移动基站周围环境中电磁辐射检测方案(场强仪)

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监 测 与 评 价Environmental Monitoring & Assessment131 环 境 工程Environmental Engineering132 TD-LTE 移动通信基站对周围环境的电磁辐射影响分析 李建萍 李素珍 袁玉明 魏有权 张 硕 (中冶建筑研究总院有限公司，北京100088) 摘要：对 TD-LTE 移动通信系统进行了简要阐述，在对北京市某公司2012年建设的 TD-LTE 基站采取后台模拟加载业务量的方式使基站满功率发射的情况下，使用 NBM-550型综合场强仪对基站周围电磁环境进行了现场监测，并通过理论计算进行验证，分析了 TD-LTE 基站对周围环境的电磁辐射影响。 关键词： TD-LTE；移动通信；电磁辐射 DOI： 10.13205/j. hjgc. 201403031 IMPACT ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC RADIATION AT TD-LTE BASESTATION ON AMBIENT ENVIRONMENT Li Jianping1gLi SuzhennYuan YumingWei YouquanZhang Shuo ( Central Research Institute of Building and Construction Co.， Ltd， MCC Group，Beijing 100088 ， China) Abstract： TD-LTE mobile communication system was introduced briefly. Under the condition that base station launch in fulcapacity with the pattern of background simulation loading volume of business in the TD-LTE base station constructed in somecertain company in Beijing in 2012， electromagnetic environment was monitored around the base station in-situ with syntheticalfield strength meter of NBM-550， and validated with theory calculation to analyze the effect of TD-LTE base station on ambientelectromagnetic radiation. Keywords： TD-LTE； mobile communication； electromagnetic radiation LTE( Long Term Evolution) 现已成为国际上主流的新一代移动通信标准，TD-LTE 是时分双工模式的LTE 系统，是 TD-SCDMA 的长期演进。 LTE 系统以正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing) 和多输入多输出(MIMO， Multiple InputMultiple Output) 技术为基础，并在移动通信系统中全面采用和优化分组数据传输。 近年来，随着移动通信基站的不断建设和人们环保健康意识的不断增强，基站天线产生的电磁辐射问题已引起人们的高度关注。本文通过对 TD-LTE 基站对周围环境的电磁辐射环境影响进行实测和理论预测，以分析 TD-LTE 基站对周围环境的影响。 TD-LTE 技术特点 作为对3G系统的增强，LTE 系统下行链路采用OFDMA 多址接入方式，上行链路采用 SC-FDMA 单载波技术，同时为了提高峰值速率，MIMO 技术得到 ( 收稿日期：2013-06-10 ) 了广泛应用251。此外， TD-LTE 还具有以下特定的技术特点： 1)支持多种上下行时隙比例配置，可根据实际网络的业务量灵活部署：为了和TD-SCDMA 系统共存，也为了支持不同的覆盖半径，TD-LTE 设计了多种时隙比例和GP配置，给网络部署带来了很大的灵活性。 2)单双流波束赋形技术充分应用了 TDD系统的信道互互：智能天线技术作为 TD-SCDMA 的特色技术，在 TD-LTE 系统得到了进一步扩展，从单流扩展到双流，尽管 LTE-FDD 标准上支持波束赋形技术，但是作为对信道互易性技术的应用， TD-LTE 是最合适的选择。 3)特殊子帧中的随机接入信道可以支持小范围热点小区覆盖：在 TD-LTE 特殊子子中，短 PRACH 格式可以在小范围的热点覆盖中应用，这种格式可以减少 PRACH信道的开销，提高业务信道的容量。 2 电磁辐射标准 为防止电磁辐射污染，保障公众健康，促进电磁技术的科学运用与发展，原国家环境保护局先后颁发了 GB 8702—88《电磁辐射防护规定》和《电磁辐射环境保护管理办法》(国家环境保护局令第18号)。按照上述标准，在30~3000 MHz 的频率范围内，公众照射标准的功率密度暴露限值为0.4W/m。 HJ/T 10.3—1996《辐射环境保护管理导则 电磁辐射环境影响评价方法与标准》对单个项目的辐射贡献量规定：对单个项目的影响必须限制在GB 8702—88限值的若干分之一，通常取功率密度限值的1/5作为环境管理目标值，即8pW/cm. 3 TD-LTE 基站电磁辐射环境影响实测 3.1 监测技术说明 监测方法：HJ/T 10.2—1996《辐射环境保护管理导则 电磁辐射监测仪器和方法》和《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》(试行)(环发2007]114号)。 监测对象：北京某公司2012年新建的普天大厦TD-LTE 基站和中关村科技发展大厦 TD-LTE 基站， 监测时对基站采取后台模拟加载业务量，使其满功率发射。监测时间：2012年8月28日一8月29日。气象条件：晴，风力小于3级，环境温度24~27℃，相对湿度70%~84%。 监测仪器： NBM-550 型综合场强仪(仪器检定证书编号 XDdj2012-1315，有效期2012.05.18-2013.05.17)。 3.2 监测结果 3.2.1 普天大厦 TD-LTE 基站后台模拟加载监测结果 监测场景：该基站以抱杆型式架设在18层楼顶平台，后台模拟加载业务量方式使基站满功率发射，天线标称发射功率40 W(单通道5W)，天线增益15dBi，上下行资源配置为2上2下，天线挂高2m，与测试所立平台高差约7m，天线下倾角为9°. 监测布点：在17层楼顶平台布设14个测点，见图1。受测试条件所限，监测布点不在天线轴线发射方向，根据 TD-LTE 基站天线特性分析，测点基本处于天线水平半功率角范围。 N ①-④一监测点位置；→一天线发射方向 图1普天大厦 TD-LTE 基站现状监测布点 Fig.1 The present monitoring sites for TD-LTE base station on Putian Building 监测结果见表1。由表1可知：实测结果远小于8 pW/cm 的环境管理目标值；25 m后类比监测的电磁辐射功率密度值呈现衰减趋势，但35 m 处监测值出现异常升高，可能受其北侧的中央空调管线金属反射影响所致。 3.2.2 中关村科技发展大厦 TD-LTE 基站后台模拟加载监测结果 监测场景：该基站以抱杆型式安装在17层楼顶平台，后台模拟加载业务量方式使基站满功率发射，天线标称发射功率80W(单通道10 W)，天线增益15 dBi，上下行资源配置为2上2下，天线挂高2m，下倾角为6°。 表1普天大厦 TD-LTE 基站电磁辐射监测结果 Table 1Monitoring results of electomagnetic radiation ofthe TD-LTE base station on Putian Building 9 234 567 监测布点：在17层楼顶平台上沿天线轴向布设8 个测点，布点见图2。 ①-⑧监测点位置；→―天线发射方向 图2 中关村科技发展大厦 TD-LTE 基站现状监测布点示意 Fig.2 Present monitoring sites for the TD-LTE base stationon Zhongguancun Sci-Tech Building 监测结果见表2。由表2可知：1)在天线轴向上，电磁辐射功率密度值随距离的增加呈急剧衰减趋势，15 m处的轴向功率密度已小于8 pW/cm的环境管理目标值；2)监测范围12m以内功率密度值较高，这是由此距离内监测点位处于电磁波主射波束范围内，且距天线距离较近所致。 表2 中关村科技发展大厦 TD-LTE 基站电磁辐射监测结果 Table 2 Monitoring results of electromagnetic radiation of theTD-LTE base station on Zhongguancun Sci-Tech Building 监测点号 距测试天线水平距离/m 实测结果/(uW·cm-2) 57.77 40.0 3 17.08 8.02 4.02 2.72 7 1.85 8 1.42 注：楼顶平台处基站未开通状态电磁环境背景值为0.20~0.30 uW/cm²。 实际监测结果表明： TD-LTE 基站天线轴向30m外的功率密度贡献值可以满足8p.W/cm²环境管理目标值。 4 TD-LTE基站电磁辐射环境影响模拟计算 4.1 计算模式 根据 DB11/T 784—2011《移动通信基站建设项目电磁环境影响评价技术导则》，关于微波远场轴向功率密度P的计算公式为： 式中：P为远场轴向功率密度，mW/cm；p为馈入天线端口实际发射功率，mW；G为天线增益，倍；r为天线轴向上测量位置与天线的距离，cme 4.2 计算参数 北京市某公司2012年新建的 TD-LTE 基站主要技术参数如下： 基站设备：通道数为2×4通道，单通道标称发射功率为5 W(普天公司)/10 W(中兴公司)；天线设备长度为1.7m，天线增益15 dBi. 北京市某公司新建 TD-LTE 基站系统帧结构如图3所示。由图3可知： TD-LTE 系统上下行时隙配比采用上下行转换周期为 5ms 的2上2下的配置方案、特殊子帧的3个特殊时隙 DwPTS、GP、UpPTS 采用3、9、2的长度配置方案，其中只有下行子帧和特殊时隙中的 DwPTS 产生电磁辐射。 鉴于基站发射机工作时的实际发射功率是根据通信状况自动调节的，同时为保证基站设备长时间正常运行，基站发射机的总发射功率一般设定为不超过 图3TD-LTE 系统无线子帧结构 Fig.3 Wireless subframe stucture of the TD-LTE system 标称功率的70%。该工程TD-LTE 基站设备为自耦合系统，采用电路合路，不需合路器，没有插入损耗。因此，TD-LTE 基站运行时馈入天线端口的实际发射功率分别为24.8 W 和12.4 W，以中兴公司 RRU 设备为例，其具体计算方法如下： 中兴公司 RRU 设备馈入天线端口的实际发射功率=单通道发射功率×70%×通道数×(下行子帧DwPTS长度所占比例+特殊子帧所占比例：特殊子帧长度10×80%×8× =24.8 W. 采用远场轴向功率密度计算公式预测天线发射高度轴线上的功率密度，起始计算点(至天线的距离)从r>2D/入处开始(D为天线的最大长度， m；入 为工作波长，m)。该工程使用的4列双极化智能天线(MOBI天线)长度为1.7 m，则 TD-LTE 系统远场轴向功率密度的起始计算点为27.65 m. 4.3模拟计算结果 TD-LTE 基站发射机在实际发射功率情形下，单个天线轴向功率计算结果见表3。 由表3可知：新建 TD-LTE 基站发射在在实际发射功率下工作，天线轴向30m 外的功率密度计算值均小于8pW/cm的环境管理目标值。 综合模拟计算和实测结果表明，TD-LTE 基站运行过程中对周围环境电磁辐射影响较小，天线轴向30m外的电磁辐射功率密度值小于8 uW/cm的环境管理目标值，不会对周围环境造成电磁辐射影响。 表3 TD-LTE 基站单个天线轴向功率密度计算结果 Table 3The axial power density of a single antenna of the TD-LTE base station 实际发射功率 不同轴向距离功率密度/(pW·cm-2) 10 m 20 m 27.65 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m 90 m 100 m 14.2 W 31.22 7.81 4.09 3.47 1.95 1.25 0.86 0.64 0.52 0.38 0.31 28.3 W 62.43 15.61 8.17 6.94 3.90 2.50 1.74 1.27 0.97 0.77 0.62 注：表中10 m和20m处的功率密度值仍采用远场公式计算，由于近场内电场和磁场的复杂性，故计算结果为近似值，仅供参照。 5 结论与建议 北京市某公司建设的 TD-LTE 基站对周围环境的电磁辐射功率密度贡献值随距天线距离的增加而快速衰减，天线轴向30m外的电磁辐射功率密度值可满足8pW/cm²的环境管理目标值。 根据《电磁辐射防护规定》中“可合理达到尽量低”的原则，建设单位应合理安排基站发射天线的架设方式、位置、高度、下倾角等，以确保基站的水平保护距离和垂直保护距离。在电磁辐射环境值较高的地点不得建设基站；基站室外发射天线周围30m内不得有高于发射天线的敏感建筑物；对于架设在楼顶的基站，应加强通往该楼顶的通道管理，并在天线处悬挂警示牌。 ( (上接第130页) ) ( [7] 张玉清.河流功能区水污染物容量控制的原理和方法[M].北京：中国环境科学出版社，2001：2-9. ) ( [8] 杨玉峰，傅国伟.区域差异与国家污染物排放总量分配.环 境科学学报，2001(2)：129-133. ) ( [9] 杨玉峰.污染物排放总量控制系统不确定性分析[D].北京：清华大学，1999. ) ( [10] 陈丁江，吕军，沈晔娜.区域间水环境容量多目标公平分配的水环境基尼系数法[.环境污染与防治，2010，32(1)：88-91. ) ( [11] 陈卫，方廷健，马永军，等.基于 Delphi 法和 AHP法的群体决策研究及应用[.计算机工程，2003，29(5)：18-20. ) ( 参考文献 ) ( 王映民. 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All rights reserved. http：//www.cnki.net     近年来，随着移动通信基站的不断建设和人们环保健康意识的不断增强，基站天线产生的电磁辐射问题已引起人们的高度关注。本文通过对TD-LTE 基站对周围环境的电磁辐射环境影响进行实测和理论预测，以分析TD-LTE 基站对周围环境的影响。    北京市某公司建设的TD-LTE 基站对周围环境的电磁辐射功率密度贡献值随距天线距离的增加而快速衰减，天线轴向30 m 外的电磁辐射功率密度值可满足8 μW/cm2 的环境管理目标值。根据《电磁辐射防护规定》中“可合理达到尽量低”的原则，建设单位应合理安排基站发射天线的架设方式、位置、高度、下倾角等，以确保基站的水平保护距离和垂直保护距离。在电磁辐射环境值较高的地点不得建设基站; 基站室外发射天线周围30m 内不得有高于发射天线的敏感建筑物; 对于架设在楼顶的基站，应加强通往该楼顶的通道管理，并在天线处悬挂警示牌。