移動通信系統(tǒng)電磁輻射對人體影響的分析

1、移動通信系統(tǒng)電磁輻射對人體影響的分析李魯湘 中國普天信息產業(yè)股份公司1901年12月12日正午時分，英國的古列爾莫馬可尼和他的朋友約翰安 布羅斯佛萊明一起完成了歷史上第一次跨越大西洋的無線電波發(fā)射，無線電通 信時代開始了，這時人類真正開始認識和自覺地應用電磁波。而到上世紀20年 代隨著現代通信時代的到來，無線電新技術的不斷出現，大大促進了各類無線電 發(fā)射設備的增加，其中數字蜂窩移動通信系統(tǒng)以其頻譜利用率高和系統(tǒng)容量大而 得到廣泛應用。為了能更好地服務并滿足日益增加的移動手機用戶數量需求，目 前各中國各大通信運營商建設了 GSM蜂窩網基站超過50萬個、CDMA的蜂窩 網基站超過5萬個。隨著3G時

2、代的到來，由于3G系統(tǒng)的覆蓋半徑小于2G系 統(tǒng)，其基站數量還會大量增加。從城市的高樓建筑屋頂到居民小區(qū)，從農村的高 山到丘陵，蜂窩基站的建設數量及其覆蓋的密度均在不斷增加，人們也逐步開始 關注電磁污染的話題?；谌梭w安全考慮，世界衛(wèi)生組織（WHO）、國際非電離輻射防護委員會 （ICNIRP）、美國國家標準機構（ANSI/IEEE）等組織提出了電磁輻射對人體影 響的安全標準。我國也頒布了相應的標準，對電磁輻射程度制定了嚴格的法規(guī)， 本文根據將對移動通信系統(tǒng)的電磁場輻射對人體組織的影響和安全問題進行分 析。一、無線電電磁波輻射1、電磁波輻射電磁波輻射是指能量以電磁波的形式由輻射源發(fā)射到空間的現象，

3、簡稱電磁 輻射。當電磁輻射穿過人體時，其能量會被人體吸收，如果這種能量過大，將會 對人體健康構成危害，人體暴露在這樣的電磁輻射環(huán)境中，會產生一定的影響。目前，電磁輻射源的來源通常有以下幾種：雷達系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)、 射頻感應及介質加熱設備、射頻及微波醫(yī)療設備、各種電加工設備、通信發(fā)射臺 站、衛(wèi)星地球通信站、大型電力發(fā)電站、輸變電設備、高壓及超高壓輸電線、地鐵列車及電氣火車以及大多數家用電器等。目前人們尤為關注的就是離我們生活 最近，最直觀看的到的移動蜂窩網基站，TD-SCDMA商用試驗網一期工程大城 市基站選址困難的重要因素之一就是人們不愿意在自己生活區(qū)附近建設基站系 統(tǒng)。2、人體組織暴

4、露量指標（1）比吸收率（SAR）該位置的比吸收率SAR比吸收率（SAR： Specific Absorption Rate）作為人體組織對熱量吸收的度量 單位，反映了電磁輻射對人體的影響程度。SAR定義為生物體每單位質量所吸 收的電磁輻射功率，也即吸收計量率，單位為W/kg該位置的比吸收率SARSAR主要用來評估人體組織某部位處的比吸收率，與電場強度E的關系可用式（1）表示：P （J E1SAR 二一二（1）P P（1）其中：P為吸收功率密度，單位為W/m2；p為組織密度，單位為kg/m3；單位為V/m。單位為V/m。E為測量組織中總的均方根RMS電場強度，（2）功率密度（P）功率密度指在空間

5、某點上電磁波的量值，用單位面積上的功率表示，單位用 W/m2表示。3、電磁輻射污染有以下幾個特點（1）是由于相應設備的使用而產生的，只要這種產生電磁輻射設備在使用， 電磁輻射污染就存在，從這種意義講，設備與污染同步，伴隨終身；（2）我們在使用電磁輻射能傳輸有用信號的同時，電磁輻射污染與之共存， 電磁輻射污染的強度和范圍是可預見的；（3）電磁輻射污染是物理因素，是個能量流，在傳播過程中衰減，是局部 的、小范圍的；（4）電磁輻射是公眾敏感的，看不見、摸不著，必須用相關儀器測量才能 感知。二、電磁輻射相關標準在進行問題研究分析中的主要依據與評價標準如下：1、主要依據有：（1）中華人民共和國環(huán)境保護法

6、（1989）（2）中華人民共和國環(huán)境污染防治法（1996）（3）電磁輻射環(huán)境保護管理辦法（1997）（4）輻射環(huán)境保護管理導則一電磁輻射環(huán)境影響評估方法與標準（HJ/T10.3-1996）（5）電磁輻射防護規(guī)定（1988）（6）環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準（1988）2、評價標準有我國現行的電磁輻射執(zhí)行標準，主要沿用的是電磁輻射防護規(guī)定 （GB8702-88）、環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準（GB9175-88）及電磁輻射暴露限值和測 量方法等，由于所針對的測量要求不同，在實踐中選擇的標準也不盡相同。根 據實踐測量的需要，部分內容如表1和表2所示。表1人體組織比吸收率（SAR）限值組織標準暴落特 性頓率范圍全身照射

7、SAR0g局部暴露 SM（頭和軀 干）（w/E）局SAR四胰】CB8702-88霸IQOKIIx-SODGIIk0. L露LQOKFlE-WGIkGBXXXX-KX職業(yè)糜露IGOKHz-lOGHz0. 1510公眾蛤lOOKNz-lOGHz0. 0232ICNIRP職業(yè)鼻 露IDOKHz-IOGHs0.1ID20舞lOOKHz-lOGNz21從表1中可以看出，我國所制訂SAR值遠遠低于NIRP（國際非電離輻射防護委員會）所提出的標準。通過收集了其他國際相關組織對于公眾暴露在100KHz 10GHz的范圍內全身照射SAR要求除TTC/MPT （日本電信技術委員會）提出 0.04W/Kg外，其他均

8、為0.08W/Kg，遠遠高于我國的標準要求，表明我國十分重 視電磁輻射對人體健康的影響。我國對于局部暴露（頭部和軀干）SAR標準過去沒有定義，目前的歐洲標 準為2W/Kg，美國的標準為1.6W/Kg，我國初步考慮的標準為1W/Kg。但是， 因此標準過于嚴格（如此標準出臺，在我國銷售的很多手機都不滿足此標準的要 求。因此，也有報道稱我國可能出臺的手機輻射標準可能為2W/Kg的歐洲標準）， 現在還遲遲未通過。表2 射頻微波輻射暴露限值組織標準舞露特 性堀率苑圍電場強度E（V/m）磁場強度功率密度p W）（；I3S7O2-S8職業(yè)暴0. 0752公眾暴WWk-KHa120.0320. 1GEXXXX

9、-XX職業(yè)暴ITU時2 5GHz21.20. 062I. 523KHM 5aiz140. 9360. 3職業(yè)握 渥400MKz-2GHz0. oos C1f/40公眾暴400MHZ-2G&I. 375 f譏ao御 f1*f/203、國際相關標準要求（1）比吸收率目前通用的標準有兩個，一個是歐洲標準2W/kg，一個是美國標準1.6W/kg。 根據國際電信聯(lián)盟和國際衛(wèi)生組織推薦的衡量手機輻射的技術標準SAR值的要 求，GSM和窄帶CDMA手機的電磁輻射必須在國際權威衛(wèi)生組織認證的許可范 圍以內。我國實施的電磁輻射與防護（GB8702-88）標準中，公眾照射標準為：在 1天24小時內，任意連續(xù)6分鐘

10、按全身平均的比吸收率應小于0.02W/kg；職業(yè) 照射標準為：在1天24小時內，任意連續(xù)6分鐘按全身平均的比吸收率（SAR） 應小于0.1W/kg。（2）功率密度對移動通訊的輻射強度標準，在國際上最權威的是ICNIRP （國際非電離輻 射防護委員會），其它有IEEE （電子電氣工程師協(xié)會）、，ANSI （美國國家標準 研究所）、NCRP （美國輻射保護委員會）等機構制定的標準和有關技術導則。 ICNIRP在1998年公布的導則中，對900MHz移動通訊系統(tǒng)的功率密度規(guī)定為 0.45mW/cm2，其它機構（包括美國聯(lián)邦通信委員會FCC）的標準基本上較一致， 為0.57mW/cm2，英國的也為0.

11、57mW/cm2；澳大利亞過去的規(guī)定較低，為 0.2mW/cm2但在新的修訂版中，將改為0.45 mW/cm2。從上面的分析來看，折算 后的結果，我國提出射頻輻射強度標準遠遠低于國際標準。但是，同許多國家相比，雖然中國對電磁輻射規(guī)定的環(huán)保標準并不寬松，可 是在中國，由于人口稠密，房屋狹窄，家家都有電子和電器設備，人們所受的電 磁輻射一般要比歐美多。目前，手機逐漸成為現代生活的必需品，而關于公眾移動電話基站和手機電 磁輻射問題的報道也逐漸增多，越來越多的人開始關注電磁輻射對健康的影響。 一般人們會認為公眾移動電話基站的電磁輻射較大，擔心其會影響身體健康，而 對于體積小、功率小且沒有明顯天線的手機

12、，則會認為其比基站的電磁輻射強度 要小。手機與公眾移動電話蜂窩基站的電磁輻射強度哪個危害較大在本文中我們 將回答這個問題。三、移動基站電磁輻射對環(huán)境的影響1、移動基站的物理構成移動基站的運行實現了通信終端（手機等）與通信網之間的連接，起到了二 者之間的橋梁與紐帶的作用。通常移動基站由室內和室外兩大部分組成。室內部 分有基站控制器、信號接收發(fā)射機、功率放大器、合路器、藕合器、雙工器及部 分饋線等設備。室外部分有饋線和天線，基站運行時，通過天線發(fā)射和接收電磁 波，從而使周圍環(huán)境的電磁輻射場強增加。移動電話發(fā)射的高頻電信號在空間傳 播時，被基站接收天線接收，通過交換設備后傳輸到公話網，完成一次電話通

13、信。移動基站電磁輻射主要來自三個方面：一是發(fā)射機的電磁泄漏，二是發(fā)射天 線的信號發(fā)射，三是高頻電纜及其接頭處。一般情況下，上述所說的一和三類的 電磁泄漏輻射，屬于設備本身和工程方面的問題，可以通過技術和工程的手段加 以解決。而第二類情況，則是人們必須面對的問題，這也是人們最關心的問題。在3G網絡的情況下，大量采用分布式基站系統(tǒng)，射頻部分離天線很近（甚 至融為一體），基站機房與天線的距離可以很遠并且主要處理基帶部分的信號。因此，基站的電磁輻射將會很小，今后的電磁輻射主要來源于天線。2、基站輻射電磁波的屬性要弄清基站輻射對環(huán)境的影響，首先必須了解基站電磁輻射的基本屬性。一 般人或許很快會聯(lián)想到核輻

14、射。所謂電磁輻射，僅是指電磁波發(fā)生源向周圍空間 發(fā)射電磁波的一種形式，它與核輻射無任何關系。基站輻射的電磁波，一般頻率 為90OMHz和1800MHz，在3G條件下可以達到2100HMz。通常將廣播電臺天 線、電視臺發(fā)射天線、以及無線通訊系統(tǒng)天線所發(fā)出的電磁輻射稱為射頻輻射。電磁輻射可分為兩類即電離輻射和非電離輻射。電離輻射是指輻射電磁波的 能量足以破壞分子的化學結構，形成帶電粒子，如：X射線和Y射線，就屬于電 離輻射。電離輻射能影響人體健康，這己經是眾所周知的事實。而非電離輻射， 是指輻射電磁波的能量較低，不足以破壞被照射物的分子結構，輻射的能量通常 以熱能的形式被吸收?；据椛涞碾姶挪?，就

15、屬于非電離輻射。從電磁波頻譜表 上看，在可見光以下的區(qū)域，基本上都屬于非電離輻射的范疇。有一點必須提及的是，人類自在地球上誕生以來，就一直處于各種形式的電 磁輻射之中，例如太陽光，來自宇宙空間的各種電波、地磁場、雷暴形成的電磁 場等。如果不計現代社會中各種電磁發(fā)生源形成的電磁波，天然環(huán)境下地表面的 電場場強在120V/m150V/m，在靠近雷暴區(qū)域，可高達20KV/m。靜態(tài)地磁場的 磁通密度為0.03mT0.07mT（毫特斯拉）。人類就是在這樣的電磁環(huán)境下生存和 發(fā)展的。3、移動基站的電磁輻射的強度基站的通訊信號通過基站天線向外輻射。一個典型的GSM為例，移動基站 由三組天線組成，每一組有三根

16、，一根用于發(fā)射電磁信號，另兩根用于接收信號。 GSM基站天線的發(fā)射功率一般為20W，用美國國家環(huán)境健康和安全研究所 （NEHS）答公眾提問的話來說，這樣的功率就相當于一個家用照明燈的功率。手機通訊系統(tǒng)主要，是以增加基站的方式來擴容，而不是用增大功率的方法。由 于基站的發(fā)射功率小，因此輻射強度也很小，在電磁輻射研究中屬低強度輻射類。 根據國外一些機構和電磁學專家的大量測量，在基站天線輻射近區(qū)內，無任何障 礙物的情況下，其功率密度值（mW/cm2）如表3所示。表3理想情況下距天線距離與功率密度的關系距犬線距離（m）功率密度（mW/cm2）20.640.380.12120.06300.01上述值是以

17、天線為中心，在水平方向距離測得的值。如以天線為中心，在垂 直方向測量時，在距天線10m，功率密度為0.001mW/cm2。而一般基站天線的高 度多在20m-60m的范圍。以上測定值,是在天線四周無任何障礙物的理想情況下測得的。如有障礙物 遮擋，強度將迅速衰減。例如：在一般情況下，建筑物內的強度僅為大街上的 5%-40%。最常出現的問題是，在頂樓生活或工作的人，是否會受樓頂天線輻射 的影響。從國外測量結果看，在最壞情況下，即樓頂天線以最大功率輻射，而屋 頂頂層的衰減系數極小時，在頂層樓內的功率密度低于0.lmW/cm2。在一般正常 情況下，頂層樓內的功率密度低于0.005mW/cm2。對比以上的

18、測定值和前面提到的標準限值，可以看出，基站天線的電磁輻射 強度是在安全范圍內的，對居住或工作在天線下頂層樓內的人，對天線周圍樓內 的人，這種低強度的輻射也是比較安全的。4、安全防護距離的分析基站發(fā)射天線高度和發(fā)射功率是影響電磁波輻射的重要因素，其中天線高度 用于服務區(qū)覆蓋范圍。在室內還應考慮建筑物的穿透損耗，現假設天線處于發(fā)射 最大功率狀態(tài)，同時為我們正對天線、無阻擋，根據有關資料給出的在不同情況 下的室內、室外符合HJ/T10.3-1996標準的最小距離（即安全防護距離）見表4 表6 表4 GSM基站電磁輻射安全防護距離的理論值（米）室外載波數GSM-900MHzGSM-1800MHz符合一

19、級標準符合二級標準符合一級標準符合二級標準113.56.713.36.7219.09.518.89.4323.311.723.111.5427.013.526.613.3530.215.129.814.9633.016.532.616.3735.717.835.217.6838.219.137.718.9940.520.239.920.01042.621.342.121.01144.722.444.222.01246.723.446.123.1表5 GSM基站電磁輻射安全防護距離的理論值（米）一 般 住 宅 室 內載波數GSM-900MHzGSM-1800MHz符合一級標準符合二級標準符合一級

20、標準符合二級標準16.83.44.22.129.54.86.03.0311.75.97.33.6413.56.68.44.2515.17.69.44.7616.68.310.35.2717.98.911.15.6819.19.611.96.0920.310.112.66.31021.310.713.36.71122.411.214.07.01223.411.714.67.3表6 GSM基站電磁輻射安全防護距離的理論值（米）大 型 建 筑 室 內載波數GSM-900MHzGSM-1800MHz符合一級標準符合二級標準符合一級標準符合二級標準11.30.70.70.421.91.01.10.532

21、.31.21.30.642.71.31.50.753.01.51.70.863.31.71.80.973.61.82.01.083.81.92.11.194.02.02.21.1104.32.12.41.2114.52.22.51.2124.72.32.61.3從計算結果可以看出，GSM基站電磁輻射的安全防護距離與頻率、載波數 和有無障礙物有很大關系。在其它條件相同的條件下，載波數越多，相應地符合 一級和二級標準要求的最小防護距離越大。而在載波數和其它條件都相同的條件 下，GSM-900MHz比GSM-1800MHz要求的最小防護距離要大。由于現在的 GSM-900MHz基站的載波數大多在8-

22、12個之間，GSM-1800MHz基站的載波數 大多在5-12個之間，因此假設各基站的載波數都取最大數12,則它要求的符合 一級標準安全防護距離不會超過47米，因此在城市中距離GSM基站47米是很 安全的。上述計算的安全距離是在理想狀態(tài)下得到的。實際的情況是，居民或居民及 其樓房一般都不會正對天線，更不會近距離接近天線，路經損耗還應考慮水平和 垂直偏離天線發(fā)射主瓣的損耗，偏離越明顯，損耗越大，同時也存在樹葉等植被 的損耗，地面、地物對電磁波的反射、繞射和折射，特別是大氣層中的水氣凝結 物和懸浮物對電磁波的吸收和散射，也會引起傳播損耗。另外，天線的發(fā)射功率 與話務量有關，一般情況下，天線處于最大

23、發(fā)射功率狀態(tài)的情況極少見，即使出 現了，維持時間也不會很長。因此，實際的安全距離應比上述理論推算的小，所 以在居民、辦公樓上及附近加裝基站天線對人體的影響是很小的。應該看到，目前使用的CDMA系統(tǒng)和今后大力發(fā)展的3G系統(tǒng)基本采用 CDMA編碼模式，其移動基站發(fā)射功率遠遠小于GSM系統(tǒng)，其基站系統(tǒng)對人們 身體的影響會更小。四、手機與移動基站的輻射分析1、手機電磁輻射測試結果依照電磁輻射防護規(guī)定(GB8702-88)等國家標準要求的實測方法，有關 部門采用EMR-300輻射測量儀、在相對屏蔽的屏蔽室（絕對屏蔽室內，移動電 話沒有下行信號）等條件下盡可能地讓移動電話工作在最大輸出功率狀態(tài)，使用 模擬

24、對比法與仿真法對不同廠家生產的、不同類型的多款GSM、CDMA、PHS 移動電話機，分別在距手機5cm8cm、12cm14cm、20cm處進行了多次測試。 其中1214厘米和20厘米處的測量數值都比較小，滿足有關限值要求。而我們 更關心的是符合人們使用手機習慣的58厘米距離的情況，在上述實驗條件下， 距離手機天線5厘米處的輻射強度幾乎在50mW/cm2以上。而在距離移動電話 基站天線10米之外，輻射強度是比較小的，均在10pW/cm2以下。這說明手機 的近距離通話對人們的輻射危害是遠遠大于基站所產生的輻射。應該看到，目前有些手機廠家為了減少手機輻射對人體的傷害，在手機結構 設計中采用下置天線的

25、模式，使得手機天線能有效的遠離人的頭部。2、手機與基站的電磁輻射分析當人們使用手機時，手機會向發(fā)射基站傳送無線電波，基站也會向手機發(fā) 射無線電波。手機天線與受話器等緊貼著耳朵，天線距離頭部只有25cm，頭 部處于手機的近場輻射區(qū)，其受到的電磁輻射是比較大的；而一般公眾移動電話 基站距離市民活動區(qū)域大概有15米到50米，就處于其輻射場中的人而言，屬于 遠場輻射范圍，并且電磁輻射對人體作用是整體或全方位分散的。離天線越遠，電磁輻射強度越小，在理想的情況下，某一點的電磁輻射強度 （用功率密度表示）與該點到天線的距離的平方成反比，即：在距離天線1厘米 處的電磁輻射強度要比在10厘米處的強度大100倍。

26、假設普通手機的功率為1 瓦，距離頭部10厘米進行通話，在理論上來說，這時所接受的電磁輻射強度等 同于在功率高達10，000瓦基站的10米之外的電磁輻射強度。事實上，公眾移 動電話基站的輻射功率多數都在20瓦以下。這種情況下，公眾移動電話基站的 電磁輻射強度不及手機的五百分之一，即可以忽略不計了。移動電話機和公眾移動電話基站的電磁輻射強度實測的結果也與以上的理 論分析較為吻合。在距離移動電話基站天線10米之外，輻射強度是比較小的， 均在10pW/cm2以下，而在距離手機天線5厘米處的輻射強度幾乎在50mW/cm2 以上。實際上，基站的發(fā)射功率取決于手機與基站的通信距離以及用戶數量，現有 的GSM

27、、CDMA系統(tǒng)都采用微蜂窩覆蓋，設置了成千上萬的小功率基站，基站 的發(fā)射功率減小使電磁輻射強度也相應減弱。目前公眾移動通信網是非常成熟 的，有些小區(qū)基站的覆蓋半徑只有幾十米；同時，這種微蜂窩基站覆蓋系統(tǒng)減少 了手機的電磁輻射強度，因為如今的GSM、CDMA、PHS等手機，都有功率調 節(jié)功能，手機搜索到的信號越好、距離基站越近，其發(fā)射功率就越小。本文所做 的測試是在手機最大輸出功率條件下進行的，所以，在實際使用手機的過程中， 其輻射強度遠比測量值要小。3、電磁輻射對人體傷害與其工作狀況的關系目前，我國銷售的移動電話雖品牌繁多，但基本上都是GSM和CDMA兩 大類型，今后會陸續(xù)發(fā)展3G手機。GSM

28、移動電話還有單頻（900MHz）和雙頻 （900/1800MHz）之分。以單頻GSM為例，其工作頻率范圍是890-915MHz及 935-960MHz，其工作頻率是在特高頻段，發(fā)射的電磁波屬微波，因此所產生的 電磁輻射對人體的傷害往往會造成器質性的損壞。眾所周知，移動電話是通過向 空間發(fā)射電波進行通訊聯(lián)系的。一旦接通，移動電話就將與蜂窩基站之間處于雙 向“通話”的狀態(tài)。當持機者發(fā)話時，其高頻信號經過移動電話轉換為高頻的電 信號，并通過無線電以電磁波的形式發(fā)射出去。此時在移動電話的發(fā)射天線附近 就會產生較強烈的微波輻射。本來移動電話的工作功率僅幾瓦（3.2mW-2W）， 輻射強度在一定范圍內也比較小，例如距發(fā)射天線半米之外，輻射強度均在 50mW/cm2之內。但實際上通話時，持機者的頭部必須靠近天線和受話器，使頭 部處于輻射的近區(qū)場范圍，因而容易受到超量的電磁