proposons dans cet article une méthodologie d'estimation statistique de cet effet néfaste. L'approche est majoritairement fondée sur des simulations électromagnétiques (et partiellement sur des mesures) d'un capteur triaxial – constitué de trois sondes large bande placées orthogonalement dédiées à la mesure des composantes du champ – placé à différentes positions de fantômes « corps entier ». L'originalité principale de cette contribution est qu'elle repose sur des analyses statistiques prenant en compte les conditions de propagation, que ce soit dans la procédure de calibration du capteur isolé ou dans l'évaluation des erreurs de mesure. Les résultats quantitatifs sont obtenus à partir de modèles statistiques de canaux, pour des mesures polarimétriques ou non, pour différents scénarios de propagation. Quelques résultats quantitatifs sont présentés. Pour terminer, des méthodes envisageables de correction encore à l'étude sont présentées.

Published online:
DOI: 10.1016/j.crhy.2015.10.008
Keywords: EMF exposure, Field sensing, Worn dosimeter, Exposimeter
Mot clés : Exposition aux champs électromagnétiques, Sondage de champ, Dosimètre personnel, Exposimètre

Christophe Roblin 1

1 LTCI, Télécom ParisTech & CNRS, Communications & Electronics Dept., 46, rue Barrault, 75013 Paris, France
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[1] www.lexnet-project.eu

[2] E. Conil, et al., Exposure index of EU project LEXNET: principles and simulation-based computation, in: Proc. EuCAP 2014, The Hague, The Netherlands, 6–11 April 2014.

[3] N. Varsier, et al., Deliverable D2.6: global wireless exposure metric definition, Nov. 2014, EU FP7 project Lexnet (public deliverable available on request).

[4] J. Blas et al. Potential exposure assessment errors associated with body-worn RF dosimeters, Bioelectromagnetics, Volume 28 (2007) no. 7, pp. 573-576

[5] S. Iskra; R. McKenzie; I. Cosic Factors influencing uncertainty in measurement of electric fields close to the body in personal RF dosimetry, Radiat. Prot. Dosim., Volume 140 (2010) no. 1, pp. 25-33

[6] C. Roblin, Statistical analysis and error correction schemes of an UWB body-worn sensor used for electromagnetic field and exposure assessment, in: Proc. ICUWB, Paris, France, 1–3 September 2014.

[7] C. Roblin, A. Sibille, Measurement of a body-worn triaxial sensor for electromagnetic field and exposure assessment, in: Proc. EuCAP 2014, The Hague, The Netherlands, 6–11 April 2014.

[8] C. Roblin, Statistical simulations of a body-worn triaxial sensor for electromagnetic field and exposure assessment, in: Proc. URSI France Scientific Workshop, Paris, 25–26 March 2014.

[9] S. Bories, et al., Deliverable D3.2: wideband dosimeter design study & performances characterization, EU FP7, project Lexnet, Sept. 2014 (public deliverable available on request).

[10] C. Roblin, S. Bories, A. Sibille, Characterization tools of antennas in the time domain, in: Proc. IWUWBS, Oulu, June 2003.

[11] Ultra Wide Band Antennas (X. Begaud et al., eds.), Wiley, 2011

[12] http://www.itis.ethz.ch/itis-for-health/virtual-population/human-models

[13] P. Kyösti, et al., D1.1.2 V1.2 WINNER II Channel Models, IST project WINNER II, February 2008 (public deliverable).

[14] P. Heino, et al., D5.3: WINNER+ Final Channel Models, September 2010, CELTIC project WINNER+ (public deliverable).

[15] A. Thielens et al. Personal distributed exposimeter for radio frequency exposure assessment in real environments, Bioelectromagnetics, Volume 34 (2013) no. 7, pp. 563-567

Cited by Sources:

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