Şekil 5: Çağrı isteğinin kurulmadan önce GSM900 spektrumu

Transkript

1 ARAMA VE ARANMA SIRASINDA GSM 900 MHZ CEP TELEFONUNUN YAYDIĞI ELEKTROMANYETİK RADYASYONUN DEĞİŞİMİNİN DENEYSEL OLARAK GÖZLENMESİ EXPERIMENTAL OBSERVATION OF THE ELECTROMAGNETIC RADIATION CHANGE THAT RESULTS FROM A GSM 900 MHZ MOBILE PHONE DURING INCOMING AND OUTGOING CALLS Nuri KAPUCU 1, İbrahim DEVELİ 2, Uğur SORGUCU 1 1 Elektronik-Elektronik Mühendisliği A.B.D Fen Bilimleri Enstitüsü Erciyes Üniversitesi nuri.kapucu@gmail.com, ugursorgucu@hotmail.com 2 Elektronik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Erciyes Üniversitesi develi@erciyes.edu.tr ÖZET Bu çalışmada, GSM 900 MHz frekansında çalışan cep telefonlarının arama ve aranma sırasında yaydığı elektromanyetik radyasyonun değişimi, Spectran HF-6065 marka portatif RF spektrum analizörü aracılığıyla deneysel olarak incelenmiştir. Ölçüm sonuçları, arama ve aranma esnasında cep telefonunun kulağa yönlendirilmesinde acele edilmemesini ve tipik olarak 10 saniye beklendikten sonra (veya telefonun 2-3 defa çalması tamamlandıktan sonra) telefonun kulağa yaklaştırılmasının radyasyondan daha az etkilenme sağlayacağını göstermiştir. Anahtar Kelimeler: GSM900, Cep Telefonu, Elektromanyetik Radyasyon. 1. GİRİŞ Teknolojinin hızla gelişmesiyle birlikte günümüzde cep telefonlarının kullanımı oldukça yaygın hale gelmiştir. Haberleşme amaçlı olarak kullanılan cep telefonları, insanların günlük yaşamında çok önemli bir yere sahiptir. Hücresel telefon olarak bilinen cep telefonu bir ağ üzerinden ses ve veri haberleşmesi için kullanılan kısa mesafeli, taşınabilir elektronik bir cihazdır. Gezgin haberleşme telekomünikasyon endüstrisinde en hızlı gelişen haberleşme sistemidir. Cep tefonu kullanıcılarının sayısının artmasından dolayı, şimdilerdeki endişe cep telefonu tarafından üretilen elektromanyetik dalgaların insan sağlığına etkisi üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu alanda çok sayıda araştırmacı vardır ve elektromanyetik radyasyona maruz kalmanın sağlığa olan olası olumsuz etkileri üzerine yapılmış farklı çalışmalar bulunmaktadır [1, 2]. Kullanıcılar tarafından cep telefonu uzun süreli kullanıldığında baş ağrısı, görme bulanıklığı, kısa süreli hafıza kaybı, uyuşturma, kaşıntı, yanma hissi, uyku bozukluğu, elektromanyetiğe bağlı aşırı yorgunluk, bunaltı gibi olumsuz etkilerinin olduğu iddia edilmektedir. Araştırmacılar baş ağrısı, yorgunluk ve yoğunlaşma zorluğunun yüksek RF radyasyonuna maruz kalan insanlarda ortak bir şikâyet olduğunu tespit etmişlerdir [2]. İnsan vücudunun yaklaşık olarak % i; su, elektrolit ve iyonlardan meydana gelmektedir. Bu yüzden insan vücudu kendine has zayıf bir elektromanyetik alana sahiptir. Cep telefonlarından yayılan RF radyasyonu gibi zayıf elektromanyetik alanlar insan vücudu ile etkileşerek insan vücudunun kendi zayıf elektromanyetik alanını etkilemektedir. İnsan vücudunun sahip olduğu kendine has elektromanyetik frekanslar insanın sağlığı, hücrelerinin onarılması/çoğalması ve DNA sının bölünmesi için gereklidir. İnsan vücudunun sahip olduğu elektromanyetik alan, elektromanyetik ve elektriksel radyasyon gibi dış kaynaklı enerjiler ile etkileşebilir ve bu etkileşmenin insana biyolojik olarak olumsuz etkileri olabilir [3]. Taurisano ve arkadaşları [4] 900 MHz de çalışan GSM cep telefonlarından yayılan mikrodalgalara karşı korumasız olan insan kafasında oluşan sıcaklık eğilimini belirlemek için bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada en kayda değer yüzeysel sıcaklık artışının kulak lobunda, konuşmanın bitiminde ve 20 dakikadan uzun süreli konuşma yapıldığında meydana geldiği tespit edilmiştir. Kulak bölgesinde dakikalık konuşma zamanından sonra yüzeysel sıcaklık artışı konuma (sinyal seviyesi) ve telefon tipine bağlı olarak 1 C 2.4±0.2 C aralığında değişmektedir. Cep telefonu ahizeleri (maksimum 2W) baz istasyonundan (maksimum 10W) daha az güç iletmelerine rağmen kullanıcının vücudu ahizenin anteninden kayda değer bir şekilde daha fazla güç absorbe eder ve kısa mesafeden dolayı kullanıcının kafası en yüksek RF radyasyonuna maruz kalmaktadır. Malaric ve arkadaşları [5] yaptıkları çalışmayla kısa mesaj gönderme (Short Message Service, SMS) ile hedef birimin uyarılması esnasında iletilen gücün tepe değerinin en yüksek seviyede ve bu iletim zaman aralığının kısa süreli olduğunu; sohbet esnasında ise iletilen gücün daha az olduğunu göstermişlerdir. Bu çalışmada, 900 MHz de çalışan cep telefonunun yaydığı elektromanyetik radyasyonun arama ve aranma esnasında nasıl değiştiği ölçüm sonuçlarına bağlı olarak incelenmiştir. Arama ve aranma esnasında, cep telefonundan yayılan radyasyondan daha az etkilenme sağlamak için telefonun kulağa hemen götürülmemesi gerektiği ölçüm sonuçları ışığında açıklanmaya çalışılmış ve elde edilen sonuçlara göre bu konudaki öneriler sunulmuştur. 207

2 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu GSM SİSTEM MİMARİSİ GSM şebekesi, Şekil 1 de görüldüğü gibi gezgin istasyon (MS), baz istasyonu alt sistemi (BSS) ve şebeke anahtarlama alt sistemi (NSS) olmak üzere yapısal olarak üç ana bileşenden oluşur. Gezgin istasyon, abonenin haberleşme için kullanması gereken gezgin telefon cihazı, faks cihazı vb. terminal cihazlardır. Baz istasyonu alt sistemi (BSS); kanal tahsisi, bağlantı kalitesi, güç yönetimi, işaretleşme ve çağrı trafiği denetimi, BTS ler arası geçişlerin başlatılması ve frekans atlamasından sorumludur. Şebeke anahtarlama alt sistemi (NSS), abonenin şebeke içinde veya diğer şebekelerde bulunan aboneler ile bağlantısını sağlayan ve abonelik işlemlerini yürüten şebeke parçasıdır. Gezgin telefon sistemlerinde, haberleşmenin yapılacağı bölge hücre adı verilen küçük alanlara bölünmüştür. Her hücrenin merkezinde bir baz istasyonu bulunmaktadır. Gezgin telefonlar haberleşmelerini baz istasyonu üzerinden yapmaktadırlar. Baz istasyonları, mobil anahtarlama birimleri vasıtasıyla birbirleriyle ya kablo ya da yönlü radyolinklerle bağlıdırlar. Cep telefonlarıyla baz istasyonları arasındaki iletişim elektromanyetik dalgalarla gerçekleştirilmektedir. Hücresel yapı sayesinde aynı anda daha fazla kullanıcı haberleşebilmektedir [6-9] Cep telefonunda çağrı isteğinin kurulması Arama yapılacağı zaman telefon önce yapılacak işlem için bir kanal talebinde bulunur. Daha sonra MSC (Gezgin Anahtarlama Birimi) bu kanal üzerinden aramanın yapılacağını haber verir. Sistem, telefonu bir güvenlik testinden geçirir ve aranılacak numaranın yeri HLR (Abone bölge kaydı) ye sorulur. HLR birimi telefonun hangi MSC de olduğunu haber verir. MSC, kendisine bağlı bulunan baz istasyonlarına ortak bir mesaj gönderir. Telefonlar bekleme durumundayken sürekli dinlemede olduğu için bu mesajı alan ilgili telefon cevap göndererek konuşmaya hazır olduğunu bildirir. Şekil 2 de cep telefonu, baz istasyonu, MSC ve HLR arasındaki 1, 2, 3, 4 nolu oklar bu sürecin nasıl gerçekleştiğini göstermektedir. Her iki taraf hazır olduğunda konuşma kanalı tahsis edilir ve iki taraf arasında sohbet başlar. Konuşma kanalı, sohbet bitene kadar işgal edilir ve konuşma bittikten sonra ise diğer çağrılar için serbest bırakılır [10]. Şekil 1: GSM sistem mimarisi Baz istasyonları, baz istasyonu kontrol merkezine (BSC) ve baz istasyonu kontrol merkezleri ise merkezi anahtarlama birimine (MSC) bağlıdır. Baz istasyonları genellikle m yüksekliğindeki kulelere yerleştirilir. 120 lik yatay açıya sahip 3 anteni bulunur. Her anten düşey olarak 6 lik hüzmeye sahiptir. Merkezi anahtarlama birimi; ziyaretçi abone bilgileri veritabanı (VLR), abone bilgileri veritabanı (HLR), abone kimlik bilgileri doğrulama merkezi (AuC) ve gezgin birim bilgileri veritabanından (EIR) oluşmaktadır. GSM hizmetini sağlayan sistemin geçit santrali (GMSC), merkezi anahtarlama biriminden gelen tüm çağrıların yol atama fonksiyonlarını desteklemektedir. İlk ortaya çıkış biçimi ile GSM, 900 MHz bandını kullanmaktadır. 890 ile 915 MHz arasındaki frekansları alış frekansı (uplink- yukarı yönlü bağlantı), 935 ile 960 MHz arasındaki frekansları da veriş frekansı (downlink- aşağı yönlü bağlantı) olarak kullanır. GSM 900 ün kanal aralığı 200 KHz ve kanal kapasitesi ise 124 kanaldır. GSM 900 de modülasyon tekniği olarak Gauss Minimum Kaydırmalı Anahtarlama (Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK) ve çoklu erişim yöntemi olarak TDMA/FDMA kullanılmaktadır. Şekil 2: Çağrı isteğinin kurulması 3. ÖLÇÜM DÜZENEĞİ VE ÖLÇÜM SONUÇLARI 3.1. Ölçüm cihazı (Spectran HF 6065) Bu çalışmada cep telefonunun gelen ve giden çağrı esnasında yaydığı elektromanyetik gücün belirlenmesi amacıyla Şekil 3 de gösterilen Spectran HF-6065 marka portatif RF spektrum analizörü kullanılmıştır. Bu spektrum analizörü 10 MHz ile 6 GHz arasındaki tüm frekans bandını inceleyebilmekte, 60 db ye kadar yüksek duyarlılığa sahip, 100X e kadar hızlı örnekleme zamanına sahip ve aynı zamanda cihazın yönlü anteni yardımıyla sadece ilgilenilen hüzmedeki elektromanyetik alan şiddetini belirleyebilmektedir. Cihaz yönlü anten kullanımıyla, yansıma, kırılma, kırınım ve saçılma kayıplarının neden olduğu olumsuz etkilerin önüne geçerek en doğru ölçümü belirleyebilme imkânı sunmaktadır. Kullanılan spektrum analizör hem kendi 208

3 ekranında hem de USB bağlantısı ile bilgisayar ekranında inceleme yapılan GSM 900 frekans bandında nasıl bir değişim olduğunu, frekans ve zaman eksenindeki görünümlerini gösterebilmektedir. Ayrıca ölçülen elektromanyetik alanları elektrik alan, manyetik alan ve güç yoğunluğu gibi birbirine dönüştürülebilen büyüklükler cinsinden görebilme imkânı sunmaktadır Ölçüm sonuçları Ölçümlerde Şekil 4 te görülen düzenek kullanılmıştır. Öncelikle çağrı isteği kurulmadan önce Şekil 5-a ve 5-b de görüldüğü gibi GSM900 frekans bandının o anki durumu ölçülmüştür. Şekil 5-a ya bakıldığında 1,2 ve 3 numaralı noktalar bu frekanslarda (sırasıyla 936 MHz, 938 MHz ve 944MHz) baz istasyonlarının olduğunu göstermektedir. Bu baz istasyonlarının downlink (aşağı yönlü bağlantı) frekansında olduğu görülmektedir. Şekil 5-b de görülen dikey çizgiler ve noktalar baz istasyonlarını belirtmektedir. Dikey çizgilerin ve benek şeklindeki noktaların tonu koyulaştıkça baz istasyonunun yakın olduğu anlaşılmaktadır. Bu iki şekilde de görüldüğü gibi uplink bandı durağan iken downlink bandı yoğundur. Çağrı isteğinde bulunulana kadar bu durum devam edecektir. Şekil 3: Spectran HF-6065 portatif RF spektrum analizörü. (a) (b) Şekil 5: Çağrı isteğinin kurulmadan önce GSM900 spektrumu Şekil 4: Bilgisayar destekli RF ölçüm düzeneği Cihazın sağladığı bu özelliklerden dolayı detaylı ölçüm ve analizler yapılabilmektedir [11, 12]. Cihaz, USB bağlantısı sayesinde bilgisayara bağlanarak ölçüm sonuçları bilgisayar ekranında da görülebilmektedir. (Şekil 4). Cep telefonunda numaralar kodlanıp, ara tuşuna basıldığı andan itibaren, uplink bandında hızlı bir değişim ve hareketlenmenin olduğu Şekil 6 ve 7 de görülmektedir. Şekillere bakıldığı zaman yatay çizgiler görülmektedir. Bu çizgiler cep telefonunun çağrı isteğinde bulunulduğu andan itibaren yaydığı elektromanyetik gücü göstermektedir. Çizgilerin, en koyu tonlu olduğu zaman aralığı en yüksek elektromanyetik radyasyon yayılımının olduğu kısımlardır. 209

4 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011 Yapılan ölçümlerde çağrı isteğinin Şekil 6 da da görüldüğü gibi yaklaşık 45 saniye sürdüğü tespit edilmiştir. Şekil 7 de gösterildiği gibi çağrı başladıktan sonraki ilk 10 saniyelik zaman diliminde cep telefonunun yüksek seviyede elektromanyetik radyasyon yaydığı tespit edilmiştir. Bu zaman diliminde çıkış gücü yaklaşık -30 dbm lere ulaştığı görülmektedir. Yine aynı şekil üzerinde ilk 10 saniyenin ardından cep telefonu tarafından yayılan elektromanyetik radyasyonun zayıfladığı görülmektedir. Yatay çizgilerin azalmaya başladığı zaman aralığı yayılan radyasyonun azaldığını göstermektedir. İlk 10 saniyenin ardından cep telefonunun çıkış gücü yaklaşık -30 dbm den yaklaşık -60 dbm e kadar zayıflamaktadır. Şekil 8: Gelen çağrı (aranma) durumunda cep telefonunun çıkış gücü 4. DEĞERLENDİMELER VE ÖNERİLER Şekil 6: Numaralar kodlanıp ara tuşuna basıldığı andan itibaren çağrının başlama ve bitiş aralığı Şekil 7: Çıkış gücünün yüksek seviyede olduğu ve zayıfladığı zaman aralıkları Buraya kadar verilen ölçüm sonuçları cep telefonu ile arama yapıldığı zaman ki durum için geçerlidir. Aranma durumunda da ölçüm yapılmıştır. Aranma durumunda Şekil 8 de görüldüğü gibi yine cep telefonu yüksek seviyede elektromanyetik radyasyon yaymaktadır. Aranma esnasında ilk 10 saniyelik zaman diliminde çıkış gücü yaklaşık olarak -45 dbm olarak ölçülmüştür. Şekil 8 e bakıldığında yatay çizgilerin oldukça yoğun olduğu görülmektedir. Fakat bu çizgilerin tonu arama durumundaki ile kıyaslandığında daha açıktır. Bu da, aranma esnasında yayılan elektromanyetik radyasyonun arama yapıldığı zaman ki duruma göre biraz daha az olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada, günlük hayatta kullanılan cep telefonlarının arama ve aranma esnasında yaydığı elektromanyetik radyasyonun değişimi deneysel olarak incelenmiştir. Spectran HF-6065 portatif RF spektrum analizörü kullanılarak cep telefonunun arama ve aranma esnasında yaydığı elektromanyetik güce ait ölçümler yapılmıştır. Spectran HF-6065 portatif RF spektrum analizörü aracılığıyla elde edilen ölçüm sonuçlarına göre GSM 900 MHz frekans bandında çalışan cep telefonlarının en yüksek seviyede elektromanyetik radyasyonu arama ve aranma esnasında yaklaşık ilk 10 saniyede yaydığı belirlenmiştir. İlk 10 saniyelik zaman aralığından sonra ise yayılan radyasyonun azaldığı tespit edilmiştir. Aranma esnasında ise yapılan ölçüm sonucunda yayılan elektromanyetik gücün yine yüksek seviyede olduğu görülmüştür fakat arama esnasında yayılan güçten daha az olduğu tespit edilmiştir. Arama esnasında ilk 10 saniyede çıkış gücünün -30 dbm e ulaştığı fakat aranma esnasında ise yaklaşık -45 dbm e ulaştığı tespit edilmiştir. Cep telefonundan yayılan elektromanyetik gücün yüksek olduğu zaman diliminde, maruz kalınan elektromanyetik radyasyon da yüksek olmaktadır. Ölçüm sonuçlarına göre cep telefonundan çağrı isteğinde bulunulduktan yaklaşık 10 saniye veya karşı tarafın telefonu 2 veya 3 defa çaldıktan sonra cep telefonunun kulağa götürülmesi, cep telefonu kaynaklı radyasyondan daha az etkilenme sağlayacaktır. Aranma esnasında gelen çağrı isteğinin cevaplandırılmasında ise yine acele edilmemesi ve cep telefonu 2 veya 3 defa çaldıktan sonra kulağa götürülmesi radyasyondan daha az etkilenme sağlayacaktır. 5. KAYNAKLAR [1] Lias, K., Mat, D. A. A., Kipli, K., Marzuki, A. S. W. Human Health Implication of 900 MHz and 1800 MHz Mobile Phones, Proceedings of the 2009 IEEE 9th Malaysia International Conference on Communications, Kuala Lumpur, Malaysia, pp , December,

5 [2] Mat, D. A. A., Kho, F., Joseph, A., Kipli, K., Sahrani, S., Lias, K., Marzuki, A. S. W. The Effect of Headset and Earphone on Reducing Electromagnetic Radiation from Mobile Phone toward Human Head, Information and Telecommunication Technologies (APSITT), 8th Asia-Pasific Symposium on, pp. 1-6, June, [3] Mat, D. A. A., Tat, F. K. W., Kipli, K., Joseph, A., Lias, K., Marzuki, A. S. W. Visualization and Analytical Measurement of Electromagnetic Radiation from Handheld Mobile Phones, Second International Conference on Computer Engineering and Applications, pp , March, [4] Taurisano, M. D. and Vorst, A. V., Experimental Thermographic Analysis of Thermal Effects Induced on a Human Head Exposed to 900 MHz Fields of Mobile Phones, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 48, No 11, November [5] Malaric, K., Bartolic, J., Malaric, R., Measurement of GSM Phone Emission, Instrumentation and Measurement Technology Conference, pp , Como, Italy, May, [7] Develi, İ., Kablosuz ve Gezgin Haberleşme, Ders Notları, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, [8] Firengiz, A. and Kavas, A., Cep Telefonlarından Yayınlanan Elektromagnetik Radyasyon Ölçümleri ve Maruz Kalma Standartlarının Değerlendirilmesi, İletişim Teknolojileri Ulusal Sempozyumu, pp , ITUSEM, Adana, Kasım, [9] Elektromanyetik Dalgalar ve İnsan Sağlığı, Sıkça Sorulan Sorular ve Yanıtları, Tübitak-Bilten, [10] Atasoy, K., GSM Sistemi ve Sağlık, Gazi Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü, Araştırma Projesi, Ankara, [11] Uygunol, O., Coğrafi Bilgi Sistemi Yardımıyla GSM Baz İstasyonlarında Elektromanyetik Alan Kirliliğinin Tespiti ve Konya Örneği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, [12] Spectran HF-6065 portatif RF spectrum analizörü Kullanım Kataloğu. [6] Sevgi, L., Elektromanyetik Kirlilik, Cep Telefonları ve Baz İstasyonları, Cumhuriyet Bilim Teknik Dergisi, 18 Temmuz