5G-straling in kaart gebracht

De uitrol van de nieuwste (vijfde) generatie mobiele netwerken (vandaar de naam ‘5G’) – en de mogelijke impact daarvan op de volksgezondheid – beroert de gemoederen. Op de diverse sociale media word je om de oren geslagen met 5G-complottheorieën. In Nederland en Groot-Brittannië werden de voorbije maanden een aantal mobiele zendmasten in brand gestoken; en meer recent gebeurde hetzelfde in het Belgische Pelt. Nochtans zijn internationale experten het erover eens: 5G-netwerken zullen moeten voldoen aan de stralingsnormen van de Wereldgezondheidsorganisatie – die rekening houden met de wetenschappelijk aantoonbare effecten van elektromagnetische straling.

In volle coronacrisis bleek – nog meer dan anders – hoe verweven ons leven is met de (mobiele) communicatienetwerken rondom ons. Zelfs in volle ‘lockdown’ slaagden we er dankzij onze 4G- en wifiverbinding bijvoorbeeld in onze huisarts te raadplegen, of contact te houden met collega’s, familie en vrienden.

In grote delen van de wereld is een mobiele verbinding tegenwoordig gemeengoed. Volgens data van de GSMA – de organisatie die de belangen van de mobiele operatoren en het bredere ecosysteem vertegenwoordigt – hebben ondertussen meer dan 3,5 miljard mensen (meer dan de helft van de wereldbevolking dus) een mobiel internetabonnement.

En toch gebeurt er vandaag iets merkwaardigs. Ondanks het feit dat mobiele netwerken al meer dan 20 jaar een vertrouwd gegeven zijn en verschillende generaties technologieën de revue passeerden (van 2G en 2.5G tot 3G en 4G), trekken een aantal mensen plots aan de alarmbel wanneer de uitrol van de nieuwste generatie mobiele netwerken ter sprake komt. Vooral de elektromagnetische straling die door mobiele netwerken wordt gegenereerd, maakt hen bezorgd.

We spraken met professor Wout Joseph van WAVES – een imec onderzoeksgroep aan de UGent die internationaal een stevige wetenschappelijke reputatie heeft opgebouwd wat het uitrollen van draadloze netwerken en het meten van hun elektromagnetische straling betreft. Hij legt uit hoe 5G-netwerken verschillen van de vorige generaties draadloze netwerken en hoe dat een invloed heeft op de hoeveelheid elektromagnetische straling waaraan mensen in de toekomst zullen blootstaan. Hij verwijst daarbij – in primeur – naar recente metingen die werden uitgevoerd in de nabijheid van ’s werelds eerste 5G-netwerken en legt zo het verband met de stralingsnormen van de Wereldgezondheidsorganisatie.

Zowel 3G-, 4G- als 5G-netwerken behoren tot de familie van de ‘cellulaire’ netwerken die gebruik maken van basisstations (verbonden met de alomtegenwoordige antennes uit ons straatbeeld) om mobiele verbindingen tussen toestellen mogelijk te maken. Elk basisstation bestrijkt een beperkt gebied (of cel) – en dat lappendeken van cellen vormt samen ‘het netwerk’.

“4G- en 5G-netwerken vertonen dus fundamentele gelijkenissen. Maar in de praktijk verschilt hun werking grondig,” stelt Wout Joseph. “Zo rekenen 4G-netwerken op grote, centrale antennes die in eender welke richting uitstralen, en grotere oppervlakten – of cellen – bestrijken. 5G, daarentegen, werkt met kleinere cellen. Vandaar dat een 5G-netwerk uit meer antennes zal bestaan. 5G-antennes zijn bovendien opgebouwd uit tientallen sub-elementen die – dankzij het zogenaamde beamforming-principe – een straal heel specifiek kunnen richten. En ze maken gebruik van massive MIMO-technologie (multiple input, multiple output).”

4G-netwerken laten ons nu al toe om vlot op het internet te surfen en video’s te bekijken – waar en wanneer we dat willen. Theoretisch is zo’n 4G ‘long-term evolution’ (LTE)-netwerk – het 4G-netwerktype dat wereldwijd het meeste werd uitgerold – beperkt tot een maximale snelheid van 1 gigabit per seconde (Gb/s). En de signaalvertraging, de tijd die een signaal nodig heeft om je toestel te bereiken, bedraagt in het beste geval 10 milliseconden. Absoluut niet min – maar toch is dat maar klein bier ten opzichte van wat 5G ons te bieden heeft. Met een (theoretische) maximale snelheid van 10 Gb/s en een signaalvertraging van minder dan 1 milliseconde scoort 5G immers nog een paar grootteordes beter dan zijn voorganger.

Maar wat betekent dat nu concreet? Wel, met die snelheid kan je een twee uur durende film downloaden in ongeveer drie seconden. Ter vergelijking: wanneer je gebruik maakt van 4G is dat zes minuten – en maar liefst 26 uur wanneer je een 3G-netwerk ter beschikking hebt. Toch maakt professor Joseph een aantal kanttekeningen bij die cijfers (waarmee technofielen graag uitpakken). “Zulke snelheden zijn momenteel helemaal nog niet realistisch,” merkt hij op. “De eerste massive MIMO 5G-netwerken – die onder meer in Duitsland worden uitgerold – maken bijvoorbeeld nog geen gebruik van het beamforming-principe. We zien daar wel al dat 5G intrinsiek inderdaad sneller is dan zijn voorganger, maar aan de maximale snelheden die door sommigen worden vooropgesteld, zitten we nog lang niet. Daarvoor moet de technologie nog verder ontwikkeld worden.”

“Maar 5G is zoveel meer dan die hogere snelheden. Wat veel belangrijker is, is dat 5G-netwerken betere – en meer stabiele – mobiele verbindingen mogelijk maken; voor een nog vlottere communicatie, ongeacht de omstandigheden. Dat wordt voor vele mensen de échte gamechanger,” voegt hij daaraan toe.

Wout Joseph en zijn collega’s waren één van de eerste onderzoekers om massive MIMO 5G-technologie te onderwerpen aan uitgebreide testen. Hun bedoeling: een beter inzicht verwerven in de werking van 5G en het bestuderen van de impact ervan op de kwaliteit van mobiele verbindingen. 

Tijdens hun testen gingen ze uit van erg uitdagende scenario’s. Zo werd bijvoorbeeld een indoor fabrieksomgeving (een populaire setting voor 5G) gesimuleerd – volgestouwd met metalen objecten die voor reflectie van de radiogolven zorgen (en waar de kwaliteit van de verbinding sterk onder te lijden heeft). Bovendien werden extra obstakels voorzien tussen de 5G-antenne en de negentien (virtuele) gebruikers in de fabriekshal.

“In tegenstelling tot de vorige generaties mobiele netwerken – waarbij het signaal eenvoudigweg sterker wordt naarmate je dichter bij de antenne gaat staan, en het signaal veel hinder ondervindt van objecten tussen de gebruiker en die antenne – laten de beamforming- en massive MIMO-principes waarvan 5G gebruik maakt ons toe om met de radiobundels te gaan spelen,” duidt Wout Joseph.

“Uit onze testen blijkt dat op die manier voor elke individuele gebruiker een aparte radiobundel – of hotspot – gecreëerd kan worden die ook in de meest uitdagende omstandigheden een goede mobiele verbinding toelaat; zelfs in omgevingen met veel reflectie, obstakels tussen de antenne en de gebruiker, en wanneer gebruikers elkaars signalen onbewust storen.”      

De stuurbare radiobundels waarvan 5G-netwerken gebruik kunnen maken, hebben dus een positief effect op de kwaliteit van de mobiele verbinding. Maar tegelijk wordt het berekenen van elektromagnetische blootstellingswaarden daardoor nog een stuk complexer.

Wout Joseph: “In feite moet je zelfs een onderscheid gaan maken tussen gebruikers en niet-gebruikers. Stel je het scenario voor waarbij twee mensen op een bank zitten. Een 4G-antenne zal hen voortdurend allebei – en volledig – bestralen, waarbij het stralingsniveau in de eerste plaats afhankelijk is van de afstand tot de 4G-antenne en de richting waaronder die antenne gezien wordt. In het geval van 5G, echter, komt ook nog de gebruiker zelf erbij: of je al dan niet met je smartphone aan de slag bent, wordt dan een belangrijke factor (waardoor je wel of niet binnen een radiobundel valt). In de toekomst is het met andere woorden perfect mogelijk dat een niet-gebruiker die vlak naast een gebruiker zit amper aan straling wordt blootgesteld door de gerichte werking van de 5G-antennes.”

“De grote uitdaging waarmee onderzoekers zoals wij geconfronteerd worden, is dat er momenteel eigenlijk amper commerciële 5G-netwerken beschikbaar zijn om die exacte impact te berekenen. Tot voor kort ontbraken zelfs de juiste meetprocedures en -toestellen. Onze onderzoeksgroep heeft op dat vlak de voorbije maanden dan ook baanbrekend werk geleverd, door als eerste nieuwe modellen én manieren te ontwikkelen om die blootstelling zo accuraat mogelijk te kunnen inschatten.”  

De groep van professor Joseph had de voorbije maanden de kans om – als één van de eerste onderzoeksteams ter wereld – de elektromagnetische straling van ’s werelds eerste massive MIMO 5G-netwerken in kaart te brengen, te evalueren en af te zetten tegen de lokale, regionale en internationale stralingsnormen.

Wout Joseph: “Vanuit puur wetenschappelijk oogpunt is er één gouden standaard: de normering van de Wereldgezondheidsorganisatie – gebaseerd op de ICNIRP-richtlijnen (Internationale Commissie voor Niet-Ioniserende Stralingsbescherming). Die houdt rekening met de wetenschappelijk aantoonbare effecten van de elektromagnetische straling die door mobiele netwerken gegeneerd wordt, namelijk de opwarming van de hersenen als je je telefoon gedurende lange tijd dichtbij je hoofd houdt.”

“We begrijpen uiteraard volkomen dat mensen zich de vraag stellen of 5G-netwerken hogere elektromagnetische stralingswaarden laten optekenen dan de huidige 4G-netwerken. Maar, zoals gezegd, moet je dat eigenlijk scenario per scenario gaan bekijken,” aldus Wout Joseph.

“Onze eerste metingen lijken erop te wijzen dat mensen die met hun smartphone aan de slag zijn – en gebruik maken van een individuele 5G-radiobundel – lokaal inderdaad hogere stralingswaarden kunnen ondervinden. Maar anderzijds lijkt het er dus ook op dat niet-gebruikers gemiddeld net minder elektromagnetische straling gaan ervaren dan vandaag het geval is. Bovendien is de introductie van 5G-netwerken een opportuniteit om onze telecomnetwerken te herdenken en te optimaliseren, en bepaalde antennes minder te laten stralen. Zo hebben we nu al concrete aanwijzingen dat – door met individuele 5G-radiobundels te werken – de globale blootstelling aan elektromagnetische straling in het hele netwerk verminderd kan worden.”

Die aanwijzingen zijn gebaseerd op experimenten in test sites in het Duitse Düsseldorf en het Franse Rijsel. Verschillende scenario’s – gaande van een telefoongesprek en een videochat tot een theoretisch maximale belasting van het netwerk – werden door de Gentse onderzoekers geëvalueerd. Op een afstand van 60 à 70 meter van het 5G-basisstation leidden die testen tot de registratie van de volgende elektromagnetische stralingswaarden:

• Telefoongesprek: 0.3 V/m (gemiddeld) tot 5.5 V/m (worstcase)
• Videochat: 0.3 V/m (gemiddeld) tot 5.4 V/m (worstcase)
• Theoretisch maximale netwerkbelasting: 3.7 V/m tot 5.3 V/m (worstcase)    

“Sowieso is in dit domein nog heel wat extra onderzoek nodig. Zo liepen de voorbije testen op pilootnetwerken die gebruik maken van de eerste versies van 5G; met een klein aantal gebruikers en beperkt dataverkeer. Van zodra reizen opnieuw is toegestaan, gaan we echter ook metingen uitvoeren in Australië en Zwitserland – waar ondertussen de eerste commerciële 5G-netwerken werden uitgerold. Dat gaat nog accuratere data opleveren, want voor definitieve cijfers en conclusies is het nog veel te vroeg.”

“Die observatie geldt trouwens evenzeer voor mensen die beweren dat 5G-netwerken voor een spectaculaire toename zullen zorgen qua blootstelling aan elektromagnetische straling. Bovendien is het maar de vraag of zij de hele problematiek vanuit het juiste perspectief bekijken. Vele mensen denken immers dat de basisstations en antennes in een mobiel netwerk verantwoordelijk zijn voor de meeste elektromagnetische straling. Maar eigenlijk zijn het onze smartphones die – omwille van de geringe afstand tot ons lichaam – voor opwarming zorgen ter hoogte van ons hoofd,” nuanceert Wout Joseph.

Wat de hele discussie trouwens nog een stuk complexer maakt, is dat het verhaal van de stralingsnormen er eentje is van vele maten en gewichten – met zowel internationale, regionale en lokale normen en regelgeving (die enorm kunnen verschillen).

De internationale, wetenschappelijke norm voor elektromagnetische straling, die door de WHO gebruikt wordt, is bepaald op 41 V/m (voor de 900 MHz frequentie) – wat overeenkomt met een waarde van 61 V/m voor de 3.5 GHz frequentie waarvan 5G initieel gebruik zal maken. Belangrijk om weten is dat in die norm een veiligheidsmarge van een factor 50 zit ingebouwd. De WHO-norm wordt onder meer in Nederland – maar ook in heel wat andere landen – gehanteerd. Vlaanderen, daarentegen, heeft gekozen voor een stralingsnorm van 3 V/m per antenne (bij 900 MHz) – terwijl Brussel bijvoorbeeld nog een andere metriek gebruikt, namelijk 6 V/m (maar dan voor alle technologieën samen).

“Die lokale, en vaak technologie-specifieke, normen zijn eigenlijk regionale  beslissingen. Ze gaan louter om het inbouwen van een extra veiligheidsmarge wegens de onzekerheden waarmee we te maken hebben. Eigenlijk kan je dit prima vergelijken met de ‘social distancing’ coronamaatregel van 1,5 meter – die op bepaalde plaatsen strenger is, en elders dan weer minder strikt,” besluit Wout Joseph. “Wat Vlaanderen betreft, is de huidige metriek van V/m per antenne sowieso achterhaald. Een nieuwe metriek én normering – aangepast aan nieuwe technologieën zoals massive MIMO en rekening houdend met de hogere frequenties waarvan 5G gebruik zal maken – zitten dan ook in de pijplijn. Hoe die norm er zal uitzien, is op dit moment nog niet duidelijk. Maar één ding is zeker: 5G zal – lokaal en internationaal – aan dezelfde wetenschappelijke normen moeten voldoen als zijn voorgangers.”