加入終端的5G移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法分析

徐昊 何星星

摘要：文章通過對各類5G基站進(jìn)行抽樣監(jiān)測，并分析對比了各監(jiān)測點位無5G終端和加入配合測試的2臺5G終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量的兩種情況下監(jiān)測結(jié)果，結(jié)果表明：在各監(jiān)測點位加入配合測試的2臺5G終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量后，天線主射水平方向和垂直方向上的電磁輻射功率密度監(jiān)測值總體上要大于未加入終端時的監(jiān)測值，電磁輻射強度與下行速率之間有較強的正比關(guān)系。在此研究基礎(chǔ)上，引申出有可能適用于5G基站電磁輻射環(huán)境檢測方法的解決思路。

關(guān)鍵詞：5G移動通信基站;電磁環(huán)境;監(jiān)測方法

0 引言

在近年5G大力發(fā)展之際，鑒于公眾對5G電磁環(huán)境高度關(guān)注，各運營商都格外重視基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測工作，該項工作對于各運營商落實生態(tài)文明建設(shè)、打造綠色環(huán)保和公眾放心的高質(zhì)量5G網(wǎng)絡(luò)形象、為5G發(fā)展創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境有著重要意義。

但由于5G技術(shù)與4G技術(shù)存在顯著差異，即使各運營商嚴(yán)格按照《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法（試行）》對基站進(jìn)行電磁輻射環(huán)境監(jiān)測，也無法監(jiān)測到5G用戶實際使用終端設(shè)備時所收到的電磁輻射公眾曝露值。主要原因及問題如下：

（1）5G技術(shù)與4G技術(shù)的主要不同點：

1）5G關(guān)鍵技術(shù)之一：波束賦形（Beamforming），即由4G技術(shù)中的全向信號覆蓋變成了精準(zhǔn)指向信號。

2）5G宏基站發(fā)射功率：5G宏基站的設(shè)備標(biāo)稱發(fā)射功率大部分為220W和320W，均遠(yuǎn)大于4G設(shè)備40W～60W的標(biāo)稱發(fā)射功率。

（2）5G基站電磁輻射環(huán)境影響的特點：：

5G天線波束賦型技術(shù)的一大特點是能夠獲得較大的天線增益，針對做業(yè)務(wù)時的終端有增益，空閑時實際沒有增益。不同用戶使用不同的波束，每個波束只使用部分功率，多用戶配對時，功率會在多用戶之間分配，用戶波束不會在一個地方長時間停留。

由于監(jiān)測值須取任意連續(xù)6分鐘內(nèi)的方均根值，因此，較長時間內(nèi)的終端設(shè)備持續(xù)使用時（例如：長時間高清視頻灌包下載才能使得為單一用戶長時間提供波束）才有可能測得5G基站實際運行過程中的電磁輻射公眾曝露情況。而目前的監(jiān)測方法并未對測量時有終端設(shè)備持續(xù)使用做出要求。

2019年以來，5G基站建設(shè)不斷增速，鑒于5G設(shè)備的大功率及智能賦型的特點，為了合理了評估5G基站的電磁輻射環(huán)境影響，本文對5G基站電磁輻射環(huán)境檢測方法進(jìn)行了較深入的研究。

1 研究方法

1.1 典型基站的選擇

本次研究將5G基站根據(jù)基站天線的架設(shè)方式、天線最大發(fā)射功率、天線生產(chǎn)廠家、天線型號、天線增益、天線下傾角、水平/垂直半功率角的不同進(jìn)行分類，在每個類別中分別抽取部分基站。

基站負(fù)載過高會影響用戶體驗，一般基站容量設(shè)計按照50%，實際發(fā)射功率則按照負(fù)載情況調(diào)整，根據(jù)理論計算，本次選取的5G天線電磁環(huán)境水平保護(hù)距離59.2m～105.7m，因此監(jiān)測時重點考慮周圍100米范圍內(nèi)的監(jiān)測條件。分別選取了基站周圍100米范圍內(nèi)有敏感點和無敏感點的基站進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。同時為防止其他5G基站對5G終端及測值產(chǎn)生干擾，選取的典型基站周邊無其他5G基站。基于上述各因素考慮，選取的典型基站為4個室外宏基站和2個室內(nèi)分布站，具體信息見表1：

1.2?監(jiān)測方法及布點

（1）監(jiān)測方法

本次監(jiān)測依據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）、《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》（HJ 972-2018）和《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法進(jìn)行布點，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整。

（2）監(jiān)測工況和監(jiān)測布點

監(jiān)測過程中，5G基站處于正常工作狀態(tài)，并在加載不同的發(fā)射功率情況下測試，在各監(jiān)測點位加入配合測試的5G終端，保證穩(wěn)定連接好5G網(wǎng)絡(luò)，并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量。終端布點數(shù)量：2臺。監(jiān)測工況和監(jiān)測布點見表2：

監(jiān)測布點示意圖見圖1：

1.3?監(jiān)測設(shè)備

本次監(jiān)測方法研究過程中使用的設(shè)備名稱、型號、編號等信息見表3。

2?結(jié)果與分析

2.1監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)抽測基站各點位監(jiān)測設(shè)備后方1.5m處有終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量時的電磁輻射功率密度監(jiān)測值，與無終端時的電磁輻射功率密度監(jiān)測值，繪制了折線圖。

（1）最大發(fā)射功率為200W的基站在水平方向上的電磁輻射功率密度變化情況（天線離地高度24米）

南京螺絲橋大街基站的個別測點有終端時的監(jiān)測值小于無終端時的監(jiān)測值，主要原因是由于終端設(shè)備為普通5G手機，非專業(yè)測試設(shè)備，下行業(yè)務(wù)流量偶有不穩(wěn)定或延時情況發(fā)生，因而對監(jiān)測值有一定的影響。

（2）最大發(fā)射功率為200W的基站在垂直方向上的電磁輻射功率密度變化情況（天線離地高度37米）

（3）最大發(fā)射功率為320W的基站在水平方向上的電磁輻射功率密度變化情況（天線離地高度27米）

（4）最大發(fā)射功率為320W的基站在垂直方向上的電磁輻射功率密度變化情況（天線離地高度27米）

（5）室內(nèi)分布基站在水平方向上的電磁輻射功率密度變化情況（天線離地高度3米）

2.2監(jiān)測結(jié)果分析及監(jiān)測方法探討

（1）監(jiān)測結(jié)果分析

1）本次抽測的最大發(fā)射功率為200W和320W的5G宏基站、5G室分站，在各監(jiān)測點位加入配合測試的2臺5G終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量，且其他監(jiān)測條件均保持不變的情況下，其周圍電磁輻射功率密度實測最大值仍然滿足單個基站功率密度貢獻(xiàn)值≤9.4 μW/cm2的管理限值要求。

2）根據(jù)上述折線圖對比可以看出，在各監(jiān)測點位加入配合測試的2臺5G終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量后，天線主射水平方向和垂直方向上的電磁輻射功率密度監(jiān)測值總體上要大于未加入終端時的監(jiān)測值，電磁輻射強度與下行速率之間有較強的正比關(guān)系。

3）監(jiān)測最大值多分布在水平距離40～60米范圍內(nèi)。

（2）監(jiān)測方法探討

在上述研究基礎(chǔ)上，引申出有可能適用于5G基站電磁輻射環(huán)境檢測方法的解決思路：

1）現(xiàn)場監(jiān)測時，在敏感點位處加入標(biāo)準(zhǔn)化終端;

標(biāo)準(zhǔn)終端要求：

a.適用于5G無線通信;

b.能夠代表適度的數(shù)據(jù)流量需求，由于測試時需保證終端大流量下載作業(yè)，對5G流量使用有極大需求，保證監(jiān)測期間終端穩(wěn)定下載;

c.具備一定的自持能力。

2）增加系數(shù)評價

對不同業(yè)務(wù)區(qū)，不同時段的監(jiān)測值增加系數(shù)評價是否達(dá)標(biāo)情況（如居民區(qū)，工作時間段增加系數(shù)評價），系數(shù)值的研究確定主要有2種途徑：

a.理論計算系數(shù)：5G通話、視頻通話、在線高清視頻這三種常見業(yè)務(wù)模式時，根據(jù)運營商監(jiān)控的后臺負(fù)載率，以確定理論計算系數(shù);

b.后期5G用戶量上升后，可采用24小時連續(xù)監(jiān)測某幾個典型區(qū)域值等方法進(jìn)一步獲取經(jīng)驗系數(shù)。

3?結(jié)語

文章通過對各類5G基站進(jìn)行抽樣監(jiān)測，并分析對比了各監(jiān)測點位無5G終端和加入配合測試的2臺5G終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量的兩種情況下監(jiān)測結(jié)果，結(jié)果表明：在各監(jiān)測點位加入配合測試的2臺5G終端并有持續(xù)的下行業(yè)務(wù)流量后，天線主射水平方向和垂直方向上的電磁輻射功率密度監(jiān)測值總體上要大于未加入終端時的監(jiān)測值，電磁輻射強度與下行速率之間有較強的正比關(guān)系。在此研究基礎(chǔ)上，引申出有可能適用于5G基站電磁輻射環(huán)境檢測方法的解決思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃亮. LTE移動通信基站電磁輻射監(jiān)測方法研究[J]. 環(huán)境與發(fā)展.2017（4）：55-58.

[2] 黃清.TD-LTE移動通信基站電磁輻射環(huán)境影響調(diào)查與分析[J]. 海峽科學(xué).2015（6）：17-18.

[3] HJ 972—2018，移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2018.

[4] 黃柳清. 移動通信基站電磁輻射環(huán)境影響研究[J].科學(xué)與財富. 2017（3）：34-36.

[5] 羅智敏，關(guān)翠霞.5G移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].數(shù)字通信世界. 2017（12）.：78-80

[6] 周然.4G基站現(xiàn)場測試方法探討[J].中國無線電. 2016（06）192-193.

[7] 張馨丹，劉明.淺談5G移動通信技術(shù)及其對基站配套的影響[J].中國新通信. 2018（15）：96-98.

[8] 王曉云，陳志平.基于相位差的多系統(tǒng)通信基站的電磁輻射監(jiān)測[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù). 2019（01）：9-10.

[9] GB 8702—2014，電磁環(huán)境控制限值[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2014.

[10] 林懷英，寧健，李華琴，邱建龍，郭祖美.廣東某市通信公司2011—2017年基站驗收監(jiān)測[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì). 2018（11）：22-24.

[11] 吳禮裕，萬泉豐，王凱.常州市移動通信基站電磁輻射環(huán)境影響分析[J]. 環(huán)保科技. 2018（05）：200-201.

[12] 王映民，孫韶輝. 5G移動通信系統(tǒng)設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)詳解 5GNR標(biāo)準(zhǔn)書籍[M].人民郵電出版社. 2020（04）.

中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京?210019