密集的5G基站对人体有伤害吗?
近期随着一线城市开始慢慢5G网络的部署,我们已经可以看到很多关于新款5G手机的一些试用报告,特别强调其在速度上的大幅度提升(在已经覆盖5G网络的有限区域内)。
对于消费者而言,5G带来的最大创新,并不是速率的提升,虽然这是很多宣传广告中最强调的部分,但是实际上,这并不一定是最大的瓶颈。尤其是,5G和现有的WIFI(其实是光纤网络)相比并没有显著优势。
消费者能体会到的最大好处是什么呢?实际上是在人员密集的地方,网络速度不会出现明显的降低。相信很多朋友都有类似的体验:在火车站、繁华市区或者机场等人流密集的地点,眼看着手机上4G信号是满格的,但是却迟迟收发不了信息。
这是因为3G、4G在基站数有限的情况下,同时支持的并发用户数量非常有限导致的。相比之下,通过采用大规模多天线、波束赋形、D2D等先进技术,5G网络在每平方公里的区域范围内,理论上能够承载超过100万台设备。也就是说,别说是人的手机,把汽车、电器、交通灯等等全部都接入网络,也绰绰有余。这实际上为基于物联网(IoT)的“万物互联”奠定了基础。
但是,达到这个目的有一个要求:因为5G的频率主要在6GHz附近,以及25G到65G之间,波长变得非常小,波长小的代价就是很容易折射,所以必须要依靠大量的中继基站,而且这种毫米波基站可以做得非常小,结果就是将来会在各种公共设施(譬如路灯、楼宇)上安装大量的微基站,达到同时支持大量高速用户的目的。下图显示的是一些目前已经安装的5G基站,外型上将来还会进一步缩小。
这对于华为这样的设备制造商来说,无疑是利好(因为运营商需要大量采购和安装基站)。但是有人会担心:这么密集的基站,会对人体有伤害吗?
这个问题实际上是一个非常“老生常谈”的问题,十多年前就有人提出来,“基站/手机/WIFI对身体有危害吗?” 从最早的WIFI时代、3G时代到4G时代,现在到5G时代又出现了。
对于这个问题,国际科学界目前的统一回答是:迄今为止,没有任何研究表明存在一致的证据,证明接触射频场强度低于造成组织发热的限值,会产生不良的健康影响。
参考文献:"Guidelines for limiting exposure to time-varying electric magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz)",Health Phys., vol. 74, no. 4, pp. 494-522, Apr. 1998.
这句话的意思可以解读为:只要5G的基站和手机,符合国家生产标准,就不会产生足以引起人体危害的辐射强度。
没有任何科学依据证明,低于这个强度限值的通信产品,会对人类产生健康影响。这句话是哪里来的呢?1996年,世界卫生组织(WHO)就建立了“国际电磁场计划”,以调查人体在长期暴露在极低频电场和磁场中(低于300GHz,所有2G到5G所用频率都属于此范围)是否会危及危害。我国也加入其中,最终该项目发布了评估结果和建议。上述结论来自于此项目。
这后面的科学原理是什么呢?
电是我们日常生活中不可缺少的一部分,只要电在传输, 附近输电线和用电设备周围就会存在电场和磁场,包括但不限于基站、 手机等电子产品。这些常用电子产品会产生电磁辐射,把能量以电磁波的形式发送到空间。一般而言,电磁波的频率和强度越高,电磁辐射的能量就越大。对于移动通信系统来说,用户能体验到的电磁辐射可能来自于基站和手机。
因为电磁波在空间传输会遭遇能量衰减, WHO 的研究结果显示,日常手机能够对人体造成的电磁辐射要远远大于基站,也就是说 5G/4G/3G 网络中主要的电磁辐射来源,是手机。
当电磁辐射作用于人体时,可能会对人体产生热效应和非热效应两种影响。
热效应过高会对人体产生负面作用。 那么如果我们要减弱热效应,就可以反向操作,限制功率指标。这也是目前政府和国际组织正在做的,当前世界上所有国家关于电磁功率的标准都是为了降低热效应对人类的影响而制定。
目前我国的电磁辐射防护标准堪称世界上最严的电磁标准之一,严格程度远远高于欧洲和美国现行标准。根据中国国家标准 GB8702-88《电磁辐射防护规定》,对于 30-3000MHz 频率范围,公众在一天 24 小时内环境电磁辐射场的场量参数在任意连续 6 分钟内的平均值应满足:按全身平均的比吸收率 SAR 应小于 0.02W/kg。与之对比,目前大多数欧洲国家采用的 ICNIRP(国际非电离辐射防护委员会)标准和美国采用的 FCC(联邦通信委员会)标准分别为 2W/kg 和 1.6W/kg。
5G 的占用频段包含 sub-6G 和毫米波频段两种,其中 sub-6G 频段的热效应已经被研究的很透彻了,如果满足国家标准,不会对健康产生由热效应带来的影响。根据科学推断,毫米波频段可能会带来新的热效应挑战,比如对眼睛,皮肤等密度不均匀,且暴露在外的部分影响会更加显著。不过,基于现行标准的研究表明,目前依然不需要过分担心热效的影响:科学实验表明,在 10mW/cm^2 下持续 8 小时的 60 GHz 毫米波辐射没有表现出眼部损伤;同时,在相似条件下的皮肤实验表明,皮肤温度上升可能在 0.1-0.5 度之间,考虑到血液流动和热量散失,这一温度并不会对人体造成严重的影响。
(参考文献:H. A. Kues, S. A. D'Anna, R. Osiander, W. R. Green, J. C. Monahan, "Absence of ocular effects after either single or repeated
exposure to 10 mW/cm 2 from a 60 GHz CW
source",Bioelectromagnetics, vol. 20, no. 8, pp. 463-473, 1999.)
除了热效应以外,还有一种非热效应,也就是说,因为生物长时间暴露在低于热效应限值的电磁环境里,虽然不会受到组织发热等影响,但是也可能会存在其它生理影响,这些影响被统称为非热效应。科学意义上,非热效应通常包括对细胞生长和增殖速率,酶活性,组织修复和再生速率以及其他生物效应的影响,而且这些影响通常与温度变化没有直接明显关系。 针对电磁场非热效应的影响,科学家百花齐放,众说纷纭。 甚至可以说是争议遍地,已经持续了数十年。
IEEE 国际电磁安全委员会曾经发表声明,表明这这些争议可以解释为非热效应可能不存在, FCC 和ICNIRP 制定的电磁防护规范也是遵循这一原则。
(参考文献:L. Furia, D. W. Hill, O. P. Gandhi, "Effect of millimeter-wave irradiation on growth of Saccharomyces cerevisiae",IEEE
Trans. Biomed. Eng., vol. BME-33, no. 11, pp. 993-999, Nov. 1986.)
因此,对于这个问题,最全面、最斟字酌句的回答是:
迄今为止,没有任何研究表明存在一致的证据,证明接触射频场强度低于造成组织发热的限值,会产生不良健康后果。同样,目前没有任何研究表明存在一致的证据,证明符合国家电磁防护规范的设备,会对人体产生不良健康后果,不论 2G、 3G、 4G 还是 5G 时代。