5G 通讯简介及新监测标准解读

王震 乔冕 王治海 屈加燕 王蕾

（山东省核与辐射安全监测中心，山东济南 250117）

1. 5G 通讯技术

1.1 5G 简介

5G，即5th-Generation，指第五代移动通信技术，相比较2G、3G 和4G，5G 的主要特点是大带宽、大规模连接和超低延时。基于以上特点，5G 可实现高清视频、VR/AR、智慧城市、自动驾驶和工业控制场景等。如果说4G是改变生活，5G 就是改变社会，实现万物互联，由此，5G 的研发和应用成为国家战略，也是国际上各个国家科技力量竞争的高地。

2019 年工信部正式发放了5G 牌照，各运营商频谱分别为中国移动（2515MHz ～2675MHz;4800MHz ～4900MHz）、中国联通（3500MHz ～3600MHz）、中国电信（3400MHz ～3500MHz）和中国广电（4900MHz ～4965MHz 和700MHz）。

1.2 5G 基站及天线

作为通信网络的重要组成部分，5G 基站采用了大规模MIMO 天线（missive MIMO），相较于4G 网络，5G化整为零，以用户为中心，像建筑物、路灯等，都可以作为5G 基站的载体，甚至有室内的微基站，能实现超密集组网；另外，天线比前几代更加智能，天线发射功率和发射方向随着用户数量和需求自动调节，服务更精准。

大规模MIMO 天线有以下特点：（1）相较与传统的4天线和8 天线，5G 基站的天线通道数能达到64 或者128个，甚至到256 个，用户接入数必然增多。另外，天线数量越多，噪声和干扰越趋向于零，控制也更加灵活；（2）传统的MIMO 天线发射的信号类似于一个平面，只能在水平方向传播，是一个2D 的信号，而missive MIMO 除了水平方向还可利用垂直维度的空间，信号是一个电磁波束，所以可称之为3D-MIMO；（3）波束赋形技术使得大规模MIMO 可形成更窄的波束，方向性增益大大增强，波束集中辐射于更小的空间内，使基站与终端之间线路上的能量传输效率更高，从而可减少基站的功率损失。5G 通信技术可提高信号的可靠性，降低干扰，对用户而言，最明显的就是提高了用户终端的接入数量，提升了数据吞吐率，比如像机场和车站等人流量大的地方，4G时代手机信号满格但是上网速度不理想，就是因为接入量和吞吐能力有限，而5G 将大大解决这一问题。

2.监测方法解读

2.1 标准的产生

对于5G 之前的移动通信基站，监测标准为《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 972-2018）[1]，《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）[2]详细规定了不同频率范围的公众曝露控制限值，而各运行商5G 频谱分布从700MHz 到4965MHz，控制限值是不同的，加之5G 通信基站的特点又与前几代不同，利用非选频式辐射监测仪使用HJ972 监测方法已经无法准确判断通信基站周围电磁环境质量是否达标，因此，在《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（征求意见稿）》之后，《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ 1151-2020）[3]由生态环境部与2020 年12 月14 日批准，2021 年3 月1 日起实施。

2.2 仪器的列表模式

对同一站址存在5G 及其他网络制式的移动通信基站的电磁辐射环境监测，由征求意见稿的分别按照HJ 972和HJ1151 分别监测到试行版得统一按本新标准规定监测。“使用选频式电磁辐射监测仪的列表模式，取得5G和及其他网络制式移动通信基站的电磁辐射场强数据。”新标准除了对选频测量仪的电性能指标提出了要求以外，还对仪器功能提出了新要求，即必须具有列表模式，列表模式是可用于多服运营商频段快捷同步测试的一种快捷模式，需要提前预制好每个运营商的频段信息，包括频谱范围，分辨率等信息，由仪器对频谱自动截取并积分运算，生成列表展示模式，就可以一次直接读取每个频段的场强信息。市场上诸多通用型便携式的、或者频率范围满足要求但是功能定义偏离的设备均无法满足新标准要求，在选择仪器时必须注意这一点。

2.3 监测工况与终端

“监测时，基站应处于正常工作状态，5G 终端设备应与被监测的5G 移动通信基站建立连接并至少处于一种典型应用场景。”由于基站天线更加智能化，当周围没有终端设备连接时，基站在覆盖范围内进行扫波，发射功率很低，此时监测到的数据很低，实际意义不大；当在覆盖范围内扫描到终端业务需求时，天线迅速与其连接，并发射电磁波，此时基站的发射功率升高，且发射功率与业务需求的类型相关。故5G 通信基站的监测，必须保证周围有5G终端设备与基站连接并进行正常的数据交互业务。“探头与5G 终端设备保持在1m ～3m 范围内，”此要求既能测到基站向下发射的电磁波又规避了终端向上发射的电磁波。

2.4 监测流程

“每个监测点每次监测时间不少于6min，读取监测仪器的平均值”“监测仪器探头（天线）距地面（或立足平面）1.7m”“探头与操作人员躯干之间距离不少于0.5m”，对于以上要求，仪器必须支持显示累计测量6min 的平均值输出。另外，如果由监测人员握持仪器，则很难满足要求，故应搭配使用木质三脚支架，将探头置于支架上，且最好配置一根探头延长线连接主机，在满足距离要求的情况下更加方便监测人员读数。

另外，监测的原始记录中，应收集通信基站的基本信息，如基站名称、运营单位、建设地点、发射频率范围、天线数量和离地高度等信息。且必须注明监测点与天线的距离、应用场景和5G 终端的型号与数量，这些都是与监测点的功率密度息息相关的参数。

3.结语

5G 通信技术的应用是当前无线通讯技术的重大变革，潜移默化得影响我们的生活方式，其广泛的应用必然逐渐改变我们的生活和社会。

与此同时，针对5G 的电磁辐射环境监测和电磁环境管控也成为我们要面对的一个重大课题，也是一项重大考验。首先由于5G 基站的覆盖范围较4G 变小，要有好的用户体验必然要求基站数量大大增加，这就使得监测的工作量大幅提升，而新标准对每个监测点位监测时长的要求又使得监测时间较4G 增加，这两方面的原因叠加就导致监测工作量成倍增加。另外选频仪器的操作较非选频场强仪复杂，专业化程度也更高，而且，建立在超密集组网下的5G 基站形态会日趋多样化，还有像宏基站和室内微基站等，布点方式也会多种多样，所以，对监测人员的要求不只是要熟练使用监测设备，还需要根据实际情况科学合理得灵活调整布点和监测方法等，不得不说这也是对监测人员的一个挑战。