南通市移動(dòng)通信基站電磁輻射時(shí)空分布特征

姚穎，武攀峰，陸煒

( 南通市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226001)

南通市移動(dòng)通信基站電磁輻射時(shí)空分布特征

姚穎，武攀峰*，陸煒

( 南通市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226001)

為了解南通市移動(dòng)通信基站電磁輻射時(shí)空分布特征，隨機(jī)實(shí)測504座典型基站，著重從水平和垂直方向50 m范圍內(nèi)開展監(jiān)測，并選取典型基站開展24 h連續(xù)監(jiān)測。結(jié)果表明，南通市移動(dòng)通信基站電磁輻射水平滿足《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014)中公眾曝露控制限值要求；基站電磁輻射水平分布隨距離增大呈現(xiàn)先增加后逐漸減小的趨勢(shì)，地面最大投射點(diǎn)的距離基本為20～30 m；垂直方向最大監(jiān)測值出現(xiàn)在與天線高度相近的樓層；24 h基站電場強(qiáng)度隨時(shí)間呈明顯變化，與話務(wù)量和數(shù)據(jù)流量分別進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)為0.968 3和0.709 8，說明目前話務(wù)量仍是電磁輻射強(qiáng)度的重要影響因素。

移動(dòng)通信基站；電磁輻射；水平方向；垂直方向；24 h變化規(guī)律；南通

近年來，我國移動(dòng)通信事業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，2015年3月，中國移動(dòng)電話用戶總數(shù)達(dá)12.9億，4G用戶達(dá)1.6億[1]，移動(dòng)通信基站(下稱“基站”)的建設(shè)密度也隨之迅速增加。

《南通市輻射環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(2014年度) 》表明，截至2014年底南通市共建基站7 479個(gè)，以南通市轄面積按8 000 km2計(jì)算，平均每km2就覆蓋1個(gè)基站。

一方面，移動(dòng)通訊已成為生活必需，人們對(duì)移動(dòng)信號(hào)通訊要求高；另一方面，由于擔(dān)心電磁輻射影響危害，基站建設(shè)受阻嚴(yán)重?，F(xiàn)于2015年2月6—7日隨機(jī)選取南通市504座典型基站進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測與分析，研究基站周圍50 m范圍內(nèi)電磁輻射時(shí)空分布情況，以使公眾了解南通地區(qū)基站電磁輻射影響及分布特征，并為移動(dòng)基站布局規(guī)劃及建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

根據(jù)南通市移動(dòng)通信基站的實(shí)際建設(shè)情況，以市區(qū)、縣城為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，涵蓋南通市3個(gè)區(qū)、四個(gè)縣級(jí)市和2個(gè)縣共9個(gè)行政區(qū)。隨機(jī)選取504個(gè)典型基站進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測，涉及具有代表性的樓頂抱桿等9種不同類型的基站，所測基站均為定向天線，有單一站，也有共址站，發(fā)射頻率涵蓋目前電信、移動(dòng)、聯(lián)通所有2 G、3 G網(wǎng)絡(luò) (基站功率為15～20 W/扇區(qū)，天線高度為9～80 m，天線增益為12～18 dBi，垂直半功率角為7～14°，水平半功率角為65～90°)。

1.2 測試儀器及方法

測試儀器采用德國Narda公司生產(chǎn)的非選頻式NBM-550電磁分析儀，選用8號(hào)探頭，量程0.01～800 V/m，響應(yīng)頻率100 kHz～3 GHz。測試方法嚴(yán)格按照《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法(試行)》(環(huán)發(fā)[2007]114號(hào))。

1.3 點(diǎn)位布設(shè)

點(diǎn)位布設(shè)在天線主瓣方向上，天線投影地面(樓底或塔底)距離50 m范圍內(nèi)，測量時(shí)段選在話務(wù)量較高的08：00—20：00(24 h連續(xù)測量除外)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

現(xiàn)場測試共獲取數(shù)據(jù)6 386個(gè)，采用IBM SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性分析。按下式計(jì)算電磁輻射功率密度。

S=E2/Z

式中：S——功率密度，W/m2；

E——電場強(qiáng)度，V/m；

Z——自由空間的阻抗，取值377。

2 結(jié)果與討論

2.1 基站周圍水平方向電磁輻射分布特征

抽測504座基站，結(jié)果表明，地面水平50 m范圍內(nèi)電磁輻射最大功率密度值為0.045 W/m2，符合文獻(xiàn)[2]中公眾曝露控制限值，見表1。

表1 基站周圍功率密度測試結(jié)果統(tǒng)計(jì) 10-2 W/m2

續(xù)表

從地面水平分布變化來看，由于基站板狀天線只能向一定角度范圍輻射，在樓下近距離處形成輻射陰影，天線輻射能量不能直達(dá)陰影處，該處的功率密度為電磁環(huán)境本底值；之后受天線掛設(shè)高度及下傾角等影響，監(jiān)測點(diǎn)位從近距離逐漸進(jìn)入天線主瓣影響區(qū)域，功率密度出現(xiàn)最大值，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)位逐漸遠(yuǎn)離主瓣影響區(qū)域時(shí)，功率密度隨距離增大而減小。

由此分析得出，基站電磁輻射功率密度值隨距離增大基本呈現(xiàn)先增加后逐漸減小的趨勢(shì)，這與文獻(xiàn)[3-7]結(jié)論基本一致，且地面最大值距離基站基本為20～30 m，天線架設(shè)類型不同，分布特征有一定差異。

2.2 基站周圍垂直方向電磁輻射分布特征

選取“長江一號(hào)”作為典型基站，該基站的技術(shù)參數(shù)見表2。

對(duì)該基站地面水平距離38 m處的一幢25層建筑物進(jìn)行逐層布點(diǎn)監(jiān)測，每層選取陽臺(tái)、窗口等處監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見圖1。

表2 “長江一號(hào)”基站技術(shù)參數(shù)

圖1 典型基站電磁輻射垂直方向變化趨勢(shì)

由圖1可見，功率密度值在15 m(5層)以下<0.003 5 W/m2，基本處于本底水平，之后隨著樓層的升高，呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢(shì)，在27 m(9層)處達(dá)到最大值0.02 W/m2，隨后逐漸降低，從33 m(13層)至頂層一直趨于穩(wěn)定。由表2可見，該典型基站天線高度為30 m，天線俯角為5°，垂直半功率角為7°，天線下傾角較小?；倦姶泡椛浯怪狈植甲畲蠊β拭芏戎党霈F(xiàn)在與天線高度相近的樓層，之后隨著樓層的下降或升高，監(jiān)測值都呈下降趨勢(shì)，并于背景值一致。

如果基站架設(shè)在樓頂邊緣女兒墻上，存在一定下傾角并且水平保護(hù)距離不能滿足要求的狀況下，對(duì)主瓣方向上鄰近高度相近樓層的住戶或者樓頂人員可達(dá)處，可能存在電磁輻射超標(biāo)。針對(duì)這樣的情況，可以通過增加基站的架設(shè)高度、改變主瓣方向、調(diào)整下傾角、加強(qiáng)樓頂管理等途徑確保電磁輻射環(huán)境滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 典型基站24 h內(nèi)電磁輻射分析

選取“標(biāo)二基站”作為典型基站連續(xù)24 h監(jiān)測，并對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，基站參數(shù)見表3。

表3 典型基站基本參數(shù)

該基站發(fā)射功率為20 W，頻率為900 MHz，測點(diǎn)位于天線主瓣方向，距離基站15 m處。24 h監(jiān)測結(jié)果見圖2。基站電場強(qiáng)度隨時(shí)間呈明顯變化，01：00—07：00電磁輻射功率密度呈現(xiàn)谷值，最低值約1.55 V/m，08：00后逐漸增大，峰值出現(xiàn)在18：00，最大值為1.89 V/m，22：00以后又呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，這與大部分南通居民作息時(shí)間一致。

圖2 2015年2月6—7日基站電場強(qiáng)度的日變化

文獻(xiàn)[7]表明，話務(wù)量是影響電磁輻射強(qiáng)度的重要因素。隨著智能手機(jī)的普及，數(shù)據(jù)流量也逐漸成為移動(dòng)通信基站的主要業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)單位。選取監(jiān)測24 h內(nèi)的話務(wù)量和數(shù)據(jù)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見圖3(a)(b)。

圖3 2015年2月6—7日話務(wù)量、數(shù)據(jù)流量日變化

由圖3可見，話務(wù)量的谷值在01：00—08：00，峰值出現(xiàn)在20：00；數(shù)據(jù)流量谷值出現(xiàn)在06：00，峰值出現(xiàn)在21：00。

對(duì)電磁輻射功率密度與話務(wù)量和數(shù)據(jù)流量分別進(jìn)行相關(guān)性分析表明，相關(guān)系數(shù)分別為0.968 3和0.709 8，說明目前南通地區(qū)話務(wù)量仍是電磁輻射強(qiáng)度的重要影響因素，這與很多學(xué)者的研究結(jié)果是一致的。

隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略[8]的穩(wěn)步推進(jìn)以及4G業(yè)務(wù)的廣泛普及，單個(gè)終端設(shè)備的信息傳輸量將大幅增加，移動(dòng)通信數(shù)據(jù)流量將逐漸成為核心動(dòng)力，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的高速增長將會(huì)是必然趨勢(shì)。

3 結(jié)論

(1) 南通市移動(dòng)通信基站電磁輻射水平符合《電磁環(huán)境控制限值》(GB 8702—2014)中公眾曝露控制限值的要求。地面電磁輻射分布隨距離增大呈現(xiàn)先增加后逐漸減小的趨勢(shì)?；舅椒较?qū)Νh(huán)境主要影響范圍為天線主瓣方向， 受天線掛設(shè)高度及下傾角等影響，地面最大值距離基站為20～30 m；

(2) 垂直方向上基站電磁輻射影響范圍在天線主瓣方向的正對(duì)處，電磁輻射最大值出現(xiàn)在與天線高度最接近的樓層。針對(duì)基站架設(shè)在樓頂邊緣女兒墻的情況，在水平距離不能滿足的情況下，通過增加基站的架設(shè)高度、改變主瓣方向、調(diào)整下傾角等途徑確保電磁輻射水平滿足要求；

(3) 典型基站24 h內(nèi)，話務(wù)量谷值為 01：00—08：00，峰值出現(xiàn)在20：00，數(shù)據(jù)流量谷值出現(xiàn)在06：00，峰值出現(xiàn)在21：00。電磁輻射功率密度與話務(wù)量和數(shù)據(jù)流量的相關(guān)系數(shù)分別為0.968 3和0.709 8。話務(wù)量仍是目前南通地區(qū)電磁輻射的主要影響因素，隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)以及4G業(yè)務(wù)的廣泛普及，移動(dòng)通信數(shù)據(jù)流量將成為主導(dǎo)因素。

[1] 199IT.工信部：2015年3月中國移動(dòng)電話用戶總數(shù)為12.9億，4G用戶達(dá)1.6億.[2015-04-29]http：//news.zj.com/detail/2015/04/29/1575256.html.

[2] 環(huán)境保護(hù)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.電磁環(huán)境控制限值：GB 8702—2014 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3] 陸煒，姚穎，武攀峰.樓頂式移動(dòng)基站電磁輻射污染調(diào)查[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2016，8(4)：54-57.

[4] 趙一亮，梅雯，秦勤.通訊基站環(huán)境電磁輻射監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)及運(yùn)用[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2016，8(1)：68-70.

[5] 張海鷗，潘超，夏遠(yuǎn)芬，等.移動(dòng)通信基站電磁輻射時(shí)空分布及衰減特征[J].電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(4)：55-57.

[6] 王淑娟.移動(dòng)通信基站電磁輻射在環(huán)境中的分布研究[D].湖北：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[7] 張邦俊，張莉，翟國慶，等.移動(dòng)基站近距離區(qū)域電磁輻射污染分布特征[J].中國環(huán)境科學(xué)，2002，22(6)：565-568.

[8] 國務(wù)院辦公廳.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“寬帶中國”戰(zhàn)略及實(shí)施方案的通知，國發(fā)[2013]31號(hào)[EB].(2013-8-1)[2013-8-17]. http：//www.gov.cn/zwgk/2013-08/17/content_2468348.htm.

The Spatial and Temporal Distribution Features of Mobile Communication Base Stationsin Nantong

YAO Ying，WU Pan-feng*，LU Wei

(NantongEnvironmentalMonitoringCenter，Nantong，Jiangsu226001，China)

To study the spatial and temporal distribution features of mobile communication base stations in Nantong， 504 typical base stations were monitored randomly within the scope of 50 meters horizontally and vertically. Some of them were selected for 24-hour monitoring. The research showed the intensity of electromagnetic radiation of mobile communication base stations in Nantong met the standard of GB 8702—2014 in terms of public exposure. Its horizontal distribution also had a tendency of increase followed by a decrease with the progress of space. The projection points with maximum intensity were normally 20 to 30 meters far away from the base station horizontally. The vertical maximum intensity was detected at the parallel floors to the antenna. The electric filed intensity of the 24-hour-monitored base stations varied obviously with time. After correlation analysis with respect to telephone traffic and data traffic， the correlation coefficients were 0.968 3 and 0.709 8 respectively， which indicated the former factor was still an important one that affected the electromagnetic radiation intensity.

Mobile communication base station；Electromagnetic radiation；Horizontal direction；Vertical direction；24-hour variation pattern；Nantong

2016-02-29；

2016-08-20

江蘇省環(huán)?？蒲谢鹳Y助項(xiàng)目(2014030)；南通市科技計(jì)劃-社會(huì)事業(yè)科技創(chuàng)新與示范基金資助項(xiàng)目(HS2014022)；南通市“226工程”培養(yǎng)對(duì)象科研基金資助項(xiàng)目(2013007)

姚穎(1982—)，女，工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測與污染防治工作。

*通訊作者：武攀峰 E-mail： wuda81@163.com

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1674-6732(2016)06-0052-05