5G移動(dòng)通信基站對(duì)電磁輻射環(huán)境的影響探討

魏立

摘要：在城市中心區(qū)域的5G基站數(shù)則要比4G多3～5倍。面對(duì)5G基站數(shù)量的激增，5G的電磁輻射也成為了當(dāng)前全社會(huì)非常關(guān)注的熱點(diǎn)話題之一。特別是針對(duì)社會(huì)上有關(guān)5G輻射超標(biāo)和影響健康的各種傳言，公眾迫切需要認(rèn)識(shí)與了解5G電磁輻射真相。下面本文就5G移動(dòng)通信基站對(duì)電磁輻射環(huán)境的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信基站;電磁輻射;環(huán)境;

1 5G移動(dòng)通信基站的類型及特點(diǎn)

通信基站是一種典型的無線電收發(fā)信電臺(tái)，它是構(gòu)成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)最基本的單元，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)和移動(dòng)通信用戶之間的全方位管理，是一種綜合性節(jié)點(diǎn)。通信基站按類型劃分，可分為室外基站以及室內(nèi)分布系統(tǒng);按覆蓋功能劃分，可分為宏基站、微基站及室內(nèi)分布系統(tǒng)。5G通信基站采用了一系列關(guān)鍵技術(shù)，例如多通道大功率的64T64R200WAAU，提供低時(shí)延的CU/DU分離能力，增強(qiáng)覆蓋的上下行解耦（SUL）和波束賦形（MassiveMIMO），從而能夠有效滿足增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，超高可靠超低時(shí)延，海量機(jī)器通信這三種場(chǎng)景的實(shí)際應(yīng)用需求。但在5G基站建設(shè)的過程中，還面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如超密集組網(wǎng)對(duì)站址資源的獲取存在困難，高功耗對(duì)基站選址和基礎(chǔ)供電體系提出一定的要求，高頻段以及多天線對(duì)室內(nèi)深度覆蓋也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，諸如此類的挑戰(zhàn)和困難需要通過技術(shù)創(chuàng)新逐一克服。

2 國際/國內(nèi)5G輻射限值標(biāo)準(zhǔn)要求

2.1國際標(biāo)準(zhǔn)要求

國際上有兩大主流的射頻電磁場(chǎng)輻射限值標(biāo)準(zhǔn)：ICNIRP標(biāo)準(zhǔn)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了5G通信頻段的要求公眾暴露環(huán)境下的輻射照射限值（功率密度）均為≤1000μW/cm2，具體如下。

2.1.1 ICNIRP2020導(dǎo)則

ICNIRP2020導(dǎo)則是國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，也是WHO（世界衛(wèi)生組織）推薦的標(biāo)準(zhǔn)。主要使用國家：歐洲主要國家、澳大利亞、新加坡、巴西、以色列以及我國的香港特區(qū)等，而意大利、盧森堡、瑞士、比利時(shí)、俄羅斯等則使用了比ICNIRP2020標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的要求。

ICNIRP2020-ICNIRPGuidelinesforlimitingexposuretoelectromagneticfields（100kHzto300GHz）》：《限制100kHz～300GHz電磁場(chǎng)曝露的ICNIRP導(dǎo)則》，規(guī)定了職業(yè)暴露和公眾暴露的限值要求。

2.1.2 IEEEC95.1-2019標(biāo)準(zhǔn)

IEEEC95.1-2019是美國電氣與電子工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)：《IEEEStandardforSafetyLevelswithRespecttoHumanExposuretoElectric，Magnetic，andElectromagneticFields，0Hzto300GHz》：《關(guān)于人體曝露在0Hz～300GHz電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)的安全水平標(biāo)準(zhǔn)》（C95.1-2019）對(duì)公眾區(qū)限值。主要使用國家：美國、加拿大、日本、韓國以及我國臺(tái)灣地區(qū)等。

2.2中國國家標(biāo)準(zhǔn)要求

2.2.1限值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

我國電磁輻射相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要是參考IEEE、ICNIRP、IEC等機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，總體上比國際標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)。其中《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）是我國電磁輻射領(lǐng)域最基礎(chǔ)、最重要的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了射頻電磁輻射的公眾曝露控制限值。

2.2.2國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的輻射限值

少數(shù)國家的5G輻射限值比我國嚴(yán)酷，如波蘭、意大利為9.5μW/cm2（輻射功率密度），瑞士則為4.2μW/cm2（輻射功率密度），比我國嚴(yán)苛4～10倍，比歐美大部分國家嚴(yán)苛100～200倍。不過，目前波蘭等國家已放寬至1000μW/cm2。通過上述輻射限值對(duì)比，不同國家/地區(qū)的電磁輻射安全管制要求差異非常大，也可以說明電磁輻射功率對(duì)公共環(huán)境與公眾健康的實(shí)際影響，目前全球尚未有公認(rèn)的統(tǒng)一確定標(biāo)準(zhǔn)。通信射頻電磁輻射屬于非電離輻射，低強(qiáng)度微波電磁輻射長(zhǎng)期暴露是否能引起肌體的健康危害尚存在一定的爭(zhēng)議。不過，事實(shí)上移動(dòng)基站從1G到2G、3G、4G近40年來，國際一直有不少機(jī)構(gòu)如：世界衛(wèi)生組織（WHO）、國際癌癥研究中心（IARC）以及我國科技部“973”項(xiàng)目《電磁輻射危害健康的機(jī)理及醫(yī)學(xué)防護(hù)的基礎(chǔ)研究》（2011年）等，對(duì)移動(dòng)通信的射頻電磁輻射（弱物理因素）公眾暴露引發(fā)的健康效應(yīng)進(jìn)行了較長(zhǎng)期的系統(tǒng)研究，目前還尚無確定性的研究結(jié)論、也沒有實(shí)際的案例可以證明基站輻射對(duì)公眾暴露產(chǎn)生確定性的健康影響。ICNIRP和WHO規(guī)定射頻電磁公眾輻射照射限值（功率密度）≤1000μW/cm2，也是基于射頻電磁場(chǎng)健康效應(yīng)的長(zhǎng)期研究尚未發(fā)現(xiàn)有確定性的健康影響而得出的一個(gè)安全限值。

3 5G外場(chǎng)輻射監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 監(jiān)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景與監(jiān)測(cè)

依據(jù)5G（Sub6G）的主要應(yīng)用有eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）、uRLLC（超高可靠與低延遲通信）、mMTC（海量機(jī)器類通信）等三大類業(yè)務(wù)場(chǎng)景，具體包括：數(shù)據(jù)傳輸、視頻交互、游戲娛樂、虛擬購物、智慧醫(yī)療、工業(yè)應(yīng)用和車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)目的選擇不同的應(yīng)用場(chǎng)景。本文重點(diǎn)在探討5G電磁輻射安全的符合性，監(jiān)測(cè)商用5G外場(chǎng)的電磁輻射水平情況無疑是最有說服力的實(shí)踐，而5G最廣泛和最典型的應(yīng)用場(chǎng)景是eMBB，其中又以下行速率達(dá)1～1.2Gbit/s的高速下載方式為5G電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)的最嚴(yán)酷加載應(yīng)用場(chǎng)景。依據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部制定的HJ1151-2020《5G通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法（試行）》以及GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，中國電信研究院2020年對(duì)現(xiàn)網(wǎng)各種5G基站（含5G共享基站）的外場(chǎng)電磁輻射水平進(jìn)行了抽測(cè)。

3.2 eMBB監(jiān)測(cè)結(jié)果

在5G單用戶或多用戶同一方向上，根據(jù)5G基站各種現(xiàn)網(wǎng)配置模式，持續(xù)6分鐘高速加載業(yè)務(wù)（下行速率600Mbit/s～1.2Gbit/s）的嚴(yán)酷應(yīng)用場(chǎng)景下，以基站天線為圓心、半徑為約26～160m的環(huán)境敏感區(qū)域內(nèi)，監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)了5G天線法線方向上（波瓣/波束寬度覆蓋范圍內(nèi)）的電磁輻射劑量（功率密度）。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明eMBB應(yīng)用場(chǎng)景下不同的下行速率，對(duì)監(jiān)測(cè)讀數(shù)影響較大，通常下行速率越大則敏感區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)輻射數(shù)值也越大。天線覆蓋的敏感區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)到的輻射最大值不超過21μW/cm2（功率密度，6分鐘平均值），遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB8702-2014規(guī)定的不超過47μW/cm2（頻段3.4～3.5GHz）限值要求，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際標(biāo)準(zhǔn)ICNIRP和世衛(wèi)WHO所規(guī)定的不超過1000μW/cm2限值要求。需說明的是，盡管5G電磁輻射摸底監(jiān)測(cè)來源于實(shí)際的商用現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行的，但現(xiàn)網(wǎng)5G基站數(shù)量龐大，安裝環(huán)境十分復(fù)雜，不僅架設(shè)高度、天線下傾角都有不同，基站覆蓋范圍內(nèi)還存在建筑物遮擋、反射、繞射等影響，摸底監(jiān)測(cè)樣本難于兼顧基站所有安裝場(chǎng)景。因此，在樣本基站選擇中，考慮了密集商業(yè)區(qū)、城市居民區(qū)、郊區(qū)等三種不同的典型建站環(huán)境，來監(jiān)測(cè)環(huán)境敏感區(qū)域的5G電磁輻射水平，確保了監(jiān)測(cè)選點(diǎn)具有較好的代表性和普遍性。此外，監(jiān)測(cè)布點(diǎn)在5G基站天線下傾角及天線波瓣寬度覆蓋范圍內(nèi)的電磁環(huán)境敏感目標(biāo)處，避免由于監(jiān)測(cè)布點(diǎn)不規(guī)范而導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果差異過大問題，確保了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性和客觀性。

結(jié)束語

綜上所述，本文分析了5GmMIMO波束賦形具有的波束指向性、用戶隨動(dòng)特點(diǎn)以及業(yè)務(wù)需求與波束輻射強(qiáng)度的關(guān)系，同時(shí)對(duì)比了國際國內(nèi)5G輻射限值標(biāo)準(zhǔn)要求，并根據(jù)HJ1151-2020《5G通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法（試行）》，分析了eMBB應(yīng)用場(chǎng)景下的5G商用現(xiàn)網(wǎng)外場(chǎng)的電磁輻射水平結(jié)果，對(duì)5G電磁輻射的安全符合性進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為5G（Sub6G）電磁輻射水平整體上符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》要求。今后對(duì)于密集城區(qū)/居民區(qū)處的5G基站選址時(shí)，做到科學(xué)規(guī)劃和合理設(shè)站，同時(shí)加強(qiáng)建站前的電磁輻射影響預(yù)評(píng)估以及建成投入運(yùn)行前的監(jiān)測(cè)，5G電磁輻射風(fēng)險(xiǎn)可以得到有效管控，天線覆蓋范圍內(nèi)敏感區(qū)域的輻射水平將有效控制在國家標(biāo)準(zhǔn)GB8702的限值之下，因此，公眾無需對(duì)5G（Sub6G）基站的電磁輻射感到擔(dān)憂。最后希望通過本文的介紹，能有助于公眾消除對(duì)5G電磁輻射問題的誤解與顧慮，促進(jìn)公眾進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)5G、理解5G、擁抱5G，并支持5G的建設(shè)發(fā)展，推動(dòng)打造一張綠色環(huán)保、百姓放心的高質(zhì)量5G網(wǎng)絡(luò)。

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