校園5G移動通信基站電磁輻射監(jiān)測實驗平臺開發(fā)與應用

杜艷軍 趙劍錕 李小燕 劉義保

東華理工大學核科學與工程學院 江西南昌 330013

信息時代給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的變革,隨著無線電技術(shù)的快速發(fā)展,移動通信基站作為現(xiàn)代社會中不可或缺的設施之一,已在各個城市廣泛布設。作為新一代移動通信技術(shù),5G具有高速率、低時延和大連接的特點。2019年以來,國家大力推進5G基站建設,這極大地推動了遠程醫(yī)療、工業(yè)控制、遠程駕駛、智慧城市、智慧家居等應用的普及[1]。

眾所周知,移動通信采用電磁波的形式傳輸信息,它在給人們帶來極大便捷的同時,也增加了城市中的電磁輻射水平。一方面,超出本底值的電磁輻射不僅會影響電子設備的正常使用,還可能對人體健康和周邊環(huán)境帶來潛在危害。人們長期生活在移動通信基站所產(chǎn)生的電磁輻射環(huán)境中,隨著環(huán)保意識的提高,基站電磁輻射對人體健康的影響受到了越來越多的關注和研究,由基站引發(fā)的電磁輻射污染逐漸成為群眾重點探討的話題。

另一方面,電磁輻射已在聯(lián)合國人類環(huán)境保護會議上被列為“造成公害”的主要污染之一,我國新修訂的《中華人民共和國環(huán)境保護法》也把電磁輻射作為環(huán)境污染和危害的重要因素。此外,移動電話對人體的電磁輻射損傷等問題也越來越多地被人們所廣泛關注[2]。現(xiàn)階段,我國移動通信雖然仍以4G網(wǎng)絡為主,但隨著國家對5G基站的大力建設與逐漸普及,5G移動通信基站電磁輻射水平大小及其對人體健康的影響已愈發(fā)引起人們的重視。因此,為保護環(huán)境和人民群眾的身體健康,保障移動通信事業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展,開展5G移動通信基站電磁輻射污染狀況的研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 概述

移動通信已歷經(jīng)1G～5G的飛速發(fā)展,每一次技術(shù)進步,都極大地促進了產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟社會發(fā)展。當前,移動通信已融入社會生活的方方面面,深刻改變著人們的溝通、交流等方方面面。

5G作為一種新型移動通信網(wǎng)絡,為用戶提供增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、超高清(3D)視頻等身臨其境的極致業(yè)務體驗,能夠滿足移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)應用需求。5G正在逐步應用到經(jīng)濟社會的各行業(yè)各領域,成為支撐經(jīng)濟社會數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉(zhuǎn)型的關鍵。截至2023年4月,我國5G基站數(shù)量達到273.3萬個,占移動基站總數(shù)的24.5%,5G網(wǎng)絡建設穩(wěn)步推進,實現(xiàn)了所有地級市的覆蓋,使得我國5G移動電話用戶達到6.34億戶,占移動電話用戶的37.1%,這一成績令世界矚目。

隨著無線通信和智能手機的普及,越來越多的人開始關注電磁輻射對人體健康的潛在影響,考慮到居民有可能長期在基站周圍工作與生活,他們可能面臨更高的風險。

同時,隨著5G移動通信基站的大力建設,其收發(fā)天線的電磁波對人體健康和周邊環(huán)境可能帶來的影響,愈發(fā)成為人們迫切想要深入了解的問題。因此,需要進一步了解電磁輻射對公眾健康產(chǎn)生的影響,并采取合適的措施確保公眾安全和保護環(huán)境。

2 技術(shù)路線

2.1 探頭選擇

通過計量檢定的NBM-550全頻段電磁輻射分析儀,配備兩個探頭:射頻電場探頭EF0391(測量范圍:100000Hz～60GHz)、工頻電磁場探頭EHP-50D(測量范圍:1Hz～100000Hz)。該兩個探頭均可測量電場E、磁場H、功率密度P。考慮到5G移動通信電磁輻射頻段在5GHz上下,隸屬于射頻電磁場,本文采用EF0391探頭進行本實驗平臺的搭建。

2.2 布點方法

對于電磁輻射監(jiān)測常用的布點方法有網(wǎng)格布點法、梅花瓣布點法、扇形布點法、人口密度加權(quán)和有效輻射功率加權(quán)布點法等。按照國家標準《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],考慮到5G移動通信基站電磁場的分布特點,本文采用扇形布點法進行實驗平臺的搭建。

2.3 實驗平臺搭建

5G移動通信系統(tǒng)主要由移動交換機(MSC)、基站(BS)、移動臺(MS)三部分組成[4],其中基站(BS)電磁輻射水平與人類日常工作、生活最近,其電磁輻射最高部分為天線處。按照國家標準的規(guī)定,通過制訂切實可行的監(jiān)測方案對5G基站(BS)進行測試、數(shù)據(jù)驗證、實驗分析等,達到構(gòu)建5G移動通信基站電磁輻射監(jiān)測平臺的目的。本文實驗平臺構(gòu)建思路如圖1所示。

圖1 5G基站電磁輻射監(jiān)測實驗平臺構(gòu)建示意圖

3 平臺測試

3.1 測試區(qū)域

本文選擇東華理工大學廣蘭校區(qū)某公寓樓頂?shù)?G基站為研究對象,采取扇形布點法,利用全頻段電磁輻射分析儀對基站及周圍環(huán)境中的電磁輻射強度進行監(jiān)測,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理與分析,通過與國家標準相對照,從而研究該5G基站電磁輻射監(jiān)測實驗平臺的性能。

3.2 測試依據(jù)

(1)《5G移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法(試行)》(HJ 1151-2020);

(2)《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》(HJ 72-2018);

(3)《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》(HJ T10.2-1996);

(4)《電磁環(huán)境控制限制》(GB8702-2014)。

3.3 測試方法

(1)考慮到空氣中的灰塵、水汽會對相關數(shù)據(jù)測試帶來不確定因素,為最大限度地減少環(huán)境因素可能對測試結(jié)果造成的影響,選擇天氣晴朗,-10～40℃內(nèi),風力小于3級,濕度小于80%的條件下進行測試。

(2)選擇基站處于正常工作的狀態(tài)下進行測試,每個監(jiān)測點進行不少于3次測試,每次監(jiān)測時間至少15s,讀取穩(wěn)定時的最大值,最后取其平均值作為該點位的電場強度。若出現(xiàn)讀數(shù)變化幅度較大時,應將監(jiān)測時間延長至30s或者60s,以減小偶然誤差的影響。

(3)測試設備NBM-550探頭尖端的高度一般距離地面大約1.7m,離地高度可根據(jù)監(jiān)測目的的不同調(diào)整高度。測試過程中,保持測試設備與測試人員適當?shù)木嚯x,鄰近效應小于3%,同時,盡量選擇空曠區(qū)域進行監(jiān)測,從而最大限度減小其他電磁輻射源或樹木等對測試結(jié)果的影響。

4 平臺應用

本文利用所搭建的電磁輻射監(jiān)測平臺對東華理工大學廣蘭校區(qū)某公寓樓頂?shù)?G基站進行實地測試,部分測試結(jié)果列于表1和圖2中。

表1 距離基站5m范圍內(nèi)的測試結(jié)果

圖2 距離基站5m范圍內(nèi)的電場強度

由表1和圖2可以看出,在距離通信基站水平距離5m范圍內(nèi),電磁輻射水平較高,電場強度范圍在4.63～31.92V/m,平均電場強度為10.04V/m。同時,從圖2可知,基站的電磁強度明顯隨著距離增加,電場強度逐漸降低,這符合電磁場分布的基本規(guī)律,進一步證實了本監(jiān)測平臺的有效性。

5 移動通信基站電磁輻射防護探討

(1)合理布局:基站的位置和布局對輻射控制至關重要。應選擇遠離居民區(qū)、學校、醫(yī)院等人群密集區(qū)域的位置建設基站,以減少潛在的輻射暴露。

(2)輻射功率控制:在確保通信覆蓋需求得到滿足的基礎上,優(yōu)化基站的輻射功率,有助于降低環(huán)境中電磁輻射水平。

(3)技術(shù)改進:采用先進的天線技術(shù)和輻射控制設備,如定向天線和自適應功率控制系統(tǒng)等,以最大限度地減少輻射強度和輻射范圍。

(4)屏蔽措施:在基站周圍采取屏蔽措施,如隔離墻、金屬網(wǎng)、建筑物外墻等,以減少電磁波向空間的傳播。

(5)距離保持:盡量保持安全距離,避免無關人員長時間在基站附近逗留。另外,在醒目位置,設置合理的警示標志和警示說明。

(6)定期監(jiān)測:對基站的電磁輻射水平進行定期監(jiān)測和評估,確保其符合國家安全標準,這有利于及時發(fā)現(xiàn)問題并采取必要的改進措施。

(7)公眾參與:認真聽取公眾的正當需求和意見,滿足公眾知情權(quán)、參與權(quán)乃至決策權(quán),考慮公眾利益是否因項目的建設而受到損害或損失,如果有的話應采取必要的措施予以補救,或者對合理需求給以適當補償。

結(jié)語

綜上所述,5G移動通信電磁輻射已廣泛存在于人們的生產(chǎn)生活中,越來越多的人開始關注其對健康的影響。本實驗監(jiān)測平臺的搭建,有利于學生系統(tǒng)掌握移動通信基站電磁輻射監(jiān)測工作實踐環(huán)節(jié),熟悉5G移動通信系統(tǒng)的運行和監(jiān)測原理,提高學生專業(yè)技能,鍛煉基站監(jiān)測與評價能力。平臺測試展示了校園5G移動通信基站的輻射水平,電磁輻射的現(xiàn)場科普宣傳,有利于消除師生恐懼心理,提高公眾認知。