GSM與CDMA手機(jī)輻射的比較

1、GSM與CDMA手機(jī)輻射的比較【摘要】 本文分為四部分，第一部分從CDMA和GSM的技術(shù)體制上對CDMA和GSM手機(jī)的發(fā)射功率的要求作了比較；第二部分詳細(xì)介紹了路測實驗的過程和結(jié)果；第三部分討論了目前國際上普遍采用的手機(jī)輻射標(biāo)準(zhǔn)（SAR值）與手機(jī)發(fā)射功率的關(guān)系；第四部分是全文的結(jié)論?！娟P(guān)鍵字】 無線通信 CDMA 輻射 GSM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、語音激活等技術(shù)，以及IS-95規(guī)范對手機(jī)最大發(fā)射功率的限制，使CDMA手機(jī)在通信過程中輻射功率很小而享有“綠色手機(jī)”的美譽(yù)。但最近有一些報導(dǎo)對“綠色手機(jī)”提出了質(zhì)疑，認(rèn)為GSM手機(jī)與CDMA手機(jī)幅

2、射相當(dāng)，其基本觀點是GSM手機(jī)只有八分之一的時間產(chǎn)生幅射，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)。到底GSM手機(jī)和CDMA手機(jī)輻射功率誰大誰小或相差多少，為得出實際的客觀的比較結(jié)果， 由一家國際著名的CDMA技術(shù)權(quán)威公司和國內(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)射功率的測試。測試結(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（1.72毫瓦），GSM手機(jī)平均發(fā)射功率為28.9 dBm（773毫瓦），考慮到GSM手機(jī)只在八分之一時間內(nèi)發(fā)射，GSM 手機(jī)在時間上的等效平均發(fā)

3、射功率可減少到96.63mW（19.85dBm）。由此而見，CDMA手機(jī)的平均發(fā)射功率相當(dāng)于GSM手機(jī)在時間上的等效平均發(fā)射功率的1.78%。本文分為四部分，第一部分從CDMA和GSM的技術(shù)體制上對CDMA和GSM手機(jī)的發(fā)射功率的要求作了比較；第二部分詳細(xì)介紹了路測實驗的過程和結(jié)果；第三部分討論了目前國際上普遍采用的手機(jī)輻射標(biāo)準(zhǔn)（SAR值）與手機(jī)發(fā)射功率的關(guān)系；第四部分是全文的結(jié)論。一CDMA和GSM系統(tǒng)對手機(jī)發(fā)射功率要求比較我們先來了解一下CDMA和GSM相關(guān)技術(shù)規(guī)范對手機(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

4、為1W（30dBm），同時規(guī)范要求，對于GSM900和1800頻段，通信過程中手機(jī)最小發(fā)射功率分別不能低于5dBm和0dBm。CDMA IS-95A規(guī)范對手機(jī)最大發(fā)射功率要求為0.2W-1W（23dBm-30dBm），實際上目前網(wǎng)絡(luò)上允許手機(jī)的最大發(fā)射功率為23dBm（0.2W），規(guī)范對CDMA手機(jī)最小發(fā)射功率沒有要求。在實際通信過程中，在某個時刻某個地點，手機(jī)的實際發(fā)射功率取決于環(huán)境、系統(tǒng)對通信質(zhì)量的要求、語音激活等諸多因素，實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)計和規(guī)劃中，對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)信號的載干比通常為9dB左右，由于CDMA系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技

5、術(shù)，擴(kuò)頻增益對全速率編碼的增益為21dB（對其他低速率編碼的增益更大），所以對解擴(kuò)前信號的等效載干比的要求小于 -14dB!（CDMA系統(tǒng)通常要解擴(kuò)后信號的值為7dB左右）。我們再來比較一下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)的通信可分為兩個階段，一是接入階段，二是話務(wù)通信階段。對于GSM系統(tǒng)，手機(jī)在隨機(jī)接入階段沒有進(jìn)入專用模式以前，是沒有功率控制的，為保證接入成功，手機(jī)以系統(tǒng)能允許的最大功率發(fā)射（通常是手機(jī)的最大發(fā)射功率）4。在分配專用信道（SDCCH或TCH）后，手機(jī)會根據(jù)基站的指令調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，調(diào)整的步長通常為2dB。調(diào)整的頻率為60ms一次。對于C

6、DMA系統(tǒng)，在隨機(jī)接入狀態(tài)下，手機(jī)會根據(jù)接收到的基站信號電平估計一個較小的值作為手機(jī)的初始發(fā)射功率，發(fā)送第一個Access Probe，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會加大發(fā)射功率，發(fā)送第二個Access Probe，如果在規(guī)定時間內(nèi)還沒有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會再加大發(fā)射功率。這個過程重復(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基站會向手機(jī)發(fā)送一個功率控制命令信息，命令手機(jī)增大或減少發(fā)射功率，步長為1dB。由上面的比較可以看出，總體而言，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)對多徑的分集作用，強(qiáng)有力的前向糾錯算

7、法對對上行鏈路預(yù)算的改善，CDMA系統(tǒng)對手機(jī)的發(fā)射功率的要求比GSM系統(tǒng)對手機(jī)發(fā)射功的要求要小得多。而且GSM手機(jī)在接入過程中以最大的功率發(fā)射，在通話過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)射功率維持在一個較低的水平。上述的定性分析結(jié)論在后面的實際測量中得到了驗證。二路測試驗描述和結(jié)果分析路測實驗進(jìn)行了CDMA和GSM手機(jī)在實際通信過程中發(fā)射功率的測試。CDMA測試手機(jī)和GSM測試手機(jī)同時拔打1861，汽車內(nèi)收音機(jī)調(diào)整到適當(dāng)音量，摸擬雙向通話。車速40km左右。GSM手機(jī)每480ms抽樣一次，CDMA手機(jī)每2

8、0ms抽樣一次。試驗測得的GSM手機(jī)和CDMA手機(jī)的發(fā)射功率的統(tǒng)計分布如圖所示。GSM 手機(jī)在二環(huán)路上的發(fā)射功率分布圖CDMA 手機(jī)在二環(huán)路上的發(fā)射功率分布圖CDMA手機(jī)的線性平均發(fā)射功率為2.4dBm（1.72毫瓦），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毫瓦），以最大功率（2瓦）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CDMA手機(jī)發(fā)功率的要求會更小。三手機(jī)安全輻射標(biāo)準(zhǔn)與手機(jī)發(fā)射功率手機(jī)輻射對人體的

9、影響尚在不斷的觀察與研究之中，國外有大量相互矛盾的研究報告，目前尚未有全面的科學(xué)的結(jié)論。目前國際上（包括美國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，可表示為：其中是人體組織的電導(dǎo)率， 為人體組織的密度，E為人體組織內(nèi)因受電磁輻射產(chǎn)生的場強(qiáng)。這三個參數(shù)都是人體位置的函數(shù)。如果要求某一器官吸收的射頻功率，則可由積分關(guān)系得出M是器官的質(zhì)量，該器官也可指整個人體。由于手機(jī)在通話時靠近人的腦部（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，由于人體組織結(jié)構(gòu)的

10、復(fù)雜性，理論上計算天線輻射功率與人體內(nèi)場強(qiáng)分布的關(guān)系非常困難。但根據(jù)電磁場理論，有一點是可以肯定的，在天線結(jié)構(gòu)以及手機(jī)和人體相對位置一定的情況下，天線輸入功率越大，在人體內(nèi)形成的電場強(qiáng)度越高，人體吸收的射頻輻射功率越大。目前測量SAR值一個重要方法是使用人體組織等效模型，利用探頭來測量受射頻輻射的人體內(nèi)的實際場強(qiáng)值。對SAR要求較嚴(yán)的是FCC標(biāo)準(zhǔn)，對30MHZ15GHZ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（對任何1克人體組織平均），平均時間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（對任何1克人體組

11、織平均），平均時間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的時間發(fā)射，而SAR值的測定是一個較長時間的平均，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。我們不能因為在這種極限情況下CDMA手機(jī)和GSM手機(jī)SAR值相當(dāng)而武斷地認(rèn)為在實際的通信過程中CDMA手機(jī)和GSM手機(jī)輻射也相近。因為在實際通信過程中，GSM手機(jī)和CDMA手機(jī)都不會總是以最大功率發(fā)射，特別是CDMA手機(jī)

12、以全速率，最大功率發(fā)射的概率極小。從前面路測的統(tǒng)計結(jié)果來看，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，在實際通信過程中的CDMA手機(jī)對人體輻射的實際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)實際的SAR值。另一方面，客觀地說，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)輻射對人體的影響。因為該標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電磁輻射對人體的熱效應(yīng)制定的。事實上，電磁波，特別是低頻脈沖電磁波對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，助聽設(shè)備的正常使用，是否對人體也有害，目前尚無定論。為避免GSM手機(jī)的上述缺陷，第三代移動通信系統(tǒng)的終端設(shè)備發(fā)射的將都是像CDMA手機(jī)一樣連續(xù)的無線電波而非脈沖電波。四結(jié)論由于CDMA和GSM的技術(shù)體制對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，在通信過程中，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?，F(xiàn)網(wǎng)實測證實，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)只在八分之一時間內(nèi)發(fā)射，在同等時間內(nèi)，CDMA輻射的能量比GSM手機(jī)輻射的