加入终端的5G移动通信基站电磁辐射环境监测方法分析

徐昊 何星星

摘要：文章通过对各类5G基站进行抽样监测，并分析对比了各监测点位无5G终端和加入配合测试的2台5G终端并有持续的下行业务流量的两种情况下监测结果，结果表明：在各监测点位加入配合测试的2台5G终端并有持续的下行业务流量后，天线主射水平方向和垂直方向上的电磁辐射功率密度监测值总体上要大于未加入终端时的监测值，电磁辐射强度与下行速率之间有较强的正比关系。在此研究基础上，引申出有可能适用于5G基站电磁辐射环境检测方法的解决思路。

关键词：5G移动通信基站;电磁环境;监测方法

0 引言

在近年5G大力發展之际，鉴于公众对5G电磁环境高度关注，各运营商都格外重视基站电磁辐射环境监测工作，该项工作对于各运营商落实生态文明建设、打造绿色环保和公众放心的高质量5G网络形象、为5G发展创造良好的生态环境有着重要意义。

但由于5G技术与4G技术存在显著差异，即使各运营商严格按照《移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》对基站进行电磁辐射环境监测，也无法监测到5G用户实际使用终端设备时所收到的电磁辐射公众曝露值。主要原因及问题如下：

（1）5G技术与4G技术的主要不同点：

1）5G关键技术之一：波束赋形（Beamforming），即由4G技术中的全向信号覆盖变成了精准指向信号。

2）5G宏基站发射功率：5G宏基站的设备标称发射功率大部分为220W和320W，均远大于4G设备40W～60W的标称发射功率。

（2）5G基站电磁辐射环境影响的特点：：

5G天线波束赋型技术的一大特点是能够获得较大的天线增益，针对做业务时的终端有增益，空闲时实际没有增益。不同用户使用不同的波束，每个波束只使用部分功率，多用户配对时，功率会在多用户之间分配，用户波束不会在一个地方长时间停留。

由于监测值须取任意连续6分钟内的方均根值，因此，较长时间内的终端设备持续使用时（例如：长时间高清视频灌包下载才能使得为单一用户长时间提供波束）才有可能测得5G基站实际运行过程中的电磁辐射公众曝露情况。而目前的监测方法并未对测量时有终端设备持续使用做出要求。

2019年以来，5G基站建设不断增速，鉴于5G设备的大功率及智能赋型的特点，为了合理了评估5G基站的电磁辐射环境影响，本文对5G基站电磁辐射环境检测方法进行了较深入的研究。

1 研究方法

1.1 典型基站的选择

本次研究将5G基站根据基站天线的架设方式、天线最大发射功率、天线生产厂家、天线型号、天线增益、天线下倾角、水平/垂直半功率角的不同进行分类，在每个类别中分别抽取部分基站。

基站负载过高会影响用户体验，一般基站容量设计按照50%，实际发射功率则按照负载情况调整，根据理论计算，本次选取的5G天线电磁环境水平保护距离59.2m～105.7m，因此监测时重点考虑周围100米范围内的监测条件。分别选取了基站周围100米范围内有敏感点和无敏感点的基站进行现场监测。同时为防止其他5G基站对5G终端及测值产生干扰，选取的典型基站周边无其他5G基站。基于上述各因素考虑，选取的典型基站为4个室外宏基站和2个室内分布站，具体信息见表1：

1.2 监测方法及布点

（1）监测方法

本次监测依据《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）、《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 972-2018）和《辐射环境保护管理导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》规定的方法进行布点，并结合现场实际情况进行调整。

（2）监测工况和监测布点

监测过程中，5G基站处于正常工作状态，并在加载不同的发射功率情况下测试，在各监测点位加入配合测试的5G终端，保证稳定连接好5G网络，并有持续的下行业务流量。终端布点数量：2台。监测工况和监测布点见表2：

监测布点示意图见图1：

1.3 监测设备

本次监测方法研究过程中使用的设备名称、型号、编号等信息见表3。

2 结果与分析

2.1监测结果

根据抽测基站各点位监测设备后方1.5m处有终端并有持续的下行业务流量时的电磁辐射功率密度监测值，与无终端时的电磁辐射功率密度监测值，绘制了折线图。

（1）最大发射功率为200W的基站在水平方向上的电磁辐射功率密度变化情况（天线离地高度24米）

南京螺丝桥大街基站的个别测点有终端时的监测值小于无终端时的监测值，主要原因是由于终端设备为普通5G手机，非专业测试设备，下行业务流量偶有不稳定或延时情况发生，因而对监测值有一定的影响。

（2）最大发射功率为200W的基站在垂直方向上的电磁辐射功率密度变化情况（天线离地高度37米）

（3）最大发射功率为320W的基站在水平方向上的电磁辐射功率密度变化情况（天线离地高度27米）

（4）最大发射功率为320W的基站在垂直方向上的电磁辐射功率密度变化情况（天线离地高度27米）

（5）室内分布基站在水平方向上的电磁辐射功率密度变化情况（天线离地高度3米）

2.2监测结果分析及监测方法探讨

（1）监测结果分析

1）本次抽测的最大发射功率为200W和320W的5G宏基站、5G室分站，在各监测点位加入配合测试的2台5G终端并有持续的下行业务流量，且其他监测条件均保持不变的情况下，其周围电磁辐射功率密度实测最大值仍然满足单个基站功率密度贡献值≤9.4 μW/cm2的管理限值要求。

2）根据上述折线图对比可以看出，在各监测点位加入配合测试的2台5G终端并有持续的下行业务流量后，天线主射水平方向和垂直方向上的电磁辐射功率密度监测值总体上要大于未加入终端时的监测值，电磁辐射强度与下行速率之间有较强的正比关系。

3）监测最大值多分布在水平距离40～60米范围内。

（2）监测方法探讨

在上述研究基础上，引申出有可能适用于5G基站电磁辐射环境检测方法的解决思路：

1）现场监测时，在敏感点位处加入标准化终端;

标准终端要求：

a.适用于5G无线通信;

b.能够代表适度的数据流量需求，由于测试时需保证终端大流量下载作业，对5G流量使用有极大需求，保证监测期间终端稳定下载;

c.具备一定的自持能力。

2）增加系数评价

对不同业务区，不同时段的监测值增加系数评价是否达标情况（如居民区，工作时间段增加系数评价），系数值的研究确定主要有2种途径：

a.理论计算系数：5G通话、视频通话、在线高清视频这三种常见业务模式时，根据运营商监控的后台负载率，以确定理论计算系数;

b.后期5G用户量上升后，可采用24小时连续监测某几个典型区域值等方法进一步获取经验系数。

3 结语

文章通过对各类5G基站进行抽样监测，并分析对比了各监测点位无5G终端和加入配合测试的2台5G终端并有持续的下行业务流量的两种情况下监测结果，结果表明：在各监测点位加入配合测试的2台5G终端并有持续的下行业务流量后，天线主射水平方向和垂直方向上的电磁辐射功率密度监测值总体上要大于未加入终端时的监测值，电磁辐射强度与下行速率之间有较强的正比关系。在此研究基础上，引申出有可能适用于5G基站电磁辐射环境检测方法的解决思路。

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