Trạm phát 5G - Thách thức về an toàn bức xạ điện từ khi triển khai

Ban biên tập Tạp chí Điện tử trích lược báo cáo: "Vấn đề an toàn bức xạ điện từ với trạm 5G ở một số nước" tại Hội thảo về tương thích điện từ và an toàn bức xạ vô tuyến điện diễn ra vừa qua tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tiêu đề bài báo do Ban Biên tập Tạp chí Điện tử đặt.

Trạm 5G của nhà mạng Viettel. (Nguồn ảnh: Viettel)

Để truyền tải được lượng thông tin khổng lồ với tốc độ cao và độ trễ thấp, mạng 5G đã áp dụng nhiều công nghệ mới, trong đó có việc sử dụng tần số sóng milimet, kết hợp với hệ thống mảng ăng ten MIMO lớn (massive MIMO) cùng kỹ thuật điều hướng chùm tia (beamforming) được tích hợp trên hệ thống các trạm phát tế bào nhỏ (small cells) để tiếp cận gần hơn tới người dùng.

Điều này cũng đồng nghĩa với việc cần phát triển hệ thống trạm thu phát với mật độ cao hơn, đặc biệt là việc triển khai các trạm tế bào nhỏ tại các khu vực đông đúc, vì vậy, vấn đề về an toàn phơi nhiễm trường điện từ từ mạng 5G cũng nhận được nhiều sự quan tâm của các Nhà quản trị, Nhà cung cấp dịch vụ và người dùng.

Thách thức trong việc triển khai trạm phát 5G

Thách thức trong việc triển khai 5G xuất hiện tại những quốc gia áp dụng mức giới hạn an toàn phơi nhiễm khắt khe hơn so với mức khuyến nghị của ICNIRP, ở mức chỉ bằng 10% hoặc thậm chí 1% của khuyến nghị quốc tế. Lúc này vùng hạn chế phơi nhiễm của trạm phát sẽ mở rộng gấp khoảng 2 hoặc 5 lần tương ứng.

Ngay cả khi sử dụng mức công suất phát xạ tối đa thực tế để tính toán, thì với những vùng hạn chế quá rộng do áp dụng mức giới hạn phơi nhiễm khắt khe sẽ gây ra nhiều khó khăn trong việc triển khai lắp đặt thực tế trạm phát 5G, thậm chí việc triển khai là không khả thi đặc biệt tại những khu vực nôi đô, mật độ thuê bao lớn.

Thách thức này đòi hỏi các quốc gia cần cân nhắc tuân thủ những tiêu chuẩn, khuyến nghị quốc tế chung, nhằm tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc phát triển hệ thống thông tin 5G của quốc gia mình.

Trên thực tế, có một số quốc gia trên thế giới đã và đang áp dụng mức giới hạn an toàn phơi nhiễm trường điện từ thấp hơn nhiều so với mức khuyến nghị quốc tế, ở mức chỉ bằng 1/10 hoặc thậm chí 1/100. Lúc này việc triển khai thực tế các trạm phát 5G sẽ gặp rất nhiều khó khăn và cần được nghiên cứu, tính toán kỹ càng hơn.

Để làm rõ vấn đề này, Erisson đã tiến hành mô phỏng đối với một trạm phát 5G sử dụng hai băng tần số 3,5GHz và 28GHz, ăng ten MIMO, được đặt trên đỉnh của một tòa nhà cao tầng. Mức công suất phát xạ tối đa thực tế được tính bằng 25% mức công suất phát tối đa theo lý thuyết.

Với trường hợp này, mô phỏng cho ra kết quả vùng loại trừ phơi nhiễm công cộng theo khuyến nghị ICNIRP (10 W/m2) có bán kính 20,9 m và độ cao 7,1 m xung quanh cột ăng ten.

Vùng hạn chế của một trạm phát 5G tuân thủ giới hạn an toàn phơi nhiễm theo ICNIRP. Nguồn: Christer Törnevik (2017) và EMF challenges for 5G. Ericsson Research, Stockholm

Đối với một số quốc gia áp dụng mức giới hạn phơi nhiễm thấp, bằng 1/10 hoặc 1/100 mức khuyến nghị của ICNIRP thì vùng loại trừ sẽ mở rộng hơn rất nhiều.

Tương ứng, với mức giới hạn bằng 1/10 mức khuyến nghị ICNIRP, thì vùng hạn chế có bán kính 37m và độ cao 23m xung quanh trạm phát. Khi mức giới hạn giảm xuống còn 1/100 mức khuyến nghị của ICNIRP thì vùng hạn chế được mở rộng tới bán kính 115m và độ cao 75m xung quanh trạm phát.

Với phạm vi vùng loại hạn chế này thì sẽ gây nhiều khó khăn cho việc triển khai các trạm phát 5G, thậm chí việc thiết lập các trạm phát có thể là bất khả thi ở một số khu vực nội đô. Chính vì vậy, các quốc gia cần cân nhắc và tính toán kỹ trong việc đưa ra mức giới hạn an toàn phơi nhiễm trường điện từ đối với hệ thống 5G.

Vùng hạn chế tương ứng với các mức giới hạn phơi nhiễm bằng 1/10 và 1/100 giá trị khuyến nghị của ICNIRP (Nguồn: Christer Törnevik (2017). EMF challenges for 5G. Ericsson Research, Stockholm)

Khảo sát đánh giá thực tế mức phơi nhiễm của các trạm phát 5G

OFCOM-KQ đã khảo sát và đo đạc trường điện từ xung quanh 16 trạm gốc 5G tại Vương quốc Anh vào tháng 4/2020, với mục đích đánh giá tính tuân thủ giới hạn phơi nhiễm trường điện từ theo hướng dẫn ICNIRP.

Việc khảo sát được thực hiện tại 22 vị trí gần các trạm 5G tại 10 thành phố tại Vương quốc Anh, nhắm chủ yếu tới các khu vực có mật độ người dùng cao ví như quanh các trung tâm thương mại, trạm giao thông công cộng.

Những trạm phát được khảo sát thực tế triển khai đồng thời cả 2G, 3G, 4G, và 5G. Kết quả đánh giá sơ bộ cho thấy: Trong tất cả trường hợp, mức phơi nhiễm trường điện từ từ các trạm phát 5G là rất nhỏ so với mức giới hạn theo hướng dẫn của ICNIRP, mức cao nhất ghi nhận được chỉ bằng 1,5% so với mức giới hạn ngưỡng liên quan, trong đó 5G chỉ đóng góp một lượng nhỏ trong trường điện từ tổng tại mỗi trạm (so sánh với các hệ thống 2G, 3G, 4G), mức cao nhất quan sát được trong băng tần dùng cho 5G chỉ bằng 0,039% mức trường tổng thu được.

Việc đo kiểm được thực hiện trên một số băng tần số riêng rẽ dùng cho đường downlink của trạm gốc di động cùng với các băng tần khác nằm trong dải tần từ 420MHz tới 6GHz.

Các băng tần được khảo sát, đo đạc. (Nguồn: OFCOM (2020). Electromagnetic Field (EMF) measurements near 5G mobile phone base stations. UK)

Mức phơi nhiễm trung bình cao nhất được ghi nhận tại các điểm đo. Nguồn: OFCOM (2020) và Electromagnetic Field (EMF) measurements near 5G mobile phone base stations. UK

Mức phơi nhiễm trung bình cao nhất tại tất cả các điểm được đo kiểm. (Nguồn: OFCOM (2020). Electromagnetic Field (EMF) measurements near 5G mobile phone base stations. UK). Click vào ảnh xem chi tiết.

Vấn đề an toàn phơi nhiễm bức xạ trường điện từ từ các trạm phát di động (trong đó gồm cả hệ thống 5G) đã được nghiên cứu trong một thời gian dài và một số tổ chức trên thế giới đã đưa ra các khuyến nghị, hướng dẫn cụ thể.

Các tổ chức ICNIRP và IEEE đã đưa ra những mức ngưỡng giới hạn về an toàn phơi nhiễm bức xạ trường điện từ cho cả dải tần lên tới 300GHz, những giới hạn này cũng đã được WHO công nhận và khuyến nghị áp dụng.

Trước sự phát triển nhanh chóng của 5G, các khuyến nghị quốc tế cũng đã được nghiên cứu, chỉnh sửa, bổ sung cho phù hợp, các phiên bản khuyến nghị mới nhất về an toàn phơi nhiễm bức xạ là ICNIRP 2020 và IEEE C95.1- 2019. Nhiều quốc gia trên Thế giới đã chấp nhận nguyên vẹn hoặc căn cứ vào những giới hạn này để xây dựng các tiêu chuẩn quốc gia dành riêng.

Đối với các mức giới hạn phơi nhiễm theo khuyến nghị quốc tế của ICNIRP hoặc IEEE, việc triển khai các trạm phát 5G (gồm cả trạm tế bào nhỏ và trạm phát gốc) là hoàn toàn khả thi về mặt quy hoạch vùng hạn chế (vùng mà trong đó mức trường điện từ do trạm phát ra vượt quá giới hạn quy định).

Với việc sử dụng những công nghệ, kỹ thuật mới giúp tối ưu phát xạ và tăng hiệu quả sử dụng băng thông, các nghiên cứu thống kê đã chỉ ra mức công suất phát xạ tối đa thực tế của trạm phát 5G là thấp hơn nhiều so với mức công suất phát xạ tối đa tính theo lý thuyết.

Việc tính toán mức công xuất phát xạ tối đa thực tế của trạm phát 5G đã được quy định chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn IEC 62232 và ITU-T K.100, theo đó vùng hạn chế của các trạm phát sẽ được thu hẹp lại theo tỉ lệ có thể lên tới hơn 50% tùy theo cấu hình kích thước mảng ăng ten và các công nghệ được sử dụng, kích thước mảng ăng ten càng lớn thì tỉ lệ thu hẹp càng cao, điều này tạo thuận lợi hơn cho việc triển khai thực tế các trạm phát thuộc hệ thống 5G.

Theo Tạp chí Điện tử