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Actual SAR / Measured SAR (maximum)

Les mesures en laboratoire : le DAS maximal

Lors de ses contrôles de conformité de téléphones mobiles, l’ANFR cherche à déterminer le DAS maximal qui peut être produit par un terminal. En laboratoire, donc dans un environnement contrôlé, isolé de tout réseau mobile, le téléphone est ainsi bloqué à puissance maximale. Cette configuration est mise en œuvre pour chaque bande de fréquences et pour chaque technologie (2G, 3G ou 4G), dans les différentes positions prévues pour les mesures.

Les valeurs de DAS présentées dans les résultats de contrôle reflètent des conditions de mesures très précises. 

Ces valeurs de DAS mesurées en laboratoire indiquent ainsi la puissance maximale que peut produire le téléphone, pour chaque configuration technique (bande de fréquences, technologie). 

Quant au DAS affiché dans les magasins, il est réduit à une seule valeur : le DAS le plus élevé atteint lors de ces tests, donc pour l’une des bandes de fréquences et l’une des technologies que peut utiliser le téléphone.

Les conditions classiques d’utilisation : le DAS réel

Les mesures en laboratoire ne reflètent pas ce qui se produit lors de l’usage habituel de l’appareil. En effet :

  • pour une communication vocale, le téléphone n’émet statistiquement qu’environ 50 % du temps, le téléphone n’émettant pas lors de l’écoute ; en outre, la durée moyenne d’une communication est inférieure à 3 mn ;
  • pour un usage orienté données (internet ou vidéo), les durées d’utilisation sont certes plus longues ; mais le téléphone, qui reçoit généralement plus d’informations (vidéos, mails…) qu’il n’en envoie, émet rarement plus de 10 % du temps pendant la session ; 
  • la valeur du DAS affichée dans les lieux de vente correspond à une fréquence (par exemple 800 MHz) et une technologie précises (par exemple la 4G) pour lequel le maximum a été détecté ; mais, en réalité,  le téléphone ne fonctionne pas en permanence dans ces conditions : il change souvent de fréquence ou de technologie ;
  • enfin, pour tous les usages, le téléphone émet rarement à sa puissance maximale, du fait des interactions constantes avec le réseau pour s'adapter au mieux à ses conditions.


Le DAS réel ne coïncide donc pas souvent avec le DAS maximal. 

Comme le DAS est proportionnel à la puissance émise par le téléphone, il est possible d’évaluer le DAS réel en mesurant la puissance mise en jeu par le terminal. Celle-ci peut être évaluée grâce à des logiciels professionnels installés sur des téléphones grand public.

L’interaction entre le téléphone et le réseau

Lorsque le téléphone est connecté à un réseau mobile, il se trouve en dialogue permanent avec les relais de l’opérateur, qui, en réalité, pilotent sa puissance émise. Ce dispositif a été particulièrement développé à partir de la 3G : il s’agit du contrôle adaptatif de puissance : le mobile rapporte en continu au réseau les conditions radioélectriques qu’il rencontre, et c’est le réseau qui préconise au mobile un niveau d’émission, donc son DAS réel. 

Lorsque les conditions radio sont bonnes (un indicateur en est le nombre de barrettes sur son téléphone), le DAS réel émis par le terminal est ainsi bien plus faible que le DAS maximal. En cas de dégradation des conditions radio, la puissance émise par le téléphone augmentera et pourra, si nécessaire, atteindre le DAS maximal.

Ce système de contrôle adaptatif de puissance est décrit dans des normes publiées relatives au fonctionnement du réseau et des mobiles(1). L’effet de ce dispositif est de moduler la puissance (et donc le DAS réel) du téléphone dans des conditions réelles d’utilisation. Il est largement décrit dans la littérature ([1] à [7]).

Une illustration des résultats trouvés avec les mesures de l’ANFR [8] est représentée ci-dessous pour le cas de la 4G. Les conditions de ce test correspondent à un usage du mobile pour des conversations vocales. 

Le graphique rassemble de nombreux points qui transcrivent d’une part la puissance reçue par le terminal (abscisses), corrélée à la distance entre l’antenne-relais et le terminal, et d’autre part la puissance émise par le téléphone (ordonnées), proportionnelle quant à elle au DAS réel produit par l’appareil. L’unité de mesure, identique dans les deux cas, est le dBm. 0 dBm équivaut à une puissance de 1 mW. C’est une unité logarithmique : un accroissement de 3 dBm correspond à une variation de puissance de 10^(0,3) = 2, soit un doublement de la puissance. Un accroissement de 30 dBm équivaut quant à lui à une variation de 10^3 = 1 000, donc une puissance mille fois plus élevée.


On observe ainsi en ordonnées que la puissance émise varie entre 23 dBm (niveau équivalant au DAS maximum mesuré en laboratoire) et -30 dBm pour les extrêmes. Cela correspond à des variations d’une amplitude de 23 – (-30) = 53 dB, soit un ratio de 10^(5,3) ≈ 200 000.

En moyenne, dans la zone située à droite dans la zone inférieure du graphique, l’ordonnée des points est de l’ordre de -16 dBm (centre des deux barres verticales les plus à droite). Dans ces situations, qui correspondent à d'excellentes conditions de réception (toutes les barres du téléphone seraient alors affichées), le DAS réel apparaît beaucoup plus faible que le DAS maximum. La proportion entre ces deux valeurs est de 23 – (-16) = 39 dB, soit 10^(3,9) ≈ 8 000.  

L’écart réel est en réalité plus important, car il ne serait constaté que si le téléphone émettait en permanence pendant 6 minutes (conditions de mesure du DAS maximal), ce qui n’est jamais réalisé en conversation vocale (cf. supra). En outre, il convient de souligner que les points figurant sur la courbe traduisent le maximum de puissance atteint pour chaque intervalle de temps par le téléphone, et non pas la moyenne de la puissance émise pendant cette période. 

Pour mieux approcher le ratio que reflète ce graphique, il faut ainsi prendre en compte la durée moyenne de communication vocale (3 minutes, sur une durée de mesure de DAS de 6 minutes, soit un facteur 2), le temps de parole et donc d’émission du téléphone (50 %, soit un nouveau facteur 2). Il convient donc d’introduire un facteur 2 x 2 = 4 pour évaluer l’écart. En conclusion du fait du dispositif d’adaptation de puissance, dans le cas illustré ci-dessus, le DAS réel varie dans une proportion de 1 à 800 000 par rapport au DAS maximum, et en moyenne dans d'excellentes conditions de réception, d’un facteur de 1 à 32 000.

Cette analyse n’a été conduite que dans le cas d’une communication vocale en 4G.

(1) GSM : ETSI TS 145 005 UMTS : ETSI 125.214 LTE : ETSI TS 136.213

Références

[1] "Output Power Levels of 4G User Equipment and Implications on Realistic RF EMF Exposure assessments" P. Joshi, D. Colombi, B. Thors, L.-E. Larsson and C. Törnevik,  IEEE Access, vol.5, 2017

[2] "Power level distributions of radio base station equipment and user devices in a 3G mobile communication network in India and the impact on assessments of realistic RF EMF exposure" P. Joshi, M. Agrawal, B. Thors, D. Colombi, A. Kumar, and C. Törnevik, IEEE Access, vol. 3,2015.

[3] "Output power distributions of terminals in a 3G mobile communication network" T. Persson, C. Törnevik, L.-E. Larsson, and J. Lovén Bio-electromagnetics, vol. 33, no. 4,  May 2012.

[4] "Duality between uplink local and downlink whole-body exposures in operating networks" A. Gati, E. Conil, M.-F.Wong, and J.Wiart, IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 52, no. 4,  Nov. 2010.

[5] "Exposure induced by WCDMA mobiles phones in operating networks" A. Gati, A. Hadjem, M. F. Wong, and J. Wiart, IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 8, no. 12,  Dec. 2009.

[6] "Analysis of the influence of the power control and discontinuous transmission on RF exposure with GSM mobile phones" J. Wiart, C. Dale, A. V. Bosisio, and A. L. Cornec, IEEE Trans. Electromagn. Compat.,vol. 42, no. 4,  Nov. 2000.

[7] "Output Power Levels of 4G User Equipment and Implications on Realistic RF EMF Exposure Assessments" P. Joshi, D. Colombi, B. Thors, L.-E. Larsson, and C. Törvenik, IEEE Access, February 19, 2017.

[8] Rapport technique sur les déploiements pilotes de petites antennes en France

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