移动通信基站电磁辐射测量示范系统的规范设计*

武彤，梅晓蕾，马文华( 中国计量科学研究院，北京 0009； 中国移动通信集团广西有限公司，南宁 5008； 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 00080)



移动通信基站电磁辐射测量示范系统的规范设计*

武彤1，梅晓蕾2，马文华3
(1 中国计量科学研究院，北京 100029；2 中国移动通信集团广西有限公司，南宁 530028；3 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080)

摘 要为了进行移动通信基站的电磁辐射研究，需要建立电磁辐射测量示范系统。设计了电磁辐射示范系统的架构，通过对各模块功能的分析，制定了数据传输和数据采集的工作流程。根据系统的功能，提出了监测点和数据处理中心的技术要求。测量系统除了考虑进行检测方法研究外，还设计了数据公众分享接口，以便于公众知情电磁辐射状况。

关键词基站电磁辐射测量；GB 8702-2014标准；HJ/T 10.2-1996标准

伴随着无线技术在全球的快速发展，无线通信的媒介——电磁波对环境和人身健康安全带来的影响和危害逐步为社会和人民群众所重视。目前，电磁辐射对人体健康的危害已成为一个热点研究领域，电磁辐射对人体健康影响的评价技术为很多国家所关注。我国是移动通信大国，移动通信基站的数量全球最多，为了研究移动通信基站电磁辐射的测量方法，建设一个移动通信基站电磁辐射测量示范系统，对于移动通信基站电磁辐射测量方法研究、标准化以及人员培养等具有重要意义。

1　示范系统的架构和工作流程

1.1 总体架构

移动通信基站电磁辐射测量示范系统按照其功能可以分为电磁辐射监测部分、数据传输部分、监控中心和综合展示部分。电磁辐射监测部分是在基站附近寻找敏感区域，布设电磁辐射监测手段。数据传输部分是以实时的方式，将采集到的电磁辐射数据通过有效的传输手段，发送至监控中心。监控中心主要功能是进行测量方法的设置和数据处理。综合展示部分是接收监控中心推送测试结果并通过适合的方式展示出来。其总体架构如图1所示。

移动通信基站电磁辐射测量示范系统主要包括“采集、传输、监控、展示”4个重要的环节。数据采集是通过在监测位置安装射频电磁场感应设备进行实时的电磁辐射等数据的采集，为了部署的灵活性，可以采用固定传感器和移动传感器相结合的方式。应当具备对采集设备进行参数设置的功能，当监测数据异常时可以实时报警。数据传输是将所有监测点采集的数据通过无线网络传回到监控中心，应当具备多种可选的传输方式，以适用于各种不同的场合。在数据处理中心应可以设置有效性规则，对传回的数据进行有效性检查，通过有效性检查的数据可以实时发布；数据处理中心对前端电磁辐射监测设备的工作参数，如传输间隔、报警阈值等，可以进行设置；监控中心能够实时掌握电磁辐射监测设备的工作状态信息，还能下发与电磁辐射相关的图文宣传信息到现场的信息展示屏。数据中心还可以设置不同的算法进行数据处理，以比较不同的电磁辐射测量方法造成的差异等。信息展示是通过GIS、LED显示屏等方式进行展示，供研究人员和业务管理人员阅览，系统管理人员可以对监测数据，进行分时段的统计、分析，形成报表，留有数据接口可以给公众共享。

图1　示范系统的总体架构

1.2 系统工作流程

将这个系统分为不同的部分，每个部分设置工作流程，可以分为监测数据采集流程、数据传输流程、数据展示工作流程、公众数据接口及服务器访问流程，其中比较重要的是监测数据采集流程和数据传输监控流程。监测数据采集流程如图2所示，数据传输流程如图3所示。

图2　监测数据采集流程

2　关键功能设计

图3　数据传输流程

在电磁辐射监测示范系统中，比较重要的是监测站点和数据处理中心的功能。监测站需要感知外界的电磁场信号，其参数应该在一定范围内可以调节。数据处理中心则需要根据不同的测试方法和数据处理方法，进行探头功能的设置。监测站点的功能设计可以依据现行有效的国家和行业标准，为了进行标准适用性的研究，应保持一定的灵活性，可以进行标准验证，也可以应对标准升级。目前主要参考的标准有GB 8702-2014《电磁环境控制限值》、HJ/T 10.2-1996《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》等。这些标准对电磁辐射监测仪器和监测方法都进行了细致的规范和要求。此外，由于此系统需要承担正在起草过程中的国家标准《用于基站附近人体暴露的射频和比吸收率的评估方法》的标准验证工作，需要充分考虑标准验证的需求。

2.1 监测站点功能设计

监测站可以安装到比较敏感的区域，实现全年365 天/24 h不间断测试。也可以采用临时设置的方式，将可移动式监测站布设到需要的位置。监测站由电磁场的探头、测量模块及处理模块和用于将数据传送到控制中心的数据通信系统组成。测量块能够连续（365天/24 h）探测和测量电磁场，其准确度等指标除应符合计量技术法规的要求外，需要具备持续工作和环境适应能力。其主要技术参数需要满足以下要求：探头的各项同性应获取实际测量总场，沿3个轴向测量必须同时进行，也就是说传感器必须是各向同性的；为符合不同标准，至少能够进行RMS的测量；监测设备必须方便探头间的互换，这样可满足未来需求的不断发展，如需要更宽范围的测量，只需更换探头即可实现，无需改变整个系统，这样可以节省更多的投资；为了防止数据丢失，根据国际标准规定现场值是平均值，任意6 min时间内通过滑动平均技术对每秒新来数据样本都能进行平均，即每有一个新样本收到（至少每秒一次），就会平均一次；为了防止数据流失，设备的采样率为每秒两个采样。

测量频率范围应该覆盖运营商使用的所有频率点，动态范围和敏感度应符合环境监测电磁场仪表的具体要求。数据传送时间应可以自由设置，存储容量应能够满足50天以上信息的存储。可编程的警报级别至少应包括现场辐射水平、电池电量状况、校准状态并可以识别电源开关。

考虑到使用环境，该设备的设计应适合在户外天气条件下工作，而且保证设备的安全。建议需要满足防护等级为IP66，可以通过锁或其它方式来保护设备的安全，如外壳被非法打开具有安全报警功能。工作温度范围应至少覆盖-20℃～55℃，可以采用交直流电源供电，同时后备太阳能板供电。可根据安装环境选择一个合适的安装方式，例如壁挂式、桅杆式或安放在平台上等各种方式。

2.2 数据处理中心的设计

数据处理中心对采集的监测信息数据、预警数据、日志数据等进行管理，将各类数据按照“统一标准，集中存储”的方式进行统一管理，形成一个综合、全面的数据处理和管理中心。要求数据库的建设满足各种用户对数据库系统的查询、统计、报表的要求，同时要保证技术的先进性、可靠性，数据维护的简单易用性，数据存储的安全性。数据维护需要制定恰当的数据更新机制，保持数据库与源数据的一致性，数据库的共享访问是基于数据库的内容，定义各种查询、访问模式，并对数据进行多层次智能分析，形成各种统计、分析结果，供各单位或公众查询访问。

数据处理方法应依据目前的国家标准、行业标准或者国际标准，同时保留增加数据处理方法的功能。

2.3 LED显示屏的设计要求

LED显示屏由控制系统、驱动系统和显示器件组成，其中微处理器控制系统是整个显示屏的核心。屏体的主要部分是显示点阵，还有行列驱动电路。系统显示点阵采用8×8单色显示单元。控制电路采用动态扫描驱动方式驱动LED器件，每两行一个控制器，控制完成整个显示电路的行列驱动。

LED大屏幕是由众多点阵模块排列而成。本系统由于横向点阵的列数较多，若采用列扫描方式来刷新点阵，有两点不足:一是点阵亮度受影响，二是整个屏幕的刷新频率随着列数的增加而降低。为了避免列扫描的不足，采用了行扫描方式。这种扫描方式从每行模块的第一行LED顺次到该行模块的最后一行LED依次点亮模块的每一行。对于由8×S的模块构成的点阵来说，只要8次即可将每个模块刷新一次，也就是将屏幕刷新一次。LED显示屏作为一个单独的显示硬件，它能够将外来数据转换成图像显示出来。这个过程由硬件驱动程序来控制和实现。

显示过程是这样的:首先控制显示的单片机接收LED屏主控微机传来的数据(按照通信协议组织的数据)；接着，主控程序将数据转换成屏幕显示的图形，存储到显存；再按照扫描顺序与屏幕对应关系，将显存内容转换成扫描内容；再将数据输出到控制单个LED模块的数据锁存器；最后扫描锁存器中的数据，刷新屏幕。

3　结论

通过建设电磁辐射测量示范平台，实现对通信基站全天候、全时段、持续的在线监控能力，实时采集数据，验证各种测量方法的差异，掌握各种基站的电磁辐射水平。同时，除了进行科研工作外，还可以通过建设移动通信基站电磁辐射测量示范平台，使公众享受透明公开的知情权利，来解决公众对基站电磁辐射的担心和投诉问题。

参考文献

[1] 周睿东，周围，杨旭富，等．共建共享移动通信基站的电磁辐射预测模式[J]．中国辐射卫生，2011,20(4):485-487．

[2] 王学诚, 姜维国, 卜立军. GSM移动通信基站电磁辐射环境影响分析[J]. 北方环境, 2004,10.

[3] 王荣锁，杨本，杨国陈．移动通信基站的电磁环境影响分析与评价[J]．中国辐射卫生，2007,16(4).

[4] 谢志勇，金焰，陈瑞庭．移动通信基站电磁辐射对周围环境影响的研究[J]．湖北师范学院学报(自然科学版)，2004,24(3).

[5] GB 8702-2014. 电磁环境控制限值[S].

[6] HJ/T 10.2-1996. 辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法[S].

Design of EMF monitoring system for base station in mobile system

WU Tong1, MEI Xiao-lei2, MA Wen-hua3
(1 China National Institute of Metrology, Beijing 100029, China; 2 China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Nanning 530028, China; 3 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

AbstractWe built an EMF monitoring system for further study on the EMF from base station antenna in mobile system.We developed the architecture of EMF monitoring system which consists of data transmission module, data acquisition module and LED screen for public. We also provide data interface for public. As a result, public can access to the website to share the online data from EMF monitoring system.

KeywordsEMF testing for base station; GB 8702-2014 standard; HJ/T 10.2-1996 standard

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（中国移动通信集团设计院)

* 基金项目：国家科技支撑项目（2013BAK12B07“射频电磁环境暴露量计量标准及测量技术研究”）。

收稿日期：2015-10-16

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）02-0050-04