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　　GSM與CDMA手機輻射的比較
　　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)范對手機最大發(fā)射功率的限制，使CDMA手機在通信過程中輻射功率很小而享有"綠色手機"的美譽。但最近有一些報導(dǎo)[1]對"綠色手機"提出了質(zhì)疑，認(rèn)為GSM手機與CDMA手機輻射相當(dāng)，其基本觀點是GSM手機只有八分之一的時間產(chǎn)生幅射，因此GSM手機與CDMA手機的SAR值（人體單位質(zhì)量吸收的射頻功率）大體相當(dāng)。

　　到底GSM手機和CDMA手機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)路全線進行了CDMA和GSM現(xiàn)網(wǎng)中手機發(fā)射功率的測試。測試結(jié)果表明，在二環(huán)路上CDMA手機平均發(fā)射功率為2.4dBm（1.72毫瓦），GSM手機平均發(fā)射功率為28.9dBm（773毫瓦），考慮GSM手機只在八分之一時間內(nèi)發(fā)射，GSM手機在時間上的等效平均發(fā)射功率可減少到96.63mW（19.85dBm）。由此可見，CDMA手機的平均發(fā)射功率相當(dāng)于GSM手機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輻射標(biāo)準(zhǔn)（SAR值）與手機發(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)范對手機發(fā)射功率的要求[2，3]。目前普遍使用的GSM手機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），同時規(guī)范要求，對于GSM900和1800頻段，通信過程中手機最小發(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)上允許手機的最大發(fā)射功率為23dBm（0.2W），規(guī)范對CDMA手機最小發(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)要求到達基站的手機信號的載干比通常為9dB左右，由于CDMA系統(tǒng)采用擴頻技術(shù)，擴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），所以對解擴前信號的等效載干比的要求小于-14dB?。–DMA系統(tǒng)通常要解擴后信號的~E/N值為7dB左右，）。

　　我們再來比較一下GSM和CDMA手機發(fā)射功率的初始值的取定及功率控制機制。手機與系統(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)，手機在隨機接入階段沒有進入專用模式以前，是沒有功率控制的，為保證接入成功，手機以系統(tǒng)能允許的最大功率發(fā)射（通常是手機的最大發(fā)射功率）[4]。在分配專用信道（SDCCH或TCH）后，手機會根據(jù)基站的指令調(diào)整手機的發(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CDMA系統(tǒng)，在隨機接入狀態(tài)下，手機會根據(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)還沒有得到基站的應(yīng)答信息，手機會再加大發(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基站會向手機發(fā)送一個功率控制命令信息，命令手機增大或減少發(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)其他獨有的技術(shù)，如軟切換，RAKE接收機對多徑的分集作用，強有力的前向糾錯算法對對上行鏈路預(yù)算的改善，CDMA系統(tǒng)對手機的發(fā)射功率的要求比GSM系統(tǒng)對手機發(fā)射功的要求要小得多，而且GSM手機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，所以手機以大功率發(fā)射的機率較大；而CDMA手機獨特的隨機接入機制和快速的反向控制，可以使手機平均發(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
　　路測實驗進行了CDMA和GSM手機在實際通信過程中發(fā)射功率的測試。CDMA測試手機和GSM測試手機同時撥打1861，汽車內(nèi)收音機調(diào)整到適當(dāng)音量，模擬雙向通話。車速40km左右。GSM手機每480ms抽樣一次，CDMA手機每20ms抽樣一次。試驗測得的GSM手機和CDMA手機的發(fā)射功率的統(tǒng)計分布如圖所示。

　　GSM手機在二環(huán)路上的發(fā)射功率分布圖

　　CDMA手機在二環(huán)路上的發(fā)射功率分布圖


　　CDMA手機的線性平均發(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手機發(fā)功率的要求會更小。

　　三、手機安全輻射標(biāo)準(zhǔn)與手機發(fā)射功率
　　手機輻射對人體的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 ABSORPTIOM RATE）[5]，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，.珽為人體組織內(nèi)因受電磁輻射產(chǎn)生的場強。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)系戶 ~ 得出，M 是器官的質(zhì)量，該器官也可指整個人體。
　　由于手機在通話時靠近人的的腦部（不帶耳機），手機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)的復(fù)雜性，理論上計算天線輻射功率與人體內(nèi)場強分布的關(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)的實際場強值。

　　對SAR要求較嚴(yán)的是FCC標(biāo)準(zhǔn)，對30MHZ-15GHZ頻段推薦了兩類輻射標(biāo)準(zhǔn)[5]：
　　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;
　　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克人體組織平均),平均時間30分鐘.
　　手機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，目前進行的手機SAR測試得到的結(jié)果，均是在手機以最大發(fā)射功率和全速率的情況下得到的。CDMA手機最大發(fā)射功率為0.2W,GSM手機最大發(fā)射功率為2W，但GSM手機只在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手機和CDMA手機在這種情況下的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手機和GSM手機SAR值相當(dāng)而武斷地認(rèn)為在實際的通信過程中CDMA手機和GSM手機輻射也相近。因為在實際通信過程中，GSM手機和CDMA手機都不會總是以最大功率發(fā)射，特別是CDMA手機以全速率，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手機以大功率發(fā)射的概率遠遠大于CDMA手機大功率發(fā)射的概率，CDMA手機的平均發(fā)射功率遠遠小于CDMA手機的最大發(fā)射功率，也遠遠小于GSM手機的平均發(fā)射功率，因此，在實際通信過程中的CDMA手機對人體輻射的實際SAR值將大大低于CDMA手機標(biāo)稱的SAR值，也遠低于GSM手機實際的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)射的將都是象CDMA手機一樣連續(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制不同，在通信過程中，CDMA手機的平均發(fā)射功率遠遠低于GSM手機的平均發(fā)射功率?，F(xiàn)網(wǎng)實測證實，CDMA手機的平均發(fā)射功率比GSM手機的發(fā)射功率小500多倍，考慮到GSM手機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手機輻射的能量小60倍以上。

　　手機輻射的安全標(biāo)準(zhǔn)SAR值是在手機以最大功率發(fā)射的情況下得出的，在這種情況下GSM手機和CDMA手機的SAR值相當(dāng)是完全正常的。由于CDMA手機在實際通信過程中的平均發(fā)射功率遠遠小于CDMA手機的最大發(fā)射功率，也遠小于GSM手機的平均發(fā)射功率，因此CDMA手機對人體的實際輻射遠遠低于手機最大發(fā)射功率下的SAR值，而且在使用過程中不輻射低頻無線電波，CDMA手機是名副其實的"綠色手機"。