TD－SCDMA智能天线电磁环境测试方法研究*

刘润杰，刘红欣，申金媛

（郑州大学信息工程学院，河南郑州 450001）

0 引言

为了保证通话的质量，移动通信的基站建设十分密集，通常在市区中隔200～300 m就有一个基站。公众在享受现代通信方便的同时，也逐渐意识到密集的移动通信基站产生的电磁辐射能量会对人体健康构成威胁，因此，对电磁辐射场强强度的测量已成为业界关注的一个重点。

在TD-SCDMA系统中，为了降低干扰和发射功率，采用了智能天线技术。在使用了智能天线技术的TD-SCDMA系统中，每个天线波束跟踪一个用户，当用户移动时，波束的方向也随着发生变化，因此，不存在一个固定的所谓“主瓣方向”，即电磁辐射的最大辐射方向［1］。在使用了智能天线的TD-SCDMA系统中，电磁辐射量最大的方向与用户的瞬时分布是紧密相关的，这个特点就决定了智能天线电磁辐射的测量方法与传统的天线有本质的区别。为了保证新建基站对人的影响符合环境评价要求，要通过合适的布点方案对TD-SCDMA基站的辐射进行准确地测量。文献［2］提出了一种布点方法，但是由于智能天线的工作方式与传统天线的工作方式不一样，因此，它所提出的方法不能够准确地反映TD-SCDMA基站附近电磁场强的分布情况，同时文献［3］也没有考虑通信量对场强强度的影响。

为了解决上述问题，本文通过智能天线与电磁环境测试方法的研究，提出了一种新的布点方案和测量方法，并通过对测量结果的分析，可以得知，TD-SCDMA基站附近的电磁辐射的辐射场强强度和场强的分布情况，对指导TD-SCDMA基站的电磁辐射环境影响评价，为管理部门提供理论与科学依据，具有现实的意义。

1 智能天线

智能天线的基本思想是在基站采用阵列天线自适应的形成多个波束，分别跟踪共享同一个信道的用户，并在接收时采用空域波束滤波抑制同信道干扰并将其分离;在下行发射时通过多波束形成使期望用户接收的信号功率最大，而其他位置上非期望用户所受到的干扰最小。TD-SCDMA基站的智能天线有2种工作模式:波束赋形模式和广播模式。

2 电磁辐射评价标准

根据文献［4］，为使公众受到总照射剂量小于GB 8702—1988的规定值，单个项目的影响必须限制在GB 8702—1988限值的若干分之一。对于由环境保护部负责审批的大型项目可取GB 8702—1988中场强限值的1/2，或功率密度限值的1/2;其他项目则取场强限值的1/5，或功率密度限值的1/5作为评价标准。TD-SCDMA单个基站环境管理目标值选取GB 87022—1988中相应频段功率密度的1/5作为评价标准，即以0．08 W/m2或电场强度5．367 V/m作为公众照射导出限值。

3 TD-SCDMA智能天线测量

辐射功率是电磁辐射环境监测范围所要考虑的主要因素。根据文献［5］中规定，监测点一般布设在以发射天线为中心半径为50 m的范围内可能受到辐射的保护对象的位置。具体点位优先布设在公众可以到达的距离天线最近处，也可根据不同目的选择监测点位。

3．1 测量布点方案

移动通信基站的天线辐射具有水平和垂直2种方向特性［6］。全向天线对周围环境的辐射是均匀的;定向天线水平辐射虽然有强度最大的主轴效应，但当3块夹角为120°的智能天线同时工作时，信号就可以比较均匀地覆盖天线周围的用户。智能天线辐射的能量主要集中在半功率角范围以内，故在环境影响评价中，主要考虑在天线辐射半功率角以内的电磁辐射环境影响程度，因此，主瓣方向为布点的重点。

在实际测量时，要根据TD-SCDMA基站智能天线的安装方向和下倾角确定测量点的分布。根据上述确定的该布点方案为:布点的中心点为经实地考察计算得出智能天线下倾角方向的距基站水平距离最近的点，保证该点没有建筑物或树木遮挡，反射或折射值达到最小。中心点确定之后，以中心点和天线作为一条直线，该直线作为主瓣方向。布点的主旨为，主瓣上的测量点分布多，而旁瓣或者副瓣上的测量点少。

3．2 测量点的位置

1）根据文献［4］中规定，按间隔45°的8个方位为测量线;又由文献［7］可知，TD-SCDMA系统使用的天线垂直方向半功率角为（7±1）°，水平方向半功率角为（65±6）°。所以，在扇形区中，每隔30°布一个点，在一个扇形区中的一条弧线上布5个点。

2）根据文献［5］中规定，监测点一般布设在以发射天线为中心半径50 m的范围内，因此，在测量的主瓣方向上从10 m处开始等间隔的布设5个点。如图1所示。

图1 布点方案图Fig 1 Layout scheme chart

3．3 测量方法

根据图1所示的布点图对TD—基站布点完成后，就可以选择合适的测量方案进行测量。实际测量方案如下:

1）单个用户与TD-SCDMA基站进行通信，分别测量各个测量点的电场强度。

2）2 个用户同时与TD-SCDMA基站进行通信且这2个用户在同一方向上，分别测量各个测量点的电场强度。

3）2 个用户同时与TD-SCDMA基站进行通信且这2个用户不在同一方向上，分别测量各个测量点的电场强度。

4）多个节点同时与TD-SCDMA基站进行通信且这些用户分布不规律，分别测量各个测量点的电场强度。实际测量中，由于测量的布点数远小于基站的通信容量，所以，第4种测量方案实施的意义不大，只完成前3种方案的测量。

3．4 测量结果

3种测量方案的测量结果见图2～图4，其主瓣方向电场强度值见图5。

图2 方案1结果Fig 2 Results of scheme 1

图3 方案2结果Fig 3 Results of scheme 2

从图2，图3和图4中可以看出:测量值都符合环境评价准则，且天线的能量主要集中在主瓣方向内，电磁场强辐射的强度随着水平距离的增加而衰减，在近距离处衰减速度快，随着距离的进一步增加，衰减速度变得越来越缓慢。

图4 方案3结果Fig 4 Results of scheme 3

图5 三种测量方案下主瓣方向电场强度值Fig 5 Field strength values of main lobe direction of three measurement solutions

从图5中可以看出:当用户增加时，由于电场强度的叠加，各点的电场强度值会增大，且用户在同一方向时比不在同一方向时对电场强度的影响大。

4 结束语

本文在基于环境评价准则的基础上，根据智能天线的工作原理与特性，提出了一种新的布点方案和测量方法，测量结果能准确地反映出TD-SCDMA基站附近电磁场强的分布，对指导TD-SCDMA基站的电磁辐射环境影响评价，为管理部门提供理论与科学依据，具有现实的意义。

［1］ 马文华．TD-SCDMA基站电磁辐射监测与测试研究［J］．电信工程技术与标准化，2008（10）:75－78．

［2］ 陈园园．TD-SCDMA基站电磁辐射测量和预测方法研究［D］．郑州:郑州大学，2012．

［3］ 马华兴．TD-SCDMA智能天线电磁辐射计算方法分析［J］．工程与设计，2009（1）:24－26．

［4］ 张海鸥，潘 超，夏远芬．移动通信基站电磁辐射时空分布及衰减特征［J］．电力环境保护，2009（8）:55－57．

［5］ 李 军．TD-SCDMA基站电磁辐射环境影响分析［D］．天津:天津大学，2009．

［6］ 国家环境保护总局．移动通信基站电磁辐射环境监测方法［EB/OL］．［2007—07—31］．http:∥www．zhb．gov．cn/gkml/zj/wj/200910/t20091022_172470．htm．

［7］ HJ/T 10．3—1996辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法与标准［S］．北京:中国环境科学出版社，1996．