La tecnologia 5G

4 giugno 2020

L’attuale sviluppo della tecnologia 5G è fonte di un allarme nella popolazione che ha portato diverse amministrazioni comunali ad emettere ordinanze che bloccano le installazioni delle antenne necessarie per l’implementazione della rete.

Gli stessi amministratori, oltre che i cittadini, spesso riuniti in comitati contro le antenne 5G, hanno formulato negli ultimi tempi ad Arpa Piemonte numerosi quesiti sulle caratteristiche tecniche della tecnologia 5G e sui suoi effetti sull’esposizione della popolazione e, più in generale, sulla salute.

Pur trattandosi di una tecnologia nuova che richiederà ancora tempo per poter esprimere le sue potenzialità, è utile illustrare alcune sue specifiche tecniche per meglio comprendere la fondatezza delle problematiche poste e discuterle nel merito.

Vediamo:

 

Cos’è il 5G

Il 5G è una nuova tecnologia wireless utilizzata per la trasmissione di informazioni sia mediante connessioni di tipo uomo-uomo che uomo-macchina e macchina-macchina.
Se la prima tipologia di applicazione, quella per le comunicazioni uomo-uomo, costituisce una evoluzione dei servizi di telefonia mobile e di trasmissione dati, con un significativo miglioramento nelle prestazioni, le applicazioni relative alle trasmissioni uomo-macchina e macchina-macchina riguardano lo sviluppo di nuovi servizi.

La molteplicità di questi nuovi servizi è molto ampia e va, per fare alcuni esempi, dalla telemedicina, alla domotica, al pilotaggio di droni, all’automazione di processi industriali e all’automotive, dove è alla base anche delle sperimentazioni sull’auto a guida autonoma.

Molti di questi sviluppi tecnologici possono avvenire grazie ad una delle più importanti specifiche tecniche del 5G: quella del basso tempo di latenza, che esprime la rapidità con cui un sistema risponde ad un impulso e che risulta inferiore di più di dieci volte rispetto a quello tipico del 4G.

Il settore delle telecomunicazioni è, quindi, solo uno dei numerosi campi di applicazione della tecnologia 5G che, per la grande varietà di servizi riguardanti interazioni tra macchine, prende il nome di internet delle cose (IoT – Internet of Things).

La maggiore efficienza della tecnologia 5G (maggiore velocità, minore tempo di latenza, possibilità di connettere moltissimi dispostivi) è ottenuta grazie a particolari tipologie di antenne (smart antennas) e al modo di codificare le informazioni nel segnale elettromagnetico.

Come funzionano le antenne 5G

Le antenne “intelligenti” (smart) dei ripetitori 5G hanno un funzionamento molto innovativo: a differenza di quelle esistenti sinora, non trasmettono più un segnale di copertura continuo sul territorio, la cui distribuzione spaziale non varia nel tempo, ma attivano una sequenza di fasci, accesi per intervalli di tempo brevissimi, dell’ordine del millisecondo, che ruotano attorno all’antenna (beamsweeping), operando un po’ come la luce emessa da un faro. Quando uno di questi fasci rileva la presenza di un utente che ha bisogno di comunicare con il ripetitore, l’antenna genera un segnale specifico puntato verso l’utente (o il gruppo di utenti), che viene attivato solo per il tempo della comunicazione (beamforming). Questi fasci sono molto direttivi, cioè irradiano il segnale elettromagnetico in una zona di spazio molto limitata intorno all’utente che richiede il servizio.

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Illustrazione delle modalità di irraggiamento di una stazione 5G rispetto ad una stazione 4G


Quali sono le frequenze della radiazione emessa

I sistemi 5G opereranno in Italia nelle bande di frequenza 694-790 MHz (sinora in uso alle emittenti TV e disponibili per il servizio 5G dal 1* luglio 2022), 3.6-3.8 GHz (frequenze molto vicine a quelle dei segnali di telefonia mobile LTE) e 26.5-27.5 GHz (già in uso per trasmissioni satellitari).

Al momento, si sta sviluppando prevalentemente la rete 5G dedicata ai terminali mobili, che lavora sulla banda di frequenze intorno a 3.7 GHz. Per quanto riguarda le bande di frequenza più elevate (27 GHz), dedicate prevalentemente all’IoT (Internet delle cose), nella regione Piemonte non c’è ancora un effettivo sviluppo di rete.

La banda a 700 MHz, disponibile a partire dal 2022, verrà dedicata a servizi 5G che dovranno garantire la copertura anche delle aree in cosiddetto digital divide, cioé in quei comuni italiani più svantaggiati per la ricezione dei segnali e, conseguentemente, per la fruizione dei servizi associati alle telecomunicazioni.

 

Differenze tra l’esposizione a segnali 5G e quella dovuta ad altre tecnologie (2G, 3G, 4G)

Per quanto riguarda le modalità di interazione dei segnali 5G con il corpo umano, si possono considerare due differenze significative rispetto agli altri segnali a radiofrequenza utilizzati nel campo delle telecomunicazioni:

1) la maggiore frequenza dei segnali (riguardante solo i segnali nella banda 27 GHz);

2) la rapida variazione dei fasci che causa esposizioni a picchi di breve durata.

La maggiore frequenza del segnale è associata ad un assorbimento di energia nel corpo umano più superficiale rispetto a quello tipico delle frequenze più basse. Se a 900 MHz la profondità di penetrazione della radiazione è di circa 10 cm, a 10 GHz sarà di circa 5 mm. Questo significa che i tessuti esposti saranno solo quelli superficiali (la pelle e gli occhi). A queste frequenze non sono pertanto interessati dall’esposizione organi interni quali il cervello e il nervo acustico, già individuati in alcuni studi come organi bersaglio per l’esposizione ai campi elettromagnetici generati dai telefoni cellulari.

La maggiore frequenza è associata anche ad una maggiore perdita di propagazione e, quindi, a parità di potenza irradiata dalla singola antenna, vi sarà una minore area di copertura del segnale. La copertura del territorio con segnali a frequenze più elevate (27 GHz) richiederà quindi un maggior numero di antenne.

A causa dei fasci rapidamente variabili, l’esposizione media a segnali 5G è molto più bassa rispetto a quella che si avrebbe per analoghi segnali di tipo 4G, ma si possono verificare valori di picco più elevati in brevi periodi temporali (inferiori a 6 minuti). Questo aspetto è stato preso in considerazione dalle recenti linee guida dell'International Commission on Non Ionizing Radiation Protection che hanno individuato limiti specifici per esposizioni di breve durata. Questo approccio dovrebbe essere fatto proprio anche dalla normativa nazionale.

 

La normativa italiana in confronto a quelle di altri stati

In relazione all’esposizione della popolazione a sorgenti fisse radiotelevisive e per le telecomunicazioni sono stati fissati in Italia dei valori limite con il DPCM 8/7/2003. Questi limiti sono molto più restrittivi di quelli stabiliti in altre nazioni e basati sulle linee guida ICNIRP (International Commission on Non Ionizing Radiation Protection). Infatti, in Italia in tutte le abitazioni e, più in generale, nei luoghi dove è possibile una permanenza per più di quattro ore, non deve essere superato il valore di campo elettrico di 6 V/m (valore di attenzione), inteso come media nelle 24 ore, a qualsiasi frequenza nell’intervallo 100 kHz – 300 GHz.

In particolare, a frequenze di circa 3.7 GHz, tipiche del 5G, in altri paesi europei sono fissati valori limite circa 10 volte più elevati, come evidenziato nel grafico sotto riportato. La normativa nazionale risulta più cautelativa rispetto a quella di altri paesi europei anche se consideriamo che il valore di 6 V/m va valutato come media sulle 24 ore e non come media su 6 minuti (tempo su cui viene mediato il valore limite in altre normative con cui si è effettuato il confronto). Infatti, il valore di esposizione mediato su 6 minuti deve comunque essere inferiore ai limiti fissati dalla normativa nazionale (20 V/m o 40 V/m in base alla frequenza), e inoltre sulla base delle numerose campagne di monitoraggio è stato possibile verificare che i valori mediati su 6 minuti non hanno mai superato livelli dell’ordine della metà dei limiti.

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Confronto tra valori di riferimento per l’esposizione della popolazione adottati in Italia e nelle normative di altri paesi europei (fonte Politecnico di Milano 1863)

 

Cosa fa Arpa Piemonte sugli impianti 5G

Arpa Piemonte, così come tutte le agenzie del Sistema Nazionale di Protezione dell’Ambiente (SNPA), tiene sotto controllo la situazione dell’esposizione della popolazione ai nuovi sistemi, sia effettuando le valutazioni preventive all’installazione dei nuovi impianti 5G (per il rilascio dei pareri nell’ambito dei procedimenti autorizzativi), sia eseguendo misure sugli impianti già attivati. 

Le valutazioni preventive vengono effettuate considerando i peggiori scenari possibili sull’attivazione dei fasci e la distribuzione degli utenti e, quindi, forniscono i livelli di esposizione massimi possibili per queste tipologie di impianti. Secondo questo approccio cautelativo, per le antenne 5G viene considerato un diagramma che rappresenta in ogni direzione di irraggiamento la massima emissione possibile del campo elettromagnetico dall’antenna.

Sulla base delle valutazioni teoriche dei livelli di emissione elettromagnetica, effettuate con modelli di calcolo che stimano in modo cautelativo le emissioni, viene verificato che i nuovi impianti rispettino i limiti fissati dal DPCM 08/07/2003 preventivamente alla loro istallazione.

Per quanto riguarda le misure in campo, ad oggi quello che emerge è che i livelli effettivamente rilevati sono molto più bassi di quelli massimi calcolati in fase preventiva. Questo è dovuto ad una serie di fattori:

  • i pochi utenti ad oggi presenti attivano pochissimi fasci, e in assenza di terminali il campo elettromagnetico irradiato è prossimo a zero;
  • se il terminale che aggancia il fascio si trova a pochi metri da una persona, questa riceve una radiazione trascurabile (perché il fascio è estremamente direttivo);
  • il sistema di gestione del segnale è così efficiente che, anche se in una certa area sono presenti più smartphone e tutti quanti scaricano un video ad alta definizione (quindi con un trasferimento dati consistente), la potenza irradiata verso quei terminali è solo una piccola percentuale della potenza massima.

 

Alcune considerazioni sugli effetti e sugli studi NTP e Istituto Ramazzini

Uno degli aspetti più discussi dell’immissione della tecnologia 5G è legato agli effetti sulla salute derivanti dall’installazione delle nuove antenne. Per quanto riguarda questi aspetti si rimanda a quanto affermato dagli enti e organizzazioni competenti sugli effetti e la tutela della salute umana quali l’Organizzazione Mondiale delle Sanità (OMS) e l’Istituto Superiore di Sanità (ISS).

L’OMS tramite la sua agenzia per la ricerca sul cancro, IARC (International Agency for Research on Cancer), ha classificato l’esposizione a campi elettromagnetici a radiofrequenze come “possibilmente cancerogena” (classe 2B). Tale classificazione esprime la presenza di limitate evidenze emerse in alcuni studi epidemiologici ma l’assenza di prove scientifiche sufficienti a stabilire una rapporto di causa effetto tra l’esposizione e il cancro. La classificazione IARC individua anche gli agenti sicuramente cancerogeni (classe 1) e quelli probabilmente cancerogeni (classe 2A). In particolare, l’inserimento nella classe 2B dei campi elettromagnetici a radiofrequenza è stato determinato da studi epidemiologici che hanno individuato la possibile correlazione tra l’esposizione a telefoni cellulari a patologie cerebrali, quali gliomi e neurinomi acustici.

Ulteriori elementi di valutazione sul tema degli effetti dovuti all’esposizione a campi elettromagnetici a radiofrequenze possono essere trovati nel recente rapporto pubblicato dall’ISS “Radiazioni a radiofrequenze e tumori” (Rapporto Istisan 19/11), alla cui stesura Arpa Piemonte ha collaborato per la redazione dei capitoli introduttivi sulle informazioni di base e le caratteristiche dell’esposizione.

 

In relazione ad alcuni elementi del dibattito sulle novità introdotte dalla tecnologia 5G si possono fare le seguenti considerazioni:

  • gli impianti alle frequenze di 3.7 GHz, che vengono prevalentemente installati in questa prima fase di implementazione della tecnologia 5G, e gli impianti a frequenze di circa 700 MHz che verranno installati a partire dal 2022, emettono segnali che presentano frequenze analoghe a quelle già utilizzate da diversi anni nel settore delle telecomunicazioni. Tali impianti non rappresentano, quindi, una novità dal punto di vista della tipologia di segnale a cui siamo esposti. Diverso è il discorso degli impianti nella banda 27 GHz che sono frequenze a cui la popolazione non è stata esposta storicamente, in quanto gli impieghi nelle comunicazioni satellitari non causano esposizione ambientale;

  • a sostegno dell’ipotesi di nocività delle esposizioni a segnali 5G vengono spesso citati due recenti studi, pubblicati nel 2018 dall’US National Toxicology Programme (NTP) e dall’Istituto Ramazzini di Bologna, riguardanti alcune evidenze di carcinogenesi in ratti da laboratorio esposti a radiofrequenze. Questi studi, in realtà, non sono stati condotti con segnali 5G ma con segnali a radiofrequenze tipici della tecnologia GSM (2G). L’intensità dei segnali utilizzati, inoltre, è di gran lunga superiore ai limiti previsti in Italia e, quindi, a quella che si può riscontrare in comuni condizioni ambientali. L’indagine dell’Istituto Ramazzini, che tra i due studi è quello che considera i livelli più bassi di esposizione, evidenzia la presenza di effetti a segnali di intensità pari a 50 V/m (con una esposizione continua per tutta la durata della gestazione e della vita dei roditori), mentre non vengono rilevati effetti a segnali di intensità più bassa. Si rileva che il valore di 50 V/m è molto più elevato di quello che è ammesso dalla normativa italiana (6 V/m in aree residenziali) e ancora maggiore di quello che si può comunemente riscontrare in un ambiente urbano densamente popolato (variabile tra 0.2 V/m e 2-3 V/m).

In definitiva, si può dire che al momento non ci sono indicazioni su una maggiore nocività delle emissioni da impianti 5G rispetto a quelle provenienti da impianti per telecomunicazione già da tempo installati sul territorio.

 

Come variano i livelli di esposizione con l’implementazione del 5G

Per quanto riguarda l’uso del 5G per i terminali mobili (collegamento per lo scambio di dati), che è ad oggi il servizio che si sta maggiormente sviluppando, la variazione dei livelli di esposizione dei singoli utenti dipenderà sostanzialmente dal loro utilizzo di tale servizio. Infatti, date le caratteristiche delle antenne delle stazioni radiobase, che producono fasci di radiazione puntati in modo tale da garantire il servizio all’utente nel momento in cui ne fa richiesta, la popolazione sarà esposta a campi elettromagnetici solo nei brevi intervalli di tempo in cui si trova nella direzione di uno di questi fasci, e sta avvenendo uno scarico dati. I livelli di esposizione ad oggi misurati, anche forzando la massima irradiazione verso un certo punto tramite uno scarico dati massivo in un solo fascio, sono risultati comunque inferiori ai limiti, valori di attenzione e obiettivi di qualità fissati dalla norma italiana. Se nello stesso fascio puntato in una certa direzione non si scaricano dati, l’esposizione associata scende a meno di 1/10 di quella massima. Se poi ci si trova a qualche metro dal terminale in fase di scarico dati, l’esposizione diminuisce considerevolmente.

Sintetizzando, si può dire che, per quanto riguarda l’utilizzo con terminali mobili, l’esposizione della popolazione nel suo complesso presumibilmente non aumenterà in modo significativo rispetto a quella dovuta ai precedenti sistemi.

Per quanto riguarda invece i sistemi di connessione tra oggetti (IoT), essi sono ad oggi in una fase molto iniziale di sviluppo, e pertanto non sono ancora disponibili dati di progettazione delle reti su cui fare valutazioni di esposizione. Tali valutazioni verranno certamente effettuate preventivamente all’installazione di queste reti, verificando anche per esse il rispetto di tutti i limiti di legge.

 

L’avvento del 5G richiede un adeguamento normativo?

Tra le problematiche poste dall’avvento della tecnologia 5G vi è anche quella dell’adeguamento normativo. Come si è già avuto modo di discutere, la normativa nazionale è più cautelativa di altre nel tutelare l’esposizione della popolazione. Questa normativa fissa però dei limiti solo per valori medi di esposizione su periodi di 6 minuti o di 24 ore e non prende in considerazione i valori di picco possibili nel caso di esposizioni per brevi periodi (inferiori a 6 minuti) a segnali a radiofrequenza.

La limitazione di picchi di esposizione che si possono verificare in brevi periodi temporali, presa in considerazione nell’ultima revisione delle linee guida ICNIRP (pubblicate nel marzo di quest’anno), risulta particolarmente importante per i segnali 5G che sono rapidamente variabili e, pur in presenza di livelli medi molto bassi, potrebbero dare luogo ad esposizioni di picco significative.

 

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