校園5G移動(dòng)通信基站電磁輻射監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)與應(yīng)用

杜艷軍 趙劍錕 李小燕 劉義保

東華理工大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 江西南昌 330013

信息時(shí)代給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的變革,隨著無線電技術(shù)的快速發(fā)展,移動(dòng)通信基站作為現(xiàn)代社會(huì)中不可或缺的設(shè)施之一,已在各個(gè)城市廣泛布設(shè)。作為新一代移動(dòng)通信技術(shù),5G具有高速率、低時(shí)延和大連接的特點(diǎn)。2019年以來,國家大力推進(jìn)5G基站建設(shè),這極大地推動(dòng)了遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程駕駛、智慧城市、智慧家居等應(yīng)用的普及[1]。

眾所周知,移動(dòng)通信采用電磁波的形式傳輸信息,它在給人們帶來極大便捷的同時(shí),也增加了城市中的電磁輻射水平。一方面,超出本底值的電磁輻射不僅會(huì)影響電子設(shè)備的正常使用,還可能對(duì)人體健康和周邊環(huán)境帶來潛在危害。人們長期生活在移動(dòng)通信基站所產(chǎn)生的電磁輻射環(huán)境中,隨著環(huán)保意識(shí)的提高,基站電磁輻射對(duì)人體健康的影響受到了越來越多的關(guān)注和研究,由基站引發(fā)的電磁輻射污染逐漸成為群眾重點(diǎn)探討的話題。

另一方面,電磁輻射已在聯(lián)合國人類環(huán)境保護(hù)會(huì)議上被列為“造成公害”的主要污染之一,我國新修訂的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》也把電磁輻射作為環(huán)境污染和危害的重要因素。此外,移動(dòng)電話對(duì)人體的電磁輻射損傷等問題也越來越多地被人們所廣泛關(guān)注[2]?，F(xiàn)階段,我國移動(dòng)通信雖然仍以4G網(wǎng)絡(luò)為主,但隨著國家對(duì)5G基站的大力建設(shè)與逐漸普及,5G移動(dòng)通信基站電磁輻射水平大小及其對(duì)人體健康的影響已愈發(fā)引起人們的重視。因此,為保護(hù)環(huán)境和人民群眾的身體健康,保障移動(dòng)通信事業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展,開展5G移動(dòng)通信基站電磁輻射污染狀況的研究有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 概述

移動(dòng)通信已歷經(jīng)1G～5G的飛速發(fā)展,每一次技術(shù)進(jìn)步,都極大地促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。當(dāng)前,移動(dòng)通信已融入社會(huì)生活的方方面面,深刻改變著人們的溝通、交流等方方面面。

5G作為一種新型移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),為用戶提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清(3D)視頻等身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn),能夠滿足移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。5G正在逐步應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各行業(yè)各領(lǐng)域,成為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。截至2023年4月,我國5G基站數(shù)量達(dá)到273.3萬個(gè),占移動(dòng)基站總數(shù)的24.5%,5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn),實(shí)現(xiàn)了所有地級(jí)市的覆蓋,使得我國5G移動(dòng)電話用戶達(dá)到6.34億戶,占移動(dòng)電話用戶的37.1%,這一成績令世界矚目。

隨著無線通信和智能手機(jī)的普及,越來越多的人開始關(guān)注電磁輻射對(duì)人體健康的潛在影響,考慮到居民有可能長期在基站周圍工作與生活,他們可能面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí),隨著5G移動(dòng)通信基站的大力建設(shè),其收發(fā)天線的電磁波對(duì)人體健康和周邊環(huán)境可能帶來的影響,愈發(fā)成為人們迫切想要深入了解的問題。因此,需要進(jìn)一步了解電磁輻射對(duì)公眾健康產(chǎn)生的影響,并采取合適的措施確保公眾安全和保護(hù)環(huán)境。

2 技術(shù)路線

2.1 探頭選擇

通過計(jì)量檢定的NBM-550全頻段電磁輻射分析儀,配備兩個(gè)探頭:射頻電場探頭EF0391(測量范圍:100000Hz～60GHz)、工頻電磁場探頭EHP-50D(測量范圍:1Hz～100000Hz)。該兩個(gè)探頭均可測量電場E、磁場H、功率密度P。考慮到5G移動(dòng)通信電磁輻射頻段在5GHz上下,隸屬于射頻電磁場,本文采用EF0391探頭進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。

2.2 布點(diǎn)方法

對(duì)于電磁輻射監(jiān)測常用的布點(diǎn)方法有網(wǎng)格布點(diǎn)法、梅花瓣布點(diǎn)法、扇形布點(diǎn)法、人口密度加權(quán)和有效輻射功率加權(quán)布點(diǎn)法等。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《5G移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法(試行)(HJ 1151-2020)》[3],考慮到5G移動(dòng)通信基站電磁場的分布特點(diǎn),本文采用扇形布點(diǎn)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。

2.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)交換機(jī)(MSC)、基站(BS)、移動(dòng)臺(tái)(MS)三部分組成[4],其中基站(BS)電磁輻射水平與人類日常工作、生活最近,其電磁輻射最高部分為天線處。按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,通過制訂切實(shí)可行的監(jiān)測方案對(duì)5G基站(BS)進(jìn)行測試、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)分析等,達(dá)到構(gòu)建5G移動(dòng)通信基站電磁輻射監(jiān)測平臺(tái)的目的。本文實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建思路如圖1所示。

圖1 5G基站電磁輻射監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建示意圖

3 平臺(tái)測試

3.1 測試區(qū)域

本文選擇東華理工大學(xué)廣蘭校區(qū)某公寓樓頂?shù)?G基站為研究對(duì)象,采取扇形布點(diǎn)法,利用全頻段電磁輻射分析儀對(duì)基站及周圍環(huán)境中的電磁輻射強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測,并對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,通過與國家標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照,從而研究該5G基站電磁輻射監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能。

3.2 測試依據(jù)

(1)《5G移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法(試行)》(HJ 1151-2020);

(2)《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》(HJ 72-2018);

(3)《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》(HJ T10.2-1996);

(4)《電磁環(huán)境控制限制》(GB8702-2014)。

3.3 測試方法

(1)考慮到空氣中的灰塵、水汽會(huì)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)測試帶來不確定因素,為最大限度地減少環(huán)境因素可能對(duì)測試結(jié)果造成的影響,選擇天氣晴朗,-10～40℃內(nèi),風(fēng)力小于3級(jí),濕度小于80%的條件下進(jìn)行測試。

(2)選擇基站處于正常工作的狀態(tài)下進(jìn)行測試,每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行不少于3次測試,每次監(jiān)測時(shí)間至少15s,讀取穩(wěn)定時(shí)的最大值,最后取其平均值作為該點(diǎn)位的電場強(qiáng)度。若出現(xiàn)讀數(shù)變化幅度較大時(shí),應(yīng)將監(jiān)測時(shí)間延長至30s或者60s,以減小偶然誤差的影響。

(3)測試設(shè)備NBM-550探頭尖端的高度一般距離地面大約1.7m,離地高度可根據(jù)監(jiān)測目的的不同調(diào)整高度。測試過程中,保持測試設(shè)備與測試人員適當(dāng)?shù)木嚯x,鄰近效應(yīng)小于3%,同時(shí),盡量選擇空曠區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測,從而最大限度減小其他電磁輻射源或樹木等對(duì)測試結(jié)果的影響。

4 平臺(tái)應(yīng)用

本文利用所搭建的電磁輻射監(jiān)測平臺(tái)對(duì)東華理工大學(xué)廣蘭校區(qū)某公寓樓頂?shù)?G基站進(jìn)行實(shí)地測試,部分測試結(jié)果列于表1和圖2中。

表1 距離基站5m范圍內(nèi)的測試結(jié)果

圖2 距離基站5m范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度

由表1和圖2可以看出,在距離通信基站水平距離5m范圍內(nèi),電磁輻射水平較高,電場強(qiáng)度范圍在4.63～31.92V/m,平均電場強(qiáng)度為10.04V/m。同時(shí),從圖2可知,基站的電磁強(qiáng)度明顯隨著距離增加,電場強(qiáng)度逐漸降低,這符合電磁場分布的基本規(guī)律,進(jìn)一步證實(shí)了本監(jiān)測平臺(tái)的有效性。

5 移動(dòng)通信基站電磁輻射防護(hù)探討

(1)合理布局:基站的位置和布局對(duì)輻射控制至關(guān)重要。應(yīng)選擇遠(yuǎn)離居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等人群密集區(qū)域的位置建設(shè)基站,以減少潛在的輻射暴露。

(2)輻射功率控制:在確保通信覆蓋需求得到滿足的基礎(chǔ)上,優(yōu)化基站的輻射功率,有助于降低環(huán)境中電磁輻射水平。

(3)技術(shù)改進(jìn):采用先進(jìn)的天線技術(shù)和輻射控制設(shè)備,如定向天線和自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)等,以最大限度地減少輻射強(qiáng)度和輻射范圍。

(4)屏蔽措施:在基站周圍采取屏蔽措施,如隔離墻、金屬網(wǎng)、建筑物外墻等,以減少電磁波向空間的傳播。

(5)距離保持:盡量保持安全距離,避免無關(guān)人員長時(shí)間在基站附近逗留。另外,在醒目位置,設(shè)置合理的警示標(biāo)志和警示說明。

(6)定期監(jiān)測:對(duì)基站的電磁輻射水平進(jìn)行定期監(jiān)測和評(píng)估,確保其符合國家安全標(biāo)準(zhǔn),這有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取必要的改進(jìn)措施。

(7)公眾參與:認(rèn)真聽取公眾的正當(dāng)需求和意見,滿足公眾知情權(quán)、參與權(quán)乃至決策權(quán),考慮公眾利益是否因項(xiàng)目的建設(shè)而受到損害或損失,如果有的話應(yīng)采取必要的措施予以補(bǔ)救,或者對(duì)合理需求給以適當(dāng)補(bǔ)償。

結(jié)語

綜上所述,5G移動(dòng)通信電磁輻射已廣泛存在于人們的生產(chǎn)生活中,越來越多的人開始關(guān)注其對(duì)健康的影響。本實(shí)驗(yàn)監(jiān)測平臺(tái)的搭建,有利于學(xué)生系統(tǒng)掌握移動(dòng)通信基站電磁輻射監(jiān)測工作實(shí)踐環(huán)節(jié),熟悉5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行和監(jiān)測原理,提高學(xué)生專業(yè)技能,鍛煉基站監(jiān)測與評(píng)價(jià)能力。平臺(tái)測試展示了校園5G移動(dòng)通信基站的輻射水平,電磁輻射的現(xiàn)場科普宣傳,有利于消除師生恐懼心理,提高公眾認(rèn)知。