Первый прототип мобильного телефона Motorola DynaTAC был создан в 1973 г. Мартином Купером. Этот телефон весил около 1,15 кг и имел размер 22,5×12,5×3,75 см. Однако первый коммерческий сотовый телефон появился на рынке только через десять лет в марте 1983 г. Он весил гораздо меньше прототипа – всего полкилограмма – и продавался за три с половиной тысячи долларов. А вскоре компания Motorola первой начала массовый выпуск мобильных телефонов и длительный период времени определяла развитие в мире беспроводной телефонной связи. Количество мобильных телефонов в мире начало стремительно увеличиваться. В 1983 г. число пользователей сотовых телефонов достигло 1 млн, а в 1990 г. – 11 млн. Распространение сотовых технологий сделало этот сервис все более дешевым, качественным и доступным. Уже в 2000 г. во всем мире насчитывалось 720 млн владельцев сотовых телефонов, а в 2010 г. их число превысило 5 млрд [50, 51]. В конце 2012 г. во всем мире насчитывалось около 6 млрд подписчиков мобильной сотовой связи, т. е. 86 абонентов на 100 жителей планеты. В настоящее время (2014 г.) эта величина превышает более 7 млрд. Что касается Интернета, то к концу 2013 г. в глобальной сети насчитывалось 2,7 млрд человек, что составляет 40 % населения мира [52].
В табл. 1.5 приводятся данные о количестве мобильных телефонов в некоторых странах мира и абонентов мобильной связи на 100 человек [53].
Республика Беларусь по обеспеченности услугами мобильной связи находится на достаточно высоком уровне, где количество зарегистрированных пользователей в настоящее время превышает население республики. Количество абонентов, подключенных к сетям сотовой подвижной электросвязи, к концу 2012 г. достигло 10676,5 тыс., в том числе стандарта GSM – 10 668,3 тыс. и IМТ-МС-450 – 8,2 тыс. Проникновение сотовой связи в Беларуси достигало 108 %. Связь обеспечивают 15 042 базовые станции сотовых операторов. Услуги сотовой подвижной электросвязи охватывают 98,1 % территории республики, на которой проживает 99,7 % населения. По количеству сотовых телефонов Беларусь превышает или практически находится на одном уровне с развитыми странами мира. Беларусь по Индексу развития информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в мире занимала в 2013 г. итоговое 41-е место со значением индекса, равным 6,11, а среди стран СНГ она уступала только России [52].
ЭМП, генерируемые мобильными (сотовыми) телефонами, относятся к диапазону ультравысоких частот, дециметровым волнам. Основные элементы системы мобильной связи – базовые станции и мобильные (сотовые) радиотелефоны. Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего они являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ-диапазоне.
Базовые станции являются источниками излучений в диапазоне 463–1880 МГц. Антенны базовых станций устанавливают на высоте 15–100 м от поверхности Земли, на уже существующие постройки или на специально сооруженных мачтах. Они излучают ежедневно и круглосуточно (в ночное время мощность изучения, как правило, снижается) ЭМП радиочастот, на протяжении уже почти 15 лет постоянно подвергают облучению все население (детей, подростков, взрослых и пожилых людей, беременных и развивающийся плод, больных и гиперчувствительных лиц). Это облучение приобрело детерминирующий характер, т. е. объективную закономерность. ЭМП базовых станций мобильной связи осуществляют тотальное облучение всего организма.
Таблица 1.5. Количество мобильных телефонов и % охвата населения мобильной связью в некоторых странах мира [53]
С каждым годом число базовых станций увеличивается, так как каждый оператор сети радиосвязи старается предоставить населению все более усовершенствованные условия для связи, а в результате суммарный фон ЭМП в окружающей среде повышается. Одновременно используются несколько технологий и стандартов беспроводной связи, что приводит к возникновению многочисленных источников ЭМП, максимально приближенных к населению, но излучающих ЭМП значительно меньшей интенсивности, чем «традиционные источники» радиочастотного диапазона, как теле– и радиостанции, для которых и разрабатывались ныне действующие гигиенические нормативы. Однако в современных условиях радиочастотный диапазон задействован максимально, и каждый городской житель гарантированно находится под воздействием ЭМП радиочастот нескольких источников [54]. Среди установленных в одном месте антенн базовых станций имеются как передающие (или приемопередающие), так и приемные антенны, которые не являются источниками ЭМП. Измеренные значения ППЭ ЭМП вблизи базовых станций сотовой связи в местах возможного доступа людей (населения) составляют от 0,17 до 471 мкВт/см2. Максимально измеренные значения фиксируются на кровле зданий, на которых размещены антенны базовых станций. Значения, превышающие 10 мкВт/см2, фиксировались также в помещениях зданий, удаленных не далее 100 м от антенны и расположенных по азимуту проекции главных лучей диаграммы направленности антенны. На территории жилой застройки при измерениях на высоте 2 м от уровня земли не зафиксировано превышения значения 10 мкВт/см2 ни в одной из точек. Тем не менее максимальные измеренные значения могут достигать нескольких сотен мкВт/см2 [27].
Мобильный (сотовый) радиотелефон представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона передача ведется в широком диапазоне частот в пределах 450-1785 МГц до 2,0 ГГц. Мощность излучения сотового телефона является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи «мобильный радиотелефон – базовая станция», т. е. чем выше уровень сигнала базовой станции в месте приема, тем меньше мощность излучения сотового телефона. Максимальная мощность находится в границах 0,125-1,0 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05-0,2 Вт. Наибольшей выходной мощностью сотовый телефон обладает при максимальном удалении от базовой станции или при уменьшении сигнала в результате эффекта экранирования [32].
В последнее время широкое распространение получили также смартфоны (англ. smartphone – умный телефон) – мобильные телефоны, дополненные функциональностью карманного персонального компьютера. Смартфоны отличаются от обычных мобильных телефонов наличием достаточно развитой операционной системы, открытой для разработки программного обеспечения сторонними разработчиками (операционная система обычных мобильных телефонов закрыта для сторонних разработчиков). Установка дополнительных приложений позволяет значительно улучшить функциональность смартфонов по сравнению с обычными мобильными телефонами. Сейчас граница между «обычными» мобильными телефонами и смартфонами все больше стирается, новые телефоны (за исключением самых дешевых моделей) давно обзавелись функциональностью, некогда присущей только смартфонам.
Как показывают эксперименты, лишь 30 % излучения мобильного телефона служат для установления связи с базовой станцией. Остальные 70 % поглощаются телом абонента.
Мощность излучения мобильного телефона различается в зависимости от его режима: в режиме ожидания (стенд-бай), при «дозвоне» и во время разговора. Она минимальна в позиции «стенд-бай» и максимальна в момент вызова. Кроме того, нельзя не отметить тот факт, что самое сильное излучение исходит от телефона в период «дозвона», когда оператор связи производит поиск мобильного устройства в зоне покрытия.
Необходимо иметь в виду, что степень воздействия сотового телефона на организм зависит от разного рода факторов. Она может зависеть от длительности воздействия аппарата на организм, от того, где телефон находится на протяжении этого времени. Воздействие телефона в активном состоянии зависит от стандарта связи и частоты вещания. Если же телефон находится в режиме ожидания, то здесь решающую роль играет ЭМП деталей аппарата. Следовательно, степень влияния телефона на организм зависит как от оператора мобильной связи, так и от модели телефона.
Вопрос о влиянии на здоровье человека телефонов, находящихся в режиме ожидания, до сих пор остается почти неизученным. Он не вызывает должного интереса в ученой среде и уступает таким проблемам, как влияние работающего телефона на головной мозг и воздействие ЭМП на организм человека, источником которого является современная бытовая и оргтехника. Конечно, ЭМИ от сотового телефона в режиме ожидания достаточно низкое. Однако тот факт, что у большинства пользователей аппараты располагаются вблизи тела (на поясе, в карманах и т. д.) в течение почти всего дня, говорит о необходимости исследований в данной сфере.
Интересен тот факт, что локальное излучение, действующее на человека во время «дозвона» и на всем протяжении разговора по телефону, достигает пределов установленных в настоящее время допустимых уровней.
Нормируемым параметром ЭМП, в том числе для сотового телефона, является ППЭ, которая выражается в мкВт/см2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярную направлению распространения волны.
Предельно допустимая энергетическая экспозиция в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц (область, к которой также относится и мобильная связь) по ППЭ составляет 200 мкВт/см2, а предельно допустимые уровни ЭМИ для населения, рабочих мест лиц, не достигших 18 лет, и женщин в период беременности составляют 10,0 мкВт/см2 [54а].
Предельно допустимый уровень (ПДУ) его при воздействии на пользователей сотового телефона не должен превышать 100 мкВт/см2. В момент вызова сотовый телефон излучает ЭМП наибольшей величины, постепенно уменьшаясь по мере нахождения и установления связи с запрашиваемым абонентом, поддерживаются невысокие величины ППЭ. В момент вызова величины ППЭ могут превышать ПДУ в десятки раз, особенно на большом удалении от базовой станции или в труднодоступных для радиосигнала местах.
Для характеристики значения ЭМП, создаваемого сотовым телефоном, взаимодействующего с телом человека, используется значение поглощенной дозы, т. е. того значения энергии поля, которое поглощается единицей массы ткани – удельная поглощенная мощность (УПМ). Эту величину выражают в ваттах на килограмм (Вт/кг) или милливаттах на грамм (мВт/г) и обозначают как SAR (англ. – Specifc Absorption Rate) – уровень излучения энергии ЭМП, выделяющейся в тканях тела человека за 1 с. Обычно SAR определяют для ткани массой 1 или 10 г за интервал 6 мин. Для того чтобы поля радиочастот могли вызвать негативные последствия для здоровья, величина УПМ должна превышать 4 Вт/кг.
Значение SAR определяется при работе телефона на максимальной мощности, а в реальных условиях мощность передатчика телефона зависит от конкретных условий, при этом, как правило, чем лучше качество связи в точке местонахождения абонента, тем меньше мощность. Хотя в действительности уровень мощности передатчика на мобильном телефоне управляется с базовой станции GSM. Диапазон регулировки пиковой мощности в GSM-телефонах – примерно от 2 Вт до 20 мВт, т. е. разница между максимальной и минимальной мощностью около ста раз. SAR бывает различной у различных телефонов, кроме того, на ее величину влияет тип антенны. Выделяют такие три типа антенн, как: встроенная (обозначается буквой В), диполь (D), спиральная (H). Чем меньше значение SAR, тем меньшее воздействие оказывает ЭМП мобильного телефона на организм человека. В табл. 1.6 приведены данные значений SAR некоторых моделей мобильных телефонов и смартфонов [55].
В качестве предельно допустимого для условий профессионального воздействия принято значение SAR, равное 0,4 Вт/кг для тотального воздействия на тело реципиента и 10 Вт/кг для локального воздействия на его голову и торс. Для условий непрофессионального воздействия – 0,08 и 2 Вт/кг соответственно.
Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время. Рассматривая вопросы их эволюции, приходим к понятию «поколений». Системы первого поколения (1G) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями, т. е. абонент с одной и той же SIM-картой не мог получать услуги в сетях разных операторов. К системам первого поколения относятся: NMT (частота 453–457,5 МГц) и AMPS (824–848 МГц) и некоторые другие.
Таблица 1.6. Значения SAR некоторых моделей мобильных телефонов и смартфонов [55]
Системы мобильной связи второго поколения (2G) являются цифровыми. У них появились существенные преимущества, которые позволили предоставить абонентам усовершенствованные услуги, которые заключались в повышении емкости и качества. Наиболее распространенным стандартом этого поколения является GSM (Глобальная система мобильной связи – Global System for Mobile Сommunications). С 1991 г. был внедрен единый общеевропейский стандарт GSM (GSM 900 – диапазон 900 МГц). В настоящее время большинство мобильных телефонов работают на стандарте второго поколения GSM-1800, который, имея более широкую рабочую полосу частот в сочетании с меньшими размерами ячеек (сот), по сравнению с GSM 900 позволяет строить сотовые сети значительно большей емкости.
Необходимо также упомянуть и такой источник электромагнитного излучения, как система Wi-Fi (от англ. Wireless Fidelity – беспроводная точность), необходимая для беспроводного подключения ко всемирной электронной паутине (Интернет), действующая на частоте 2,4 ГГц при мощности излучения 100 мВт. Эта область телекоммуникационных систем развивается быстрыми темпами. Широкое распространение этой системы в настоящее время вызывает необходимость оценки действия излучения этого источника на состояние организма человека и другие объекты окружающей среды.
В последние годы обращается повышенное внимание на потенциальную опасность излучения мобильных телефонов, смартфонов, системы Wi-Fi для организма, особенно в связи с исследованиями, в которых представлены данные о вероятном риске развития канцерогенеза в различных отделах головного мозга при длительном воздействии ЭМИ от указанных источников. Появилось также несколько публикаций, в которых сообщается о негативном влиянии электромагнитного излучения в диапазоне 900–1800–2450 МГц и на другие системы организма.
ЭМП указанного диапазона является возможным канцерогеном для различных систем организма, но особое значение оно имеет для структур головного мозга [7]. В серии эпидемиологических исследований шведскими онкологами было выявлено достоверное увеличение риска развития неврином слухового нерва и глиом у постоянных пользователей мобильных и радиотелефонов [56–60]. Риск развития неврином слухового нерва возрастал у последних в 3,5 раза при ипсилатеральном (одностороннем) пользовании мобильным телефоном в течение 10 лет и более. Риск развития глиом у пользователей мобильной связи (10 лет и более, ипсилатерально) увеличивался более чем пятикратно по сравнению с контрольной группой. При двустороннем пользовании мобильным телефоном возрастание рисков было менее выражено, хотя также достоверно превышало показатели контрольных групп [17, 59]. Риск развития опухолей был более выражен у молодых пользователей мобильными телефонами [60].
В рамках масштабного международного проекта Interphone было выявлено, что при суммарном времени пользования мобильным телефоном свыше 1640 ч, если это время набиралось пользователями в течение 1–4 лет, риск развития глиом возрастал у последних в 3,77 раза, а риск развития менингиом – в 4,8 раза по сравнению с контрольными группами [61].
В обзоре [17] проанализированы данные исследований влияния излучения базовых станций на рост онкозаболеваний у лиц, которые подвергаются этому воздействию. Установлены достоверные изменения в состоянии здоровья людей, живущих вблизи базовых станций мобильной связи. Так, за 10 лет работы базовых станций в г. Нейла (Германия) уровень онкозаболеваний у жителей региона (до 400 м от станции) вырос в 3,1 раза по сравнению с жителями отдаленных районов города [62]. В Израиле (г. Нетанья) ввод в эксплуатацию мощной базовой станции только за 1 год ее работы привел к росту уровня онкозаболеваний в районе станции (до 300 м) в 4,15 раза [63]. У жителей районов вблизи базовой станции выявлено достоверное ухудшение психофизических параметров самочувствия [64–66].
Выявленные эффекты влияния ЭМИ, излучаемых сотовыми телефонами, вызывают повышенный интерес к изучению биологического действия электромагнитных излучений, а также особенностей этого воздействия не только на головной мозг, но и на другие системы организма, среди которых репродуктивная система является наиболее приоритетной областью для исследования.
