福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站 陳代文

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廈門(mén)地區(qū)移動(dòng)通信基站的電磁輻射環(huán)境影響分析

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站 陳代文

該文選取廈門(mén)地區(qū)468個(gè)移動(dòng)通信基站為研究對(duì)象，對(duì)其周?chē)姶泡椛渌酵ㄟ^(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分析其對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。結(jié)果表明，廈門(mén)地區(qū)移動(dòng)通信基站產(chǎn)生的電磁輻射水平總體上控制較好，均低于國(guó)家規(guī)定的管理限值，對(duì)周?chē)h(huán)境及公眾的影響不明顯。

移動(dòng)通信基站 電磁輻射 環(huán)境影響 廈門(mén)地區(qū)

近年，移動(dòng)通信隨著技術(shù)的日新月異，不斷拉近與公眾的距離，并快速融入公眾的日常生活。運(yùn)營(yíng)商為了滿足公眾通信需求，不斷建設(shè)新的移動(dòng)通信基站。然而，移動(dòng)通信給公眾生活帶來(lái)便捷的同時(shí)，公眾也對(duì)其產(chǎn)生的電磁輻射表示擔(dān)憂。特別是，近年被評(píng)為“中國(guó)旅游·宜居城市”之一的廈門(mén)［1］，在不斷發(fā)展移動(dòng)通信基站建設(shè)的同時(shí)，居民投訴要求拆除基站的案例也時(shí)有發(fā)生。受相關(guān)部門(mén)委托，筆者曾多次參與該地區(qū)移動(dòng)通信基站投訴案例的處理。為了更好地監(jiān)督與管理移動(dòng)通信基站，保障環(huán)境安全和公眾健康，消除公眾對(duì)電磁輻射的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，有必要對(duì)移動(dòng)通信基站電磁輻射水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。本文選取廈門(mén)地區(qū)范圍內(nèi)468個(gè)移動(dòng)通信基站，對(duì)其周?chē)姶泡椛渌讲捎美碚撚?jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)移動(dòng)通信基站周邊環(huán)境的電磁輻射水平進(jìn)行分析和研究。

1　移動(dòng)通信基站概述

1.1移動(dòng)通信基站的設(shè)備組成及電磁輻射污染因素

移動(dòng)通信基站由機(jī)房、饋線及天線組成?；緳C(jī)房（室內(nèi)部分）的主要設(shè)備有基站控制器、收發(fā)信機(jī)、功率放大器、合路器、耦合器、雙工饋線等信號(hào)收發(fā)設(shè)備，以及電源柜、接地系統(tǒng)、空調(diào)器、備用電池組等輔助設(shè)備［2］。這些室內(nèi)設(shè)備在設(shè)計(jì)制造時(shí)，都已采取了屏蔽措施，一般不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生電磁輻射污染。室外部分由饋線及收發(fā)天線組成，基站運(yùn)行時(shí)，發(fā)射天線向周?chē)l(fā)射電磁波，使周?chē)h(huán)境電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)增高從而產(chǎn)生電磁輻射污染［3］。

1.2移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)組成

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，目前我國(guó)有三個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（2G）、TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（3G）及TD-LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（4G）。GSM（Global System for Mobile Communications）系統(tǒng)執(zhí)行的是 TDMA（Time Division

Multiple Access，時(shí)分多址）標(biāo)準(zhǔn)，采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)來(lái)提供無(wú)線數(shù)字服務(wù)［3］。TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多址技術(shù)，以下簡(jiǎn)稱TD）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是參照了TDD（Time Division Duplexing，時(shí)分雙工）在不成對(duì)的頻帶上時(shí)域模式設(shè)計(jì)的，而TDD模式是在無(wú)線信道時(shí)域里周期地重復(fù)TDMA幀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。TD-LTE（Time Division Long Term Evolution，分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)，以下簡(jiǎn)稱LTE）是由3GPP組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)［4］。

2　移動(dòng)通信基站電磁輻射執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

電磁輻射通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)以及累計(jì)效應(yīng)對(duì)人體產(chǎn)生危害［5］。根據(jù)《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)》［6］（HJ/T10.3—1996），公眾總的受照射劑量包括各種電磁輻射對(duì)其影響的總和。移動(dòng)通信基站公眾受到總照射劑量，通常取《電磁環(huán)境控制限值》［7］（GB8702—2014）中的功率密度限值（0.4W/m2）的1/5作為環(huán)境管理目標(biāo)值，即0.08W/m2。

3　移動(dòng)通信基站電磁輻射理論計(jì)算

3.1計(jì)算模式

根據(jù)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則 電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》［8］（HJ/T10.2—1996），移動(dòng)通信基站天線遠(yuǎn)場(chǎng)主瓣軸向功率密度S（W/m2）的計(jì)算公式為：

式中，P為天線的發(fā)射功率（W），G為天線增益（dBi），r為預(yù)測(cè)點(diǎn)至發(fā)射天線中心點(diǎn)的距離（m）。

3.2 計(jì)算參數(shù)

結(jié)合廈門(mén)地區(qū)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)單位提供的工程資料以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，本文基站天線的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。理論計(jì)算模式中，天線位置以天線中心點(diǎn)為代表，而實(shí)際應(yīng)用一般以天線底部為代表，二者高度相差天線長(zhǎng)度的一半。對(duì)于GSM、TD與 LTE共址的情況，還需要考慮它們二者或者三者間輻射場(chǎng)的疊加問(wèn)題，以及疊加的功率密度值不應(yīng)超過(guò)0.08W/m2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)共址的天線架設(shè)高度、在水平面的位置、輻射主瓣方向一致時(shí)，疊加的輻射場(chǎng)最強(qiáng)。

表1　GSM、TD以及LTE基站天線的計(jì)算參數(shù)

3.3計(jì)算結(jié)果分析

本文僅對(duì)天線正前方的方位進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，根據(jù)公式（1）及表1參數(shù)，計(jì)算出天線正前方垂直面功率密度空間分布。當(dāng)功率密度達(dá)到環(huán)境管理目標(biāo)值（0.08W/m2）時(shí)，各單網(wǎng)或共址類型基站天線正前方的水平距離和垂直距離見(jiàn)表2。

表2　各單網(wǎng)或共址類型基站天線正前方的水平和垂直距離

如表2所示，通過(guò)上述理論計(jì)算，對(duì)于單網(wǎng)架設(shè)的移動(dòng)通信基站，分別在距離GSM、TD和LTE天線主瓣軸向25m、12.5m 和 17.2m處，或者分別低于天線底部4m、1.5m和2.1m處時(shí)，電磁輻射功率密度值已衰減到單個(gè)移動(dòng)通信基站產(chǎn)生對(duì)環(huán)境電磁輻射場(chǎng)的貢獻(xiàn)0.08W/m2。對(duì)于GSM/TD、GSM/LTE、以及TD/LTE二者共址架設(shè)的移動(dòng)通信基站，天線架設(shè)高度、在水平面的位置以及輻射軸向主瓣方向一致時(shí)，疊加的輻射場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)，分別在距離主瓣軸方向27.8m、30.3m 和21.2m，或者分別低于天線底部4.3m、4.6m和2.8m處時(shí)，電磁輻射功率密度值衰減到單個(gè)移動(dòng)通信基站產(chǎn)生對(duì)環(huán)境電磁輻射場(chǎng)的貢獻(xiàn)0.08W/m2。而對(duì)于GSM/TD/LTE三者共址架設(shè)的移動(dòng)通信基站，同樣天線架設(shè)高度、在水平面的位置以及輻射軸向主瓣方向一致時(shí)，疊加的輻射場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)，故保守距離天線主瓣軸向32.6m處或者低于天線底部5m處時(shí)，電場(chǎng)功率密度值衰減到單個(gè)移動(dòng)通信基站產(chǎn)生對(duì)環(huán)境電磁輻射場(chǎng)的貢獻(xiàn)0.08W/m2。

4　廈門(mén)地區(qū)移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境的監(jiān)測(cè)

4.1監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》［9］，基站電磁輻射水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)在基站周?chē)炀€主瓣方向上，公眾可達(dá)的不利區(qū)域包括地面、室內(nèi)以及屋面環(huán)境等。本研究在廈門(mén)地區(qū)選取了7個(gè)GSM單網(wǎng)、4個(gè)TD單網(wǎng)、18個(gè)GSM/TD共址、11個(gè)GSM/LTE共址、27個(gè)TD/LTE共址，以及401個(gè)GSM/TD/LTE共址的移動(dòng)通信基站共468個(gè)，共布設(shè)了3178個(gè)點(diǎn)位來(lái)進(jìn)行電磁輻射強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)，平均每個(gè)基站約布設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

4.2監(jiān)測(cè)規(guī)范

移動(dòng)通信基站的監(jiān)測(cè)參照《移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》進(jìn)行，監(jiān)測(cè)結(jié)果參照《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》［10］（GB8702—88）。監(jiān)測(cè)儀器均為計(jì)量部門(mén)檢定與校準(zhǔn)過(guò)，相關(guān)參數(shù)如表3所示。監(jiān)測(cè)時(shí)間選取1天中話務(wù)量較大的日常工作時(shí)間段8：00—18：00，天氣條件為無(wú)雨雪、無(wú)霧、無(wú)冰雹。

表3　輻射測(cè)量?jī)x的基本參數(shù)

4.3電磁輻射監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.3.1不同測(cè)值范圍內(nèi)的對(duì)比分析

由表4可知，在所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，GSM單網(wǎng)基站功率密度測(cè)值平均值和最大值分別為0.0137W/m2和0.0704W/m2，TD單網(wǎng)基站功率密度測(cè)值最低，其平均值和最大值分別為0.0102W/m2和0.0636W/m2，GSM與TD共址基站功率密度測(cè)值平均值和最大值分別為0.0114W/m2和0.0381W/m2，GSM與LTE共址基站功率密度測(cè)值平均值和最大值分別為0.0062 W/m2和0.0444W/m2，TD與LTE共址基站功率密度測(cè)值平均值和最大值分別為0.0080W/m2和0.0714W/m2，GSM、TD與LTE共址基站功率密度測(cè)值平均值和最大值分別為0.0097 W/m2和0.0767W/m2。測(cè)值小于0.01W/m2的測(cè)點(diǎn)數(shù)，在GSM單網(wǎng)基站測(cè)點(diǎn)中占76.0%，在TD單網(wǎng)基站測(cè)點(diǎn)中占70.9%，在GSM/TD共址基站測(cè)點(diǎn)中占67.8%，在GSM/LTE共址基站測(cè)點(diǎn)中占84.5%，在TD/LTE共址基站測(cè)點(diǎn)中占81.1%，在GSM/TD/LTE共址基站測(cè)點(diǎn)中占71.7%。由此可見(jiàn)，本次所測(cè)移動(dòng)通信基站的功率密度監(jiān)測(cè)值均可以滿足單個(gè)項(xiàng)目管理目標(biāo)限值0.08W/m2的標(biāo)準(zhǔn)要求，項(xiàng)目對(duì)周?chē)h(huán)境的影響可以控制在國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)?？梢?jiàn)，本項(xiàng)目基站對(duì)周邊環(huán)境的電磁輻射影響較小，周邊電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)值大多集中在0.01W/m2以下。

表4　不同測(cè)值范圍內(nèi)測(cè)點(diǎn)數(shù)量、測(cè)點(diǎn)數(shù)的百分比、平均值及最大值統(tǒng)計(jì)

4.3.2不同環(huán)境類型下的對(duì)比分析

本研究將本次測(cè)點(diǎn)所處環(huán)境分為“屋面環(huán)境”“室內(nèi)環(huán)境”和“地面環(huán)境”三大類，其中“室內(nèi)環(huán)境”包括走廊、陽(yáng)臺(tái)、房間窗戶、樓梯轉(zhuǎn)角窗戶和與窗口有一定距離的室內(nèi)等。由表5可知，移動(dòng)通信基站周?chē)菝姝h(huán)境的電磁輻射水平相對(duì)較高，其測(cè)點(diǎn)功率密度平均值及最大值分別為 0.0159W/m2和0.0767W/m2，有11.2%的屋面測(cè)點(diǎn)功率密度值大于0.04W/m2。室內(nèi)、地面環(huán)境的電磁輻射水平較低，測(cè)點(diǎn)功率密度均值分別為0.0070W/m2和0.0027W/m2，最大值分別為0.0698W/m2和0.0636 W/m2。僅有4.2%的室內(nèi)測(cè)點(diǎn)和0.8%的地面環(huán)境測(cè)點(diǎn)功率密度值大于0.04W/m2。從功率密度平均值、最大值、各功率密度統(tǒng)計(jì)區(qū)間的測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比等方面比較，各類環(huán)境的電磁輻射水平高低排序?yàn)椋何菝妫臼覂?nèi)＞地面。人員活動(dòng)較多、環(huán)境較為敏感的室內(nèi)及地面環(huán)境的輻射水平較低，人員活動(dòng)較少、環(huán)境較不敏感的屋面環(huán)境的輻射水平較高。

表5　不同環(huán)境條件下測(cè)點(diǎn)數(shù)量、測(cè)點(diǎn)數(shù)百分比、平均值及最大值統(tǒng)計(jì)

4.3.3環(huán)境輻射水平與水平、垂直距離的關(guān)系

圖1　水平距離區(qū)間的功率密度平均值與水平距離的關(guān)系

圖2　垂直距離區(qū)間的功率密度平均值與垂直距離的關(guān)系

為進(jìn)一步分析廈門(mén)地區(qū)移動(dòng)通信基站的環(huán)境輻射水平，本研究將測(cè)點(diǎn)與天線的水平距離分為5m寬度的區(qū)間，垂直距離分為3m寬度的區(qū)間，各區(qū)間以［5，10）、［3，6）形式表示，含義是“5m≤測(cè)點(diǎn)與天線水平距離＜10m”、“3m≤測(cè)點(diǎn)與天線垂直距離＜6m”。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各水平、垂直距離區(qū)間的功率密度平均值隨水平、垂直距離的變化趨勢(shì)分別見(jiàn)圖1和圖2。由圖1、圖2可見(jiàn)，功率密度測(cè)值的平均值總的趨勢(shì)隨著測(cè)點(diǎn)與天線水平距離、垂直距離的增加而減小，并且各個(gè)區(qū)間功率密度測(cè)值的平均值均低于單個(gè)項(xiàng)目管理目標(biāo)限值（0.08W/m2）。而個(gè)別區(qū)間變化趨勢(shì)的上下波動(dòng)，主要是由于某些站點(diǎn)處存在其他輻射源的影響，或者某些距離區(qū)間內(nèi)有較多測(cè)點(diǎn)較接近垂直面主瓣軸向，這些測(cè)點(diǎn)測(cè)值比總體高許多，將平均值明顯拉高，而另外一些距離區(qū)間沒(méi)有或較少這種測(cè)點(diǎn)。另外，從圖1和圖2對(duì)比可知，功率密度均值隨垂直距離的衰減比水平距離的衰減更為迅速。

5　結(jié)論

本文選取廈門(mén)地區(qū)468個(gè)移動(dòng)通信基站為研究對(duì)象，對(duì)其周?chē)姶泡椛渌讲捎美碚撚?jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，廈門(mén)地區(qū)移動(dòng)通信基站產(chǎn)生的電磁輻射總體上控制較好，符合《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》中的公眾照射導(dǎo)出限制0.4W/m2的要求，單個(gè)基站運(yùn)行產(chǎn)生的電磁輻射未超過(guò)0.08W/m2的管理限值。因此，公眾沒(méi)有必要對(duì)移動(dòng)通信基站所產(chǎn)生的電磁輻射產(chǎn)生過(guò)分擔(dān)憂。但是，為了更好地對(duì)移動(dòng)通信基站進(jìn)行監(jiān)督與管理，保障環(huán)境安全和公眾健康，消除公眾對(duì)電磁輻射的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，促進(jìn)移動(dòng)通信事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)加強(qiáng)已建基站設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)、定期檢查定時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)公布數(shù)據(jù)，加大相關(guān)科普知識(shí)的宣傳。在新建基站規(guī)劃與選址中，應(yīng)充分考慮空間優(yōu)化布局，最大限度拉大與周?chē)姷木嚯x［11］。在保證通信正常情況下，盡可能減小發(fā)射功率和天線增益，并合理調(diào)整天線下傾角、架設(shè)高度以及朝向等，以確保基站電磁輻射的功率密度值低于國(guó)家規(guī)定的管理限值［12］。

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