4G基站的電磁輻射影響分析

李 燕， 李 敏， 徐 瑋， 勾興勇

(1.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計院， 貴陽 550081;2.貴州銘誠生態(tài)監(jiān)測有限公司， 貴陽 550002)

4G的標(biāo)準(zhǔn)有TD－LTE和FDD－LTE兩種。TD－ LTE(Time Division Long Term Evolution，分時長期演進(jìn))是基于3GPP長期演進(jìn)技術(shù)(LTE)的一種通訊技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，屬于LTE的一個分支[1]。該技術(shù)由上海貝爾、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國移動、高通、ST－Ericsson等業(yè)者共同開發(fā)。FDD(頻分雙工)是該LTE技術(shù)的雙工模式之一，應(yīng)用FDD(頻分雙工)式的LTE即為FDD－LTE。由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個 廠家的利益等因素，F(xiàn)DD－LTE的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD－LTE。FDD－LTE已成為當(dāng)前世界上采用的國家及地區(qū)最廣泛的、終端種類最豐富的一種4G標(biāo)準(zhǔn)。2013年12月4日，工信部正式向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通發(fā)放了TD－LTE牌照，標(biāo)志著中國正式進(jìn)入了4G時代。

1 TD－LTE技術(shù)特征

TD－LTE是TDD版本的LTE技術(shù)?；赥DD的雙工技術(shù)、基于OFDM的多址接入技術(shù)、基于MIMO/SA的多天線技術(shù)是TD－LTE標(biāo)準(zhǔn)的三個關(guān)鍵技術(shù)[2]。

1.1 基于TDD的雙工技術(shù)

第三代移動通信系統(tǒng)的頻段是在2GHz范圍，但分配給公共陸地移動通信系統(tǒng)使用的頻譜為155 MHz，僅為整個2GHz頻段的7%。TDD模式能利用非對稱頻段，具有更高的頻譜利用率。提供同樣速率的業(yè)務(wù)時TDD模式占用的帶寬較FDD模式少。

1.2 基于OFDM的多址接入技術(shù)

基于OFDM的多址接入技術(shù)有兩個關(guān)鍵點，一是OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)如何結(jié)合，使移動通信系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升，二是PFDM技術(shù)在蜂窩移動通信組網(wǎng)的條件下，如何克服同頻組網(wǎng)帶來的問題。

1.3 基于MIMO/SA的多天線技術(shù)

MIMO技術(shù)優(yōu)勢就在于它將信道視為若干并行的子信道，在不需要額外帶寬的情況下實現(xiàn)近距離的頻譜資源重復(fù)利用，理論上可以極大的擴(kuò)展頻帶利用率，提高無線傳輸速率，同時還增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的抗干擾、抗衰落性能，可以同時獲得編碼增益和分集增益。

2 電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 8702—1988《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》中相關(guān)規(guī)定:在30～3 000 MHz頻率范圍內(nèi)，對公眾的電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為電磁輻射源在接受點產(chǎn)生的功率密度小于 0.4 W/m2(40μW/cm2)[3]。公眾總受照射劑量包括各種電磁輻射對其影響的總和，既包括擬建設(shè)施可能或已經(jīng)造成的影響，也包括已有背景電磁輻射的影響?？偟氖苷丈鋭┝肯拗稻鶓?yīng)不超過國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)HJ/T 10.3—1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則－電磁輻射環(huán)境影響評價方法和標(biāo)準(zhǔn)》，對單個項目的影響必須限制在GB 8702—1988限值的若干分之一[4]。單個基站環(huán)境管理目標(biāo)值選取GB 8702—1988《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》中相應(yīng)頻段功率密度限值的 1/5，即 0.08 W/m2(8μW/cm2)。

3 TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算

3.1 計算模式

一般情況下，電磁輻射場根據(jù)感應(yīng)場和輻射場的不同而區(qū)分為遠(yuǎn)區(qū)場(感應(yīng)場)和近區(qū)場(輻射場)[5]。射頻電磁場近場的分布十分復(fù)雜，一般以實際測量為準(zhǔn)。而評價關(guān)注的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)大多在基站天線的3.5 m以外，屬于遠(yuǎn)場區(qū)，其遠(yuǎn)場軸向功率密度(Pd)采用由 HJ/T 10.2—1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則—電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》規(guī)定的公式計算[6]:

式中:P—天線輻射功率，W;

G—天線增益，倍數(shù);

r—測量位置與天線距離，m。

3.2 計算參數(shù)

本次選取位于銅仁市碧江區(qū)的10個已運行的TD－LTE基站進(jìn)行電磁輻射影響理論計算。該10個基站的計算參數(shù)見表1。

表1 銅仁市碧江區(qū)10個已運行的TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算參數(shù)

3.3 預(yù)測結(jié)論

本次選取的位于銅仁市碧江區(qū)的10個已運行TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算結(jié)果見表2。

4 TD－LTE基站電磁輻射實際監(jiān)測結(jié)果

本次選取的位于銅仁市碧江區(qū)的10個TDLTE基站在正常運行情況下，監(jiān)測結(jié)果見表3。

5 結(jié)論

根據(jù)對銅仁市碧江區(qū)的10個TD－LTE基站電磁輻射的理論計算和實測結(jié)果，基站天線軸向功率密度值是隨著距離天線距離的增加而快速衰減。根據(jù)理論計算結(jié)果，基站在天線軸向16 m以外區(qū)域的功率密度可以滿足0.08 W/m2(8μ W/cm2)環(huán)境管理目標(biāo)值。根據(jù)實測結(jié)果，基站在正常運行狀態(tài)下，天線主射方向?qū)崪y結(jié)果均未超過0.08 W/m2，說明基站的實際電磁輻射影響小于理論計算結(jié)果，這是由于在實際監(jiān)測中，由于監(jiān)測布點受環(huán)境空間條件的限制，很少能達(dá)到天線的最大輻射方向設(shè)施監(jiān)測，所以實際監(jiān)測結(jié)果比理論計算預(yù)測值小得多。

表2 銅仁市碧江區(qū)10個已運行的TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算結(jié)果單位:距離m 功率密度μW/cm2

表3 銅仁市碧江區(qū)10個TD－LTE基站正常運行時電磁輻射影響實測結(jié)果

續(xù)表3

續(xù)表3

[1]曹達(dá)仲，侯春萍，由磊，等.移動通信原理、系統(tǒng)及技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2011.

[2]TD－LTE的三大技術(shù)特點[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報，2010，5:144.

[3]國家環(huán)境保護(hù)總局.電磁輻射防護(hù)規(guī)定(GB8702－88)[S].1988.

[4]國家環(huán)境保護(hù)總局.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)(HJ/T10.3－1996)[S].1996.

[5]周建明，高攸綱，徐小超，等.通信電磁輻射及其防護(hù)[M].北京:人民郵電出版社，2010.

[6]國家環(huán)境保護(hù)總局.電磁輻射監(jiān)測儀器和方法(HJ/T－10.2 －1996)[S].1996.