提供有补救信号发生器的电话手机

本申请是国际申请日为2015年12月29日、进入中国国家阶段时期为2017年08月29日、国家申请号为201580077110.0、发明名称为“提供有补救信号发生器的电话手机”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及用于保护生物系统免受电场、磁场和电磁场的潜在不利影响的方法和装置。本发明特别涉及防止来自现代电池供电的移动电信手机的潜在不利辐射，其中该移动电信手机用于包括语音和数据传输二者在内的各种功能。特别地，本发明涉及当手机在身体附近使用时的保护，特别是头部，如通常在语音传输期间的情况。

所有的电磁辐射都是由振荡的电场和磁场组成，并且作为波在每秒振荡的次数的频率决定了它们的性质和可以使用它们进行的用途。频率以赫兹或Hz为单位，其中1Hz为每秒一个振荡，1kHz为每秒一千个振荡，1MHz为每秒一百万个振荡，并且GHz为每秒一千万个振荡。30KHz至300GHz之间的频率被广泛用于包括广播式无线电和电视在内的电信，并且包括无线电频带。

蜂窝移动业务以政府授权的频率操作，并且通常在800-3000MHz的频率范围内工作，并且可以在不同国家或地区以不同的频率操作。当前授权的频率的示例是地面移动电信IMT-2000的以下频带：806-960MHz、1710-2025MHz、2110-2200MHz和2500-2690MHz。有关更多信息可在http：//en.wikopedia.ora/wiki/cellular-frequencies找到。这些频率在微波频带内，其范围在300MHz和300GHz之间。该范围内的其它应用包括雷达、电信链路、卫星通信、天气观测和医疗传播。本发明对于在用于蜂窝电话的频率上操作的设备特别有用。

用于在无线电通信中携带信息的射频波被称为载波。任何系统的射频载波由发射器产生为正弦波或其它规则波形。如果载波的性质在时间上没有变化，则载波就不会传送信息。如果载波要传送任何信息，例如语音、音乐或数字化数据，则必须以某种方式将该信息添加到载波中。相对于要携带的信息改变载波信号的一个或多个性质的过程称为调制。可以通过调制来改变的载波的性质包括例如幅度、频率、相位或这些的任何组合。例如，对于AM(幅度调制)传输，使用由语音或音乐产生的来自麦克风的电信号来改变载波的幅度，使得在任何时刻，使RF载波的大小或幅度与电调制信号的大小成比例。在FM(频率调制)中，载波的瞬时频率偏离载波频率取决于调制信号的强度的量。相位调制(PM)是将信息表示为载波的瞬时相位变化的形式的调制。FM和PM非常常用于日常的无线电通信。

移动电话(手机)通过无线电通信发送和接收信息(语音消息、短信、电子邮件、传真、计算机数据、下载信息等)。射频信号从电话发送到最近的基站，并且输入信号(携带来自电话用户正在收听的源的信息)以稍微不同的频率从基站发送到电话。基站将手机连接到移动和固定电话网络的其余部分。一旦信号到达基站，它通常可以通过光纤网络被传输到主电话网络。

每个基站向被称为小区的地理区域提供无线电覆盖。基站(BS)通过移动业务交换中心(MSC)彼此连接，随着呼叫者从一个小区移动到下一个小区，移动业务交换中心(MSC)跟踪呼叫并传送呼叫。可以设想一个理想的网络，其由六边形小区网格组成，每个都有在其中心的基站。这些小区在边缘重叠，以确保移动电话用户始终保持在基站的范围内。在没有足够的基站在正确的位置的情况下，手机将无法工作。如果具有移动电话的人开始从一个小区移动到另一个小区，则控制网络将通信交给相邻的基站。

电场、磁场和电磁场对生命系统的影响有矛盾的观点。然而，有相当多的证据表明，某些场能够在各种生物系统中引发一系列生物影响，并且这些影响可能对包括人类在内的生命系统造成破坏。现在越来越多的研究将移动电话使用与严重的健康问题联系起来，诸如儿童白血病、脑肿瘤和生育力。也可能是有害的影响是长期的，它们的全部影响还没有被意识到。WO 02/00468认识到反应可能是有害的，并提供了如下的系统，该系统检测辐射，并且如果被认为是有害的，则发出警告。然而，其不采取任何补救措施来纠正这种情况。

世界各地对电动操作设备，特别是电池供电的手持式移动电话的使用大幅增加。所有这些设备都与电磁场辐射相关联，电磁场辐射在不同程度上具有影响人类健康的潜力。特别感兴趣的是传输射频(RF)信号并且在人体特别是头部附近使用的设备(例如手持蜂窝电话和其它个人通信设备)。问题是，存在如下的可能性：制造这些设备的安全标准(其确立对这些设备的用户的RF暴露限制)可能没有充分考虑热阈值以下的影响，即没有充分考虑远低于可以产生可测量的加热并且可归因于直接能量传输的水平的暴露水平的影响。这种低水平影响的潜力得到了流行病学研究和实验室研究的实质性证据的支持，这些研究表明可以减少和/或最小化这种暴露的影响的任何措施将有益于这些设备的用户。实验室研究还表明，在非热水平的RF暴露的影响的严重程度取决于RF信号的调制特性，特别是低频包络的幅度变化。显示出更大程度的规律性的信号已被证明具有更大的生物学影响。

现代移动设备包括广泛业务，其使用复杂的通信方案以不同模式(GSM、3G、4G等)操作。在这样的设备的操作中，发送的RF信号的调制特性可以依赖于操作模式和正在发送的信息的类型(例如，语音或数据)而显著变化。因此，生物影响的程度也可以变化。因此，希望补救系统能够评估调制的性质以确定生物影响的潜在程度。此外，这种补救系统应该是紧凑的，并且可适用于不同的电话手机。此外，希望补救系统有效地操作，仅在由个人通信设备的操作模式确定需要时才使用，因此从电池消耗很少的电力以保持电池寿命。

美国专利5544665涉及保护生物系统免受电磁场的有害影响，并指出某些场对鸟氨酸脱羧酶具有影响。该专利指出，如果通过切换以将场打开和关断或者将电磁噪声场叠加到该场上来改变有害的电磁场，则可以减少或消除潜在破坏性影响。该专利还指出，只有在这种改变导致场的相关特征性质以小于5秒的时间间隔并且优选以0.1至1秒的时间间隔改变的情况下才可以减小该影响。可以改变的特征性质据称为频率、相位、方向、波形或幅度。Bioelectromagnetics 14 395-403(1993)和Bioelectromagnetics 18 388-395(1997)中讨论了类似的效果。

美国专利5544665始于1991年，并描述了生物保护方案的各种应用，包括应用于当时可用类型的蜂窝电话，该蜂窝电话体积庞大并且仅用于语音传输。EMX公司已经推出了使用美国专利5544665中描述的技术的蜂窝电话的电池。当与蜂窝电话一起使用时，这些电池据称产生电磁噪声场，该电磁噪声场叠加在由电话的操作产生的本地RF场上以用于语音传输，从而使得总的场不规则，并因此不太可能引起生物影响。噪声是由形成电池组的一部分的线圈产生的。通过监控从电池到手机的电流的流动，并且使用它作为确定电话何时发射可能产生生物影响的RF场的间接手段来实现噪声的激活。这种激活技术与旧式手机相当合理，但对于新手机被证明是不可靠的，新手机现在有更多的应用需要电池供电，但这些应用不产生RF场。使用这种应用可能会导致噪声的错误触发，并可能导致电池寿命的不必要和不可接受的降低。

GB专利申请2482421A提供了涉及个人通信设备(诸如移动电话)的系统，并且当设备正在操作时，系统从位于个人通信设备内的RF发射器输出低频调制的RF混淆场。由设备发出的信号类型没有区别，因此当可能不需要混淆场时也会应用混淆场，这是昂贵的，并且恒定产生混淆信号是耗电的。

在WO 2012/041514中，描述了解决这些问题的技术，并提供了用于减少或消除由于暴露于通过发射RF信号操作的设备产生的电磁场引起的对人类或动物生命的潜在有害影响的方法、设备和系统。该技术包括如下的设备，该设备提供有分离装置，以减少或消除RF信号的潜在有害影响，并进一步提供有感测和分析RF场并评估其产生生物影响的能力的模块。该模块然后根据该评估的结果来制动装置以减少或消除测量的RF信号对人类或动物生命的潜在有害影响。模块可以作为通信设备内的单独单元提供。

已经提出，可以通过设置在通信设备内的单独的电路来产生由便携式电子电池供电的通信设备发射的针对潜在有害辐射的补救信号。所述电路包括用于检测潜在有害辐射的天线，分析模块，该分析模块分析检测到的信号以确定其是否是潜在有害的，如果是，则产生优选为低频磁场的补救信号。该模块由单独的微控制器操作，该微控制器激活已被描述为诸如与通信设备的电池相关联的线圈之类的部件的补救信号发生器。

我们现在已经发现，这样的生物保护系统可以直接在诸如蜂窝电话手机之类的便携式通信设备的手机内实现。我们已经发现，这样做可以避免需要天线和以前需要的其它单独的组件，从而节省了手机中的空间，并减少了所需的部件数量，从而降低了成本并提高了可靠性。

现代便携式电信系统的操作依赖于手机微处理器，其收集来自手机收发器的各种无线通信数据，并在手机内实现适当的活动。我们已经发现，通过在手机微处理器内提供另外的算法(补救算法)，微处理器可以另外控制诸如低频磁场之类的补救信号模块的操作。因此，该算法在手机微处理器内操作并且可以存储在程序存储器中。

在操作中，补救算法从设备的收发器获得与便携式电信设备相关联的射频通信有关的信息。这样的信息包括RF通信模式(语音或数据，GSM、3G或4G等)，并且还可以包括RF信号的功率电平和定时，然后使用该信息来确定是否需要补救信号，如果需要，则确定应该产生的信号的性质、强度和持续时间。

图1提供了如下的框图，该框图示出了可以如何监控手机的操作模式，以及可以评估补救信号的要求和由手机微处理器内的算法激活的适当补救信号。

因此，本发明提供了由微处理器操作的电池供电的个人通信设备，其中微处理器包含用于评估由这些设备产生的潜在有害射频辐射的风险的装置以及根据对风险的评估可激活的装置，其用于补救设备的激活以减少或消除由暴露于这种辐射引起的对人类或动物生命的潜在有害影响。

该设计最大限度地减少了所需的部件数量、节省了空间且生产成本更为经济。此外，它最大限度地降低了功耗。在优选实施例中，提供了用于监控电池的功率消耗的装置，并且监控应用条件并相应地设定最大功率消耗。当电池处于存储状态时，功率消耗可以被设置为最低，当电池连接到手机并且电池电压高于某一可接受的电平时，功率消耗可以被设置为稍高一些，并且当产生了RF并需要进行评估时，功率消耗可以被设置为最高但是仍然尽可能低。在所有情况下，测量电池电压，并且在最后两个环境中测量电池电压和RF信号二者。功率管理控制可以方便地由在微处理器内执行的软件来实现。

不同于通过应用保护信号来耗尽电池直到电池完全耗尽，电池监控可以确保足够的电池寿命以保持蜂窝通信。监控功能不会消耗大量能量，因此无需禁用。它是在手机上同时执行的许多任务之一。通过监控电池电压，并限制保护信号产生使用高于某一电池电压，用户具有在电池寿命结束(例如紧急通信)附近使用蜂窝电话的能力，而不会是保护信号耗尽电池。

手机中的微处理器监控手机中的通信模式(GSM、3G、4G)和手机模式(语音或数据)并输出无线收发器的功率。使用该信息，微处理器确定何时激活保护信号。通常，用于语音传输的幅度变化模式不同于数据传输的幅度变化模式，并且是更可能引起生物影响的信号特征。此外，语音传输通常意味着手机与头部的接近，这也增加了生物影响的可能性。因此，是被通信模式对确定潜在生物影响很重要。因此，可以使用通信模式的识别来确定补救信号的所需电平。例如，微处理器可以区分GSM语音通信模式、GSM数据通信模式、3G或4G语音通信模式以及3G或4G数据通信模式。该区分优选地由手机微处理器内的、被编程为检测不同的通信模式的分析模块来执行。

然后，可以根据由微处理器确定的通信模式和手机模式来激活补救信号，并且补救信号的强度可以针对其将产生的操作模式和辐射进行调整。例如，如果与GSM语音通信相关的补救信号强度被认为是100％，则对于3G的语音通信，50％可能是足够的，而对于3G数据通信可能需要25％。可以对微处理器进行编程，使得补救信号发生器根据对接收到的信号的分析来提供适当强度的信号。补救信号优选地是磁场，更优选地是未调制的低频磁场。

在我们的优选设计中，手机微处理器操作整个系统，并且还操作定时器以定期检查是否存在潜在有害信号。在操作中，微处理器识别正在操作的通信模式和手机模式，并确定应该应用的保护电平。因此，本发明使用被编程为识别整个电话系统的关键特性以确定是否可能发生生物影响以及是否需要保护信号的微处理器。

因此，本发明允许根据潜在有害辐射的性质来调整补救信号的强度，而潜在有害辐射依赖于所检测到的电信手机的操作模式。

在优选实施例中，提供了用于监控功率消耗的装置，并且监控应用状况，且如所讨论的那样相应地设置功率消耗。如所讨论的，功率管理控制可以方便地由在微处理器内执行的软件来实现，并且许多功能可以在这样的微处理器内实现。特别地，它可以监控诸如电池电压之类的参数：源自连接到电池的电路。微处理器监控手机的操作模式。微处理器还激活输出参数，诸如生物保护噪声信号。可以在软件中实现的附加功能包括应用状态分类和电源管理、应用状态监控和控制算法的实现。

本发明可以应用于通过发射可能对人类或动物生命有害的RF信号而操作的大多数电子设备，但是对于靠近人体特别是头部使用的电池供电的个人通信设备(诸如蜂窝电话)来说特别有用。本发明提供可以容易地用于各种移动电话设计及其相关联的电池和附件的系统。

早期的研究表明，如果RF辐射是规则的，则其可以造成潜在有害影响，RF辐射是规则的意味着它具有恒定的性质，并且连续施用超过10秒的时间段，并且如果规则时间段减少到不超过1秒，可以基本消除潜在有害。本发明中使用的消除潜在有害的装置可以将电磁噪声场叠加在潜在有害辐射上，以产生时间不规则的组合场，这意味着它在时间上不具有恒定的性质，并因此不再具有造成伤害的潜能。使用也称为补救信号的噪声场允许在不改变其操作的方式的情况下使用电子设备。

本发明对于电池供电的个人通信设备特别有用。在优选实施例中，通过产生叠加在RF信号上的适当补救信号以提供不规则并且因此没有生物影响后果的组合信号的装置来抑制RF辐射的潜在有害影响。可以使用任何合适的装置，但是装置可以包括感应线圈，该感应线圈被激活以使用来自蜂窝电话的电池的电力产生主要是磁性的补救信号场。

优选的系统包括电子电路，其包括确定通信模式和手机模式、由此确定应用的保护电平、并且然后激活适当的保护的微处理器。

因此，更具体地说，本发明提供了在发射对人类或动物生命潜在有害的RF传输的个人通信设备的手机内的补救设备，所述补救设备由确定通信模式和手机模式并推导出所述RF传输的存在的微处理器激活。补救设备包括补救信号发生器装置，其被布置成在手机附近建立补救电磁场。在优选实施例中，实施电源管理以节省电池电力。通信和手机模式的确定区分由语音通信产生的信号和通过诸如数据通信的其它形式的通信产生的信号，并且在此基础上激活被认为是特定通信和/或手机模式所需的适当补救信号。

由手机微处理器感测的模式使得能够从手机电池向所述补救信号发生器(或其选择的部件)供电。补救信号发生器可以包括向电源提供控制信号的补救信号控制模块和用于产生所需形式的补救信号的补救信号发生器模块的控制信号。补救信号的控制响应于微处理器的感测，并且使用手机微处理器执行一个或多个算法来控制补救信号发生器。

补救信号发生器可以包括数字噪声发生器，其通过数模转换装置和滤波器装置耦合，用于向线圈提供模拟形式的补救信号，该线圈提供用于在手机的邻域中建立补救场的装置。

本发明特别涉及的辐射是当蜂窝电话正在发送或接收信息，特别是语音信息时发射的辐射，并且特别是当它正在发送语音信息时，因为这倾向于产生更多的RF信号，并且特别是当它正在传输或接收语音时，因为这通常是电话最接近头部的时间，并且发射辐射发生相当长的时间，从而增加了产生有害生物影响的可能性。

因此，在操作中，蜂窝电话将被激活以使用，并且可以立即在特定的预定频率产生潜在有害辐射。该可能是有害的辐射将由感测操作中的通信模式和手机模式的微处理器来确定，并且如果被认为需要，微处理器将然后激活补救信号(噪声)发生器装置，其将恒定的潜在有害辐射转换为随机的良性波形图案。微处理器还可以检测何时通信结束，以及何时不再产生潜在有害辐射，并且然后可以停用补救信号直到下一次需要为止。使用蜂窝电话产生的辐射的潜在有害影响的否定可以用补救信号来实现，优选地为具有在30Hz至90Hz范围内的频率的电磁信号，优选在40Hz至60Hz的范围内。

通过参考附图来说明本发明，附图是可以存在于用于执行本发明的蜂窝电话手机(未示出)内的部件的示意图。

手机包含用于执行蜂窝电话所需的各种功能的蜂窝收发器(1)和其它射频收发器(2)。微处理器(3)操作收发器并且还从收发器接收指示电话操作模式和操作长度(extent)的数字信息。微处理器包含程序存储器(4)和可选的数据存储器(5)。微处理器的程序存储器评估从收发器接收的信息，并确定操作模式是否会引起潜在有害辐射。如果这被认为是这种情况，则微处理器将通过向数/模转换器(6)发送数字信号来激活补救信号发生器，转换的信号激活驱动器(7)以从生物保护场线圈(8)提供期望的补救信号。