關(guān)于GSM與CDMA手機(jī)輻射問(wèn)題

眾所周知，由于CDMA (IS-95) 系統(tǒng)中采用快速的反向功率控制、軟切換、語(yǔ)音激活等技術(shù)，以及IS-95 規(guī)范對(duì)手機(jī)最大發(fā)射功率的限制，使CDMA 手機(jī)在通信過(guò)程中輻射功率很小而享有"綠色手機(jī)"的美譽(yù)。但最近有一些報(bào)導(dǎo)對(duì)"綠色手機(jī)"提出了質(zhì)疑，認(rèn)為GSM 手機(jī)與CDMA 手機(jī)輻射相當(dāng)，其基本觀點(diǎn)是GSM 手機(jī)只有八分之一的時(shí)間產(chǎn)生輻射，因此GSM 手機(jī)與CDMA 手機(jī)的SAR 值 (人體單位質(zhì)量吸收的射頻功率) 大體相當(dāng)。

究竟GSM 手機(jī)和CDMA 手機(jī)輻射功率誰(shuí)大誰(shuí)小或相差多少，為得出實(shí)際的客觀的比較結(jié)果，由一家國(guó)際著名的CDMA 技術(shù)權(quán)威公司和國(guó)內(nèi)某知名的GSM 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化公司工程技術(shù)人員于2001 年12 月上旬沿北京市二環(huán)路全線進(jìn)行了CDMA 和GSM現(xiàn)網(wǎng)中手機(jī)發(fā)射功率的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在二環(huán)路上CDMA 手機(jī)平均發(fā)射功率為2.4 dBm(1.72mW), GSM 手機(jī)平均發(fā)射功率為28.9dBm(773 mW)，考慮到GSM手機(jī)只在八分之一時(shí)間內(nèi)發(fā)射，GSM 手機(jī)在時(shí)間上的等效平均發(fā)射功率可減少到19.85dBm(96.63mW)。由此而見(jiàn)，CDMA 手機(jī)的平均發(fā)射功率相當(dāng)于GSM 手機(jī)在時(shí)間上的等效平均發(fā)射功率的1.78%。

一、CDMA 和GSM 系統(tǒng)對(duì)手機(jī)發(fā)射功率要求比較

我們先來(lái)了解一下CDMA 和GSM 相關(guān)技術(shù)規(guī)范對(duì)手機(jī)發(fā)射功率的要求。目前普遍使用的GSM 手機(jī)900MHz 頻段最大發(fā)射功率為2W (33dBm)，1800MHz 頻段最大發(fā)射功率為1W(30dBm)，同時(shí)規(guī)范要求，對(duì)于GSM900 和1800 頻段，通信過(guò)程中眾所周知，于CDMA (IS-95) 系統(tǒng)中采用快速的反向功率控制、軟切換、語(yǔ)音激活等技術(shù)，以及IS-95 規(guī)范對(duì)手機(jī)最大發(fā)射功率的限制，使CDMA 手機(jī)在通信過(guò)程中輻射功率很小而享有"綠色手機(jī)"的美譽(yù)。但最近有一些報(bào)導(dǎo)對(duì)"綠色手機(jī)"提出了質(zhì)疑，認(rèn)為GSM 手機(jī)與CDMA 手機(jī)輻射相當(dāng)，其基本觀點(diǎn)是GSM 手機(jī)只有八分之一的時(shí)間產(chǎn)生輻射，因此GSM 手機(jī)與CDMA 手機(jī)的SAR 值 (人體單位質(zhì)量吸收的射頻功率) 大體相當(dāng)。

一、CDMA 和GSM 系統(tǒng)對(duì)手機(jī)發(fā)射功率要求比較
我們先來(lái)了解一下CDMA 和GSM 相關(guān)技術(shù)規(guī)范對(duì)手機(jī)發(fā)射功率的要求。目前普遍使用的GSM 手機(jī)900MHz 頻段最大發(fā)射功率為2W (33dBm)，1800MHz 頻段最大發(fā)射功率為1W(30dBm)，同時(shí)規(guī)范要求，對(duì)于GSM900 和1800 頻段，通信過(guò)程中手機(jī)最小發(fā)功率分別不能低于5dBm 和0dBm。CDMA IS-95A 規(guī)范對(duì)手機(jī)最大發(fā)射功率要求為0.2W～1W(23dBm～30dBm)，目前網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上允許手機(jī)的最大發(fā)射功率為23dBm (0.2W)，規(guī)范對(duì)CDMA 手機(jī)最小發(fā)射功率沒(méi)有要求。
在實(shí)際通信過(guò)程中，在某個(gè)時(shí)刻某個(gè)地點(diǎn)，手機(jī)的實(shí)際發(fā)射功率取決于環(huán)境，系統(tǒng)對(duì)通信質(zhì)量的要求,語(yǔ)音激活等諸多因素, 實(shí)際上就是取決于系統(tǒng)的鏈路預(yù)算。在通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中, 對(duì)于基本相同的誤幀率要求, GSM系統(tǒng)要求到達(dá)基站的手機(jī)信號(hào)的載干比通常為9dB 左右，由于CDMA 系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù), 擴(kuò)頻增益對(duì)全速率編碼的增益為21dB, (對(duì)其他低速率編碼的增益更大), 所以對(duì)解擴(kuò)前信號(hào)的等效載干比的要求小于 -14dB! (CDMA 系統(tǒng)通常要解擴(kuò)后信號(hào)的值為7dB 左右)。我們?cè)賮?lái)比較一下GSM和CDMA 手機(jī)發(fā)射功率的初始值的取定及功率控制機(jī)制。手機(jī)與系統(tǒng)的通信可分為兩個(gè)階段，一是接入階段，二是話務(wù)通信階段。對(duì)于GSM系統(tǒng)，手機(jī)在隨機(jī)接入階段沒(méi)有進(jìn)入專用模式以前，是沒(méi)有功率控制的，為保證接入成功，手機(jī)以系統(tǒng)允許的最大功率發(fā)射 (通常是手機(jī)的最大發(fā)射功率)。在分配專用信道(SDCCH 或TCH)后，手機(jī)會(huì)根據(jù)基站的指令調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，調(diào)整的步長(zhǎng)通常為2dB。調(diào)整的頻率為60ms 一次。

對(duì)于CDMA 系統(tǒng)，在隨機(jī)接入狀態(tài)下，手機(jī)會(huì)根據(jù)接收到的基站信號(hào)電平估計(jì)一個(gè)較小的值作為手機(jī)的初始發(fā)射功率, 發(fā)送第一個(gè)Access Probe，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會(huì)加大發(fā)射功率，發(fā)送第二個(gè)Access Probe，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)還沒(méi)有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會(huì)再加大發(fā)射功率。這個(gè)過(guò)程重復(fù)下去，直到收到基站的應(yīng)答或者到達(dá)設(shè)定的最多嘗試次數(shù)為止。在通話狀態(tài)下，每1.25ms 基站會(huì)向手機(jī)發(fā)送一個(gè)功率控制命令信息，命令手機(jī)增大或減少發(fā)射功率,步長(zhǎng)為1dB。

由上面的比較可以看出，考慮到CDMA 系統(tǒng)其他獨(dú)有的技術(shù), 如軟切換、RAKE接收機(jī)對(duì)多徑的分集作用、強(qiáng)有力的前向糾錯(cuò)算法對(duì)上行鏈路預(yù)算的改善等, CDMA系統(tǒng)對(duì)手機(jī)的發(fā)射功率的要求比GSM 系統(tǒng)對(duì)手機(jī)發(fā)射功的要求要小得多。而GSM手機(jī)在接入過(guò)程中以最大的功率發(fā)射，在通話過(guò)程中功率控制速度較慢，所以手機(jī)以大功率發(fā)射的機(jī)率較大。而CDMA 手機(jī)獨(dú)特的隨機(jī)接入機(jī)制和快速的反向功率控制，可以使手機(jī)平均發(fā)射功率維持在一個(gè)較低的水平。上述的定性分析結(jié)論在后面的實(shí)際測(cè)量中得到了驗(yàn)證。

二、路測(cè)試驗(yàn)描述和結(jié)果分析

路測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了CDMA 和GSM 手機(jī)在實(shí)際通信過(guò)程中發(fā)射功率的測(cè)試。CDMA測(cè)試手機(jī)和GSM 測(cè)試手機(jī)同時(shí)拔打1861, 汽車內(nèi)收音機(jī)調(diào)整到適當(dāng)音量，模擬雙向通話。車速40km 左右。GSM 手機(jī)每480ms 抽樣一次，CDMA 手機(jī)每20ms 抽樣一次。試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果是： CDMA 手機(jī)的線性平均發(fā)射功率為2.4dBm (1.72 mW),以最大功率(23dBm, 0.2 瓦) 發(fā)射的概率為0.2%；GSM 手機(jī)的線性平均發(fā)射功率為28.9dBm (773 mW)，以最大功率(2 瓦W)發(fā)射的概率為21.8%。值得注意的是目前北京市區(qū)的北京移動(dòng)GSM 網(wǎng)絡(luò)已相當(dāng)成熟，基站間距較小，GSM 手機(jī)可以較小功率發(fā)射，而CDMA 網(wǎng)絡(luò)處于發(fā)展階段, 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后, 對(duì)CDMA 手機(jī)發(fā)射功率的要求會(huì)更小。

三、手機(jī)安全輻射標(biāo)準(zhǔn)與手機(jī)發(fā)射功率

手機(jī)輻射對(duì)人體的影響尚在不斷的觀察與研究之中, 國(guó)外有大量相互矛盾的研究報(bào)告, 目前尚未有全面的科學(xué)的結(jié)論。目前國(guó)際上(包括美國(guó)FCC， NCRP，歐洲的CENEIEC)普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)是SAR 值(SPECIFIC ABSORPTION RATE)，它指的是人體單位質(zhì)量吸收的射頻功率。 (公式略)

由于手機(jī)在通話時(shí)靠近人的腦部(不帶耳機(jī))，手機(jī)輻射天線與人腦的距離通常小于15cm。人腦處于天線輻射的近場(chǎng)，由于人體組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，理論上計(jì)算天線輻射功率與人體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)分布的關(guān)系非常困難。但根據(jù)電磁場(chǎng)理論，有一點(diǎn)是可以肯定的，在天線結(jié)構(gòu)以及手機(jī)和人體相對(duì)位置一定的情況下，天線輸出功率越大，在人體內(nèi)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度越高，人體吸收的射頻輻射功率越大。目前測(cè)量SAR 值一個(gè)重要方法是使用人體組織等效模型，利用探頭來(lái)測(cè)量受射頻輻射的人體內(nèi)的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)值。對(duì)SAR 要求較嚴(yán)的是FCC 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)30MHz-15GHz 頻段推薦了兩類輻射標(biāo)準(zhǔn)：

1. 受控制的輻射極限：
0.4mw/g(人體平均值)，峰值8mw/g(對(duì)任何1 克人體組織平均)，平均時(shí)間6 分鐘；

2. 非控制的輻射極限
0.08mw/g(人體平均值), 峰值1.6mw/g(對(duì)任何1 克人體組織平均)，平均時(shí)間30分鐘。

手機(jī)輻射屬于人不能控制射頻源的非控制輻射。
需要特別指出的是，目前進(jìn)行的手機(jī)SAR 測(cè)試得到的結(jié)果，均是在手機(jī)以最大發(fā)射功率和全速率移動(dòng)的情況下得到的。CDMA 手機(jī)最大發(fā)射功率為0.2W, GSM 手機(jī)最大發(fā)射功率為2W，但GSM 手機(jī)只在1/8 的時(shí)間發(fā)射，而SAR 值的測(cè)定是一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的平均，因此，GSM 手機(jī)和CDMA 手機(jī)在這種情況下的SAR 值相近是不足為奇的。我們不能因?yàn)樵谶@種極限情況下CDMA 手機(jī)和GSM 手機(jī)SAR 值相當(dāng)而武斷地認(rèn)為在實(shí)際的通信過(guò)程中CDMA 手機(jī)和GSM 手機(jī)輻射也相近。因?yàn)樵趯?shí)際通信過(guò)程中，GSM 手機(jī)和CDMA 手機(jī)都不會(huì)總是以最大功率發(fā)射，特別是CDMA 手機(jī)以全速率，最大功率發(fā)射的概率極小。從前面路測(cè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，GSM 手機(jī)以大功率發(fā)射的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CDMA 手機(jī)大功率發(fā)射的概率，CDMA 手機(jī)的平均發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CDMA 手機(jī)的最大發(fā)射功率，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GSM 手機(jī)的平均發(fā)射功率，因此，在實(shí)際通信過(guò)程中的CDMA 手機(jī)對(duì)人體輻射的實(shí)際SAR 值將大大低于CDMA手機(jī)標(biāo)稱的SAR 值，也遠(yuǎn)低于GSM 手機(jī)實(shí)際的SAR 值。

另一方面, 客觀地說(shuō), 目前廣泛采用的SAR 標(biāo)準(zhǔn)可能不能夠全面反應(yīng)手機(jī)輻射對(duì)人體的影響。因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電磁輻射對(duì)人體的熱效應(yīng)制定的。事實(shí)上, 電磁波,特別是低頻脈沖電磁波對(duì)人體輻射的非熱效應(yīng)也日益引起人們的關(guān)注, GSM 手機(jī)發(fā)射產(chǎn)生的低頻脈沖電磁波已經(jīng)影響到精密醫(yī)療設(shè)備, 助聽(tīng)設(shè)備的正常使用, 是否對(duì)人手機(jī)最小發(fā)射功率分別不能低于5dBm 和0dBm。CDMA IS-95A 規(guī)范對(duì)手機(jī)最大發(fā)射功率要求為0.2W～1W(23dBm～30dBm)，目前網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上允許手機(jī)的最大發(fā)射功率為23dBm (0.2W)，規(guī)范對(duì)CDMA 手機(jī)最小發(fā)射功率沒(méi)有要求。在實(shí)際通信過(guò)程中，在某個(gè)時(shí)刻某個(gè)地點(diǎn)，手機(jī)的實(shí)際發(fā)射功率取決于環(huán)境，系統(tǒng)對(duì)通信質(zhì)量的要求,語(yǔ)音激活等諸多因素, 實(shí)際上就是取決于系統(tǒng)的鏈路預(yù)算。在通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中, 對(duì)于基本相同的誤幀率要求, GSM系統(tǒng)要求到達(dá)基站的手機(jī)信號(hào)的載干比通常為9dB 左右，由于CDMA 系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù), 擴(kuò)頻增益對(duì)全速率編碼的增益為21dB, (對(duì)其他低速率編碼的增益更大), 所以對(duì)解擴(kuò)前信號(hào)的等效載干比的要求小于 -14dB! (CDMA 系統(tǒng)通常要解擴(kuò)后信號(hào)的值為7dB 左右)。我們?cè)賮?lái)比較一下GSM和CDMA 手機(jī)發(fā)射功率的初始值的取定及功率控制機(jī)制。手機(jī)與系統(tǒng)的通信可分為兩個(gè)階段，一是接入階段，二是話務(wù)通信階段。對(duì)于GSM系統(tǒng)，手機(jī)在隨機(jī)接入階段沒(méi)有進(jìn)入專用模式以前，是沒(méi)有功率控制的，為保證接入成功，手機(jī)以系統(tǒng)允許的最大功率發(fā)射 (通常是手機(jī)的最大發(fā)射功率)。在分配專用信道(SDCCH 或TCH)后，手機(jī)會(huì)根據(jù)基站的指令調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，調(diào)整的步長(zhǎng)通常為2dB。調(diào)整的頻率為60ms 一次。

對(duì)于CDMA 系統(tǒng)，在隨機(jī)接入狀態(tài)下，手機(jī)會(huì)根據(jù)接收到的基站信號(hào)電平估計(jì)一個(gè)較小的值作為手機(jī)的初始發(fā)射功率, 發(fā)送第一個(gè)Access Probe，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會(huì)加大發(fā)射功率，發(fā)送第二個(gè)Access Probe，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)還沒(méi)有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會(huì)再加大發(fā)射功率。這個(gè)過(guò)程重復(fù)下去，直到收到基站的應(yīng)答或者到達(dá)設(shè)定的最多嘗試次數(shù)為止。在通話狀態(tài)下，每1.25ms 基站會(huì)向手機(jī)發(fā)送一個(gè)功率控制命令信息，命令手機(jī)增大或減少發(fā)射功率,步長(zhǎng)為1dB。

由上面的比較可以看出，考慮到CDMA 系統(tǒng)其他獨(dú)有的技術(shù), 如軟切換、RAKE接收機(jī)對(duì)多徑的分集作用、強(qiáng)有力的前向糾錯(cuò)算法對(duì)上行鏈路預(yù)算的改善等, CDMA系統(tǒng)對(duì)手機(jī)的發(fā)射功率的要求比GSM 系統(tǒng)對(duì)手機(jī)發(fā)射功的要求要小得多。而GSM手機(jī)在接入過(guò)程中以最大的功率發(fā)射，在通話過(guò)程中功率控制速度較慢，所以手機(jī)以大功率發(fā)射的機(jī)率較大。而CDMA 手機(jī)獨(dú)特的隨機(jī)接入機(jī)制和快速的反向功率控制，可以使手機(jī)平均發(fā)射功率維持在一個(gè)較低的水平。上述的定性分析結(jié)論在后面的實(shí)際測(cè)量中得到了驗(yàn)證。

手機(jī)輻射屬于人不能控制射頻源的非控制輻射。
需要特別指出的是，目前進(jìn)行的手機(jī)SAR 測(cè)試得到的結(jié)果，均是在手機(jī)以最大發(fā)射功率和全速率移動(dòng)的情況下得到的。CDMA 手機(jī)最大發(fā)射功率為0.2W, GSM 手機(jī)最大發(fā)射功率為2W，但GSM 手機(jī)只在1/8 的時(shí)間發(fā)射，而SAR 值的測(cè)定是一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的平均，因此，GSM 手機(jī)和CDMA 手機(jī)在這種情況下的SAR 值相近是不足為奇的。我們不能因?yàn)樵谶@種極限情況下CDMA 手機(jī)和GSM 手機(jī)SAR 值相當(dāng)而武斷地認(rèn)為在實(shí)際的通信過(guò)程中CDMA 手機(jī)和GSM 手機(jī)輻射也相近。因?yàn)樵趯?shí)際通信過(guò)程中，GSM 手機(jī)和CDMA 手機(jī)都不會(huì)總是以最大功率發(fā)射，特別是CDMA 手機(jī)以全速率，最大功率發(fā)射的概率極小。從前面路測(cè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，GSM 手機(jī)以大功率發(fā)射的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CDMA 手機(jī)大功率發(fā)射的概率，CDMA 手機(jī)的平均發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CDMA 手機(jī)的最大發(fā)射功率，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GSM 手機(jī)的平均發(fā)射功率，因此，在實(shí)際通信過(guò)程中的CDMA 手機(jī)對(duì)人體輻射的實(shí)際SAR 值將大大低于CDMA手機(jī)標(biāo)稱的SAR 值，也遠(yuǎn)低于GSM 手機(jī)實(shí)際的SAR 值。另一方面, 客觀地說(shuō), 目前廣泛采用的SAR 標(biāo)準(zhǔn)可能不能夠全面反應(yīng)手機(jī)輻射對(duì)人體的影響。因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電磁輻射對(duì)人體的熱效應(yīng)制定的。事實(shí)上, 電磁波,特別是低頻脈沖電磁波對(duì)人體輻射的非熱效應(yīng)也日益引起人們的關(guān)注, GSM 手機(jī)發(fā)射產(chǎn)生的低頻脈沖電磁波已經(jīng)影響到精密醫(yī)療設(shè)備, 助聽(tīng)設(shè)備的正常使用, 是否對(duì)人體也有害, 目前無(wú)定論。為避免GSM 手機(jī)的上述缺陷, 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備發(fā)射的將都是象CDMA 手機(jī)一樣連續(xù)的無(wú)線電波而非脈沖電波。

由于CDMA 和GSM 的技術(shù)體制對(duì)CDMA 和GSM 手機(jī)的發(fā)射功率的要求以及初始發(fā)射功率值的取定以及功率控制機(jī)制不同，在實(shí)際通信過(guò)程中， CDMA 手機(jī)的平均發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GSM 手機(jī)的平均發(fā)射功率。現(xiàn)網(wǎng)實(shí)測(cè)證實(shí)，CDMA 手機(jī)的平均發(fā)射功率比GSM 手機(jī)的發(fā)射功率小500 多倍，考慮到GSM 手機(jī)只在八分之一時(shí)間內(nèi)發(fā)射，在同等時(shí)間內(nèi)，CDMA 輻射的能量比GSM 手機(jī)輻射的能量小60 倍以上。手機(jī)輻射的安全標(biāo)準(zhǔn)SAR 值是在手機(jī)以最大功率發(fā)射的情況下得出的，在這種情況下GSM 手機(jī)和CDMA 手機(jī)的SAR 值相當(dāng)是完全正常的。由于CDMA 手機(jī)在實(shí)際通信過(guò)程中的平均發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CDMA 手機(jī)的最大發(fā)射功率，也遠(yuǎn)小于GSM 手機(jī)的平均發(fā)射功率，因此CDMA 手機(jī)對(duì)人體的實(shí)際輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于手機(jī)最大發(fā)射功率下的SAR 值，而且在使用過(guò)程中不輻射低頻無(wú)線電波, CDMA 手機(jī)是名副其實(shí)的"綠色手機(jī)"!