[논문]Mobi-Kids Study: 휴대전화의 전자파 노출량 평가 I. 노출 유형 분석

이애경; 위현호; 윤용현; 김대건; 소재상; 이병제; 최형도

doi:10.5515/kjkiees.2013.24.10.1017

[국내논문] Mobi-Kids Study: 휴대전화의 전자파 노출량 평가 I. 노출 유형 분석
Mobi-Kids Study: Exposure Assessment of Electromagnetic Radiation from Mobile Phones I. Analysis on Exposure Types 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.24 no.10, 2013년, pp.1017 - 1026

이애경 (한국전자통신연구원 전자파환경연구실) , 위현호 (광운대학교 전파공학과) , 윤용현 (광운대학교 전파공학과) , 김대건 ((주)에이치시티 인증사업본부) , 소재상 ((주)에이치시티 인증사업본부) , 이병제 (광운대학교 전파공학과) , 최형도 (한국전자통신연구원 전자파환경연구실)

초록
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Mobi-Kids 연구의 노출량 평가 분야에는 4개국이 참여하고 있다. 각 국은 해당 지역 또는 자국의 통신 환경 및 통신 방식 등을 고려하여 평가를 수행하고, 그 결과는 휴대전화로부터 복사되는 무선주파수 및 극저주파수의 어린이 및 청소년 노출에 대한 중추신경계 발암 영향을 평가하기 위해 환자-대조군 대상자의 누적 노출량 평가에 활용된다. 본 논문에서는 Mobi-Kids 연구의 노출량 평가 프로토콜에 따라 과거 약 10년간 우리나라에서 사용해온 휴대전화의 노출 유형을 분석한다. 국내 출시 휴대전화 모델 조사, 그 결과를 바탕으로 한 노출 유형 분류, 수치해석적 대표 휴대전화 설계 방법, 그리고 휴대전화의 ELF 복사 측정 등을 주요 내용으로 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Four countries are participating in exposure assessment for Mobi-Kids Study. Each country evaluates RF and ELF exposure from mobile phones considering telecommunication system and environment in the corresponding area. The results will be used to determine accumulation exposure level of each subject in case and control groups to assess the potential carcinogenic effects of childhood and adolescent exposure to radio frequency(RF) and extremely low frequency( ELF) from mobile phones on the central nervous system. This paper analyzes exposure types of mobile phones which have been used in Korea for about 10 years, based on Mobi-Kids protocol. It includes investigation of mobile phone models released in the domestic market, design of numerical phone models to represent each exposure type, and measurement of ELF radiation from mobile phones.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 좌우 위치는 측정된 패턴에서 다수의 패턴이 갖는 발생 영역을 따르도록 한다. SAM 팬텀에서의 측정 및 해석을 통해 개발된 대표모델과 특정 모델의 SAR 패턴 간의 상관성을 향상시키도록 한다. 다른 Model_2～Model_15도 유사한 방법으로 모델을 설계하도록 한다.
각국은 해당 지역 또는 자국의 통신 환경 및 통신 방식 등을 고려하여자체 평가를 수행하고, 그 결과를 제공해야 한다. 본 논문에서는 Mobi-Kids의 연구 프로토콜에 따라 우리나라에서 과거 약 10년간 출시된 휴대전화 모델을 조사하고, 통신방식 및 단말기의 하드웨어적 측면에서 노출 유형을 분석한다.
58 ms 펄스가 발생되며, 이로 인해 배터리에서 흘러나오는 전류는 극저주파수 자기장을 복사시킨다. 이에 반해 국내 휴대 단말기는 CDMA(Code Division Multiple Access) 및 FDD (Frequency-Division Duplexing) 방식의 WCDMA(Wi- deband Code Division Multiple Access) 기반이므로 극저주파수 복사는 없을 것으로 판단하나, 역학 연구를 위한 노출량 평가는 각 국가의 통신방식, 사용 주파수 등을 면밀히 고려하여 진행되어야 하므로, 가능한 범위에서 서로 다른 통신방식을 갖는 단말기에 대해 극저주파수 자기장을 측정하였으며, 본 논문에서는 평가 방법 및 결과를 간단히 소개하도록 한다.

제안 방법

Mobi-Kids에서 연령별 머리 모델은 스위스 IT’IS foundation에서 개발한 4 개 인체 모델[6], 34세 Duke(남), 14세 Louis(남), 11세 Billie(여) 그리고 8세 Eartha(여)의 머리 부위를 적용하기로 결정하였다.
외장형 안테나를 갖는 단말기의 경우에는 플립 형태가 대부분임을 볼 수 있다. 그러나 아무리 비율이 미미한 그룹이라 할지도 역학조사 대상자가 사용한 단말기 모델이 포함된다면 SAR 분포가 반드시 필요하므로 이 그룹을 대표하는 휴대전화 모델을 구현하도록 한다.
따라서 노출량 평가 수행에 있어 극저주파수 성분을 고려해야 하는지를 판단하기 위해 국내에서 사용되는 통신방식과 유럽에서 주로 사용되는 통신방식의 극저주파수 복사 비교 측정을 수행하였다. 그리고 무선주파수 대역 노출량 평가를 위해 국내 출시 휴대전화의 SAR(Specific Absorption Rate) 패턴 측정을 통해 노출 유형별 대표 휴대전화 모델 개발 방법을 분석한다.
그러나 PCS와 WCDMA는 SAR 분포 간에 큰 차이가 없으므로 1,850 MHz 한 개 주파수에서 평가하는 것으로 결정하였다. 따라서 각 모델 Model_1～Model_8의 내장형 안테나는 835 MHz와 1,850 MHz의 dual band로 설계하고, Model_9～Model_15의 외장형 안테나는 앞서 언급한 바와 같이 헬리컬 안테나와 휩 안테나 두 가지 종류를 구분하되, 외장형 안테나는 2G 서비스에 대해서만 사용되었으므로 1,850 MHz 대신 1,750 MHz를 적용하기로 하였다.
우리나라는 미래창조과학부에서 2002년부터 휴대전화의 전자파 흡수율(SAR)을 법으로 규제하여왔다. 따라서 그 이전의 휴대전화 모델에 대한 기술적 자료는 실질적으로 찾기 어렵기 때문에 2002년부터 현재까지 모델들에 대해 인터넷 및 해당 제조업체와의 협조 하에 SAR 시험성적서 등의 데이터를 토대로 노출 유형을 조사하였다. 2002년 이전에는 어린이가 휴대전화를 소유하는 예가 실제 드물었으며, 현재까지 모집된 환자 및 대조군의 대상자가 사용하였던 휴대전화 모델 조사에서도 그 이전의 모델은 존재하지 않는다.
먼저 통신 방식에 따라 단말기로부터 무선주파수 (RF: Radio Frequency) 이외에 극저주파수(ELF: Extremely Low Frequency) 복사가 나타나는 경우가 있다. 따라서 노출량 평가 수행에 있어 극저주파수 성분을 고려해야 하는지를 판단하기 위해 국내에서 사용되는 통신방식과 유럽에서 주로 사용되는 통신방식의 극저주파수 복사 비교 측정을 수행하였다. 그리고 무선주파수 대역 노출량 평가를 위해 국내 출시 휴대전화의 SAR(Specific Absorption Rate) 패턴 측정을 통해 노출 유형별 대표 휴대전화 모델 개발 방법을 분석한다.
내장형 안테나는 IFA(Inverted F Antenna), PIFA(Planar Inverted F Antenna), 모노폴, 루프 등 다양한 형태를 가지나 국내 출시 단말기들을 조사한 결과, PIFA 형태의 내장형 안테나가 가장 흔하며, 내장형 안테나에 있어 SAR 패턴에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 안테나의 형태보다는 위치이다. 따라서 본 연구에서는 내장형 안테나 단말기 모델에서는 PIFA로 설계하고, 단말기 몸체 내 위치만을 구분하도록 한다.
그림 5(a)와 (c)는 안테나를 뽑지 않았을 때 SAR 패턴이 (b)와 유사하며, 뽑았을 경우에는 휩 안테나만 있는 구조와 유사하게 된다. 따라서 외장형 안테나를 갖는 단말기 모델에 있어서는 헬리컬 안테나와 휩 안테나 두 가지 종류를 구분하여 대표 모델을 설계하도록 한다.
우리는 휴대전화 통화 시에 한 자세에서만 통화 하지 않는 경우가 많다. 따라서 한 개 휴대전화 모델에 대해 한 머리 모델 내의 SAR 분포를 계산할 때, 서로 다른 5 가지 사용 위치를 고려하여 평균하도록 하였다. 이 결과들은 다음 단계에서 누적 노출량을 구하는 기본 데이터로 사용된다.
마지막 단계에서 역학 조사에 참여한 대상자가 구입하여 사용하였던 단말기들에 대해 가장 유사한 휴대전화 대표모델을 결정하고, 사용 당시의 가장 가까운 연령의 머리 모델에 대한 SAR 계산 분포를 선택하여 뇌에서 누적된 노출 분포를 평가하게 된다.
먼저 과거부터 현재까지의 휴대전화 노출에 대한 무선주파수 대역 노출량 평가를 위해 먼저 우리나라에서 출시된 모델들을 대상으로 송신 주파수 대역, 몸체 구조, 안테나의 외장 또는 내장 등에 따라 분류하고, 동일 범주 안에 있는 단말기들을 대표하는 수치해석용 휴대전화 모델을 설계하여야 한다. 노출량 평가에 있어 대표 휴대전화 모델은 해당 범주 내의 상용 단말기들의 SAR(Specific Absorption Rate) 패턴과 유사해야 함을 의미한다.
본 논문에서는 국내 출시 휴대전화 모델을 조사하고, 주파수와 외형(여는 방식 및 안테나 위치)에 따라 분류한 뒤, 각 유형 별 휴대전화 대표 모델을 구현하는 과정을 분석한다.
얼굴이 닿는 단말기 앞면에서 25 mm 이격된 거리에서 그림 1과 같이 2차원 스캔하면서 매 측정 지점의 시간 영역 신호를 Bartington/Spectramag6를 이용하여 주파수 영역의 신호로 변환 및 저장하였다. 그림 2는 2차원 스캔 결과에서 자속밀도 y 성분이 가장 높게 나타난 지점에서의 주파수 영역 신호를 나타낸다.
이를 위해 측정 간격은 10 mm로 일정하게 하고, 휴대전화로부터 자기장이 발생하는 영역을 적절히 커버하기 위해 2차원 스캔 영역은 120 mm×200 mm로 하였다.
표 1의 분류에 따라 국내 출시 단말기 모델 약 800종의 주요 사양을 조사하였다. 표 1의 각 모델에 해당하는 상용 단말기들의 평균 크기에 준하는 단말기들을 우선적으로 구입하여 그림 6에서와 같이 평면형 팬텀에서 SAR 패턴을 측정하도록 한다. 표준 시험에 사용되는 평면형 팬텀^[7]의 외피 두께는 일반적으로 2 mm이며, 팬텀 내 측정 높이는 프로브 센서의 위치에 의존한다.
따라서 측정 면에서 전체 측정점 수는 273개(13×21)가 된다. 프로브가 포화 레벨 (1 mT 이상의 정자기장)을 피하기 위해 단말기 정면으로부터 25 mm 떨어진 높이에서 측정을 수행하였다.

대상 데이터

휴대전화기에 대해 인체 얼굴이 닿는 면에서 2차원 격자 상의 균일하지 않은 복사 특성을 측정하기 위해 분해능이 우수하고 감도가 좋은 미소 프로브가 요구된다. 이를 위해 몇 가지의 프로브를 조사한 후, 최종적으로 영국 Bartington사의 fluxgate magnetometer인 Mag03-MS 1000^[4]를 선택하였다.
그림 7은 이에 해당하는 실제 상용 단말기 모델들 중 PCS 또는 WCDMA 대역에서 동작하는 5개 모델의 SAR 측정 패턴이다. 측정 시스템은 우리나라 EMF Safety사 Essay Quick SAR로서 패턴 상의 흰 점들은 팬텀 내부에 프로브가 고정된 프로브의 위치를 가리킨다. 측정 시 수화부 위치를 팬텀 상의 동일한 곳에 위치하도록 하였으며, 모두 하단에 첨두치가 나타나는 비슷한 분포를 보이고 있다.
그림 2는 2차원 스캔 결과에서 자속밀도 y 성분이 가장 높게 나타난 지점에서의 주파수 영역 신호를 나타낸다. 측정에 사용된 GSM 단말기 6개 시료(EUT- 01～EUT06)에 대해 자속밀도 y 성분 공간 첨두치 (rms)는 217 Hz에서 73～329 nT(GSM1800) 범위에 있었다. 예를 들면 그림 2(a)의 단말기는 자속밀도 y 성분 크기가 217 Hz에서 329 nT임을 보인다.
표 1의 분류에 따라 국내 출시 단말기 모델 약 800종의 주요 사양을 조사하였다. 표 1의 각 모델에 해당하는 상용 단말기들의 평균 크기에 준하는 단말기들을 우선적으로 구입하여 그림 6에서와 같이 평면형 팬텀에서 SAR 패턴을 측정하도록 한다.

성능/효과

결론적으로 Mobi-Kids 연구를 위해 조사된 과거 10여년간 국내 출시 2G 및 3G 휴대전화 모델에 대해서 극저주파수 복사는 고려하지 않기로 하였다. 다음 장에서는 휴대전화로부터 무선주파수 복사에 대한 영향을 역학 조사에 반영하기 위한 연구방법을 분석한다.
전체 12개 휴대전화 모델을 시험하였으며, 그 중 일부 결과로 그림 2(a)와 (b)는 각각 GSM과 WCD- MA 단말기 한 모델의 주파수 영역 자속밀도 측정 값이다. 그림에서 보는 바와 같이, 통신 방식의 차이로 인해 GSM 단말기에서만 명확한 저주파수 복사가 나타났으며, WCDMA 및 CDMA의 실험실 동작 상황에서는 연속된 무선주파수 신호만 복사되므로 저주파 복사는 거의 없었다. GSM 단말기 복사에서 앞서 언급한 바와 같이 프로브는 센서 구조 상 y 축 센서가 노출원에서 가장 가깝기 때문에 y축 자속밀도 성분이 가장 높게 관찰되었다.
이 결과를 분석하여 유형별 노출 평가를 위한 대표 휴대전화 모델을 설계하고, 해부학적 모델에서 SAR을 계산할 예정이다. 우리나라에서 사용되어온 CDMA 또는 WCDMA 방식의 단말기들에서는 극저주파수 복사가 매우 낮은 없는 것으로 확인되었다. CDMA 시스템이 경우에 따라 다중 경로 전파로부터 발생하는 페이딩(fading)이 단말기 전력 레벨에 변동을 초래하여 극저주파수 복사로 이어지더라도 일시 적이고 미미한 수준일 것으로 본다.
측정 시 수화부 위치를 팬텀 상의 동일한 곳에 위치하도록 하였으며, 모두 하단에 첨두치가 나타나는 비슷한 분포를 보이고 있다. 즉, 내장형 안테나는 모두 하단에 있음을 확인할 수 있으며, 첨두치와 수화부 간 거리는 약 80～95 mm에서 발생함을 볼 수 있다. 표 1에서 동일 모델에 해당하는 즉, 동일 노출 유형을 갖는다고 가정되는 단말기들의 SAR 패턴으로 부터 노출 평가에 사용할 대표 휴대전화 모델을 설계 하게 된다.

후속연구

따라서 10 ms를 주기로 펄스를 발생시키게 되어 100 Hz를 기본파로 하는 고조파 신호를 예측할 수 있다^[5]. Mobi-Kids 연구 대상자의 LTE 단말기 음성 통화의 예는 거의 없을 것이라고 보지만, 향후 코호트 연구를 진행하고자 할때에는 LTE 단말기의 음성 통화 시 저주파 자기장 노출에 의한 머리 내 유도 전류 밀도를 고려해야 할 것이다.
현재 Mobi-Kids 연구의 노출량 평가를 위해 우리나라에서 SAR 적합성 시험을 실시하기 시작한 약 2002년부터 최근까지 출시된 단말기 약 70 모델을 구입하여 평면형 팬텀에서 SAR 패턴을 측정하고 있다. 이 결과를 분석하여 유형별 노출 평가를 위한 대표 휴대전화 모델을 설계하고, 해부학적 모델에서 SAR을 계산할 예정이다. 우리나라에서 사용되어온 CDMA 또는 WCDMA 방식의 단말기들에서는 극저주파수 복사가 매우 낮은 없는 것으로 확인되었다.
따라서 수행 과정 중에 휴대전화 모델의 유형의 종류와 대표 모델 설계 범위 등은 각국의 통신 방식 및 출시 모델의 경향에 따라 차이가 있을 수 있으므로 세부 사항은 지속적으로 구체화될 것이다. 이후에는 구현된 대표 휴대전화 모델들에 대한 연령별 SAR 평가 및 역학 조사 대상자의 누적 노출량 평가 방법을 분석할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 출시 단말기의 외장형 안테나는 어떤 유형으로 구분되는가?	국내 출시 단말기의 외장형 안테나의 경우에는 그림 3에 나타낸 3가지 유형으로 구분된다; 헬리컬 안테나가 고정된 수납형(휩 안테나를 넣었다 뺄 수 있는) 안테나, 헬리컬 안테나 그리고 헬리컬 안테나가 고정되지 않은 수납형 안테나이다.
	Mobi-Kids 연구의 노출량 평가에 참여한 국가 및 기관은 무엇인가?	Mobi-Kids 연구의 노출량 평가에는 4개국의 4개 기관이 참여하고 있다. 영국 PHE(Public Health England)는 휴대전화기로부터 복사되는 극저주파 자기장에 대한 노출량 평가, 프랑스 FT(France Tele- com), 일본의 TMU(Tokyo Metropolitan University) 및 ETRI는 주로 휴대전화의 RF 대역 전자파 복사에 대한 노출량 평가를 수행하고 있다. 각국은 해당 지역 또는 자국의 통신 환경 및 통신 방식 등을 고려하여자체 평가를 수행하고, 그 결과를 제공해야 한다.
	INTERPH- ONE Study는 무엇인가?	2000년 휴대전화에서 복사되는 전자파(당시 RF 전자파)가 발암 위험을 증가시키는지 조사하기 위해 13개국(15개 기관)에서 INTERPHONE Study를 수행하게 되었다. INTERPH- ONE Study는 30세에서 59세 사이 연령에서 휴대전화 RF 전자파 노출과 뇌종양 발생 위험성과의 관련성을 조사하기 위한 환자-대조군 연구로서, 2000년부터 2004년 사이에 뇌종양 환자를 모집하였으며, 그 결과 10년 이상 휴대전화를 사용한 경우 사용한 뇌 쪽에 신경교종 및 청신경초종의 의미 있는 증가를 보이는 것으로 보고되었다[1],[2]. 한편, INTERPHONE Study 시작 시점만 해도 어린이의 휴대전화 사용이 비교적 흔치 않았기 때문에 아동기 또는 청소년기의 노출 위험에 대한 정보가 거의 없었다.

참고문헌 (7)

Elisabeth Cardis et al., "Brain tumor risk in relation to mobile telephone use: results of the INTERPHONE international case-control study", International Journal of Epidemiology, pp. 1-20, 2010.
Interphone study reports on mobile phone use and brain cancer risk, Press Release $N^{\circ}$ 220, IARC, WHO, May 2010.
N. Perentos et al., "Characterization of pulsed ELF magnetic fields generated by GSM mobile phone handsets", IFMBE Proceedings, vol. 14/4, pp. 2706- 2709.

상세보기
www.bartington.com, Bartington Instruments, "Operation manual for Mag-03 three-axis magnetic field sensors".
최수나 외, "음향 기기 및 TV 방송 수신기의 내 성 시험용 기준 신호 분석", 한국전자파학회논문지, 23(7), pp. 805-814, 2012년 7월.

원문보기 상세보기
A. Christ et al., "The virtual family-development of surface-based anatomical models of two adults and two children for dosimetric simulations", Phys. Med. Biol., vol. 55, pp. N23-N38, 2010, http://www. itis.ethz.ch

상세보기
Human Exposure to Radio Frequency Fields From Hand-Held and Body-Mounted Wireless Communication Devices-Human Models, Instrumentation, and Procedures, Part2: Procedure to determine the specific absorption rate(SAR) for wireless commuication devices used in close proximity to the human body(frequency range of 30 MHz to 6 GHz), International Electrotechnical Committee, Geneva, Switzerland, IEC 62209-2, Mar. 2010.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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