淺談移動通信基站電磁輻射環境影響研究

付博皓，周 韜

（重慶信息通信研究院 重慶 401336）

0 引言

信息時代為人們的生活帶來了翻天覆地的變化，在全國范圍內，第五代（5G）移動通信的建設促進了遠程醫療、工業控制、遠程駕駛、智慧城市、智慧家居等應用的廣泛發展［1］。 以手機為例，可以為人們的生活帶來極大的方便和快捷，5G 電信終端設備應用場景不僅包括語音通話、短信收發、數據傳輸、視頻交互、游戲娛樂，還包括虛擬購物、智慧醫療、工業應用和車聯網場景等。 在信息時代，廣大用戶對信息時代網絡質量和速度的要求也不斷提高，移動通信基站必須能夠為用戶提供更加全面和穩定的信號覆蓋，以滿足用戶需求。 當前我國2G、3G、4G 通信基站所使用的頻率范圍基本上是在500 MHz ～3GHz 之間，5G 移動通信現階段主要工作在2 500 MHz ～5 000 MHz 頻段。 由于信號頻率越高，在傳輸時越會有更多的衰減，所以5G 移動通信的基站需要更加密集。

5G 移動通信具有大帶寬、低時延、海量連接等特點，近年來得到了世界各國的高度重視和大力發展。 到2021 年底，我國三大運營商將累計建成超過130 萬個5G 基站（含電信聯通共建共享5G 基站），5G 終端連接數將突破3 億，繼續推進5G 更好賦能千行百業。 與4G相比，5G 采用更大的帶寬和更高的載頻，通常射頻頻率越高衰減越大，使得單個5G 基站在城市中心區域的覆蓋半徑約在300 ～500 m、郊區大概500 ～1 000 m、農村1 000～2 000 m，而單個4G 基站覆蓋半徑可以到1 000～3 500 m。 為了確保覆蓋質量相同，在城市中心區域的5G 基站數則要比4G 多3 ～5 倍。 本文通過對某一地區同一運營商的移動通信基站電磁輻射進行抽測，再結合理論分析，總結出對移動通信基站電磁輻射環境監測的客觀規律。

1 移動通信基站電磁輻射概述

隨著科技的發展，移動通信作為信息化時代的標志性產物，正改變著世界，深刻地影響著人們的工作和生活方式。 移動通信基站電磁輻射是指通信設備在正常工作狀態下所產生的輻射現象。 在移動通信系統中，空間無線電信號的發射和接收都是依靠移動基站天線來實現的，在傳輸信號時，移動基站發射天線有一定強度的電磁輻射。

5G 基站建設過程中由于部分國家及地區民眾對于基站電磁輻射的擔憂而遇到了阻礙，基站輻射是否危害健康一直是困擾廣大公眾的一大疑問。 隨著2G、3G、4G 到5G技術的發展，運營商基站越建越多，人們對基站輻射也越來越擔憂。 2020 年12 月14 日生態環境部發布了《5G 移動通信基站電磁輻射環境監測方法》（HJ 1151－2020）［2］。該標準在測試時間、敏感點位選擇、應用場景、儀器設備要求等方面作出規定，一定程度上指導了5G 移動通信基站電磁輻射環境監測的有效實施。

2 移動通信基站電磁輻射環境監測的意義

針對移動通信基站電磁輻射的特點，開展環境監測具有以下3 點意義：

（1）人體健康保護：基站的電磁輻射會對人類健康造成潛在威脅，通過環境監測可以保證人體健康安全。

（2）生態環境保護：基站的電磁輻射對生態環境也會造成影響，通過環境監測可以掌握其影響程度，并采取相應措施。

（3）合規管理要求：國家和地方有關部門已經出臺了相關標準和規定，移動通信企業必須遵守，并按照要求進行環境監測。

3 移動通信基站電磁輻射環境監測的標準

對于電磁輻射環境監測需要遵循的標準有：《電磁環境控制限值》（GB 8702－2014）［3］、《移動通信基站電磁輻射環境監測方法》（HJ 972－2018）［4］、《5G 移動通信基站電磁輻射環境監測方法（試行）》（HJ 1151－2020）［5］、《輻射環境保護管理導則－電磁輻射監測儀器和方法》（HJ／T 10.2－1996）［6］、《輻射環境保護管理導則－電磁輻射環境影響評價方法與標準》（HJ／T 10.3－1996）［7］。 其中《電磁環境控制限值》（GB 8702－2014）中規定了移動通信基站相關頻段范圍內公眾曝露控制限值，詳見表1。

表1 公眾曝露控制限值

4 移動通信基站電磁輻射環境監測方法

《電磁環境控制限值》（GB 8702－2014）中所指的電磁輻射是一種非電離輻射，其本質是電場與磁場交互變化產生的電磁波。 由于電磁輻射的傳播與其頻率相關，因此，針對不同的頻率范圍，需要采用不同的測量方法。 中華人民共和國生態環境部發布的移動通信基站電磁輻射環境監測方法標準有《移動通信基站電磁輻射環境監測方法》（HJ 972－2018）和《5G 移動通信基站電磁輻射環境監測方法（試行）》（HJ 1151－2020）。 由于兩個標準適用范圍不一樣，因此現行的HJ 972－2018 無法用于對5G 基站及與其他網絡制式共址的移動通信基站電磁輻射環境進行監測。 應當摒棄HJ 972－2018 而采用HJ 1151－2020 標準開展監測，選頻監測將會在基站監測活動中占據主導，并逐漸替代寬頻監測方法。

我國主要通信服務商為中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放了5G 商用牌照。 目前，我國5G 基站大規模商業部署全部是圍繞6GHz 以下頻段展開。 因此，本方法適用于發射頻率在6GHz 以下的已經投入使用或即將投入使用的5G 移動通信基站的電磁輻射環境監測。對于2 個方法標準差異性如表2 所示。

本文抽測的每個基站都為5G 基站，5G 基站天線在架構、發射天線、發射頻率等方面有很大的改變。 HJ 1151－2020 規定了5G 移動通信基站電磁輻射環境監測的內容、方法等技術要求，本文在監測時參照該方法執行。

5 監測情況與結果分析

為了更好地了解5G 基站電磁輻射對周邊環境的影響，本次所有監測基站至少包括單獨建設的移動5G 基站，以及移動2G、4G 和5G 多頻段基站等，監測點位布設在5G 天線的主瓣方向上。 基站覆蓋區域包括工業園區、商圈、寫字樓、居民小區等。 為了保證試驗數據的準確性，監測過程中使用的相關儀器儀表的校正證書均在有效期內，監測在無雨雪天氣下開展，且嚴格按照HJ 1151－2020標準執行。 本次試驗采用符合國家標準的選頻式電磁輻射監測儀，且考慮到目前5G 應用的實際情況，故應用場景為視頻直播（6 min）。

5.1 燈桿、鐵塔、美化樹站監測數據

5.1.1 Redmi Note9 終端監測數據

燈桿、鐵塔美化樹站監測數據見表3。

表3 燈桿、鐵塔、美化樹站Redmi Note9 終端監測基本信息和結果

5.1.2 測試結果及分析

本次試驗共有監測燈桿站點6 個，每個站點采取在天線主瓣方向水平距離10 m、30 m、50 m 3 個典型的位置進行監測，測試站點均為燈桿站或美化塔，掛高均在10 ～15 m。 由于其站點位置醒目，位于人員流動量密集之處，公眾的擔憂最為突出，日常生活最為常見，屬于典型的5G移動通信基站類別。

從表3 可以看出：隨著監測距離的增加，輻射值有規律性變化，移動5G 頻段監測距離由10 m 增大至30 m 時輻射值呈下降趨勢，監測距離由30 m 增大至50 m 時輻射值呈上升趨勢，且50 m 處輻射值一般為該站點輻射最大值。 在外場監測燈桿站或美化塔時，經常遇到兩種典型現場情況：

（1）燈桿站或美化塔主瓣方向在人行道方向，行道樹較多，從監測結果可以得出，輻射值受樹木遮擋及疏密關系影響較大。 在所測基站與終端信號引導路徑上，樹木遮擋嚴重時輻射值較小，反之輻射值較大。 結合此次監測數據結果可以看出，站點在水平監測距離為10 m 和50 m時，出現最大輻射值頻次較多，在水平監測距離為30 m時，輻射值基本較小。

（2）站點位于空曠地帶，主瓣方向無遮擋。 結合此次監測數據結果來看，監測輻射值基本呈規律變化，可以得出水平監測距離由10 m 增大到50 m 時，監測輻射值逐漸增大。

5.2 樓頂站監測數據

5.2.1 Redmi Note9 終端監測數據

樓頂站監測數據見表4。

表4 樓頂站Redmi Note9 終端監測基本信息和結果

5.2.2 測試結果及分析

本次共監測樓頂站點10 個，每個站分別采取在天線主瓣方向水平距離10 m、30 m、50 m 3 個典型的位置進行監測，測試站點均為居民樓樓頂站及商圈廣場樓頂站，其中居民樓樓頂站居多。 此類站點位于居民樓頂且大多由美化罩遮蓋，周邊居民用戶較多且位于居民日常生活區域，公眾的擔憂較為突出，屬于典型的5G 移動通信基站類別。

從表4 可以看出，隨著監測距離的增加，輻射值有明顯的變化趨勢，移動5G 頻段監測水平位置10 m 以及50 m處出現輻射最大值的情況較多，而30 m 處出現輻射最大值的次數較少。

經研究分析，現場監測樓頂站一般位于居民樓樓頂，普遍樓層高度為30 m 左右，測試結果主要受周邊移動終端用戶量以及天線主瓣直射角度影響。 水平監測距離為10 m 時，此時測量點位于樓底人行道上，該位置輻射值出現多次最大值；水平監測距離為30 m 時，一般位于樓棟外側馬路上，該位置行人較少，周邊終端用戶對輻射值測量影響較小，所以30 m 處測的輻射值一般不大。 水平監測距離為50 m 時，天線主瓣方向與監測點位之間無遮擋，天線主瓣方向與監測點位之間角度較小，此時可完全接收到5G 天線的輻射能量，故50 m 輻射值也較大。

在外場現場環境下通過不同水平監測距離得出以下結論：

（1）通常公眾最常用的視頻交互如觀看直播等應用場景的電磁輻射水平遠小于GB 8702－2014 要求，也符合人們使用的典型場景。

（2）電磁波會隨著距離的增加而快速衰減，建筑物及樹木等對電磁波有一定的衰減作用，實際監測時在主瓣方向盡量選擇較為空曠的地方進行監測。

（3）監測樓頂站時人流量多的地方往往為水平距離10 m 位置，該位置終端用戶量大，輻射值較大。 由于5G信號傳輸采用的是點對點傳輸，即使基站接入終端數量較大，監測位置輻射值仍然較好。

6 結語

綜上所述，本文對相關法規及標準、監測技術、監測指標進行了簡單概述，對監測典型移動通信基站的結果做出了數據分析與總結。 移動通信基站電磁輻射與人們生活關系密切，目前5G 終端用戶量較少，在現場實際部署環境下絕大多數站點監測的電磁輻射水平均較好，低于GB 8702－2014 的限值要求。 目前我國5G 以sub－6GHz 為主，場景主要為增強型寬帶，用于數據傳輸、視頻交互等。 下一階段將進入自動駕駛、遠程醫療等低時延應用及海量物聯網應用，5G 天線使用毫米波，天線其他參數及技術將發生顛覆性變化，相應的電磁輻射監測方法也會發生較大改變，因此必須及時跟進5G 技術發展，掌握科學的監測技術，獲取準確監測數據。