4G基站的電磁輻射影響分析

李 燕， 李 敏， 徐 瑋， 勾興勇

(1.貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081;2.貴州銘誠生態監測有限公司， 貴陽 550002)

4G的標準有TD－LTE和FDD－LTE兩種。TD－ LTE(Time Division Long Term Evolution，分時長期演進)是基于3GPP長期演進技術(LTE)的一種通訊技術與標準，屬于LTE的一個分支[1]。該技術由上海貝爾、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術、中興通訊、中國移動、高通、ST－Ericsson等業者共同開發。FDD(頻分雙工)是該LTE技術的雙工模式之一，應用FDD(頻分雙工)式的LTE即為FDD－LTE。由于無線技術的差異、使用頻段的不同以及各個 廠家的利益等因素，FDD－LTE的標準化與產業發展都領先于TDD－LTE。FDD－LTE已成為當前世界上采用的國家及地區最廣泛的、終端種類最豐富的一種4G標準。2013年12月4日，工信部正式向中國移動、中國電信、中國聯通發放了TD－LTE牌照，標志著中國正式進入了4G時代。

1 TD－LTE技術特征

TD－LTE是TDD版本的LTE技術。基于TDD的雙工技術、基于OFDM的多址接入技術、基于MIMO/SA的多天線技術是TD－LTE標準的三個關鍵技術[2]。

1.1 基于TDD的雙工技術

第三代移動通信系統的頻段是在2GHz范圍，但分配給公共陸地移動通信系統使用的頻譜為155 MHz，僅為整個2GHz頻段的7%。TDD模式能利用非對稱頻段，具有更高的頻譜利用率。提供同樣速率的業務時TDD模式占用的帶寬較FDD模式少。

1.2 基于OFDM的多址接入技術

基于OFDM的多址接入技術有兩個關鍵點，一是OFDM技術和MIMO技術如何結合，使移動通信系統性能進一步提升，二是PFDM技術在蜂窩移動通信組網的條件下，如何克服同頻組網帶來的問題。

1.3 基于MIMO/SA的多天線技術

MIMO技術優勢就在于它將信道視為若干并行的子信道，在不需要額外帶寬的情況下實現近距離的頻譜資源重復利用，理論上可以極大的擴展頻帶利用率，提高無線傳輸速率，同時還增強了通信系統的抗干擾、抗衰落性能，可以同時獲得編碼增益和分集增益。

2 電磁輻射標準

根據GB 8702—1988《電磁輻射防護規定》中相關規定:在30～3 000 MHz頻率范圍內，對公眾的電磁輻射防護標準為電磁輻射源在接受點產生的功率密度小于 0.4 W/m2(40μW/cm2)[3]。公眾總受照射劑量包括各種電磁輻射對其影響的總和，既包括擬建設施可能或已經造成的影響，也包括已有背景電磁輻射的影響。總的受照射劑量限值均應不超過國家標準。根據HJ/T 10.3—1996《輻射環境保護管理導則－電磁輻射環境影響評價方法和標準》，對單個項目的影響必須限制在GB 8702—1988限值的若干分之一[4]。單個基站環境管理目標值選取GB 8702—1988《電磁輻射防護規定》中相應頻段功率密度限值的 1/5，即 0.08 W/m2(8μW/cm2)。

3 TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算

3.1 計算模式

一般情況下，電磁輻射場根據感應場和輻射場的不同而區分為遠區場(感應場)和近區場(輻射場)[5]。射頻電磁場近場的分布十分復雜，一般以實際測量為準。而評價關注的環境保護目標大多在基站天線的3.5 m以外，屬于遠場區，其遠場軸向功率密度(Pd)采用由 HJ/T 10.2—1996《輻射環境保護管理導則—電磁輻射監測儀器和方法》規定的公式計算[6]:

式中:P—天線輻射功率，W;

G—天線增益，倍數;

r—測量位置與天線距離，m。

3.2 計算參數

本次選取位于銅仁市碧江區的10個已運行的TD－LTE基站進行電磁輻射影響理論計算。該10個基站的計算參數見表1。

表1 銅仁市碧江區10個已運行的TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算參數

3.3 預測結論

本次選取的位于銅仁市碧江區的10個已運行TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算結果見表2。

4 TD－LTE基站電磁輻射實際監測結果

本次選取的位于銅仁市碧江區的10個TDLTE基站在正常運行情況下，監測結果見表3。

5 結論

根據對銅仁市碧江區的10個TD－LTE基站電磁輻射的理論計算和實測結果，基站天線軸向功率密度值是隨著距離天線距離的增加而快速衰減。根據理論計算結果，基站在天線軸向16 m以外區域的功率密度可以滿足0.08 W/m2(8μ W/cm2)環境管理目標值。根據實測結果，基站在正常運行狀態下，天線主射方向實測結果均未超過0.08 W/m2，說明基站的實際電磁輻射影響小于理論計算結果，這是由于在實際監測中，由于監測布點受環境空間條件的限制，很少能達到天線的最大輻射方向設施監測，所以實際監測結果比理論計算預測值小得多。

表2 銅仁市碧江區10個已運行的TD－LTE基站電磁輻射影響理論計算結果單位:距離m 功率密度μW/cm2

表3 銅仁市碧江區10個TD－LTE基站正常運行時電磁輻射影響實測結果

續表3

續表3

[1]曹達仲，侯春萍，由磊，等.移動通信原理、系統及技術[M].北京:清華大學出版社，2011.

[2]TD－LTE的三大技術特點[J].西安郵電學院學報，2010，5:144.

[3]國家環境保護總局.電磁輻射防護規定(GB8702－88)[S].1988.

[4]國家環境保護總局.輻射環境保護管理導則 電磁輻射環境影響評價方法與標準(HJ/T10.3－1996)[S].1996.

[5]周建明，高攸綱，徐小超，等.通信電磁輻射及其防護[M].北京:人民郵電出版社，2010.

[6]國家環境保護總局.電磁輻射監測儀器和方法(HJ/T－10.2 －1996)[S].1996.