Как работи GSM мрежата?

Как работи GSM мрежата?

2012-12-29 16:17:31

Поради важността на този материал го препечатвам тук. Извод- почти не можем без GSM, но да го държим по-надалеч от нас.

Оригинал - http://www.nobel06.hit.bg/interr/gsm3.pdf или ТУК.

Как работи GSM мрежата?

Пламен Данков
 
(продължение)
 
5. Вреден ли е GSM? (или как да се пазим от мобилните телефони и базовите станции)
 
Когато пишех първите две части на статията "Как работи GSM мрежата?", поне 5-6 човека ми се обадиха и ме питаха за вредата от "джиесемите" и особено за вредата от базовите станции. Преди 3 седмици дойде един човек на средна възраст и ми каза, че на 25 метра от къщата му, върху покрива на съседен блок, има антени на GSM базови станции на два оператора накуп. Буквално сподели: "От година и половина, откакто монтираха антените, няма живот - не мога да спя, боли ме глава, вдигнах кръвното, постоянно съм нервен, не мога да се концентрирам. Същото е и при жена ми. Но повече ме е страх за детето". Дълго говорихме - цял час, макар да имах друга спешна работа. Остана доволен от разговора, но накрая ме попита, може ли да осъди мобилните оператори за антените, защото вредят на него и семейството му. Отговорих му - не се мъчи, вредата не може да се докаже, поне не сега, търси юридически аргументи - дали антените са поставени редовно, по правилата. Проверих лично на адреса, без той да знае: антените са монтирани безобразно близо до къщата му.
 
Защо ме търсят тези хора? Занимавам са с проблемите на биологичното влияние на микровълните поне от 1990 г., но между другото. Когато за първи път прочетох, осъзнах и споделих с други хора, че мобилните телефони могат да имат вредно влияние върху човека, всички ме гледаха като изкопаемо. Помня колко се опъвах да стана мобилен абонат. А за базовите станции много малко хора бяха чували, още по-малко ги бяха забелязвали и аз препоръчвах на студентите си, за развлечение, да ги откриват по покривите на сградите в София. Но постепенно нещата се промениха; хората започнаха да разбират. Няма да забравя един случай. Възрастен интелигентен човек дойде при мен, показа ми една стара Nokia и ми каза: "Ето този телефон уби сина ми. Тумор в мозъка, от страната, където държеше телефона си при разговор. Ползваше го е непрекъснато поне от 10 години, когато работеше в ЮАР". Друг случай. Един ден много близо до градинката, където всеки ден водех децата си да играят, монтираха антени за базови станции - много близо, на 30 метра от люлките, точно по посока на лъча. Аз знаех какво значи това, но майките се питаха тревожно. Тогава една майка им отговори: Това са антени за базови станции на GSM. Много са мощни, излъчват енергия и в Интернет пише, че са вредни. Аз не коментирах нищо, но спрях да водя децата си да играят там.
 
Днес мобилните телефони са адски много (всички говорят и то по много), а антените на базовите станции дори и бабите ги знаят. Постепенно се появиха и въпросите. Не зная защо ме търсят толкова често по тези теми и как точно ме намират (по телефона, e-mail-a, в кабинета, дори в къщи). Най-често съвсем непознати хора. Постепенно разбрах. Просто в България не се говори по тези проблеми (или поне недостатъчно малко). Мобилните оператори - никак, отговорни институции - срещу определени пари в брой, журналистите - каквото намерят в Интернет и в чуждата преса. Но от началото на 2009 година нещо се промени. Всички усетиха.
Тук ще се опитам да дам отговор на някои въпроси от популярна научна гледна точка. Без журналистически трикове, административно измъкване или Интернет внушения.
 
5.1 Биологично действие на микровълните върху човека
 
От енергетична гледна точка съществуват два типа електромагнитно лъчение: йонизиращо (с енергия на кванта hf> 10 eV и нейонизиращо (с енергия на кванта hf < 10 eV) (h - константа на Планк,/- честота), което е свързано със съответното основно биологично действие. Към първият тип принадлежат рентгеновите (Х-) лъчи, у-лъчите, твърдите ултравиолетови (UV) лъчи. При тях енергията на кванта на съответното лъчение се оказва по-висока от енергията на най-слабите молекулни връзки AEmim т. е. hf > AEmim и той може да разрушава директно биологични тъкани, като йонизира молекулите и атомите на клетките им (hf ~ 10 eV е минималната енергия на кванта, способна да предизвика ионизация). Обратно, по-нискоенергетичното лъчение като видимата светлина, инфрачервените лъчи (IR), микровълните (300 MHz - 300 GHz), радиочестотни (RF) сигнали (под 300 MHz) и накрая, постоянният (de) ток, при които hf < AEmim не се наблюдават директни йонизационни ефекти. С други думи, сигналите, използвани в съвременните комуникации, са нейонизиращо лъчение. Действието на сигналите с ниски честоти се свързва главно с възбуждане на слаби индуцирани токове в проводящи среди, включително в биологичните тъкани. При RF сигнали тези токове са слаби и извън клетките и предизвикват основно нетоплинни ефекти (електростимулация), а при микровълните - водят главно до загряване на тъканите (топлинен ефект). При инфрачервените лъчи и видимата светлина, освен нагряване, се наблюдава и възбуждане на електронните обвивки на атомите и молекулите, и следователно - фотохимични реакции. Йонизиращото лъчение води главно до прекъсване на междумолекулните връзки на веществото в тъканите. Това предизвиква разрушаване на ДНК-молекулите в клетките и промяна на генетичния материал.
Човекът живее в околна среда, в която има разнообразно електромагнитно лъчение. Част от него е постоянен фактор в тази среда и съставлява фоновото лъчение с естествен произход. Друга част е свързана с работната му среда, а трета част се явява рисков фактор - това е лъчение, по-силно от фоновото, но не е резултат от работната му среда, а от странични човешки дейности. Такъв е случаят на комуникационни сигнали
 
 
 
 
Фиг. 36. а) Линии на статично електрично и магнитно поле около и в тялото на човек; б) Микровълново изображение на тумор (HWC) на фона на мастна тъкан (LWC); е) Може ли GSM телефон да свари яйце?
излъчвани в областта на населени места. На хората е известен е радиоактивният фон - това е йонизиращо (а-, ß- и у-) лъчение с естествен произход (земен или космически). То е важен параметър на околната среда. По подобен начин може да се въведе и фон за нейонизиращо лъчение, но той е по-слабо популярен. Важна роля тук играе нивото на IR, видимото и особено UV лъчение при наличие на "озонова дупка" в атмосферата. Друг силен природен източник на de и нискочестотни ас сигнали са земното магнитно поле и електричното поле при гръмотевични бури. Ефектът на възбуждане на електростатично поле при силни гръмотевични бури е голям: от -200 V/m близо до земната повърхност и ~50 kV/m в епицентъра. Важно за човека е наличието на повсеместно магнитостатично поле (средно ~50 mG), предизвикано от магнитното поле на Земята. Много силен е фонът на промишлената честота 50 (или 60) Hz, който е свързан с човешката дейност. Най-слаб е фонът на микровълнови сигнали и затова съвременните комуникации се оказват силен "замърсител" по принцип.
 
Известен факт е, че електростатичното поле се екранира много добре от проводящи обекти и повърхности (дървета, сгради, човешка кожа и др.), докато при магнитостатичното поле това е много трудно. И двете статични полета, обаче, силно намаляват с отдалечаване от източника. На Фиг. 36 а са показани линиите на слаби възбудени ас токове в човешко тяло от нискочестотни електрически и магнитни полета Възбудените нискочестотни токове (напр. на 50-60 Hz) са извънредно слаби (~пА) в сравнение с естествените токове на електрическата активност на сърцето и мозъка на човек, и те не могат да проникнат през клетъчните мембрани. Затова част от учените считат, че влиянието им е пренебрежимо слабо. Обратно, други учени се базират на известния "ефект на коктейла" (напр. тренирано ухо може да отдели познати слаби сигнали на фона на силен шум) и считат, че клетките могат да реагират на слабите индуцирани токове като на нормален сигнал на фона на силен "шум" от естествени токове. Някои изследвания потвърждават наличието на подобни ефекти на електростимулация чрез слаби ас токове. Най-силно въздействие се забелязва върху хора близо до високо-волтови далекопроводи. Тук може да се наблюдават ефекти на забележима вибрация на косата и крайниците на 50/60 Hz ("изтръпване") или усещане за слаб токов удар като при допир с незаземена метална ограда. Има множество изследвания, които доказват наличие на повишен риск от ракови заболявания при деца, живеещи до далекопроводи. Величината OR (Odds Factor) или рисков фактор показва дали дадено въздействие може да се свърже с даден риск (напр, раково заболяване) или не (OR = 1 - няма риск; > 1 има повишен риск; < 1 има понижен риск). Определя се за дадена голяма група от хора, подложени на даден риск и за подобна на брой контролна група, която не е подлагана на този риск. Изследвания показват, че при деца до 12 г. живеещи до 40 m от високоволтов далекопровод има 2-4 пъти (!) повишен риск (OR) от заболяване от левкемия в сравнение с контролна група. За възрастни подобен ефект практически не е наблюдаван. Спрях се на този случай, макар че не е свързан с микровълните, понеже е един от първите безспорно доказани ефекти преди повече от 15 години, довели до обезлюдяване на повечето имоти в близост до далекопроводи в много страни, дори в България.
 
Връщам се на микровълните като нейонизиращо лъчение, каквито са и GSM сигналите. Дори за най-високочестотният микровълнов сигнал (f= 300 GHz) квантът енергия е едва hf~ 0.0125 eV, което е по-малко от енергията и на най-слабите междумолекулни връзки в живата тъкан (-0.06 eV) и дори от средната кинетична енергия на топлинното движение на молекулите при стайна температура -0.025 eV. Интерес за комуникациите представляват именно механизмите на въздействие на микровълните върху живите организми, включително върху човека. Под биологично въздействие са подразбира появата на биохимични ефекти, психологични и поведенчески реакции на организма, тъканите и клетките под действие на лъчението. Здравен риск от облъчване са тези биологични промени, които могат да бъдат вредни или пагубни за организма и/или за неговото потомство. Главен механизъм за биологично въздействие на микровълните е топлинният - нагряване на биологичните тъкани под действие на погълната електромагнитна мощност. Доста по-голям интерес сред хората, обаче, предизвиква наличието на други, нетоплинни механизми. Не може да се отдели рязка граница между тези механизми и по-специално на дозата на облъчване с нейонизиращо лъчение, което ги предизвиква. Топлинните ефекти възникват, когато in vivo в тъканите се поглъща достатъчно микровълнова енергия, предизвикваща измеримо нарастване на температурата на съответната тъкан (мярката е ДГ > 1°С). Микротоплинни (ендогенни) ефекти са тези, които възникват при облъчване на организма или части от него с достатъчно голяма RF енергия, която би могла да предизвика нарастване на температурата, но такова не се
 
Табл. 1. Плътност, диелектрична проницаемост и проводимост на човешки тъкани in vivo при 900 MHz
 
Табл. 2. Диелектрична проницаемост, проводимост и дълбочина на проникване на сигнали в човешки мускулни влакна in vivo
 
 
 
 
наблюдава поради ефективна ендогенна регулация в организма (напр. 0.1°С < АТ < 1°С). Нетоплинни (специфични) ефекти са тези, които възникват при облъчване на организма или части от него с RF енергия, която е недостатъчна да предизвика над обичайните температурни флуктоации (АТ < 0.1°С), но въпреки всичко се откриват забележими биологични ефекти.
 
Безспорният механизъм на биологично въздействие на микровълните е топлинният. При него температурата на биологичните тъкани се увеличава вследствие на преобразуването на микровълновата енергия в топлинна. При топлинния механизъм от най-съществено значение са диелектричните свойства на тъканите и по-специално, тяхната комплексна относителна диелектрична проницаемост
 
 
 
 
Фиг. 40. Хигиенно-защитни норми за плътността на потока на мощността S съгласно припоръките на ICNIRP впечатление, че някои от стойностите се различават 100 пъти - например, нормата за S в България и в държави от Европейския съюз. Това се дължи на различното значение, което се предава на нетоплинните механизми на въздействие в някои Източно-европейски държави и Русия, както и в някои други държави като Австралия, Нова Зеландия, Китай, Япония (а освен това и някои градове: Залцбург в Австрия; Нов Южен Уелс в Австралия и др.). В САЩ, Европейски съюз и повечето от останалите държави хигиенните норми са определени само на базата на топлинния механизъм. Най-важните организации, които определят пределно допустими норми, са: USA FCC (Federal Communication Commission) (www.fcc.gov). IEEE C95 (wwwjeee.org). Canada Safety Code 6 (www.hc-sc. ec.ca/rpb). ICNIRP Reference Levels 1998 (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) (www.icnirp.org) и др.
 
В много страни има честотно-зависими норми за S. На Фиг. 40 са дадени като пример нормите за S, препоръчани от ICNIRP. Хигиенно-защитните норми (за население) до 1 MHz са 2 mW/cm2, но падат до едва 0.2 mW/cm за 10 MHz и се задържат на това ниво до 400 MHz. След това нормата отново расте до 1500 MHz до ниво 1 mW/cm2. Причината за подобен честотен ход е тази, че в честотните обхвати 60-250 MHz се наблюдават резонансни максимуми на SAR за цяло тяло на повечето хората - мъже, жени и деца. С това се обясняват и по-строгите изисквания в този обхват. Нивото 1 mW/cm2 се запазва до 300 GHz. Нормата за персонал, в работната среда на който има нейонизиращо лъчение, е по-либерална, но с подобен ход с честотата (100—> 1—> 5 mW/cm2).
 
 
Фиг. 41. Средно време на осредняване на SAR
 
Другите норми, за SAR (Табл. 5), са изключително важни за безжичните комуникации, при които има два типа облъчватели - от една страна, близко разположеният до главата мобилен телефон MS, а от друга страна, базовите станции BTS, които въздействат на живеещи или работещи в близост хора. В първият случай значение има локалната SARL (в главата, очите, по-слабо в шията, крайниците, за която се препоръчват различни стойности ). При по-големи облъчватели (от BTS) по-информативна е SARWB за цялото тяло, за която има по-ниски хигиенни нива. В Табл. 5 са дадени данни от Health Canada's Safety Code 6, но те са подобни в много други страни - САЩ, ЕС и др. (за съжаление, в България норми за SAR не са въведени официално).
 
Това, че нормата SARL е по-голяма (по-либерална) от тази за SAR^ (от 2.5 до 50 пъти) се обяснява с вече известният факт, че когато енергията се поглъща локално, останалите части на тялото (главно чрез кръво-обращението) могат ефективно да я разсеят към други органи. Именно поради ефективността на локалното кръвообращение има и различни норми за SAR на различни части от тялото. Най-тежък е случаят на облъчване на очите, които нямат ефективно локално охлаждане. За определяне на SAR и сравняване с допустимите норми се използват два вида осредняване: по масата на дадена тъкан и по времето за облъчване. Осредняването при определяне на SAR за част от тялото (глава, шия) досега ставаше за всеки 1 g (САЩ, Канада) или на всеки 10 g (Европейски съюз). За други части на тялото (крайници) това става за всеки 10 g (или 100 g). SAR за цялото тяло се определя чрез осредняване по пълната маса на тялото. Важно е и времето за облъчване. На Фиг. 41 са
 
показани две прави в координати "log S-log /": 1) SAR = const и 2) SAR x t = const (/ - времето). Определена температура на тъкан може да се достигне или с постоянна SAR за дълго време или с постоянна специфична енергия SAR х / за късо време. Пресечната точка на двете прави определя препоръчителното време tave[ за осредняване на SAR при сравнение с нормата. Обикновено то е ~6 s, докато за осредняване на S са необходими поне 6 min (съгласно SC6; по други стандарти осредняването на S може да се извършва и до 30 min). Неотдавна тези норми за SAR в обхвата 0.1-3.5 GHz бяха чувствително увеличени (вж. колонката в Табл. 5). Това стана по препоръка на ICES (International Committee on Electromagnetic Safety) към IEEE и изследователи от Motorola. Основният принцип на това увеличение е изравняване на нормата за население и за персонал (и приемане на по-либералната норма, дори и малко по-висока). Например, старата норма SARL = 1.6 W/kg за облъчване на глава се увеличи на 10 W/kg, а като се прибави изменението на начина на определяне на SAR чрез усредняване на 10 пъти по-големи маси, ефективното общо увеличение се оказва над 12 пъти! За мен остават не особено ясни причините за това увеличение 2-3 години преди да се появят недвусмислени резултати от изследвания за увеличаване на туморните образувания в главата под влиянието на мобилни телефони върху хора, които са говорили повече от 2-3 часа на ден за период от 10 години и нагоре (вж. 5.6), и затова няма да ги коментирам.
 
5.4 Опасни ли са мобилните телефони?
 
Отговорът на този въпрос е все още нееднозначен, но пък много важен, защото започна да се отнася до големи групи от хора (както вредата от пушенето за пушачите, проблемите с храненето за хора с наднормено тегло и пр.). При масовият GSM потребител има широк кръг от представи за действието на GSM телефона - от много вредно, предизвикващо рак, глаукома и др., до напълно безвредно и дори в известна степен полезно, например за подобряване на имунната система.
 
Работещ GSM телефон излъчва прекъснато (25 % от времето за разговор) модулиран цифров сигнал. Номиналната мощност е 1 W или средно -125 mW, като се отчете ефекта на TDMA достъп. Антената му е слабонасочена (усилване до +2 dB или 1.6 пъти) - вж. Фиг. 42 а, б и зависи от абсорбиращия ефект на главата. Прието е здравният риск от използване на даден телефон да се оценява по локалната SARL в главата и нейното разпределение, предизвикано от антената на дадено разстояние (типично 2 cm). Поради близостта си до главата мобилният телефон може да предизвика забележими нива на SAR, свързани с топлинното действие на сигнала. Това зависи от мощността на излъчване на конкретния апарат в конкретните условия на средата, усилването и диаграмата на антената, ориентацията спрямо главата (Фиг. 42 в, г), продължителността на разговора и пр.
 
Най-сигурният метод за намаляване на SAR в главата (вкл. в мозъка) е увеличаване на разстоянието -Фиг. 43 а. Типично телефонът (по-точно антената му) се доближава до главата на разстояние 0.5-3 cm. При разстояние 2 cm от диполна антена главата получава с 25 % повече SAR, когато телефонът е във вертикална позиция (Фиг. 42 е), отколкото в наклонена (Фиг. 42 г) (в тези случаи мозъкът получава 16 % и 8 % от общата SAR). Пикова стойност на SAR се получава точно зад ухото, а максимална осреднена SAR - в кожата и скулите от страната на телефона. Важна е и достигнатата температура. Ако е спазена нормата за SARL в главата 1.6 W/kg, повишението на температурата в ухото от GSM сигнала е 0.2°С, а в мозъка - едва 0.1°С (ще отбележа, че подобна температура се постига след насищане при разговор около 6-8 min; през това време само от допира на бузата или ухото с телефона, тяхната температура може да нарасне с поне 1.5-2°С).
 
 
 
Фиг. 42. Диаграма на излъчване на антената на мобилна станция без и с влияние на главата при 900 (a) и 1800 MHz (6); Два типични начина на използване на телефона: е) вертикално; г) наклонено (до бузата под ъгъл до 20°)
 
 
 
Фиг. 43. Примери за облъчване с GSM телефон: а) в зависимост от разстоянието до главата (Utah model); б) за хора на различна възраст; е) разпределение на електричното поле около ухото; г) поле в 'hands free"; д) поле в автомобила
 
При разстояния над 5 cm от ухото до телефона, SAR в главата пада чувствително. Използване на "hands free" наистина помага да се намали нивото на сигнал в главата, но при наличие на паразитни резонансни ефекти може да се наблюдава силен сигнал директно в ушния канал (където е слушалката - Фиг. 43 г). Влиянието на ръката има двойно значение: ако тя е близо до антената, SAR в главата слабо намалява, но се увеличава силно поглъщането на сигнал в нея самата и така расте излъчената мощност. Това пък води до по-бързо изтощаване на батериите след еднократно зареждане. В съвременните мобилни телефони винаги се търси подходящото място на антената в тялото на телефона, така че ръката да не поглъща (засенчва) излъчения сигнал при разговор или в режим "набиране; browsing", а от друга страна самата антена да излъчва по-слабо към главата и мозъка. От изследванията става ясно, че ухото и кожата около него най-често страдат при ползване на GSM телефона: по-висока температура, леки изгаряния, изтръпване. Ухото има размери, кратни на дължината на вълната на GSM сигнала и при определени условия могат да се наблюдават резонансни ефекти. На Фиг. 43 в е показано разпределението на електричното поле Е около ухото на 900 MHz; при определени разстояния интензитетът на Е може да достигне до 2.5 V/cm. Влиянието на мастните тъкани в човешкия организъм при облъчване с GSM сигнал е особено. Те са със слабо водно съдържание (LWC тъкан) и големината на SAR в тях е значително по-малка, отколкото в съседни тъкани. Слой мастна тъкан на корема с дебелина "едва" 0.8 cm намалява големината на SAR в тялото с около 2.5 пъти в сравнение със случай без мастен слой, ако антената е на 1 cm разстояние от него. Извод: ако телефонът се държи на колан отстрани на корема, ефектът от облъчване е най-слаб.
 
Използването на мобилни телефони от деца е все по-масово явление днес. В същото време за тях няма специални хигиенни норми, както за възрастните хора. Както вече обсъждахме, резонансните ефекти, присъщи за всички хора, при децата се проявяват на по-високи честоти. Оказва се, че и на 900 MHz се наблюдава по-ефективно облъчване на главата на деца в сравнение с възрастни и SAR в цялата главата, както и отделно само в мозъка расте (от 20 до 30% за деца от 10 до 5 г.). Освен това, сигналът прониква по-надълбоко в детската глава - вж. сравнението на Фиг. 43 в. По тези причини вече в няколко държави, първите от които Англия и Австралия, на деца под 16 години е забранено да използват мобилен телефон, или да го използват ограничено.
 
Почти във всички страни в света ползването на мобилен телефон в кола не се препоръчва. Може да се ползва, но без да се държи в ръце (чрез "hands free"). В някои страни има дори пълна забрана за ползване вътре в кола. Основна причина са затруднените реакции на водача при разговор с мобилен телефон (проблемът е доста по-тежък от този при пасивното пушене и шофиране едновременно). Има и чисто електродинамична причина. Симулациите и измерванията на излъчването на GSM сигнал вътре в колата, където частично се създава стояща вълна (Фиг. 43 д), показват, че загубите растат около 4 пъти (~6 dB). Причините са главно две: наличие на тела с големи омични загуби (пасажерите) и "изтичане" на енергия през стъклата и отвори на покрива. Това означава, че GSM телефонът трябва да работи с по-силен сигнал, а това увеличава SAR в главата.
 
От казаното дотук може да се заключи, че опасност от вредно действие на GSM телефони крие не тол-кова в регулярният топлинен механизъм, колкото евентуалните нетоплинни ефекти. Това са ефекти, предизви-кани от слаби дози на облъчване (под допустимите), но при често използване на GSM телефона. Токова заклю-чение се все по-ясно се формулира от учени, лекари и др., но винаги се отрича от мобилните оператори. Какви симптоми се свързват с въздействието на GSM телефона? (в Интернет се срещат в изобилие WEB източници, описващи подобни симптоми): хронично главоболие; замаяност; чувство за бучене в ушите; загряване и натиск върху слепоочията; леки изгаряния на кожата около ушите; болка в очите; кръвоизливи; изкривяване на възпри¬емания зрителен образ; проблеми с кръвното налягане; хронична физическа и умствена умора; загуба на памет; забавени реакции; проблеми с концентрацията; мозъчни тумори от страната на използване на телефона; разру¬шаване на ДНК при микроорганизми и животни; промяна на размера, формата и растежа на клетките в организ¬ма; промяна на потока на Са^-йони в организма и намаляване на общата имунна защитеност (в мозъка горното води до промяна на EEG-ритъма, забавени реакции и влияние върху REM-съня, свързан с функционирането на паметта, възприятията, обучението и др.). Подобни оплаквания имат и живущи в близост до BTS.
 
Основни нетоплинни механизми на въздействие на нейонизиращо лъчение с ниска доза (S или SAR) се свързват с доказано по-ефективното въздействие на цифрови модулирани сигнали (каквито са GSM сигналите) в сравнение с чисто хармонични микровълнови сигнали, както и на сигнали с много ниски честоти (ELF). Да си представим следната ситуация. Немодулираният нискочестотен сигнал, особено когато е слаб, няма пряк ефект върху човешките органи, защото няма ефективен директен механизъм за подобно въздействие "на място" (вътре в него). В същото време в човешкият организъм се излъчват и разпространяват (например в невронните мрежи) слаби нискочестотни сигнали, които са пряко свързани с функционирането му. Сега нека такъв сигнал "се качи" върху носещ GSM сигнал (цифров модулиран сигнал). Така "качен" върху носещия с честота -900 MHz), той вече може ефективно да "проникне" (например навътре в главата) и да се "отдели" (демодулира) там. Така носещият "доставя" нискочестотния сигнал вътре в човешкия организъм, нещо, което той "сам" не може да направи. Ясно е, че подобен сигнал ще се възприема от човешкия организъм като негов вътрешен сигнал и взаимодействието ще е ефективно по принцип. Ще разгледам следния пример. Потокът йони през стените на клетъчните мембрани, особено този на Са^, е много важен биохимичен механизъм на клетъчно ниво. Йоните използват специфични канали, контролирани с напрежение, за да пресичат стените-мембрани, дебели ~10 шп, по посока на градиента на концентрацията. Тези канали, нормално затворени, се активират с напрежение (напр. -90 mV в покой до +45 mV). С компютърни симулации и с измервания е показано, че модулираните GSM и DECT сигнали увеличават вероятността за "отваряне" на каналите от Na+ и К+ йони с 30 %, а за каналите от Са++ йони - до 60 %, т. е. наблюдава се изключително силно въздействие на цифровите модулирани сигнали.
 
5.5 Опасни ли са базовите станции?
 
Базовите станции на GSM мрежата излъчват непрекъснато в обхватите 800-900 MHz и 1859-1990 MHz. Мощността на излъчване зависи от размера на клетките, които те покриват, броя канали (типично 15-20) на сектор от 120° и др. характеристики. По-старите базови станции и тези извън града, монтирани обикновено на кули с височина 15-70 т, са предимно ненасочени (omni) антени с височина до 3-4.5 т. Такива антени почти не се срещат в градски условия. Тук се използват главно "секторните" антени (Фиг. 44 а). Те са антенни решетки от няколко полувълнови антенни елемента (диполи). Типично правоъгълните панели са високи 30-130 cm и широки до 25 cm и имат коефициент на усилване 10-13 dB. Панелът има ширина на диаграмата -120° на ниво -10 dB от максималното в хоризонталната ранина, но едва -15° на ниво -3 dB във вертикалната равнина (Фиг. 44 б). Три такива панела са достатъчни, за да покрият с приемливо по ниво сигнал пълните 360° на клетка в града (Фиг. 44 в). Обикновено са аранжирани по три панела в три групи. Единият е само за излъчване (на т. нар. Beacon честота), а другите два са за приемане на сигнали от мобилните станции.
 
 
 
 
 
 
Фиг. 44. Антени за базови станции: а) единичен панел и тройка панели с наклон 5-15°; б) хоризонтална и вертикална диалграма на насоченост на отделен панел; е) хоризонтални диаграми на тройка антенни сектори
Стана ясно, че антените на базовите станции на GSM мрежата се монтират по два основни начина - на специални кули и върху покриви на високи сгради (Фиг. 45 а, б). Здравният риск от всяка конкретна BTS може да се оцени по измерената или изчислена на дадено разстояние d плътност на потока на мощността S или по SAR^rg за човек в антенното поле, която пък може да се определи чрез електромагнитни симулации.
 
Хората най-често ме питат може ли да се измери нивото на сигнала около BTS? Разбира се, че може. За да се получат неоспорими данни, обаче, е необходима калибрирана измерителна антена с известен антенен фактор AF в GSM обхвата и чувствителен измерителен прибор - ватметър или, най-добре, спектроанализатор. Тогава измерената стойност на разстояние d е S(d), mW/cm2 = AF x A(d), mW, където А е измереното с прибора ниво на мощността. Ако е използван ватметър (осредняващ по честота), това е търсената величина S(d) (3 отделни измервания за 3 взаимно перпендикулярни направления на оста на измерителната антена). Когато се ползва спектроанализатор, трябва да се сумират още и приносите по всички честоти, излъчвани от дадената BTS. Ако сте чели предишните две части, няма да се чудите, защо величина S(d) зависи от натовареността на трафика в конкретната клетка в конкретния момент. Величина S(d) може да се изчисли и по прости формули.
 
Тук са дадени два случая. Величината Swc, определена по (Hα), се отнася за най-тежкия случай с коефициент на запас 1.62, където Pmt е истинската входна мощност към предавателя във W, G - усилване на антената в пъти (величината ERP = 1.64х PnetG е означение за еквивалентно излъчена мощност на диполна антена), F2 - числен коефициент на полето от радиационната му диаграма (F = 1 по посока на главния лъч), d в m - разстояние до антената. За да се отчете височината ABTS на монтираната над площадката антена на BTS и дали тя е секторна, е
 
 
 
 
Фиг. 45. а) Антени за базови станции, монтирани върху кула или висока сграда; б) антена на учебна BTS в Поли-техническия университет във Валенсия, Испания, която снимах, пишейки тези редове; тук студентите могат да правят измервания; е) проблемни точки в антенното поле на GSM BTS, монтирана върху многоетажна сграда
 
предложен т. нар. "цилиндричен" модел (1996, Richard Tell Associates, Inc.) за определяне на SCM ПО формула (116), където #_3dB е азимутална ширина на главния лъч на ниво -3dB. Пример, за секторна 120° антена SCM (d) расте 3 пъти в сравнение с обикновена, ненасочена (omni) антена. Да направим някои оценки. Типична базова станция в извънградски условия има ERP -100 W/канал еквивалентно излъчена мощност, което отговаря на P„et -5-10 W актуално излъчена мощност. В градска среда много по-типични са малките базови станции с ERP -10 W/канал или P„et -0.5-1 W. Всъщност, FCC допуска максимална стойност на ERP < 500 W/канал, но това практически не се случва в реални условия. Нека приемем, че ERP = 1000 W за всички канали в дадена типична градска BTS, се оказва, че в най-тежкия случай по формула (1 Iα) Swc - 0.085 mW/cm2 на разстояние d = 20 m; Swc - 0.335 mW/cm2 за d = 10 m; Swc - 1.335 mW/cm2 за d = 5 m (далечната зона за подобна антена на BTS е -5 m). Нека накрая да оценим SARWB в цялото тяло на човек, например типичен мъж (average man) според моделите на Richard Tell Associates, Inc. Чрез използване на SAR калкулатор се получават следните стойности: SAR^rg = 3.4 mW/kg при d = 20 m; 13.4 mW/kg за d = 10 m и 53.3 mW/kg за d = 5 m. Всъщност старата хигиенна норма от 80 mW/kg се получава чак при Swc = 2 mW/cm , т. е. вътре в близката зона на антената, на няколко стъпки от нея. За деца при тази стойност на Swc се получава по-големи стойности на SAR (напр. -115 mW/kg за 5-годишно дете). Това са данни за най-тежкия случай. Всъщност, реалните измервания на достъпни места около базови станции показват, че рядко се наблюдават нива на S над 1 μW/cm2, което е доста под нормата.
 
Все пак има ли проблеми? На Фиг. 45 в са представени схематично две многоетажни сгради, върху едната от които е монтирана GSM BTS. С А! и В! са означени няколко проблемни точки в антенното поле, които ще коментирам. Най-силно ниво може да се очаква в т. Аг (на покрива близо до антената), но човек рядко ходи там, където живеят гълъбите (впрочем тук не съм прав; ако поровите в Интернет, ще се убедите, че гълъби, оси и пчели не се срещат близо до базови станции). В т. А2 (апартамента точно под антената) нивото не е голямо, противно на очакванията, защото тук сигнал има само благодарение на страничните листове в диаграмата. Нивото в т. А3 обикновено е по-ниско от това в съответната т. В3 в отсрещния блок, ако разстоянието между тях е под 20-25 т. Изобщо измерените нива на сигнала в близко-разположен съседен блок, особено по посока на главния лъч, са по-високи, отколкото на съответните места в блока с антената. Всъщност точно това най-често се пренебрегва. Доказано е (с измервания и 3D симулации), че най-тежък е случаят в т. В2 (човек от съседния блок, намиращ се на терасата срещу главния лъч на сектора на около 10-20 т, зад който има отразяваща сигнала бетонна стена), където дори може да се наблюдава надхвърляне на хигиенната норма за
 
5.6 Микровълнов синдром. Принцип на предпазливостта
 
Добре, досега разбрахме едно нещо: хигиенните норми за ЕМ облъчване наистина осигуряват защита срещу топлинните ефекти, които определено могат да създадат риск за здравето, ако надхвърлят нормата. Другите наблюдавани биологични нетоплинни ефекти (на молекулярно, на клетъчно ниво или на ниво на нервната система) могат да причинят, но могат и да не причинят здравни рискове. Ето защо, това не дава ясен повод на съответните световни организации да отчитат нетоплинните ефекти при регулацията на хигиенните норми за нейонизиращо лъчение. В същото време сред населението предимно в Европа и в някои други части на света (Австралия, Нова Зеландия, Канада и във все повече страни) има нарастващо безпокойство относно възможни рискови ефекти за здравето, причинени от използване на GSM апарати и, още повече, от облъчване от GSM базови станции. Това е вече известният "микровълнов синдром". Учудващо е, че в същото време облъчването от мощни TV и FM предаватели в т. нар. резонансни обхвати не предизвиква подобно негативно отношение! (Източник: A. Vorst, "Cellular Telephones: Hazards or Not?" IEEE Trans, on MTT-S Digest, Dec. 2000)
 
Какви са белезите на "микровълновия синдром"? Доказано е, че облъчване с нейонизиращо лъчение с ниво под хигиенните норми не предизвиква у хората известни на медицината заболявания. Има, обаче, научни изследвания, които сочат, че облъчване дори под хигиенните норми, може да предизвикат различни биологични ефекти на молекулно и клетъчно ниво, както и ефекти в поведението, психиката, мисловната дейност и паметта. По принцип хората не са хомогенни в генетично отношение и някои от тях (или групи от тях) могат да имат повишена чувствителност към елементи от околната среда и, в частност, към облъчване с микровълни. Това са прояви на електромагнитна "хиперчуестеителност" и хигиенните норми не могат да осигурят сигурна защита за такива хора. Освен това, модулираните сигнали, особено импулсните и свръхнискочестотните, въздействат по-ефективно върху различни процеси в човешкия организъм и този на животните. Тук в недалечно бъдеще се очакват много повече, по-сигурни и по-конкретни резултати от нови научни изследвания. Съвременните хора все повече предпочитат мобилните връзки, но никой "не желае" да е в близост до базова станция. Независимо от засиленото напоследък обществено безпокойство за тотален "електросмог"', облъчването от базовите станции не изглежда да е така опасно, освен ако човек не е в непосредствена близост (под 20-30 т) или страда от свръхчувствителност към електромагнитни сигнали. Тук има и голяма доза психологичен ефект; ако човек не вижда антената на базовата станция толкова отблизо или ако тя е скрита под радиопрозрачно камуфлажно покривало, безпокойството е по-слабо. В известен смисъл, рискът от облъчване от мобилен телефон е по-голям. Причина са малките разстояния на излъчващата антена до главата и по-продължителните и по-чести разговори.
 
В такива случаи препоръчвам да се прилага "принципът на предпазливостта", особено в сегашните все още начални етапи на използване на клетъчни телефони и др. безжични устройства, когато се знае по-малко за влиянието им, отколкото би трябвало. Има две главни групи ограничения, спазването на които е проява на предпазливост: 1) Базисни ограничения за начините за използване на безжични устройства (телефони, bluetooth и др.) и 2) Препоръчителни дози на облъчване, 10-15 % от хигиенните норми, които да не се превишават.
 

Какво да спазваме, за да сме предпазливи? 

 
При мобилните телефони:
 
С използването на мобилни телефони не трябва да се прекалява. 1.5-2 часа разговори на ден са вече много и влизате в рисковата група. Не трябва да се говори продължително (типично 2-3 min, максимум 6 min и после поне 30 min без разговор, за да не се акумулират ефекти). В никакъв случай не говорете повече от 9-10 min наведнъж, дори и да имате останали много безплатни минути. Ако човек се намира в офис или в къщи, трябва да предпочита използването на обикновен, фиксиран телефон, скайп или VoIP телефон.
Трябва да се избягват разговори при "слаб сигнал" от BTS (в мазе, тунел, асансьор, метро, кола, автобус, в планината и пр.), защото тогава клетъчният телефон обикновено работи на максимален сигнал.
Когато е възможно, да се използват предпазни средства: при разговор телефона да се държи по-далече от главата, да се използват жични "hands-free" устройства или предпазни "стикери", които "работят". 
Децата трябва да избягват използване на мобилни телефони или да ги използват много рядко. Това е важно!
Избирайте си безжичен телефон по указаната стойност на SAR, която той би предизвикал при стандартни условия на използване. Ако такава стойност не е указана, информирайте се от Интернет.
Пазете телефона далеч от очите си, тестисите, сърцето и особено хипоталамуса - жлеза в задната част на мозъка,  отговорна  за терморегулацията  (само  0.03°С  нарастване  на  температурата  в  нея  предизвиква разстройване на механизма на охлаждане на организма).

Не оставяйте включен телефон в детската количка при 
бебето. Не забравяйте, че той излъчва, дори когато не разговаряте. Мастните тъкани ви предпазват донякъде, дръжте телефона на колан на корема.
 

При базовите станции:

 
Ако за използване на мобилен телефон човек решава сам, за базовата станция не е така. Не се безпокойте, ако антените не са на по-малко от 30 m от вас или вашето жилище, или ако не са в пряка видимост (зад стени, сгради и пр.). Все пак се информирайте: каква е мощността на излъчване от станцията, типа на клетката (по-голяма или по-малка), дали антената е секторна, какво е усилването й и в кои посоки са насочени главните лъчи. Ако се съмнявате в нещо, консултирайте се със специалист.
 
Много често ни уверяват, че няма научни доказателства за вредното влияние на мобилните телефони и особено, че водят до увеличаване на някои ракови заболявания. Всъщност, това не е вярно. Биоелектро-магнитните изследвания на влиянието на електромагнитното излъчване върху хора и живи организми са много разпространени по целия и добре финансирани. Ежегодно излизат много нови резултати; не малка част от тях се появяват в Интернет. Много подробна, достоверна и актуална информация може да се получи от "колонката" на проф. James С. Lin (lin(g),ece.uic.edu) от Университета в Илинойс, Чикаго, "Telecommunications Health & Safety", която се появява 6 пъти годишно в списанието IEEE Antennas and Propagation Magazine. Аз я следя редовно. В т. 48, кн. 5 от 2006 г. той обобщава този вид изследвания EMF-NET (http://www.jrc.ее.europa.ей /emf-net). Само за периода 2004-2008 тези проекти са 240, разпределени в 13 страни (Дания, Финландия, Франция, Германия, Великобритания, Италия и др.). Общото финансиране е над €45 млн. (средно по €195 000 на проект). Проектите са от два типа: изследователски или проекти с научна мисия (напр. може ли излъчването от мобилен телефон да предизвика мозъчни тумори?). Подобен е и международния проект INTERPHONE, координиран от International Agency for Research on Cancer (IARC) в Лион, Франция (част от WHO, Международната здравна организация). IARC е класифицирала 5 групи за канцерогенно въздействие на нейонизиращото лъчение: 1 (канцерогенно), 2А (вероятно канцерогенно), 2В (възможно канцерогенно), 3 (не може да се определи като канцерогенно), 4 (не е канцерогенно). Засега нейонизиращото лъчение се свързва с група 2В, но от началото на тази година има вероятност да се класифицира в група 2А. Сред учените има ясен консенсус, че RF сигнали не могат да влияят директно върху човешкия геном, както е при йонизиращо лъчение. Всъщност, предполага се, че може да има индиректно влияние или съпровокиране на други канцерогенни канали. Първите резултати по проекта INTERPHONE за връзка между използването на GSM апарати и поява на мозъчен тумор вече излизат (от началото на 2005). Изследвани са живи хора (чрез медицински прегледи и интервюта), които са ползвали мобилни телефони над 10 години. Първите резултатите от изследванията в две държави не са обнадеждаващи. В Швеция са изследвани хора на възраст 18-69 г. и се наблюдава увеличаване на риска от мозъчен тумор (от страната на използване на телефона) с 1.39 пъти (95% доверителен интервал CI 1.01-1.92). В Германия (30-69 г.) увеличен риск за мозъчен тумор не е открит, т.е. -0.98 пъти (95% CI 0.74-1.29). Тук, обаче, се докладва за силно увеличаване на риска от глуома на очите с 2.20 пъти (95% CI 0.94-5.11). При интензивно ползване на GSM телефон 2-3 часа дневно (след първите 2000 ч.) се наблюдава още по-силен риск, отколкото при нормално ползване над 10 г. В началото на 2009 г. излязоха и резултати за повишен риск от други видове рак: акустична неурома (рак на слуховия нерв), рак на ларингса, на слюнчените жлези и др. Най-много ме шокира едно интервю на водещ мозъчен неврохирург и Нобелов лауреат от Австралия д-р Vini G. Khurana (The Independent, March 30, 2008), в което той твърди, че мозъчните тумори вследствие на усилено използване на мобилни телефони са се увеличили извънредно много и че през следващите 10 години те ще вземат повече жертви, отколкото взема тютюнопушенето (близо 5 млн. годишно). Намерих и други работи на д-р Khurana (например в www, brain-surgery.us). Няма да ги преразказвам, но от тях има какво да се научи от медицинска гледна точка.
 
5.7 Вместо край
 
Джон Нейш не използва GSM телефон. Не е единственият в света. Странното е, че той е известен журналист, сътрудник на Дейли Трелеграф, Дейли Мирър, Таймс и БиБиСи. В своя бестселър "Достатъчно"
 
("Enough") споделя следното. "Имах GSM телефон, но той се развали и не си купих нов. Отначало хората си мислеха, че съм доста ексцентричен. След това решиха, че съм тотален неудачник. Година-две по-късно вече започнаха да се ядосват. "Как се осмеляваш! Откъде накъде няма да имаш GSM?" Напоследък, обаче, са по-скоро заинтересувани - "Всъщност как постигаш това?". Защото в момента огромна част от хората искат да се "изключат" поне за известно време, вместо да са на разположение по схемата 24/7. Мобилният телефон е като в "Старецът и морето" на Хемингуей. Излизаш да ловиш херинга, а хващаш огромна риба на въдицата. В началото изглежда страхотна награда, но после тя завлича лодката навътре в морето. Ти все пак се вкопчваш за улова, докато накрая установиш, че рибата не става за нищо." (Сп. "За хората", 16 август 2008).
 
Литература
 
[1] П. Данков, "Увод в безжичните комуникации", Херон прес, 2007 г.
[2] "Understanding telecommunications 2" - Ericsson & Telia, (online източник: http://www.studentlitteratur. se/)
[3] G. Heine, "GSM networks: protocols, terminology and implementation", Artech House Inc., 1999
[4] R. Schmitt, "Electromagnetics Explained. A handbook for wireless/RF, EMC and high-speed electronics", Newnes 2002
[5] H. Holma, A. Toskala, "WCDMA for UMTS. Radio Access for Third Generation Mobile Communications", J. Wiley, 2004
[6] Z. Abate, "WiMAX RF Systems Engineering", Artech House Inc., 2008
[7] R. Bekker, J. Smits, "Mobile Telecommunications: standards, regulation and applications", Artech House Inc., 1999
[8] M. D. Yacoub, "Foundation of Mobile Radio Engineering", CRC Press, London, 1993
[9] П. И. Данков,"Основни приложения на микровълните", сп."Физика" бр. 1, 1998, стр.7-15
 
Благодаря на Фонд "Научни изследвания" на Софийски университет за поддръжката.
 

 


Публикувано: 2012-12-29 12:17:31 / Последна редакция: 2012-12-29 16:17:31 (Прочетено 2642 пъти.)


Facebook | Twitter | Google | Версия за печат



Приятели и партньори
• Специални неща