劉潤杰，劉紅欣，申金媛

（鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院，河南鄭州 450001）

0 引言

為了保證通話的質(zhì)量，移動(dòng)通信的基站建設(shè)十分密集，通常在市區(qū)中隔200～300 m就有一個(gè)基站。公眾在享受現(xiàn)代通信方便的同時(shí)，也逐漸意識(shí)到密集的移動(dòng)通信基站產(chǎn)生的電磁輻射能量會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成威脅，因此，對(duì)電磁輻射場強(qiáng)強(qiáng)度的測量已成為業(yè)界關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，為了降低干擾和發(fā)射功率，采用了智能天線技術(shù)。在使用了智能天線技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)中，每個(gè)天線波束跟蹤一個(gè)用戶，當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)，波束的方向也隨著發(fā)生變化，因此，不存在一個(gè)固定的所謂“主瓣方向”，即電磁輻射的最大輻射方向［1］。在使用了智能天線的TD-SCDMA系統(tǒng)中，電磁輻射量最大的方向與用戶的瞬時(shí)分布是緊密相關(guān)的，這個(gè)特點(diǎn)就決定了智能天線電磁輻射的測量方法與傳統(tǒng)的天線有本質(zhì)的區(qū)別。為了保證新建基站對(duì)人的影響符合環(huán)境評(píng)價(jià)要求，要通過合適的布點(diǎn)方案對(duì)TD-SCDMA基站的輻射進(jìn)行準(zhǔn)確地測量。文獻(xiàn)［2］提出了一種布點(diǎn)方法，但是由于智能天線的工作方式與傳統(tǒng)天線的工作方式不一樣，因此，它所提出的方法不能夠準(zhǔn)確地反映TD-SCDMA基站附近電磁場強(qiáng)的分布情況，同時(shí)文獻(xiàn)［3］也沒有考慮通信量對(duì)場強(qiáng)強(qiáng)度的影響。

為了解決上述問題，本文通過智能天線與電磁環(huán)境測試方法的研究，提出了一種新的布點(diǎn)方案和測量方法，并通過對(duì)測量結(jié)果的分析，可以得知，TD-SCDMA基站附近的電磁輻射的輻射場強(qiáng)強(qiáng)度和場強(qiáng)的分布情況，對(duì)指導(dǎo)TD-SCDMA基站的電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)，為管理部門提供理論與科學(xué)依據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)的意義。

1 智能天線

智能天線的基本思想是在基站采用陣列天線自適應(yīng)的形成多個(gè)波束，分別跟蹤共享同一個(gè)信道的用戶，并在接收時(shí)采用空域波束濾波抑制同信道干擾并將其分離;在下行發(fā)射時(shí)通過多波束形成使期望用戶接收的信號(hào)功率最大，而其他位置上非期望用戶所受到的干擾最小。TD-SCDMA基站的智能天線有2種工作模式:波束賦形模式和廣播模式。

2 電磁輻射評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)文獻(xiàn)［4］，為使公眾受到總照射劑量小于GB 8702—1988的規(guī)定值，單個(gè)項(xiàng)目的影響必須限制在GB 8702—1988限值的若干分之一。對(duì)于由環(huán)境保護(hù)部負(fù)責(zé)審批的大型項(xiàng)目可取GB 8702—1988中場強(qiáng)限值的1/2，或功率密度限值的1/2;其他項(xiàng)目則取場強(qiáng)限值的1/5，或功率密度限值的1/5作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。TD-SCDMA單個(gè)基站環(huán)境管理目標(biāo)值選取GB 87022—1988中相應(yīng)頻段功率密度的1/5作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即以0．08 W/m2或電場強(qiáng)度5．367 V/m作為公眾照射導(dǎo)出限值。

3 TD-SCDMA智能天線測量

輻射功率是電磁輻射環(huán)境監(jiān)測范圍所要考慮的主要因素。根據(jù)文獻(xiàn)［5］中規(guī)定，監(jiān)測點(diǎn)一般布設(shè)在以發(fā)射天線為中心半徑為50 m的范圍內(nèi)可能受到輻射的保護(hù)對(duì)象的位置。具體點(diǎn)位優(yōu)先布設(shè)在公眾可以到達(dá)的距離天線最近處，也可根據(jù)不同目的選擇監(jiān)測點(diǎn)位。

3．1 測量布點(diǎn)方案

移動(dòng)通信基站的天線輻射具有水平和垂直2種方向特性［6］。全向天線對(duì)周圍環(huán)境的輻射是均勻的;定向天線水平輻射雖然有強(qiáng)度最大的主軸效應(yīng)，但當(dāng)3塊夾角為120°的智能天線同時(shí)工作時(shí)，信號(hào)就可以比較均勻地覆蓋天線周圍的用戶。智能天線輻射的能量主要集中在半功率角范圍以內(nèi)，故在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，主要考慮在天線輻射半功率角以內(nèi)的電磁輻射環(huán)境影響程度，因此，主瓣方向?yàn)椴键c(diǎn)的重點(diǎn)。

在實(shí)際測量時(shí)，要根據(jù)TD-SCDMA基站智能天線的安裝方向和下傾角確定測量點(diǎn)的分布。根據(jù)上述確定的該布點(diǎn)方案為:布點(diǎn)的中心點(diǎn)為經(jīng)實(shí)地考察計(jì)算得出智能天線下傾角方向的距基站水平距離最近的點(diǎn)，保證該點(diǎn)沒有建筑物或樹木遮擋，反射或折射值達(dá)到最小。中心點(diǎn)確定之后，以中心點(diǎn)和天線作為一條直線，該直線作為主瓣方向。布點(diǎn)的主旨為，主瓣上的測量點(diǎn)分布多，而旁瓣或者副瓣上的測量點(diǎn)少。

3．2 測量點(diǎn)的位置

1）根據(jù)文獻(xiàn)［4］中規(guī)定，按間隔45°的8個(gè)方位為測量線;又由文獻(xiàn)［7］可知，TD-SCDMA系統(tǒng)使用的天線垂直方向半功率角為（7±1）°，水平方向半功率角為（65±6）°。所以，在扇形區(qū)中，每隔30°布一個(gè)點(diǎn)，在一個(gè)扇形區(qū)中的一條弧線上布5個(gè)點(diǎn)。

2）根據(jù)文獻(xiàn)［5］中規(guī)定，監(jiān)測點(diǎn)一般布設(shè)在以發(fā)射天線為中心半徑50 m的范圍內(nèi)，因此，在測量的主瓣方向上從10 m處開始等間隔的布設(shè)5個(gè)點(diǎn)。如圖1所示。

圖1 布點(diǎn)方案圖Fig 1 Layout scheme chart

3．3 測量方法

根據(jù)圖1所示的布點(diǎn)圖對(duì)TD—基站布點(diǎn)完成后，就可以選擇合適的測量方案進(jìn)行測量。實(shí)際測量方案如下:

1）單個(gè)用戶與TD-SCDMA基站進(jìn)行通信，分別測量各個(gè)測量點(diǎn)的電場強(qiáng)度。

2）2 個(gè)用戶同時(shí)與TD-SCDMA基站進(jìn)行通信且這2個(gè)用戶在同一方向上，分別測量各個(gè)測量點(diǎn)的電場強(qiáng)度。

3）2 個(gè)用戶同時(shí)與TD-SCDMA基站進(jìn)行通信且這2個(gè)用戶不在同一方向上，分別測量各個(gè)測量點(diǎn)的電場強(qiáng)度。

4）多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)與TD-SCDMA基站進(jìn)行通信且這些用戶分布不規(guī)律，分別測量各個(gè)測量點(diǎn)的電場強(qiáng)度。實(shí)際測量中，由于測量的布點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)小于基站的通信容量，所以，第4種測量方案實(shí)施的意義不大，只完成前3種方案的測量。

3．4 測量結(jié)果

3種測量方案的測量結(jié)果見圖2～圖4，其主瓣方向電場強(qiáng)度值見圖5。

圖2 方案1結(jié)果Fig 2 Results of scheme 1

圖3 方案2結(jié)果Fig 3 Results of scheme 2

從圖2，圖3和圖4中可以看出:測量值都符合環(huán)境評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，且天線的能量主要集中在主瓣方向內(nèi)，電磁場強(qiáng)輻射的強(qiáng)度隨著水平距離的增加而衰減，在近距離處衰減速度快，隨著距離的進(jìn)一步增加，衰減速度變得越來越緩慢。

圖4 方案3結(jié)果Fig 4 Results of scheme 3

圖5 三種測量方案下主瓣方向電場強(qiáng)度值Fig 5 Field strength values of main lobe direction of three measurement solutions

從圖5中可以看出:當(dāng)用戶增加時(shí)，由于電場強(qiáng)度的疊加，各點(diǎn)的電場強(qiáng)度值會(huì)增大，且用戶在同一方向時(shí)比不在同一方向時(shí)對(duì)電場強(qiáng)度的影響大。

4 結(jié)束語

本文在基于環(huán)境評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，根據(jù)智能天線的工作原理與特性，提出了一種新的布點(diǎn)方案和測量方法，測量結(jié)果能準(zhǔn)確地反映出TD-SCDMA基站附近電磁場強(qiáng)的分布，對(duì)指導(dǎo)TD-SCDMA基站的電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)，為管理部門提供理論與科學(xué)依據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)的意義。

［1］ 馬文華．TD-SCDMA基站電磁輻射監(jiān)測與測試研究［J］．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2008（10）:75－78．

［2］ 陳園園．TD-SCDMA基站電磁輻射測量和預(yù)測方法研究［D］．鄭州:鄭州大學(xué)，2012．

［3］ 馬華興．TD-SCDMA智能天線電磁輻射計(jì)算方法分析［J］．工程與設(shè)計(jì)，2009（1）:24－26．

［4］ 張海鷗，潘 超，夏遠(yuǎn)芬．移動(dòng)通信基站電磁輻射時(shí)空分布及衰減特征［J］．電力環(huán)境保護(hù)，2009（8）:55－57．

［5］ 李 軍．TD-SCDMA基站電磁輻射環(huán)境影響分析［D］．天津:天津大學(xué)，2009．

［6］ 國家環(huán)境保護(hù)總局．移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法［EB/OL］．［2007—07—31］．http:∥www．zhb．gov．cn/gkml/zj/wj/200910/t20091022_172470．htm．

［7］ HJ/T 10．3—1996輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則—電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996．