Development of a methodology for the assessment of the real-life exposure due to electromagnetic fields

Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif l’étude des conditions nécessaires pour évaluer l'exposition radio fréquence (RF) due aux téléphones mobiles dans un scenario d’utilisation réelle et le développement d’une méthodologie permettant de prédire et de comparer les téléphones mobiles en fonction de leurs expositions RF réelles. Les téléphones mobiles sont caractérisés par leur débit d'absorption spécifique (DAS) et leur performance en émission et en réception (over-the-air, OTA). En utilisant le DAS et la puissance totale rayonnée (PTR), un indice d'exposition appelée l'indice SAROTA a été proposé précédemment afin de prévoir l'exposition réelle des téléphones mobiles. L’indice SAROTA sert ainsi de métrique permettant de comparer les téléphones mobiles. Afin de déterminer expérimentalement l’exposition réelle aux RF, plusieurs téléphones avec des modifications logicielles permettant d’enregistrer les paramètres du réseau, sont utilisés pour l’étude qui est menée comme suit : (a) caractérisation des outils et des ressources disponibles pour effectuer des mesures ciblées, (b) identification des ressources radio et des paramètres importants pour effectuer ces mesures, (c) étude de la mise en œuvre effective du mécanisme de contrôle de puissance observé dans un réseau mobile réel pour différents niveaux et de qualités du signal reçus, (d) étude de la corrélation entre la performance OTA des téléphones mobiles et l’étendue effective du contrôle de puissance appliquée par le réseau, (e) comparaison entre la valeur réelle de l’exposition et la valeur prédite en utilisant l’indice SAROTA. Comme les défis logistiques et techniques sont plus difficiles à surmonter pour les mesures dans un environnement multi-trajets extérieur, les expériences ont été limitées à des environnements intérieurs pour assurer une meilleure répétabilité des mesures. Lors d’une première phase de l’étude, la stabilité de l’environnement intérieur a été évaluée. Lors d’une deuxième phase, l’influence de la main sur le DAS et la PTR des téléphones mobiles ainsi que sur l’évaluation de l’exposition réelle prédite par l’indice SAROTA a été étudiée. Lors d’une troisième phase, un ensemble de téléphones mobiles identiques ont été modifiés et des mesures effectuées pour vérifier que l’indice SAROTA permet bien de prédire l’exposition réelle des personnes.The work presented in the thesis is directed towards addressing the requirement for determining the radio frequency (RF) exposure due to mobile phones under typical usage/ real-life scenarios and also to develop a method to predict and compare mobile phones for their real-life RF exposure. The mobile phones are characterized for their specific absorption rate (SAR) and for transmit and receive performance given by the over-the-air (OTA) characterization. Using the SAR and the total radiated power (TRP) characterization, an exposure index referred to as the SAROTA index was previously proposed to predict the real-life exposure due to mobile phones which would also serve as a metric to compare individual phones. In order to experimentally determine the real-life RF exposure, various software modified phones (SMP) are utilized for the study. These phones contain an embedded software capable of recording the network parameters. The study is undertaken in the following order: (a) Characterization of the available tools and resources for performing targeted measurements/experiments, (b) identifying the important radio resource parameters and metrics to perform the targeted measurements, (c) investigation of the actual implementation of the power control mechanism in a live network for various received signal level and received quality environments, (d) investigating the correlation of the over-the-air performance of the mobile phones and the extent of actual power control realization, (e) comparing the actual exposure and the real-life exposure as predicted by the SAROTA index. Based on the logistical and technical challenges encountered, the experiments were restricted to indoor environments to enable repeatability. During the first phase of the study, the stability of the indoor environment was evaluated. During the second phase, the influence of hand phantom on the SAR and TRP of the mobile phones and the capability of the SAROTA index to predict the exposure was investigated. Further developing on the insights from the hand phantom experiments, in the third phase, a set of identical software modified phones were externally modified to alter the TRP performance and the methodology to determine the real-life exposure and also verify the capability of the SAROTA index to predict the exposure levels was investigated. The experiments demonstrate that the SAROTA index is capable of predicting the real-life exposure and comparing the mobile phones