5G 通訊簡介及新監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)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(jì)南 250117）

1. 5G 通訊技術(shù)

1.1 5G 簡介

5G，即5th-Generation，指第五代移動通信技術(shù)，相比較2G、3G 和4G，5G 的主要特點(diǎn)是大帶寬、大規(guī)模連接和超低延時。基于以上特點(diǎn)，5G 可實(shí)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(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，由此，5G 的研發(fā)和應(yīng)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(yùn)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，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(nèi)的微基站，能實(shí)現(xiàn)超密集組網(wǎng)；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(shù)量和需求自動調(diào)節(jié)，服務(wù)更精準(zhǔn)。

大規(guī)模MIMO 天線有以下特點(diǎn)：（1）相較與傳統(tǒng)的4天線和8 天線，5G 基站的天線通道數(shù)能達(dá)到64 或者128個，甚至到256 個，用戶接入數(shù)必然增多。另外，天線數(shù)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(shù)使得大規(guī)模MIMO 可形成更窄的波束，方向性增益大大增強(qiáng)，波束集中輻射于更小的空間內(nèi)，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(shù)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(shù)量，提升了數(shù)據(jù)吞吐率，比如像機(jī)場和車站等人流量大的地方，4G時代手機(jī)信號滿格但是上網(wǎng)速度不理想，就是因?yàn)榻尤肓亢屯掏履芰τ邢蓿?G 將大大解決這一問題。

2.監(jiān)測方法解讀

2.1 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生

對于5G 之前的移動通信基站，監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)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(xì)規(guī)定了不同頻率范圍的公眾曝露控制限值，而各運(yùn)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(diǎn)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(jīng)無法準(zhǔn)確判斷通信基站周圍電磁環(huán)境質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，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(zhǔn)，2021 年3 月1 日起實(shí)施。

2.2 儀器的列表模式

對同一站址存在5G 及其他網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定監(jiān)測。“使用選頻式電磁輻射監(jiān)測儀的列表模式，取得5G和及其他網(wǎng)絡(luò)制式移動通信基站的電磁輻射場強(qiáng)數(shù)據(jù)。”新標(biāo)準(zhǔn)除了對選頻測量儀的電性能指標(biāo)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(yùn)營商頻段快捷同步測試的一種快捷模式，需要提前預(yù)制好每個運(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(shè)備均無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，在選擇儀器時必須注意這一點(diǎn)。

2.3 監(jiān)測工況與終端

“監(jiān)測時，基站應(yīng)處于正常工作狀態(tài)，5G 終端設(shè)備應(yīng)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(yīng)用場景。”由于基站天線更加智能化，當(dāng)周圍沒有終端設(shè)備連接時，基站在覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行掃波，發(fā)射功率很低，此時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)很低，實(shí)際意義不大；當(dāng)在覆蓋范圍內(nèi)掃描到終端業(yè)務(wù)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(wù)需求的類型相關(guān)。故5G 通信基站的監(jiān)測，必須保證周圍有5G終端設(shè)備與基站連接并進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)。“探頭與5G 終端設(shè)備保持在1m ～3m 范圍內(nèi)，”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(diǎn)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(jì)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(yīng)搭配使用木質(zhì)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(jī)，在滿足距離要求的情況下更加方便監(jiān)測人員讀數(shù)。

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

3.結(jié)語

5G 通信技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)前無線通訊技術(shù)的重大變革，潛移默化得影響我們的生活方式，其廣泛的應(yīng)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(xiàng)重大考驗(yàn)。首先由于5G 基站的覆蓋范圍較4G 變小，要有好的用戶體驗(yàn)必然要求基站數(shù)量大大增加，這就使得監(jiān)測的工作量大幅提升，而新標(biāo)準(zhǔn)對每個監(jiān)測點(diǎn)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(dǎo)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(qiáng)儀復(fù)雜，專業(yè)化程度也更高，而且，建立在超密集組網(wǎng)下的5G 基站形態(tài)會日趨多樣化，還有像宏基站和室內(nèi)微基站等，布點(diǎn)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(shè)備，還需要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)合理得靈活調(diào)整布點(diǎn)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)。