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0 引言

2021 年全國(guó)移動(dòng)通信基站總數(shù)已達(dá)996 萬(wàn)個(gè)，全年新建5G 基站（第五代移動(dòng)通信基站）超65 萬(wàn)個(gè)，5G 基站的大規(guī)模建設(shè)引起了社會(huì)公眾對(duì)基站周圍電磁環(huán)境的持續(xù)性普遍關(guān)注。2021 年3 月實(shí)施的《5G 移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法（試行）》為通信運(yùn)營(yíng)商落實(shí)《通信基站環(huán)境保護(hù)工作備忘錄》各項(xiàng)要求提供了技術(shù)支撐，為切實(shí)加強(qiáng)電磁環(huán)境安全管理提供了依據(jù)。本文既不同于在電磁兼容實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的理想環(huán)境中的測(cè)試，也異于選取代表性的基站進(jìn)行的常規(guī)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)，將排除了周圍環(huán)境中的其他電磁干擾源、且具備連續(xù)布點(diǎn)條件的2 處5G 天線作為研究對(duì)象，提供了相對(duì)可信的5G 基站周圍電磁環(huán)境空間分布規(guī)律，以便各通信運(yùn)營(yíng)商規(guī)范履行基站建設(shè)環(huán)保義務(wù)，關(guān)注基站周圍電磁環(huán)境質(zhì)量，為5G 基站的綠色健康發(fā)展創(chuàng)造條件。

1 5G 天線與傳統(tǒng)天線的區(qū)別

與傳統(tǒng)的2G/3G/4G 基站（第二、第三、第四代移動(dòng)通信基站）不同，5G 基站的工作頻段主要采用6GHz 以下頻段（FR1），運(yùn)行頻率遠(yuǎn)高于2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)；基站形態(tài)上由BBU（基帶處理單元）和AAU（有源天線單元）組成，其中BBU 負(fù)責(zé)基帶數(shù)字信號(hào)處理，AAU 是射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）與天線一體的設(shè)備，負(fù)責(zé)將基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)、再調(diào)制成高頻射頻信號(hào)，通過(guò)PA（功率放大器）放大功率后由天線發(fā)射；引入了massive MIMO（采用更大規(guī)模數(shù)量的天線）和波束賦形等技術(shù)，建立了手機(jī)與基站之間的智能控制機(jī)制，動(dòng)態(tài)調(diào)整相互之間的通話信道、發(fā)射功率等參數(shù)，使非常窄的波束能夠更聚焦于用戶。上述特點(diǎn)使得5G 基站對(duì)周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生了不同于傳統(tǒng)基站的電磁環(huán)境影響，且由于其覆蓋密度較傳統(tǒng)基站大，給電磁環(huán)境管理工作帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

同時(shí)，5G 基站的天線會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)終端所處的位置和業(yè)務(wù)需求來(lái)進(jìn)行波束賦形，發(fā)射不同能量的電磁波信號(hào)；基站運(yùn)行期間天線發(fā)射功率、增益等都隨時(shí)根據(jù)用戶情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。水平面和垂直面上都有許多分量的分布情況，5G 基站電磁環(huán)境影響與傳統(tǒng)基站大不相同，其監(jiān)測(cè)方法也須區(qū)別對(duì)待。

2 5G 天線與傳統(tǒng)天線監(jiān)測(cè)方法的差別

2021 年3 月生態(tài)環(huán)境部頒布實(shí)施了《5G 移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法（試行）》，明確了其替代《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》作為5G 及與其他網(wǎng)絡(luò)制式共址的移動(dòng)通信基站電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

該方法在HJ972-2018 的基礎(chǔ)上，更新了以下幾點(diǎn)：①選用選頻式電磁輻射檢測(cè)儀；②單次測(cè)量時(shí)長(zhǎng)與GB8702-2014 要求一致，須保留6min 均值及頻譜圖；③要求配置5G 移動(dòng)終端，并標(biāo)注不同的測(cè)試場(chǎng)景和環(huán)境；④監(jiān)測(cè)布點(diǎn)范圍不再局限于50m 范圍內(nèi)等。

3 典型5G 基站電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)

區(qū)別于以往5～9 選取典型基站但難以排除干擾源的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)研究，測(cè)試位置區(qū)別于電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的理想環(huán)境，選取了2 處具備水平和垂直布點(diǎn)條件的5G 天線，同時(shí)排除了其他同頻段電磁發(fā)射源的干擾，以獲得水平或垂直高度上相對(duì)連續(xù)的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)值的空間變化規(guī)律。

3.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象與監(jiān)測(cè)設(shè)備

本次選取了兩處架設(shè)高度相同的位于建筑物頂部（商業(yè)辦公樓樓頂平臺(tái)）的5G 天線，布點(diǎn)均為公眾日?；顒?dòng)難以到達(dá)區(qū)域，以消除不可控的5G 移動(dòng)終端的影響；同時(shí)，監(jiān)測(cè)期間除被測(cè)扇區(qū)天線外，其余扇區(qū)及基站周邊300m 覆蓋范圍內(nèi)的其他同頻段基站臨時(shí)關(guān)閉。如表1 所示。

表1 5G 天線基本參數(shù)一覽表

測(cè)量期間使用選頻式電磁輻射監(jiān)測(cè)儀和非選頻式電磁輻射監(jiān)測(cè)儀兩種儀器，由于基站天線頻率一般在800MHz～6GHz之間，站址周圍電場(chǎng)強(qiáng)度的一般在0.2V/m～30V/m 之間，因此表2 中所列設(shè)備均滿足測(cè)量要求。

表2 監(jiān)測(cè)設(shè)備基本信息表

3.2 監(jiān)測(cè)方案與方法

本次監(jiān)測(cè)參照《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）、《5G 移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法（試行）》、《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》等規(guī)定的方法進(jìn)行布點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

天線1 的各測(cè)點(diǎn)與天線處于同一水平面，在垂直半功率角范圍內(nèi)間隔10m布點(diǎn)，測(cè)量距離天線40m～100m的功率密度。天線2 利用高空作業(yè)車在天線的水平半功率角范圍內(nèi)的50m距離上間隔10m 水平布點(diǎn)；垂直高度上，由于受垂直半功率角影響較大，按照3m 等間距布點(diǎn)，測(cè)量2m～26m 的功率密度。

3.3 監(jiān)測(cè)場(chǎng)景

本次共設(shè)置2 種場(chǎng)景：第一種場(chǎng)景區(qū)分是否引入5G 移動(dòng)終端；第二種場(chǎng)景區(qū)分是否使用選頻測(cè)試儀器。

3.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果

引入5G 終端進(jìn)行波束引導(dǎo)，并將5G 終端放置于不同監(jiān)測(cè)儀器探頭的相鄰處進(jìn)行數(shù)據(jù)灌包，不同設(shè)備的移動(dòng)終端引入前后對(duì)比見(jiàn)表3。在距離天線40m 位置處，5G 天線陣子全部激活發(fā)射時(shí)，射頻選頻場(chǎng)強(qiáng)儀與非選頻場(chǎng)強(qiáng)儀的測(cè)量數(shù)據(jù)相差不大；但引入5G 移動(dòng)終端進(jìn)行波束引導(dǎo)后，二者的測(cè)量數(shù)據(jù)差異明顯。

表3 5G 移動(dòng)終端的引入對(duì)5G 基站周圍電磁環(huán)境的影響（單位：W/m2）

在該5G 天線的水平和垂直主射方向內(nèi)，同時(shí)引入6 臺(tái)移動(dòng)終端進(jìn)行視頻交互的應(yīng)用場(chǎng)景下，不同儀器不同水平距離的電磁環(huán)境檢測(cè)值，結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，無(wú)論選用射頻選頻場(chǎng)強(qiáng)儀還是非選頻場(chǎng)強(qiáng)儀，都能得到電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離衰減的顯著趨勢(shì)，且隨著距離的增大，二者電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)差異逐漸縮小；距離該5G 天線約60m 范圍時(shí)，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)方能滿足GB8702 要求，而非與傳統(tǒng)天線一樣，影響范圍基本局限于50m 范圍內(nèi)。

表4 不同測(cè)量?jī)x器對(duì)引入5G 移動(dòng)終端時(shí)基站周圍電磁環(huán)境（單位：W/m2）

以5G 天線2 為中心，水平50m 距離上取4 個(gè)點(diǎn)，垂直空間上間隔3m 布點(diǎn)直至高于天線所在水平面，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位測(cè)值見(jiàn)表5。在引入一個(gè)5G 移動(dòng)終端的場(chǎng)景中，水平50m 處各個(gè)垂直高差上的測(cè)點(diǎn)數(shù)值呈現(xiàn)明顯的隨距離而衰減的趨勢(shì)，測(cè)點(diǎn)與天線的垂直高差越小，其測(cè)點(diǎn)數(shù)值越大。

表5 不同垂直高度上引入5G 移動(dòng)終端時(shí)基站周圍電磁環(huán)境（單位：W/m2）

3.5 判斷依據(jù)及結(jié)論

我國(guó)結(jié)合IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)）和ICNIRP（國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)）等機(jī)構(gòu)研究成果，制定了電磁環(huán)境領(lǐng)域的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)《電磁環(huán)境控制限值》，其中給出了電磁環(huán)境中控制公眾曝露的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)場(chǎng)量參數(shù)任意連續(xù)6分鐘內(nèi)的方均根值的限值要求。

理想測(cè)試環(huán)境下，通過(guò)對(duì)上述2 個(gè)天線電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以得出如下結(jié)論：

天線陣子全部激活發(fā)射時(shí)，采用符合量程要求的射頻選頻場(chǎng)強(qiáng)儀或非選頻場(chǎng)強(qiáng)儀，對(duì)5G 基站周圍電磁環(huán)境的測(cè)量結(jié)果的影響不大，但引入5G 終端進(jìn)行波束引導(dǎo)時(shí)，推薦選用射頻選頻場(chǎng)強(qiáng)儀；

5G 天線周圍電磁環(huán)境功率密度測(cè)值在水平方向或垂直方向上都存在隨距離而衰減的趨勢(shì)，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)基站天線相一致；但5G 天線周圍電磁環(huán)境功率密度在水平方向上隨距離而衰減的趨勢(shì)相對(duì)垂直方向衰減趨勢(shì)不明顯，垂直方向上的距離變化對(duì)電磁環(huán)境功率密度的影響更大；

隨著水平測(cè)量距離的增加，不同類型檢測(cè)設(shè)備對(duì)5G 天線功率密度測(cè)值的影響逐漸變?。?/p>

相同測(cè)點(diǎn)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的電磁環(huán)境功率密度測(cè)值差異較大；

當(dāng)引入較多的移動(dòng)終端、且同一位置同一時(shí)間進(jìn)行視頻交互的極端情境下，在5G 天線的主射方向上，50m 范圍內(nèi)可能存在超出標(biāo)準(zhǔn)限值的情況。

4 建站思路與建議

為營(yíng)造5G 基站周圍良好的電磁環(huán)境，提出如下基站建站思路與建議：

人員活動(dòng)密集區(qū)域，建議宏站和微站結(jié)合，契合5G 密集組網(wǎng)高容量需求的同時(shí)，滿足5G 基站周圍電磁環(huán)境管理要求；

規(guī)范選用符合HJ1151 參數(shù)要求的射頻選頻場(chǎng)強(qiáng)儀開(kāi)展5G基站及與其共址基站的電磁環(huán)境測(cè)量；

5G 基站周圍環(huán)境的不同點(diǎn)位的測(cè)量結(jié)果可能有較大差異，當(dāng)5G 基站附近存在公眾可能長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)在環(huán)境保護(hù)目標(biāo)與5G 天線之間的傳輸通道上布點(diǎn)檢測(cè)；

應(yīng)結(jié)合基站所處環(huán)境，盡量獲取視頻交互等應(yīng)用場(chǎng)景下的電磁環(huán)境功率密度測(cè)量數(shù)值；當(dāng)公眾可達(dá)區(qū)域存在不達(dá)標(biāo)情況時(shí)，與調(diào)整方位角、降低發(fā)射功率等相比，可優(yōu)先調(diào)整天線傾角以確保測(cè)點(diǎn)電磁環(huán)境功率密度達(dá)標(biāo)；

5G 基站選站時(shí)，應(yīng)盡量避免天線50m 范圍內(nèi)有人員密集活動(dòng)區(qū)域，防止公眾到達(dá)上述區(qū)域受到不必要的電磁環(huán)境影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著5G 用戶規(guī)模的不斷擴(kuò)大，5G 基站的布局一定程度上對(duì)維護(hù)良好的電磁環(huán)境帶來(lái)挑戰(zhàn)，通信運(yùn)營(yíng)商在推動(dòng)移動(dòng)通信發(fā)展、加快網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的同時(shí)，須嚴(yán)格落實(shí)《通信基站環(huán)境保護(hù)工作備忘錄》各項(xiàng)要求，將環(huán)境保護(hù)管理納入企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理全過(guò)程，科學(xué)提升基站周圍電磁環(huán)境安全水平，強(qiáng)化移動(dòng)通信電磁防護(hù)科普宣傳，保障公眾環(huán)境權(quán)益的實(shí)現(xiàn)。