5G 通訊簡介及新監(jiān)測標準解讀

王震 喬冕 王治海 屈加燕 王蕾

（山東省核與輻射安全監(jiān)測中心，山東濟南 250117）

1. 5G 通訊技術

1.1 5G 簡介

5G，即5th-Generation，指第五代移動通信技術，相比較2G、3G 和4G，5G 的主要特點是大帶寬、大規(guī)模連接和超低延時?；谝陨咸攸c，5G 可實現(xiàn)高清視頻、VR/AR、智慧城市、自動駕駛和工業(yè)控制場景等。如果說4G是改變生活，5G 就是改變社會，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，由此，5G 的研發(fā)和應用成為國家戰(zhàn)略，也是國際上各個國家科技力量競爭的高地。

2019 年工信部正式發(fā)放了5G 牌照，各運營商頻譜分別為中國移動（2515MHz ～2675MHz;4800MHz ～4900MHz）、中國聯(lián)通（3500MHz ～3600MHz）、中國電信（3400MHz ～3500MHz）和中國廣電（4900MHz ～4965MHz 和700MHz）。

1.2 5G 基站及天線

作為通信網絡的重要組成部分，5G 基站采用了大規(guī)模MIMO 天線（missive MIMO），相較于4G 網絡，5G化整為零，以用戶為中心，像建筑物、路燈等，都可以作為5G 基站的載體，甚至有室內的微基站，能實現(xiàn)超密集組網；另外，天線比前幾代更加智能，天線發(fā)射功率和發(fā)射方向隨著用戶數量和需求自動調節(jié)，服務更精準。

大規(guī)模MIMO 天線有以下特點：（1）相較與傳統(tǒng)的4天線和8 天線，5G 基站的天線通道數能達到64 或者128個，甚至到256 個，用戶接入數必然增多。另外，天線數量越多，噪聲和干擾越趨向于零，控制也更加靈活；（2）傳統(tǒng)的MIMO 天線發(fā)射的信號類似于一個平面，只能在水平方向傳播，是一個2D 的信號，而missive MIMO 除了水平方向還可利用垂直維度的空間，信號是一個電磁波束，所以可稱之為3D-MIMO；（3）波束賦形技術使得大規(guī)模MIMO 可形成更窄的波束，方向性增益大大增強，波束集中輻射于更小的空間內，使基站與終端之間線路上的能量傳輸效率更高，從而可減少基站的功率損失。5G 通信技術可提高信號的可靠性，降低干擾，對用戶而言，最明顯的就是提高了用戶終端的接入數量，提升了數據吞吐率，比如像機場和車站等人流量大的地方，4G時代手機信號滿格但是上網速度不理想，就是因為接入量和吞吐能力有限，而5G 將大大解決這一問題。

2.監(jiān)測方法解讀

2.1 標準的產生

對于5G 之前的移動通信基站，監(jiān)測標準為《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》（HJ 972-2018）[1]，《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）[2]詳細規(guī)定了不同頻率范圍的公眾曝露控制限值，而各運行商5G 頻譜分布從700MHz 到4965MHz，控制限值是不同的，加之5G 通信基站的特點又與前幾代不同，利用非選頻式輻射監(jiān)測儀使用HJ972 監(jiān)測方法已經無法準確判斷通信基站周圍電磁環(huán)境質量是否達標，因此，在《5G 移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法（征求意見稿）》之后，《5G 移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法（試行）》（HJ 1151-2020）[3]由生態(tài)環(huán)境部與2020 年12 月14 日批準，2021 年3 月1 日起實施。

2.2 儀器的列表模式

對同一站址存在5G 及其他網絡制式的移動通信基站的電磁輻射環(huán)境監(jiān)測，由征求意見稿的分別按照HJ 972和HJ1151 分別監(jiān)測到試行版得統(tǒng)一按本新標準規(guī)定監(jiān)測?！笆褂眠x頻式電磁輻射監(jiān)測儀的列表模式，取得5G和及其他網絡制式移動通信基站的電磁輻射場強數據。”新標準除了對選頻測量儀的電性能指標提出了要求以外，還對儀器功能提出了新要求，即必須具有列表模式，列表模式是可用于多服運營商頻段快捷同步測試的一種快捷模式，需要提前預制好每個運營商的頻段信息，包括頻譜范圍，分辨率等信息，由儀器對頻譜自動截取并積分運算，生成列表展示模式，就可以一次直接讀取每個頻段的場強信息。市場上諸多通用型便攜式的、或者頻率范圍滿足要求但是功能定義偏離的設備均無法滿足新標準要求，在選擇儀器時必須注意這一點。

2.3 監(jiān)測工況與終端

“監(jiān)測時，基站應處于正常工作狀態(tài)，5G 終端設備應與被監(jiān)測的5G 移動通信基站建立連接并至少處于一種典型應用場景?！庇捎诨咎炀€更加智能化，當周圍沒有終端設備連接時，基站在覆蓋范圍內進行掃波，發(fā)射功率很低，此時監(jiān)測到的數據很低，實際意義不大；當在覆蓋范圍內掃描到終端業(yè)務需求時，天線迅速與其連接，并發(fā)射電磁波，此時基站的發(fā)射功率升高，且發(fā)射功率與業(yè)務需求的類型相關。故5G 通信基站的監(jiān)測，必須保證周圍有5G終端設備與基站連接并進行正常的數據交互業(yè)務?！疤筋^與5G 終端設備保持在1m ～3m 范圍內，”此要求既能測到基站向下發(fā)射的電磁波又規(guī)避了終端向上發(fā)射的電磁波。

2.4 監(jiān)測流程

“每個監(jiān)測點每次監(jiān)測時間不少于6min，讀取監(jiān)測儀器的平均值”“監(jiān)測儀器探頭（天線）距地面（或立足平面）1.7m”“探頭與操作人員軀干之間距離不少于0.5m”，對于以上要求，儀器必須支持顯示累計測量6min 的平均值輸出。另外，如果由監(jiān)測人員握持儀器，則很難滿足要求，故應搭配使用木質三腳支架，將探頭置于支架上，且最好配置一根探頭延長線連接主機，在滿足距離要求的情況下更加方便監(jiān)測人員讀數。

另外，監(jiān)測的原始記錄中，應收集通信基站的基本信息，如基站名稱、運營單位、建設地點、發(fā)射頻率范圍、天線數量和離地高度等信息。且必須注明監(jiān)測點與天線的距離、應用場景和5G 終端的型號與數量，這些都是與監(jiān)測點的功率密度息息相關的參數。

3.結語

5G 通信技術的應用是當前無線通訊技術的重大變革，潛移默化得影響我們的生活方式，其廣泛的應用必然逐漸改變我們的生活和社會。

與此同時，針對5G 的電磁輻射環(huán)境監(jiān)測和電磁環(huán)境管控也成為我們要面對的一個重大課題，也是一項重大考驗。首先由于5G 基站的覆蓋范圍較4G 變小，要有好的用戶體驗必然要求基站數量大大增加，這就使得監(jiān)測的工作量大幅提升，而新標準對每個監(jiān)測點位監(jiān)測時長的要求又使得監(jiān)測時間較4G 增加，這兩方面的原因疊加就導致監(jiān)測工作量成倍增加。另外選頻儀器的操作較非選頻場強儀復雜，專業(yè)化程度也更高，而且，建立在超密集組網下的5G 基站形態(tài)會日趨多樣化，還有像宏基站和室內微基站等，布點方式也會多種多樣，所以，對監(jiān)測人員的要求不只是要熟練使用監(jiān)測設備，還需要根據實際情況科學合理得靈活調整布點和監(jiān)測方法等，不得不說這也是對監(jiān)測人員的一個挑戰(zhàn)。