羅鳳婭，胡 華

（四川通信科研規劃設計有限責任公司，四川 成都 610041）

0 引 言

經過幾年大力的部署，國內4G基站建設已經步入一個相對平穩的階段，整張4G網絡已經完成了基礎面覆蓋，4G網絡的建設逐步轉入深度覆蓋，運營企業更關注于局部重點區域的覆蓋質量。從大數據覆蓋質量來看，目前4G網絡的弱覆蓋區域主要集中在深度覆蓋，其中最迫切需要解決的是居民小區的深度覆蓋問題。居民小區用戶高度集中，無線信號需求較大，同時樓層高且建筑物密集，信號損耗大，居民小區內地面和室內信號難以到達[1-2]。

居民小區宏站覆蓋效果不理想，且協調難度大，多采用小區點射或美化天線來解決，點位分布密集，因此電磁輻射對人體的照射傷害成為了關注的焦點[3]。本文從理論推導電磁輻射計算公式，提出小區覆蓋中基站與居民活動區域的安全距離，以指導小區覆蓋設計方案。

1 電磁輻射安全距離計算公式

1.1 電磁輻射國家標準

我國國家環境保護部發布的《電磁環境控制限值》（GB8702－2014），確定了電磁輻射的國家標準是：在30～3 000 MHz的頻率范圍內，公眾照射在一天24 h內，環境電磁輻射場的場量參數在任意連續6 min內的平均值不超過0.4 W/m2[4-7]。

1.2 電磁輻射安全距離

根據電磁場理論公式[8-10]

式中：Pr：接收功率（W）；λ:波長（m），λ=c/f；Gr:接收天線增益（dBi）,對于點源天線增益為0dBi，即為1；E:電磁波復合場強（v/m），E2=377×S，S為功率密度（W/m2）。

將上述數值代入式（1），其中f（MHz），取對數得：

根據接收點復合功率公式：

天線端口等效發射功率：

式中：Pt：發射功率（W）；Gt：發射天線增益（dBi）；Lf：饋線（頭）總損耗（dB），與饋線長度有關；Lb：其他損耗（dB），穿透、多徑損耗，此處取0；L：傳播損耗（dB）。

由式（3）和式（4），得最小空間傳播損耗L

式中：Pt：發射功率（W）；Gt：發射天線增益（dBi）。

按自由空間衰耗，傳播損耗L與距離d（km）的關系，其中f（MHz），有：

由式（5）和式（6），推導得20×lgd=EIRP-11-10×lgS，其中d（m），即：

因此，根據式（7）測算出的小區基站距離居民活動區域d滿足電磁輻射國家標準S=0.4 W/m2即為安全距離。

2 電磁輻射現場測試與理論計算驗證

2.1 小區覆蓋基本情況

小區面積0.03 km2，建設7個RRU，其中3個美化燈桿（全向），4個美化空調（方位角分別為140°/240°/240°/240°），掛高均為1 m。點位分布如圖1所示。

圖1 小區點射分布

本次小區點射頻段800 MHz，帶寬5 MHz，參數配置PA=-3，PB=-1，RS發射功率與RRU設備發射功率配置，對應的等效發射功率：

EIRP=發射功率-饋線（頭）總損耗+

美化燈桿：

美化空調：

其中：

（1）美化燈桿增益8 dBi,美化燈桿RRU至天線1/2饋線長度均為30 m，饋線損耗約2 dB（800 MHz 1/2饋線損耗0.65 dB/10 m）；饋線接頭損耗1dB/個。

（2）美化空調天線增益12 dBi,美化空調RRU至天線1/2饋線長度均為20 m，饋線損耗約1.4 dB；饋線接頭損耗1 dB/個。

2.2 現場測試值

2.2.1 一體化美化燈桿

本次對單站電磁輻射進行測試，測試位置為距離基站2 m處最近的小區道路上，分別測試了RRU發射功率為14 W（現網基站開通功率值）、25 W、35 W、40 W時的電磁輻射值。從表1可以看，RRU發射功率不大于30 W的情況下，可以滿足電磁輻射的要求，因此一體化美化燈桿設計的2 m電磁輻射安全距離是達標的[11-12]。

表1 燈桿全向天線647128-53(PCI：404)

2.2.2 美化空調天線

本次對單站電磁輻射進行測試，測試位置為距離基站1 m處最近的小區道路上，分別測試了RRU發射功率為5 W、20 W（現網基站開通功率值）時的電磁輻射值。

表2 空調定向天線647127-53(PCI：338)

從表2可以看，在1 m處RRU發射功率即使為5 W也不能滿足電磁輻射的要求。隨著距離的拉遠，輻射強度衰減明顯，當RRU發射功率為25 W時，在8 m以外的區域電磁輻射可達標。因此美化空調天線的電磁輻射安全距離不達標，需要對現場基站位置進行調整[13-14]。

2.3 理論計算

本小節將通過理論推導式（7），d=10[（EIRP-10×lg（4×π）-10×lgS）/20]計算以上 2 種設計場景下電磁輻射安全距離，由此可以看到理論計算與現場測試值基本吻合。Lf的值取決于RRU至天線的饋線長度，RRU就近安裝只考慮饋線頭損耗，因此我們在后面計算中都取2 dB。

從表3可以看，美化燈桿現網功率14 w的情況下，電磁輻射安全距離為3 m左右。

表3 美化燈桿（電磁輻射安全距離d(m),其中S=0.4W/m2,Lb=0）

從表4可以看，美化空調現網功率20 w的情況下，電磁輻射安全距離為6 m左右，根據小區現場情況，要達到6 m以上的安全距離很困難，因此，采取美化空調降功率調整安裝位置的解決措施。初步方案：RRU發射功率降到5 w，安裝位置調整到1樓入戶飄窗臺位置，距離居民活動區域約3 m左右，可以滿足電磁輻射安全距離。

表4 美化空調（電磁輻射安全距離d(m),其中S=0.4W/m2,Lb=0）

2.4 覆蓋分析

根據800M鏈路預算測算美化燈桿、美化空調基站覆蓋能力，其參數配置如表5所示。

根據鏈路預算，美化燈桿RRU發射功率14 w，天線增益8 dBi，天線高度為3 m，覆蓋距離為190 m，受限于上行覆蓋，滿足基站設計覆蓋需求。

根據鏈路預算，美化空調RRU發射功率5 w，天線增益12 dBi，天線高度為3 m，覆蓋距離為210 m，滿足基站設計覆蓋需求。

表5 800M鏈路預算及參數配置

3 小區基站設計電磁輻射安全距離與覆蓋能力

由于小區環境的特殊性及復雜性，小區覆蓋基站設計我們需要同時考慮電磁輻射安全性與基站的覆蓋能力，在本節將給出對應參考值，以便設計時查詢。

3.1 電磁輻射安全距離

對應不同RRU發射功率及天線增益，電磁輻射安全距離如表6所示。

表6 電磁輻射安全距離d(m),其中S=0.4W/m2,Lf=2dB,Lb=0

對應不同電磁輻射安全距離及天線增益，RRU最大發射功率如表7所示。

3.2 800M與1.8G覆蓋能力

對應不同RRU發射功率及天線增益，800M基站覆蓋距離如表8所示。

表7 滿足達標距離的RRU最大發射功率（w）,其中S=0.4W/m2,Lf=2dB,Lb=0

表8 800M覆蓋半徑（m)（天線掛高設置為3 m)

對應不同RRU發射功率及天線增益，1.8G基站覆蓋距離如表9所示，常用天線及增益如表10所示。

表9 1.8G覆蓋半徑（m)（天線掛高設置為3 m)

表10 常用天線及增益

4 結 語

本文對居民小區覆蓋場景及小區深度覆蓋方式進行了分析，小區深度覆蓋需同時考慮覆蓋效果及電磁輻射對人體的長期照射危害。目前，為提升小區地面及樓內覆蓋效果，消除覆蓋盲區，小區覆蓋多采用宏微協同的方式，美化天線是主要手段。居民小區內人口密集，用戶活動區域固定且活動時間長，因此基站設計必須保障居民的人身安全。本文通過理論計算與現場測試驗證，兼顧覆蓋與輻射，給出了小區基站設計安全距離及覆蓋能力參考指引表。