Microsoft Word - World_Awash_Wireless_CH_Sim_2013

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1 一 个 被 无 线 器 件 淹 没 的 世 界 Kenneth R. Foster 过 去 十 年 间, 在 消 费 类 电 子 产 品 中 已 经 发 生 了 一 场 静 悄 悄 的 革 命, 产 品 大 规 模 地 朝 着 家 用 器 件 的 无 线 连 接 这 个 方 向 发 展 虽 然 这 一 切 为 消 费 者 开 辟 了 新 的 契 机, 但 是 与 无 线 和 互 联 网 技 术 相 关 联 的 可 能 的 危 害 - 例 如, 隐 私 和 安 全 问 题 - 在 消 费 者 和 专 家 这 类 人 群 中 均 已 引 起 了 广 泛 的 关 注 同 样, 在 公 共 场 所, 有 关 曝 露 于 具 有 无 线 功 能 的 器 件 所 发 射 的 射 频 能 量 中 对 健 康 可 能 产 生 的 影 响 也 引 起 了 人 们 广 泛 的 关 注, 特 别 是 围 绕 着 校 园 内 Wi-Fi 的 使 用, 以 及 在 居 民 区 中 被 称 为 智 能 仪 表 的 具 有 无 线 功 能 的 电 表 的 使 用 虽 然, 这 类 器 件 产 生 的 射 频 辐 照 量 远 远 低 于 美 国 和 国 际 的 安 全 极 限, 但 辐 照 的 一 些 状 态 ( 辐 照 的 非 自 愿 性, 也 许 是 一 些 新 型 技 术 的 要 求 ) 则 已 特 别 引 起 了 公 众 的 不 安 因 此, 政 坛 的 领 袖 们 已 经 要 求 人 们 研 究 无 线 技 术 对 健 康 可 能 产 生 的 影 响 例 如, 在 2009 年, 欧 洲 议 会 通 过 了 一 项 决 议, 这 项 决 议 要 求 人 们 研 究 无 线 家 用 电 器, 这 些 电 器 在 近 些 年 已 经 广 泛 地 用 于 公 共 场 所 和 家 庭 之 中, 结 果 是, 市 民 们 一 直 曝 露 于 微 波 辐 射 之 下 [1] 工 程 师 们 已 经 测 量 了 Wi-Fi 接 入 点 和 客 户 适 配 卡 处 [2]-[5] 以 及 智 能 仪 表 [6] 这 些 地 方 的 射 频 辐 照, 并 且 对 环 境 中 的 射 频 辐 照 进 行 了 调 查 [7]-[12] Kenneth R. Foster ([email protected]) is with the Department of Bioengineering, University of Pennsylvania, Philadelphia 19104, USA March/April 2013 IEEE microwave magazine 73

2 大 多 数 器 件 都 工 作 在 远 远 低 于 FCC 极 限 值 的 水 平 上 本 文 对 一 个 补 充 的 至 今 为 止 还 尚 未 进 行 探 索 的 关 于 无 线 技 术 的 增 长 及 其 可 能 对 消 费 者 产 生 的 射 频 辐 照 水 平 的 信 息 来 源 - 美 国 联 邦 通 信 委 员 会 (FCC) 的 设 备 批 准 数 据 库 - 进 行 了 评 述 这 个 在 网 上 公 开 的 数 据 库 /reports/genericsearch.cfm 包 含 了 大 约 220,000 条 FCC 批 准 的 用 于 进 行 射 频 发 射 的 器 件 的 记 录, 包 括 测 试 数 据 和 产 品 手 册 我 在 这 个 数 据 库 中 搜 索 了 自 2010 年 1 月 1 日 至 2012 年 4 月 15 日 期 间 FCC 新 的 批 准 件 ( 都 是 原 始 的 应 用, 而 不 是 经 过 修 改 的 应 用 ) 所 感 兴 趣 的 频 率 范 围 是 470-5,875MHz 处 于 这 个 范 围 较 低 端 的 是 广 泛 用 于 无 需 许 可 证 的 第 15 篇 中 (Part 15 ) 的 器 件 ( MHz), 较 高 端 的 是 接 近 于 5,800MHz 的 一 个 工 业 - 科 学 - 医 疗 74 IEEE microwave magazine March/April 2013

3 (ISM) 频 段 FCC 数 据 库 既 提 供 了 具 有 无 线 功 能 的 器 件 增 长 的 历 史 画 面, 又 对 这 些 器 件 射 频 发 射 特 性 进 行 了 总 结 虽 然 是 以 美 国 为 中 心 的, 但 是 它 展 示 了 无 线 网 络 器 件 令 人 惊 讶 的 增 长, 并 且 基 本 上 是 这 些 器 件 射 频 辐 照 水 平 的 一 个 完 整 的 数 据 库 FCC 数 据 库 和 器 件 类 别 对 于 一 个 外 行 来 说,FCC 联 邦 法 规 法 典 第 47 条 的 内 容 (47 CFR) 是 极 为 复 杂 的, 部 分 原 因 是 FCC 监 管 了 众 多 种 类 的 器 件, 从 高 功 率 广 播 发 射 机 到 无 线 汽 车 钥 匙 系 统 造 成 这 种 复 杂 性 的 很 大 一 部 分 原 因 也 是 由 于 历 史 因 素, 因 为 FCC 为 了 响 应 美 国 国 会 所 通 过 的 新 的 法 规 而 会 颁 布 新 的 规 则 FCC 数 据 库 有 许 多 可 供 搜 索 的 领 域 遗 憾 的 是, 这 些 领 域 没 有 一 个 是 仅 仅 针 对 于 消 费 者 所 能 理 解 的 特 定 类 型 的 器 件 在 这 篇 评 论 中, 我 们 对 数 据 库 的 搜 索 主 要 是 按 照 器 件 类 别 来 进 行 的 FCC 已 经 定 义 了 70 多 个 器 件 类 别, 每 个 类 别 都 对 应 于 一 个 不 同 的 规 则 部 分, 一 个 器 件 就 是 按 照 这 个 规 则 部 分 来 进 行 核 准 的 从 大 体 上 讲, 功 能 相 似 的 器 件 会 归 入 相 同 的 器 件 类 别, 虽 然 也 存 在 有 例 外 情 况 例 如,Wi-Fi 接 入 点 是 工 作 在 若 干 个 频 率 范 围 的, 从 而 出 现 在 不 同 的 器 件 类 别 中 其 它 的 消 费 类 器 件, 如 个 人 通 信 服 务 (PCS) 的 移 动 电 话, 由 于 使 用 了 需 要 许 可 证 的 频 谱 而 归 入 不 同 的 器 件 类 别 大 多 数 消 费 者 熟 悉 的 射 频 发 射 设 备 是 按 照 47CFR 第 15C 这 部 分 的 规 则 进 行 管 理 的 这 涵 盖 了 有 意 辐 射 体 ( 器 件 被 设 计 来 发 射 射 频 能 量 的, 而 不 是 那 些 仅 仅 会 偶 然 发 射 射 频 场 的 器 件 ) 以 及 那 些 工 作 在 低 功 率 水 平 且 不 需 要 许 可 证 便 可 以 运 行 的 频 率 范 围 中 的 器 件 15C 中 包 含 了 几 乎 所 有 消 费 者 早 已 熟 知 的 射 频 发 射 器 件 : 车 库 门 的 开 启 器, 无 线 车 钥 匙, 远 程 读 取 温 度 计, 等 等 此 外, 15C 中 还 含 有 众 多 规 则, 在 这 些 规 则 下, 取 决 于 调 制 或 其 它 技 术 特 性, 人 们 可 以 对 不 同 器 件 进 行 授 权 例 如, 大 多 数 数 字 网 络 器 件 归 入 DTS 或 DSS 这 两 个 数 字 类 别 中 一 个 新 的 无 线 世 界 虽 然 存 在 着 这 些 复 杂 性, 但 人 们 还 是 可 以 很 容 易 地 看 到, 在 过 去 十 年 中, 器 件 大 规 模 地 向 数 字 网 络 技 术 方 向 发 展 表 1 示 出 了 10 个 最 大 的 器 件 类 别 在 2010 年 1 月 至 2012 年 4 月 期 间 FCC 新 批 准 的 35,000 个 器 件 中, 迄 今 为 止, 新 批 准 器 件 中 所 占 比 例 最 大 的 是 采 用 数 字 通 信 和 网 络 技 术 的 器 件 图 1 示 出 了 15C 所 批 准 器 件 的 总 数 以 及 在 两 类 数 字 类 别 (DTS 和 DSS) 中 的 器 件 在 15C 批 准 件 中 迅 速 增 长 的 比 例 不 仅 仅 是 射 频 发 射 器 件 数 量 上 的 剧 增, 同 样 还 有 采 用 三 种 标 准 无 线 网 络 技 术 的 器 件 所 占 据 的 压 倒 多 数 的 比 例 - WiFi, ZigBee, 以 及 蓝 牙 ( 移 动 电 话 的 批 准 是 在 一 般 来 说, 家 用 微 波 炉 会 产 生 500-1,000 瓦 的 功 率, 几 乎 所 有 的 功 率 都 是 被 控 制 在 微 波 炉 之 中, 但 有 一 些 功 率 会 泄 漏 到 环 境 中 47CFR 的 一 个 不 同 规 则 之 下 的 ) 毫 无 疑 问, 这 是 制 造 商 可 以 很 容 易 地 介 入 无 需 许 可 证 的 915 和 2,450MHz ISM 频 段, 以 及 并 不 昂 贵 的 现 成 模 块 和 相 对 而 言 很 容 易 在 系 统 中 进 行 设 计 的 成 熟 的 网 络 技 术 所 带 来 的 结 果 技 术 和 功 率 极 限 消 费 者 所 熟 悉 的 大 多 数 射 频 发 射 设 备 是 按 照 15C 中 的 某 一 些 规 则 来 进 行 授 权 的, 这 也 同 样 适 用 于 有 意 辐 射 体 ( 被 设 计 用 来 发 射 射 频 能 量 的 器 件, 而 不 是 那 些 仅 仅 偶 然 才 发 射 射 频 场 的 器 件 ) 借 助 于 低 功 率 运 行 和 采 用 无 需 许 可 证 的 频 段, 这 样 的 器 件 不 需 要 许 可 证 便 可 以 运 行 15C 中 涵 盖 了 大 多 数 低 功 率 消 费 类 设 备, 既 有 较 老 的 模 拟 器 件, 也 有 很 大 一 部 分 是 较 新 的 数 字 设 备 除 了 增 加 复 杂 程 度 以 外,FCC 对 于 射 频 器 件 的 功 率 限 制 是 在 不 同 的 规 则 部 分 进 行 阐 述 的 这 些 极 限 可 能 是 用 到 达 天 线 的 传 导 功 率, 有 效 辐 射 功 率 (ERP), 全 向 有 效 辐 射 功 率 (EIRP), 或 者 在 距 离 器 件 3m 处 所 允 许 的 最 大 场 强 来 表 示 的 这 些 参 量 是 由 简 单 的 天 线 理 论 联 系 在 一 起 的 对 于 一 个 向 自 由 空 间 进 行 辐 射 的 天 线 来 说 ( 忽 略 来 自 其 它 表 面 的 反 射 ), 距 离 天 线 r(m) 处 的 功 率 密 度 S(W/m 2 ) 和 电 场 强 度 E(V/m) 是 由 下 式 给 出 的 图 1 在 15C 规 则 之 下 ( 任 何 规 则 ) 的 原 始 批 准 器 件 数 (FCC 核 准 ) 以 及 显 示 出 2000 年 以 来 器 件 向 数 字 通 信 技 术 发 展 的 15C 规 则 之 下 的 两 类 数 字 器 件 类 别 中 (DSS 和 DTS) 批 准 数 量 之 和 March/April 2013 IEEE microwave magazine 75

4 例 如, 大 多 数 数 字 网 络 器 件 都 归 入 DTS 或 DSS 这 两 个 数 字 类 别 之 中 S= PG 4πr E= 377S (1) 其 中,P 是 传 导 功 率 ( 由 内 部 电 路 供 给 天 线 的 功 率 ),G 是 在 感 兴 趣 的 方 向 上 相 对 于 一 个 全 向 辐 射 器 的 天 线 增 益 EIPR 是 由 PG 给 出 的 等 效 地, 相 对 于 一 个 半 波 偶 极 天 线 的 ERP 定 义 为 的 那 些 极 限 值 则 要 低 得 多 对 于 工 作 在 2.45GHz 频 段 的 Wi-Fi 器 件 来 说,EIRP 为 0.1W[ 标 准 EN300328(2006)][31], 对 于 5.2 和 5.5GHz 频 段 的 器 件 来 说, 为 0.2 或 1W[ 标 准 EN (2007)][32] 因 此, 虽 然 这 些 规 则 变 化 很 大, 但 FCC 规 则 ( 以 及 那 些 在 其 它 国 家 生 效 的 ) 的 目 的 是 要 将 无 线 通 信 / 网 络 器 件 这 样 的 消 费 类 器 件 的 ERP 制 约 在 ERP 为 几 瓦 以 内 的 水 平 以 及 将 更 老 的 无 线 器 件 的 ERP 限 制 到 更 低 的 水 平 上 大 多 数 器 件 工 作 在 远 远 低 于 FCC 极 限 的 水 平 上 Wi-Fi, ZigBee, 以 及 蓝 牙 (47CFR15C) ERP = PG/1.64 (2) 其 中,1.64(2.15dB) 是 一 个 半 波 偶 极 天 线 的 增 益 除 非 一 个 15C 器 件 在 某 个 特 定 规 则 下 是 合 格 的, 否 则, 它 都 要 受 到 极 低 的 通 用 极 限 的 制 约, 实 际 上, 将 其 限 制 在 低 于 0.1µW ERP 的 水 平 上 - 这 实 在 是 太 低 了, 从 而 无 法 在 任 何 合 理 的 距 离 上 进 行 通 信 15C 中 的 其 它 规 则, 如 47CRF15.247, 允 许 具 备 诸 如 跳 频 这 种 特 定 调 制 特 性 的 器 件 具 有 更 高 的 功 率 水 平 对 于 工 作 在 接 近 于 915MHz,2450, 和 5800MHz 的 无 需 许 可 证 的 ISM 频 段 的 器 件 来 说, 只 要 天 线 增 益 为 6dBi 或 更 小, 最 大 传 导 功 率 便 可 以 达 到 1 瓦 这 对 应 于 最 大 值 大 约 为 4W 的 ERP 适 用 于 PCS 发 射 机 和 其 它 通 信 器 件 的 是 不 同 的 规 则, 但 这 些 器 件 的 ERP 极 限 都 是 类 似 的 这 些 极 限 值 在 不 同 国 家 会 有 很 大 的 不 同 加 拿 大 的 极 限 值 与 美 国 的 极 限 值 非 常 类 似 而 欧 盟 图 2 蓝 牙,Wi-Fi, 和 ZigBee 无 线 器 件 按 年 份 表 示 的 新 的 FCC 批 准 件 的 累 积 数 每 个 批 准 件 适 用 于 某 个 制 造 商 的 某 个 器 件 类 型 图 3 基 于 Wi-Fi 的 网 络 设 备 (IEEE ) 按 年 份 以 及 按 传 导 功 率 来 表 示 的 新 的 FCC 批 准 件, 对 于 标 准 中 定 义 的 两 个 频 率 范 围 分 别 显 示 了 对 应 的 批 准 数 量 76 IEEE microwave magazine March/April 2013

5 图 4 按 年 份 以 及 按 传 导 功 率 显 示 的 FCC 新 批 准 的 蓝 牙 器 件 设 备 这 个 搜 索 采 用 了 关 键 词 DSS 和 蓝 牙 人 们 采 用 关 键 词 Wi-Fi 或 IEEE802.11,ZigBee 或 IEEE , 以 及 蓝 牙 来 对 FCC 数 据 库 进 行 了 搜 索 以 确 定 在 我 们 感 兴 趣 的 时 间 段 内, 所 批 准 的 采 用 这 些 技 术 的 器 件 数 量 ( 图 2-5) 1) Wi-Fi 是 符 合 IEEE 系 列 通 信 标 准 的 器 件 的 商 业 名 称 [13] Wi-Fi 界 面 最 初 是 设 计 来 用 作 网 络 的 以 太 电 缆 的 无 线 替 代 物, 人 们 规 模 使 用 Wi-Fi 界 面 来 为 计 算 机 提 供 互 联 网 的 无 线 接 入 业 内 人 士 报 道, 在 2012 年, 人 们 发 运 了 50 亿 台 具 有 Wi-Fi 功 能 的 单 元 设 备, 到 2015 年, 这 个 数 量 将 增 加 一 倍 [14] 实 际 上, 每 台 手 提 电 脑, 智 能 电 话 以 及 平 板 电 脑 都 装 备 有 Wi-Fi 界 面 最 近 的 一 个 研 究 估 测, 目 图 5 按 年 份 和 按 传 导 功 率 显 示 的 经 FCC 批 准 的 基 于 ZigBee 设 备 的 数 量 前,61% 的 美 国 家 庭 都 有 Wi-Fi 作 为 互 联 网 的 接 入 [15] 此 外, 具 有 Wi-Fi 界 面 的 家 庭 设 备 的 数 量 不 断 地 增 加, 从 而 可 以 允 许 人 们 通 过 互 联 网 来 进 行 远 程 编 程 ( 例 如, 家 庭 的 恒 温 器 ) 或 将 数 据 上 传 到 互 联 网 ( 例 如, 浴 室 的 磅 秤 ) 大 多 数 Wi-Fi 器 件 是 工 作 在 0.1 瓦 或 低 于 0.1 瓦 的 水 平 上 ( 图 3) 2) 蓝 牙 器 件 与 大 多 数 Wi-Fi 一 样, 是 工 作 在 相 同 的 频 率 范 围 的 (2.45GHz), 但 采 用 不 同 的 信 道 和 调 制 特 性 由 于 其 主 要 是 用 作 器 件 之 间 的 短 距 离 通 信 ( 如 电 话 机 和 耳 机 ), 因 此, 大 多 数 蓝 牙 界 面 是 工 作 在 低 于 1mW 的 水 平 上 ; 但 有 些 蓝 牙 器 March/April 2013 IEEE microwave magazine 77

6 卫 生 机 构 已 经 再 三 得 出 结 论, 曝 露 在 低 于 国 际 极 限 值 的 射 频 能 量 之 中, 并 没 有 充 分 的 证 据 来 证 明 其 对 健 康 的 影 响 件 则 工 作 在 较 高 的 功 率 水 平 之 下 ( 图 4) 根 据 业 内 人 士 的 信 息, 大 约 有 14,000 家 公 司 正 在 将 蓝 牙 界 面 组 合 进 入 它 们 的 产 品 当 中, 每 周 要 发 运 3 千 万 个 蓝 牙 单 元, 大 约 有 超 过 30 亿 个 蓝 牙 器 件 正 被 人 们 使 用 着 ( 实 际 上, 每 台 新 的 手 提 电 脑, 智 能 电 话, 以 及 平 板 电 脑 都 有 蓝 牙 界 面 蓝 牙 界 面 愈 来 愈 多 地 出 现 在 新 车 以 及 广 为 销 售 的 消 费 类 器 件 当 中 例 如,Nintendo WII 视 频 游 戏 的 操 纵 台 ( 据 报 道, 全 球 范 围 内 的 销 售 量 为 5 千 万 台 ) 包 含 了 一 个 蓝 牙 模 块, 而 Sony Playstation Pro PSP-N1000 ( 总 销 售 量 为 1 亿 台 ) 则 既 含 有 Wi-Fi 模 块, 也 含 有 蓝 牙 模 块 3) ZigBee 是 那 些 遵 从 IEEE 标 准 的 器 件 的 商 业 名 称 [16], 是 定 义 在 无 需 许 可 证 的 915 和 2450MHz 频 段 ZigBee 最 初 是 被 设 计 用 来 为 工 业 环 境 中 的 传 感 器 提 供 低 成 本 低 功 率 低 速 界 面 的, 人 们 越 来 越 多 地 可 以 在 从 远 程 电 灯 开 关 到 住 家 病 人 的 监 测 器 等 家 庭 设 备 中 找 到 ZigBee 界 面 基 于 IEEE 的 器 件 是 工 作 在 最 高 可 达 1W 的 功 率 水 平 上 ( 图 5) 数 字 无 绳 电 话 (47CFR 15C,D) 早 期 的 无 绳 电 话 是 模 拟 设 计, 大 多 数 情 况 下, 是 在 46-49MHz 下 进 行 传 输 的 虽 然 市 面 上 仍 然 存 在 有 一 些 模 拟 电 话, 但 一 般 来 说 都 是 低 端 器 件, 但 大 多 数 新 的 无 绳 电 话 采 用 的 是 数 字 无 线 技 术 并 且 工 作 在 无 需 许 可 证 的 915MHz,2450MHz 和 5800MHz ISM 频 段, 或 者 工 作 在 1920MHz PCS 频 段 [ 数 字 增 强 无 绳 通 信 (DECT) 电 话 ] 我 们 对 FCC 设 备 核 准 数 据 库 进 行 的 搜 索 找 到 了 在 我 们 所 感 兴 趣 的 时 间 段 内 批 准 的 132 个 工 作 在 900 到 6000MHz 的 无 绳 电 话 ; 所 有 这 些 均 为 数 字 设 计 有 三 个 批 准 件 是 给 予 了 工 作 在 接 近 900MHz 的 电 话, 有 114 个 批 准 件 是 给 予 了 DECT 电 话 (1920MHz 频 段 ) 以 及 13 个 批 准 件 给 予 了 工 作 在 2400MHz 频 段 的 数 字 电 话 运 行 的 功 率 水 平 ( 就 ERP 或 EIRP 而 言 ) 是 在 直 到 1W 的 范 围 内 [ 图 6(a)] 图 6(a)FCC 批 准 的 便 携 式 数 字 (DECT) 电 话 数 量 和 (b) 按 传 导 功 率 显 示 的 蜂 窝 手 机 的 数 量 移 动 电 话 人 们 已 经 在 许 多 发 表 的 文 章 中 对 接 听 移 动 电 话 的 用 户 曝 露 于 射 频 辐 照 这 个 问 题 进 行 了 广 泛 的 讨 论 由 于 移 动 电 话 与 本 文 所 讨 论 的 其 它 器 件 是 工 作 在 相 似 的 功 率 水 平 上 的, 因 此, 其 它 人 受 到 的 射 频 辐 照 ( 除 了 用 户 以 外 ) 将 与 上 面 所 讨 论 的 其 它 技 术 中 的 射 频 辐 照 不 相 上 下 移 动 电 话 工 作 在 峰 值 功 率 水 平 ( 用 ERP 或 EIRP 来 进 行 测 量 ) 可 达 大 约 1W 的 水 平 上 ( 大 多 数 是 工 作 在 较 低 的 功 率 水 平 上 ) 目 前 在 美 国 出 售 的 手 机 是 在 接 近 于 825,1720 或 1900MHz 的 频 段 上 进 行 传 输 来 分 别 用 于 最 初 的 蜂 窝 电 话 服 务, 先 进 的 无 线 服 务 (AWS) 以 及 PCS 服 务 的 与 上 面 所 讨 论 的 其 它 无 线 技 术 不 同, 移 动 手 机 采 用 了 自 适 应 式 功 率 控 制, 即, 它 们 会 在 强 基 站 信 号 区 域 降 低 其 输 出, 这 是 蜂 窝 电 话 网 络 高 效 运 行 所 要 求 的 功 能 78 IEEE microwave magazine March/April 2013

7 可 在 家 中 找 到 的 其 它 器 件 婴 儿 监 测 器 (47CFR 15C,15D) 这 些 器 件 监 测 婴 儿 的 声 响 并 通 过 射 频 链 接 将 其 发 送 给 婴 儿 的 看 护 者 FCC 数 据 库 给 出 了 在 我 们 感 兴 趣 的 时 间 段 内 为 婴 儿 监 测 器 所 颁 发 的 91 个 批 准 件, 所 有 这 些 监 测 器 均 工 作 在 915 或 2450MHz ISM 频 段 或 1920 PCS 频 段 其 功 率 水 平 可 以 一 直 达 到 大 约 0.1W 的 传 导 功 率 微 波 炉 今 天 消 费 市 场 上 所 有 的 微 波 炉 基 本 上 都 是 工 作 在 2.45GHz ISM 频 段 的 FCC 是 在 47CFR Part18 中 对 微 波 炉 进 行 管 理 的, 这 个 部 分 的 规 则 适 用 于 ISM 设 备, 但 将 通 信 设 备 排 除 在 外 虽 然 FCC 并 没 有 限 制 ISM 器 件 的 带 内 发 射, 但 制 造 商 仍 然 必 须 要 遵 从 FCC 关 于 人 体 曝 露 于 射 频 能 量 的 极 限 要 求 此 外, 美 国 食 品 和 药 物 监 管 局 (FDA) 将 距 离 微 波 炉 5cm 处, 来 自 于 微 波 炉 的 泄 漏 功 率 密 度 限 制 为 50W/m 2 一 般 来 说, 家 用 微 波 炉 会 产 生 500-1,000W 的 能 量, 这 些 能 量 几 乎 都 被 控 制 在 微 波 炉 之 中 但 是 有 一 些 微 波 能 量 还 是 会 不 可 避 免 地 泄 漏 出 来, 通 常 是 通 过 门 边 的 密 封 垫 泄 漏 出 来 的 一 个 能 产 生 FDA 所 允 许 的 最 大 泄 漏 水 平 的 微 波 炉 与 在 相 同 距 离 处 一 个 发 射 功 率 为 1W 工 作 在 诸 如 Wi-Fi 和 蓝 牙 这 许 多 15C 器 件 相 同 的 频 率 范 围 中 的 半 波 偶 极 天 线 所 产 生 的 功 率 密 度 不 相 上 下 对 数 据 库 所 进 行 的 搜 索 发 现 了 在 我 们 感 兴 趣 的 时 间 段 内, 有 63 个 微 波 炉 的 批 准 件 几 乎 所 有 从 数 据 库 所 检 索 到 的 射 频 测 量 报 告 都 包 含 了 距 离 微 波 炉 5cm 或 更 远 距 离 下 最 大 射 频 功 率 密 度 的 测 量 结 果 ( 图 7) 虽 然 所 报 道 的 所 有 微 波 炉 的 泄 漏 都 远 远 低 于 FDA 的 极 限 值, 但 比 较 旧 的 微 波 炉 会 产 生 更 高 的 泄 漏, 特 别 是 那 些 门 封 条 很 脏 或 受 损 的 微 波 炉 智 能 电 表 智 能 电 表 目 前 在 全 世 界 范 围 内 的 许 多 地 区 被 广 为 安 装 与 上 一 代 具 有 无 线 功 能 仅 仅 将 数 据 发 给 技 术 员 的 仪 表 不 同, 这 些 智 能 电 表 被 设 计 成 将 数 据 频 繁 地 ( 每 小 时 或 更 短 ) 发 送 给 电 力 管 理 的 内 勤 办 公 室 目 前, 大 规 模 推 出 电 表 的 主 要 动 力 是 来 自 于 政 府 ( 在 美 国, 为 响 应 近 来 的 经 济 滑 波 所 推 出 的 刺 激 基 金 ) 的, 要 将 电 力 改 变 为 按 使 用 时 间 进 行 计 费, 这 最 终 将 有 助 于 消 除 功 率 消 耗 的 高 峰 和 低 谷 期, 并 且 提 高 电 网 的 效 率 智 能 仪 表 系 统 以 及 作 为 其 中 一 部 分 的 先 进 的 测 量 设 施 (AMI) 包 含 了 各 种 通 信 技 术, 大 多 ( 但 并 不 全 是 ) 采 用 了 无 线 技 术 无 线 智 能 电 表 系 统 一 般 都 能 支 持 若 干 相 重 叠 的 网 络 : 邻 近 区 域 网 络 (Neighborhood area netwo- 智 能 仪 表 系 统, 以 及 作 为 其 中 一 部 分 的 先 进 的 计 量 基 础 设 施 (AMI) 包 含 了 各 种 通 信 技 术, 大 多 ( 但 不 全 是 ) 采 用 了 无 线 技 术 rk-nan) 最 常 见 的 情 况 是, 这 些 都 是 网 状 网 络, 被 设 计 用 来 当 个 别 链 接 暂 时 中 断 时 ( 例 如, 当 卡 车 通 过 时 ), 可 以 在 公 用 事 业 设 备 和 单 个 测 量 仪 表 之 间 提 供 可 靠 的 通 信 网 络 设 计 因 不 同 的 供 应 商 而 有 很 大 的 变 化, 并 且 通 常 都 是 有 专 利 权 的, 因 此, 几 乎 没 有 什 么 公 开 的 文 献 资 料 家 庭 区 域 网 络 (HAN) 在 未 来, 人 们 希 望 智 能 电 表 与 家 用 电 器 是 通 过 一 个 分 开 的 网 络 相 连 接 的 目 前, 很 少 有 智 能 电 表 是 与 部 署 的 HAN 网 络 相 连 接 的, 虽 然 有 一 些 供 应 商 将 收 发 机 包 含 进 入 它 们 的 仪 表 当 中, 但 这 些 收 发 机 目 前 并 没 有 被 激 活 由 于 需 要 与 不 同 制 造 商 的 家 用 电 器 进 行 对 接, 智 能 电 表 的 供 应 商 最 终 还 是 需 要 将 它 们 的 HAN 标 准 化, 很 有 可 能 会 采 用 与 ZigBee 相 兼 容 的 网 络 汇 集 器 AMI 系 统 需 要 一 个 回 传 (backhaul) 功 能 来 在 NAN 和 内 勤 办 公 室 之 间 进 行 通 信 取 决 于 不 同 的 供 应 商, 图 7 在 距 离 微 波 炉 5cm 或 更 远 处 所 测 得 的 射 频 泄 漏 的 分 布 (W/m 2 ) March/April 2013 IEEE microwave magazine 79

8 这 可 以 通 过 采 用 蜂 窝 电 话 调 制 解 调 器 的 商 用 蜂 窝 电 话 系 统, 专 用 的 广 域 网, 或 者 有 线 或 光 纤 连 接 以 及 宽 带 互 联 网 而 得 以 完 成 用 于 对 来 自 NAN 的 数 据 进 行 组 合 的 汇 合 器 必 须 要 在 邻 近 区 域 中 的 一 小 部 分 仪 器 上 进 行 安 装, 或 者, 更 常 用 的 方 法 是, 安 装 在 附 近 的 电 线 杆 或 交 通 灯 的 灯 柱 上 由 于 目 前 还 没 有 一 个 全 行 业 统 一 的 标 准, 因 而, 在 供 应 商 中, 存 在 着 各 种 各 样 的 工 程 方 法, 有 时, 甚 至 存 在 于 同 一 个 供 应 商 的 不 同 生 产 线 中 为 了 表 征 智 能 电 表 的 射 频 辐 照 特 性, 人 们 在 FCC 设 备 授 权 数 据 库 中 对 美 国 市 场 中 6 个 主 要 的 AMI 系 统 的 供 应 商 进 行 了 调 查, 并 对 用 于 NAN, HAN 和 汇 集 功 能 的 收 发 机 的 信 息 进 行 了 分 类 我 们 可 以 从 供 应 商 的 网 站 上 获 取 额 外 的 信 息 总 结 如 下 : NAN: 大 多 数 供 应 商 使 用 的 收 发 机 是 工 作 在 无 需 许 可 证 (915 或 2450MHz) 或 需 要 许 可 证 (901MHz) 的 频 段, 一 般 都 倾 向 于 工 作 在 900MHz 下 ( 对 于 给 定 的 功 率 输 出, 可 以 利 用 较 长 的 传 播 距 离 ) FCC 的 文 件 指 明, 电 表 采 用 了 标 准 技 术 的 变 种 (IEEE 或 IEEE ), 但 是, 由 于 网 络 构 架 的 不 同, 并 不 一 定 要 遵 从 IEEE 的 标 准 例 如,Trilliant( 位 于 加 州 的 Redwood 市 ) 销 售 的 智 能 电 表 包 含 了 Freescale 公 司 ( 德 克 萨 斯 的 Austin 市 ) 现 成 的 ZigBee 模 块, 并 采 用 了 与 ZigBee 相 兼 容 的 物 理 层 (PHY) 和 介 质 访 问 控 制 层 (MAC), 在 这 之 上 是 附 加 的 专 用 网 络 构 架 一 个 不 同 的 供 应 商 采 用 了 基 于 IEEE 的 网 络, 但 却 工 作 在 915MHz 频 段 ( 目 前, 在 标 准 中 还 没 有 对 其 进 行 规 范 ) 当 然, 电 表 的 输 出 功 率 是 遵 从 电 表 所 归 入 的 某 个 特 定 器 件 类 别 所 对 应 的 FCC 极 限 值 的, 并 且, 通 常 是 与 同 类 别 中 其 它 器 件 的 功 率 输 出 不 相 上 下 的 HAN:FCC 数 据 库 中 所 描 述 的 出 现 在 电 表 中 的 HAN 收 发 机 的 射 频 特 性 似 乎 与 标 准 ZigBee 器 件 的 射 频 特 性 相 似, 传 导 功 率 水 平 在 W 的 范 围 内 由 于 电 表 最 终 是 要 与 家 庭 中 的 各 种 电 器 对 接 的, 因 此, 智 能 电 表 的 供 应 商 有 一 个 很 大 的 动 力 来 使 它 们 的 HAN 标 准 化, 很 有 可 能 是 在 ZigBee 的 基 础 上 将 其 标 准 化 汇 集 器 所 观 察 的 大 多 数 系 统 采 用 了 在 频 率 和 输 出 功 率 上 类 似 于 标 准 移 动 电 话 的 汇 集 器 来 与 商 用 蜂 窝 电 话 系 统 对 接 智 能 电 表 系 统 虽 然 在 设 计 上 变 化 很 大, 但 与 其 它 那 些 广 为 使 用 的 无 线 通 信 器 件 一 样, 都 采 用 了 标 准 网 络 技 术, 并 且 工 作 在 类 似 的 功 率 水 平 上 ( 并 且 受 到 相 同 的 辐 射 制 约 ) 80 IEEE microwave magazine March/April 2013

9 器 件 射 频 辐 照 的 比 较 在 我 们 的 环 境 中, 有 许 多 无 线 器 件 是 工 作 在 相 似 的 功 率 水 平 和 频 率 之 上 的, 并 且 会 对 人 体 产 生 辐 照 问 题 : 移 动 电 话 ( 对 除 使 用 者 以 外 的 其 它 人 员 ),Wi-Fi 路 由 器 和 客 户 适 配 卡, 数 字 无 绳 电 话 此 外, 来 自 于 微 波 炉 的 射 频 泄 漏 与 移 动 电 话 的 辐 照 具 有 相 似 的 量 值 当 对 居 家 人 士 曝 露 于 这 类 辐 照 进 行 评 估 时, 会 带 来 令 人 头 疼 的 问 题 此 外, 无 线 器 件 一 般 都 工 作 在 低 占 空 比 之 下, 并 且 可 以 通 过 峰 值 功 率 密 度 或 者 按 时 间 进 行 平 均 的 功 率 密 度 来 进 行 比 较 峰 值 功 率 密 度 一 个 自 由 空 间 传 播 模 型 (1) 允 许 对 来 自 不 同 辐 射 源 的 可 能 的 射 频 辐 照 水 平 进 行 粗 略 的 比 较 事 实 上, 当 一 个 射 频 场 穿 过 建 筑 物 进 行 传 播 时, 由 于 衰 落 和 多 径 效 应, 它 的 强 度 一 般 会 以 r -2 的 速 度 迅 速 下 降 尽 管 如 此, 自 由 空 间 模 型 仍 然 是 对 距 离 天 线 较 近 处 功 率 水 平 的 一 个 合 理 的 近 似, 因 为, 此 时, 来 自 表 面 的 反 射 不 甚 明 显 [17] 表 2 总 结 了 在 具 有 代 表 性 的 功 率 水 平 下, 距 离 一 个 半 波 长 偶 极 天 线 20cm 距 离 处 的 功 率 密 度, 并 与 FCC 对 于 一 般 人 群 中 的 某 个 人 的 全 身 辐 照 量 的 极 限 值 进 行 了 对 比 一 个 1W 的 器 件 ( 传 导 功 率 ) 在 20cm 处 产 生 低 于 FCC 极 限 值 的 射 频 功 率 密 度, 即 使 我 们 假 设 是 连 续 性 的 发 射, 并 且 也 没 有 将 这 个 事 实 考 虑 进 去, 即, 在 如 此 近 的 距 离 之 下 曝 露 的 仅 仅 是 身 体 中 的 某 一 部 分 ( 因 此, 正 如 FCC 极 限 值 所 规 定 的, 整 个 身 体 的 平 均 辐 照 量 是 非 常 小 的 ) 这 个 表 同 样 示 出 了 当 辐 照 量 降 为 1mW/m 2 时, 天 线 之 间 的 距 离 ( 这 是 在 住 宅 环 境 中, 来 自 各 种 辐 射 源 的 典 型 的 射 频 辐 照 等 级 ) 如 果 一 根 天 线 距 离 身 体 很 近 的 话, 一 个 更 加 合 适 的 对 辐 照 的 测 量 便 是 在 IEEE 和 国 际 非 电 离 性 辐 射 保 护 委 员 会 (ICNIRP) 中 都 制 定 了 的 极 限 中 所 规 定 的 SAR 本 地 制 约, 我 们 在 这 里 对 此 不 予 考 虑 空 间 平 均 辐 照 水 平 FCC 和 其 它 辐 照 极 限 是 用 从 6 分 钟 到 30 分 钟 这 个 期 间 辐 照 量 的 平 均 值 来 表 示 的 当 一 个 人 在 房 间 内 移 动 时, 由 于 辐 射 源 的 局 部 性, 他 / 她 受 到 的 辐 照 量 会 有 所 改 变, 并 且 相 关 测 量 是 一 个 辐 照 量 的 空 间 平 均 作 为 空 间 平 均 效 应 最 粗 略 的 表 征, 表 3 总 结 了 在 距 离 天 线 0.2 到 5m 的 距 离 范 围 内 所 受 到 的 偶 极 天 线 的 辐 照 量 在 这 个 模 型 中, 空 间 平 均 将 平 均 辐 照 量 降 低 了 400 倍 图 8 在 5 个 欧 洲 国 家 中, 不 同 环 境 下 的 平 均 射 频 辐 射 量 基 于 Joseph 2010 的 调 查 按 时 间 平 均 的 辐 照 水 平 数 字 通 信 器 件 从 特 性 上 讲 是 以 极 低 的 占 空 比 发 射 脉 冲 能 量 的, 因 此, 按 时 间 进 行 平 均 的 辐 照 量 比 峰 值 量 要 低, 这 个 减 少 量 等 于 占 空 比 March/April 2013 IEEE microwave magazine 81

10 若 干 因 素 限 制 了 来 自 无 线 网 络 的 辐 射 占 空 比 : 1) 网 络 设 计 中 的 防 冲 撞 协 议, 这 个 协 议 可 以 防 止 在 一 个 网 络 中, 任 何 时 候 有 超 过 一 个 以 上 的 节 点 在 进 行 传 输 ;2) 传 输 节 点 需 要 等 待 来 自 于 接 收 节 点 的 确 认 脉 冲 ; 以 及 3) 其 它 针 对 网 络 容 量 的 制 约, 例 如, 有 线 网 络 为 与 之 相 连 的 无 线 网 络 提 供 数 据 或 吸 收 来 自 于 与 之 相 连 的 无 线 网 络 的 数 据 一 般 来 说, 无 线 网 络 是 被 设 计 成 工 作 在 较 低 的 占 空 比 之 下, 并 且, 随 着 占 空 比 的 提 高, 效 率 变 得 越 来 越 低 例 如, 一 家 生 产 智 能 电 表 的 公 司 (Trilliant) 在 它 向 FCC 提 交 的 文 件 中 声 明, 由 于 器 件 信 号 处 理 方 面 的 制 约, 传 输 的 最 大 占 空 比 限 制 在 10%; 一 份 来 自 公 司 的 原 始 资 料 估 测, 实 际 使 用 的 Trilliant 公 司 的 智 能 电 表 一 天 内 占 空 比 的 上 限 应 当 是 在 0.05 到 0.1% 的 范 围 内 (Myron Graessle, Trilliant 公 司, 个 人 通 信 部 ) Itron 公 司 ( 南 加 州 的 西 联 市 ) 的 智 能 电 表 的 平 均 占 空 比 对 于 中 继 和 端 点 智 能 电 表 来 说 分 别 是 从 0.1 到 1%( 有 汇 集 功 能 和 没 有 汇 集 功 能 的 )[6] 在 ZigBee 网 络 中 传 输 时, 典 型 的 占 空 比 是 在 0.1 到 1% 的 范 围 内 [18] 据 报 道, 在 学 校 教 室 中 大 量 使 用 的 条 件 下, 手 提 电 脑 中 Wi-Fi 接 入 适 配 卡 和 无 线 接 入 点 的 平 均 占 空 比 对 于 手 提 电 脑 来 说 为 0.9%, 对 于 接 入 点 来 说 为 4.8%[3] 调 制 特 性 数 字 通 信 器 件 采 用 了 广 泛 的 调 制 方 案 ; 取 决 于 在 某 个 特 定 时 刻 所 使 用 的 标 准 的 派 生,Wi-Fi 器 件 采 用 了 若 干 种 调 制 方 法 中 的 某 一 种 因 此, 调 制 方 法 在 辐 照 量 的 评 估 中 生 成 了 许 多 可 能 的 变 量 尽 管 如 此, 美 国 (FCC)[19] 和 国 际 (ICNIRP[20] IEEE[21]) 极 限 值 并 没 有 特 别 对 调 制 方 法 加 以 考 虑 ( 除 了 很 极 端 的 情 况 以 外, 如 极 高 强 度 的 短 脉 冲 ) 此 外, 现 在 还 没 有 一 个 公 认 的 生 理 依 据 来 预 期, 当 ( 与 时 间 平 均 功 率 密 度 不 同 ) 用 于 无 线 通 信 技 术 中 时, 某 种 调 制 技 术 具 有 明 显 的 生 理 效 应 [22] FCC, IEEE 以 及 ICNIRP 关 于 人 体 曝 露 于 射 频 能 量 的 极 限 主 要 是 设 计 用 来 防 止 热 危 害 的, 相 关 的 量 值 是 在 功 率 按 分 钟 或 更 长 时 间 进 行 平 均 时 所 吸 收 的 功 率 安 装 位 置 本 文 所 讨 论 的 大 多 数 射 频 发 射 器 件 是 在 屋 内 使 用 的, 通 常 距 离 居 民 很 近 相 反, 电 表 则 是 安 装 在 屋 子 外 墙 的 金 属 电 表 盒 子 之 上 的 若 干 种 因 素 ( 金 属 盒 子 提 供 的 屏 蔽, 以 及 位 于 天 线 背 后 的 电 表 的 金 属 结 构, 建 筑 材 料 的 衰 减 ) 会 极 大 地 减 弱 在 屋 内 所 产 生 的 场 强 水 平 其 它 仪 表 ( 煤 气 表 和 水 表 ) 也 可 能 包 含 了 射 频 模 块 来 进 行 远 程 读 表, 并 且 可 以 位 于 屋 子 的 其 它 地 方 调 查 数 据 的 比 较 人 们 已 经 在 欧 洲 的 若 干 个 国 家 中 对 于 非 职 业 配 置 下 不 同 环 境 中 ( 工 作, 家 庭, 以 及 运 输 途 中, 等 等 ) 的 射 频 场 的 背 景 强 度 进 行 了 广 泛 的 调 查 [7]-[12] 人 们 已 经 对 欧 洲 的 若 干 个 国 家 [7]-[12] 在 不 同 环 境 下, 对 非 职 业 场 所 配 置 中 的 射 频 场 的 背 景 强 度 进 行 了 广 泛 的 调 查 ( 工 作, 家 庭, 以 及 运 输 途 中, 等 等 ) 这 个 调 查 给 每 个 人 都 准 备 了 曝 光 表, 这 个 曝 光 表 含 有 一 系 列 的 调 谐 滤 波 器, 这 些 滤 波 器 可 以 将 周 围 的 环 境 场 记 录 下 来 并 将 其 分 类 进 入 代 表 了 技 术 来 源 ( 移 动 电 话 上 行 和 下 行 链 接,Wi-Fi, 等 等 ) 的 12 个 频 率 接 收 器 中 这 个 仪 器 在 几 小 时 内, 以 4-90s 的 间 隔 对 几 个 国 家 内 的 270 多 名 人 员 来 记 录 数 据 这 些 调 查 为 城 市 地 区 ( 欧 洲 ) 的 人 员 长 时 间 内 的 平 均 曝 露 量 提 供 了 最 好 的 数 据 对 于 若 干 个 不 同 环 境 中 的 调 查 结 果 示 于 图 8 中 对 于 这 个 调 查 所 覆 盖 的 所 有 技 术 来 说, 在 5 个 欧 洲 国 家 的 屋 内 平 均 曝 露 量 大 约 为 0.1mW/m 2, 最 大 的 贡 献 来 源 (0.05mW/m 2 ) 是 屋 内 使 用 或 携 带 的 移 动 电 话 的 上 行 链 路 信 号 ( 这 个 研 究 没 有 考 虑 电 话 用 户 受 到 的 辐 照 量, 而 仅 仅 是 对 附 近 人 员 所 产 生 的 曝 露 量 ) 在 最 近 (2012 年 ) 的 跟 踪 报 道 中, 来 自 于 这 个 小 组 的 两 名 作 者 报 道 了 在 荷 兰 对 环 境 曝 露 的 主 要 贡 献 ( 没 有 包 含 参 与 者 进 行 呼 叫 的 情 况 ) 是 来 自 于 移 动 电 话 (37.5%), 无 绳 电 话 (DECT) 及 其 基 座 (31.7%), 以 及 来 自 [ 蜂 窝 ] 基 站 (12.7%) [23] 对 靠 近 家 用 电 器 的 不 同 系 列 的 测 量 提 出 了 一 个 不 同 的 观 点 例 如, 在 对 澳 大 利 亚 20 户 家 庭 中 靠 近 家 用 电 器 的 射 频 场 所 进 行 的 深 入 调 查 中, Croft 等 人 报 道 了 在 距 离 微 波 炉 20cm 处 的 功 率 密 度 可 达 440mW/ m 2 ( 不 同 家 庭 中 时 间 峰 值 的 平 均 值 ) Croft 等 人 注 意 到, 在 那 些 有 微 波 炉 并 且 启 用 了 微 波 炉 的 家 庭 中, 它 在 79% 的 时 间 里 是 最 大 的 曝 露 辐 射 源 [24] Tell 等 人 [6] 在 Itron 公 司 的 智 能 仪 表 前 方 30cm 处 测 得 的 最 大 场 强 大 约 为 100mW/ m 2 (900MHz), 这 与 大 约 0.1W ERP 是 相 一 致 的 所 有 这 些 测 量 值 都 只 是 美 国 和 国 际 相 关 曝 露 量 极 限 的 一 个 很 小 的 份 额, 取 决 于 频 率, 这 个 极 限 值 是 在 10,000mW/ m 2 这 个 数 量 级 但 这 些 研 究 中 所 考 虑 的 所 有 技 术, 除 了 微 波 炉 以 外, 最 近 都 已 经 粉 墨 登 场 了, 并 且, 毫 无 疑 问, 在 现 代 社 会 中, 人 们 的 平 均 射 频 曝 露 量 在 过 去 的 十 年 中 极 大 地 增 高 了 而 这 个 增 高 对 健 康 是 否 有 影 响 则 是 一 个 完 全 不 同 的 问 题 人 们 将 要 做 些 什 么 呢? 相 关 机 构 应 当 如 何 响 应 欧 洲 议 会 提 出 的 对 我 们 生 活 中 无 线 射 频 辐 射 器 件 进 行 研 究 这 个 要 求 呢? 健 82 IEEE microwave magazine March/April 2013

11 康 机 构 已 经 一 再 得 出 结 论, 还 没 有 明 显 的 证 据 表 明 低 于 国 际 标 准 极 限 值 以 下 的 射 频 曝 露 量 对 健 康 的 影 响 ; 关 于 最 近 对 于 33 篇 考 察 所 得 出 的 总 结 内 容, 请 参 见 文 献 [25] 尽 管 如 此, 公 众 依 然 还 是 很 担 忧 在 最 近 (2010 年 ) 进 行 的 欧 洲 民 意 调 查 中,46% 的 人 群 很 担 心 电 磁 场 潜 在 的 健 康 方 面 的 风 险, 而 58% 的 人 群 认 为, 管 理 机 构 并 没 有 采 取 足 够 的 措 施 来 保 护 人 们 防 止 出 现 这 些 风 险 [26] 如 果 当 局 对 这 种 忧 虑 不 予 回 应 的 话, 则 是 人 们 无 法 接 受 的 问 题 是, 如 何 正 确 地 进 行 这 项 工 作 一 种 方 法 是 对 无 线 器 件 的 曝 露 量 进 行 更 多 工 程 方 面 的 研 究, 这 是 一 个 意 义 明 确, 但 也 非 常 困 难 的 工 程 问 题 虽 然 FCC 数 据 库 提 供 了 关 于 无 线 器 件 辐 射 的 基 本 上 是 很 全 面 的 画 面, 但 对 个 体 在 真 实 世 界 这 个 条 件 下 的 曝 露 量 进 行 表 征 还 是 很 值 得 的, 就 像 若 干 对 Wi-Fi 进 行 研 究 所 做 的 那 样 在 关 于 如 何 利 用 数 据 方 面 还 没 有 一 个 清 晰 思 路 这 种 情 况 下, 这 些 研 究 对 于 形 成 公 共 政 策 所 起 的 作 用 是 很 有 限 的 就 像 本 文 开 头 提 到 的 欧 盟 决 议 所 要 求 的 那 样, 开 发 一 个 研 究 计 划 来 寻 找 无 线 器 件 辐 射 的 生 理 效 应 将 会 是 困 难 重 重 这 包 括 1) 缺 乏 一 个 鉴 定 机 制 来 产 生 生 理 效 应, 从 而 缺 少 假 设 来 引 导 研 究,2) 要 探 索 一 个 很 大 的 参 数 空 间, 以 及 3) 在 常 规 的 非 职 业 环 境 中, 会 出 现 许 多 不 同 的 射 频 能 量 源, 这 些 能 量 源 会 在 相 似 的 频 率 范 围 内 和 相 似 的 功 率 水 平 上 进 行 传 输 跟 踪 来 自 于 市 民 具 体 的 健 康 方 面 的 担 忧 将 是 一 个 更 加 可 行 的 方 案 例 如, 许 多 人 会 宣 称, 当 他 们 曝 露 于 来 自 移 动 电 话 和 其 它 器 件 的 射 频 能 量 中 时, 会 出 现 一 些 非 特 异 性 的 症 状, 被 称 为 电 磁 波 过 敏 症 (EHS) 至 今 为 止, 研 究 员 还 无 法 将 由 EHS 人 员 所 报 告 的 症 状 与 实 际 的 射 频 场 曝 露 量 联 系 起 来, 例 如, 文 献 [27] 和 其 它 专 家 提 出, EHS 是 一 个 反 安 慰 剂 症 状 (nocebo effects)( 当 实 验 对 象 遇 到 某 个 他 或 她 认 为 是 有 害 的, 而 实 际 上 并 没 有 什 么 作 用 的 事 物 时 所 产 生 的 反 应 )[28] 也 许 健 康 机 构 所 能 尽 力 而 为 的 事 情 是 继 续 密 切 跟 踪 健 康 方 面 有 关 新 的 开 发 工 作 的 文 献, 这 也 许 会 产 生 对 于 无 线 器 件 可 能 引 起 的 健 康 问 题 的 一 些 可 以 进 行 测 试 的 假 设 最 近 所 报 道 的 一 项 关 于 射 频 能 量 可 能 产 生 与 调 制 相 关 的 效 应 的 考 察 并 没 有 发 现 与 调 制 有 关 的 影 响, 但 确 认 了 一 些 有 趣 的 例 外 现 象 [29], 作 者 们 认 为 值 得 进 行 进 一 步 的 研 究 对 于 那 些 感 觉 他 们 的 健 康 已 经 受 到 无 线 技 术 影 响 的 公 众 成 员 来 说, 这 种 等 等 - 看 看 的 方 式 是 不 会 在 政 治 上 受 到 欢 迎 的 其 它 研 究 也 许 会 很 有 用 很 重 要 并 且 更 加 可 行 在 2010 年 关 于 射 频 场 的 研 究 计 划 中 [30], 国 际 卫 生 组 织 要 求 研 究 与 射 频 电 磁 场 (EMF) 相 关 的 健 康 问 题 和 所 觉 察 到 的 健 康 风 险 的 决 定 因 素 和 动 态 因 素 人 们 对 社 会 风 险 的 决 定 因 素 所 进 行 的 几 十 年 的 研 究 表 明, 除 了 技 术 因 素 以 外, 社 会 因 素 也 会 影 响 一 个 人 对 所 觉 察 到 的 风 险 的 反 应 由 于 许 多 对 此 极 为 关 注 的 人 们 是 非 自 愿 地 曝 露 于 射 频 之 下 的, 因 此, 含 有 射 频 功 能 的 器 件 在 风 险 通 信 方 面 提 出 了 棘 手 的 问 题 一 些 公 众 成 员 所 提 出 的 由 Wi-Fi 和 智 能 电 表 所 带 来 的 健 康 问 题 很 有 可 能 在 未 来 也 会 出 现 在 其 它 技 术 方 面, 这 个 世 界 已 经 被 无 线 器 件 所 淹 没, 并 且 更 多 的 无 线 器 件 即 将 来 临 致 谢 这 篇 文 章 是 在 对 FCC 设 备 批 准 数 据 库 进 行 调 查 的 基 础 上 完 成 的, 这 个 调 查 是 在 Richard Tell Associates 公 司 与 电 力 科 学 研 究 院 的 转 包 合 同 之 下 进 行 的 作 者 感 谢 Andrew Dombalagian 在 这 个 项 目 早 期 工 作 中 所 给 予 的 帮 助 参 考 文 献 [1] (2009). European parliament resolution of 2 April 2009 on health concerns associated with electromagnetic fields. [Online]. Available: //EP//TEXT+TA-+P6-TA DOC+XML+V0//EN [2] K. R. Foster, Radio-frequency exposure from wireless LANS utilizing Wi-Fi technology, Health Phys., vol. 92, pp , Mar [3] M. Khalid, T. Mee, A. Peyman, D. Addison, C. Calderon, M. Maslanyj, and S. Mann, Exposure to radio frequency electromagnetic fields from wireless computer networks: Duty factors of Wi-Fi devices operating in schools, Prog. Biophy. Mol. Biol., vol. 107, pp , Dec [4] A. Peyman, M. Khalid, C. Calderon, D. Addison, T. Mee, M. Maslanyj, and S. Mann, Assessment of exposure to electromagnetic fields from wireless computer networks in schools; results of laboratory measurements, Health Phys., vol. 100, pp , June [5] M. Barbiroli, C. Carciofi, and D. Guiducci, Assessment of population and occupational exposure to Wi-Fi systems: Measurements and simulations, IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 53, no. 1,pp , [6] R. A. Tell, G. G. Sias, A. Vazquez, J. Sahl, J. P. Turman, R. I. Kavet, and G. Mezei, Radio-frequency fields associated with the itron smartmeter, Radiat. Prot. Dosimet., vol. 151, pp , Aug, [7] W. Joseph, P. Frei, M. Rooesli, G. Thuroczy, P. Gajsek, T. Trcek, J. Bolte, G. Vermeeren, E. Mohler, P. Juhasz, V. Finta, and L. Martens, Comparison of personal radio frequency electromagnetic field exposure in different urban areas across Europe, Environ. Res., vol. 110, pp , Oct [8] F. Viel, S. Clerc, C. Barrera, R. Rymzhanova, M. Moissonnier, M.Hours, and E. Cardis, Residential exposure to radio-frequency fields from mobile phone base stations, and broadcast transmitters: A populationbased survey with personal meter, Occup. Environ. Med., vol. 66, pp , Aug [9] J. Viel, E. Cardis, M. Moissonnier, R. de Seze, and M. Hours, Radiofrequency exposure in the French general population: Band, time, location and activity variability, Environ. Int., vol. 35, pp , Nov [10] W. Joseph, L. Verloock, F. Goeminne, G. Vermeeren, and L. Martens, Assessment of general public exposure to LTE and RF sources present in an urban environment, Bioelectromagnetics, vol. 31, pp , Oct [11] W. Joseph, P. Frei, M. Rooesli, G. Thuroczy, P. Gajsek, T. Trcek, J. Bolte, G. Vermeeren, E. Mohler, P. Juhasz, V. Finta, and L. Martens, Comparison of personal radio frequency electromagnetic field exposure in different urban areas across Europe, Environ. Res., vol. 110, pp , Oct [12] E. Lunca, V. David, A. Salceanu, and I. Cretescu, Assessing the human exposure due to wireless local area networks in office environments, Environ. Eng. Manage. J., vol. 11, pp , Feb [13] IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks, IEEE Standard and various amendments, [14] Allied Business Intelligence, Inc. (14 Jan. 2013). Wi-Fi market data. [Online]. Available: March/April 2013 IEEE microwave magazine 83

12 [15] K. Thota. Strategy Analytics: A Quarter of Households Worldwide Now Have Wireless Home Networks. (Apr. 04, 2012). Business Wire. [Online]. Available: http: // &div= [16] IEEE Standard [17] J. B. Andersen, J. O. Nielsen, G. F. Pedersen, G. Bauch, and M. Herdin, Room electromagnetics, IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 49, pp , Apr [18] A. Willig, K. Matheus, and A. Wolisz, Wireless technology in industrial networks, in Proc IEEE, 2005, vol. 93, pp [19] Evaluating compliance with FCC guidelines for human exposure to radio-frequency electromagnetic fields. (1997). FCC Bull.[Online]. Available: lletins/oet65/oet65a [20] A. Ahlbom, U. Bergqvist, J. H. Bernhardt, J. P. Cesarini, L. A. Court, M. Grandolfo, M. Hietanen, A. F. McKinlay, M. H. Repacholi, D. H. Sliney, J. A. J. Stolwijk, M. L. Swicord, L. D. Szabo, M. Taki, T. S. Tenforde, H. P. Jammet, and R. Matthes, Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz), Health Phys., vol. 74, pp , Apr [21] Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 khz to 300 GHz, IEEE Standard C [22] K. R. Foster and M. H. Repacholi, Biological effects of radiofrequency fields: Does modulation matter? Radiat. Res., vol. 162, pp , Aug [23] J. F. B. Bolte and T. Eikelboom, Personal radio-frequency electromagnetic field measurements in the Netherlands: Exposure level and variability for everyday activities, times of day and types of area, Environ. Int., vol. 48, pp , Nov [24] R. Croft, R. McKenzie, and S. Leung. (2009). EME in homes survey: Final report. ACRBR. [Online]. Available: /ACRBR_Devices_In_Homes_Final_Report.pdf [25] L. Verschaeve, Evaluations of international expert group reports on the biological effects of radio-frequency fields, in Wireless Communications and Networks Recent Advances, A. Eksim, Ed. Shanghai,China: InTech, [26] TNS opinion and social. (June, 2010). Eurobarometer 73.3, Electromagnetic Fields. [Online]. Available: bi-ological-effects-of-radiofrequency-fields [27] A. Barth, I. Ponocny, T. Gnambs, and R. Winker, No effects of shortterm exposure to mobile phone electromagnetic fields on human cognitive performance: A meta-analysis, Bioelectromagnetics, vol. 33, pp , Feb [28] G. J. Rubin, R. Nieto-Hernandez, and S. Wessely, Idiopathic environmental intolerance attributed to electromagnetic fields (formerly electromagnetic hypersensitivity ): An updated systematic review of provocation studies, Bioelectromagnetics, vol. 31,pp. 1 11, Jan [29] J. Juutilainen, A. Hoyto, T. Kumlin, and J. Naarala, Review of possible modulation-dependent biological effects of radio-frequency fields, Bioelectromagnetics, vol. 32, pp , Oct [30] World Health Organization. (2010). Radio frequency (RF) fields research agenda. [Online]. Available: research/rf_research_agenda_2006.pdf [31] Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM);Wideband Transmission Systems; Data Transmission Equipment Operating in the 2,4 GHz ISM Band and Using Wide- Band Modulation Techniques; Harmonized EN Covering Essential Requirements Under Article 3.2 of the R&TTE Directive, European Telecommunications Standards Institute Sophia Antipolis Cedex France Standard EN , V [32] Broadband Radio Access Networks (BRAN); 5 GHz high performance RLAN; Harmonized EN Covering Essential Requirements of Article 3.2 of the R&Tte Directive, European Telecommunications Standards Institute Sophia Antipolis Cedex France Standard EN V IEEE microwave magazine March/April 2013