4G基站的电磁辐射影响分析

李 燕， 李 敏， 徐 玮， 勾兴勇

(1.贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081;2.贵州铭诚生态监测有限公司， 贵阳 550002)

4G的标准有TD－LTE和FDD－LTE两种。TD－ LTE(Time Division Long Term Evolution，分时长期演进)是基于3GPP长期演进技术(LTE)的一种通讯技术与标准，属于LTE的一个分支[1]。该技术由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动、高通、ST－Ericsson等业者共同开发。FDD(频分双工)是该LTE技术的双工模式之一，应用FDD(频分双工)式的LTE即为FDD－LTE。由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个 厂家的利益等因素，FDD－LTE的标准化与产业发展都领先于TDD－LTE。FDD－LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的、终端种类最丰富的一种4G标准。2013年12月4日，工信部正式向中国移动、中国电信、中国联通发放了TD－LTE牌照，标志着中国正式进入了4G时代。

1 TD－LTE技术特征

TD－LTE是TDD版本的LTE技术。基于TDD的双工技术、基于OFDM的多址接入技术、基于MIMO/SA的多天线技术是TD－LTE标准的三个关键技术[2]。

1.1 基于TDD的双工技术

第三代移动通信系统的频段是在2GHz范围，但分配给公共陆地移动通信系统使用的频谱为155 MHz，仅为整个2GHz频段的7%。TDD模式能利用非对称频段，具有更高的频谱利用率。提供同样速率的业务时TDD模式占用的带宽较FDD模式少。

1.2 基于OFDM的多址接入技术

基于OFDM的多址接入技术有两个关键点，一是OFDM技术和MIMO技术如何结合，使移动通信系统性能进一步提升，二是PFDM技术在蜂窝移动通信组网的条件下，如何克服同频组网带来的问题。

1.3 基于MIMO/SA的多天线技术

MIMO技术优势就在于它将信道视为若干并行的子信道，在不需要额外带宽的情况下实现近距离的频谱资源重复利用，理论上可以极大的扩展频带利用率，提高无线传输速率，同时还增强了通信系统的抗干扰、抗衰落性能，可以同时获得编码增益和分集增益。

2 电磁辐射标准

根据GB 8702—1988《电磁辐射防护规定》中相关规定:在30～3 000 MHz频率范围内，对公众的电磁辐射防护标准为电磁辐射源在接受点产生的功率密度小于 0.4 W/m2(40μW/cm2)[3]。公众总受照射剂量包括各种电磁辐射对其影响的总和，既包括拟建设施可能或已经造成的影响，也包括已有背景电磁辐射的影响。总的受照射剂量限值均应不超过国家标准。根据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和标准》，对单个项目的影响必须限制在GB 8702—1988限值的若干分之一[4]。单个基站环境管理目标值选取GB 8702—1988《电磁辐射防护规定》中相应频段功率密度限值的 1/5，即 0.08 W/m2(8μW/cm2)。

3 TD－LTE基站电磁辐射影响理论计算

3.1 计算模式

一般情况下，电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场(感应场)和近区场(辐射场)[5]。射频电磁场近场的分布十分复杂，一般以实际测量为准。而评价关注的环境保护目标大多在基站天线的3.5 m以外，属于远场区，其远场轴向功率密度(Pd)采用由 HJ/T 10.2—1996《辐射环境保护管理导则—电磁辐射监测仪器和方法》规定的公式计算[6]:

式中:P—天线辐射功率，W;

G—天线增益，倍数;

r—测量位置与天线距离，m。

3.2 计算参数

本次选取位于铜仁市碧江区的10个已运行的TD－LTE基站进行电磁辐射影响理论计算。该10个基站的计算参数见表1。

表1 铜仁市碧江区10个已运行的TD－LTE基站电磁辐射影响理论计算参数

3.3 预测结论

本次选取的位于铜仁市碧江区的10个已运行TD－LTE基站电磁辐射影响理论计算结果见表2。

4 TD－LTE基站电磁辐射实际监测结果

本次选取的位于铜仁市碧江区的10个TDLTE基站在正常运行情况下，监测结果见表3。

5 结论

根据对铜仁市碧江区的10个TD－LTE基站电磁辐射的理论计算和实测结果，基站天线轴向功率密度值是随着距离天线距离的增加而快速衰减。根据理论计算结果，基站在天线轴向16 m以外区域的功率密度可以满足0.08 W/m2(8μ W/cm2)环境管理目标值。根据实测结果，基站在正常运行状态下，天线主射方向实测结果均未超过0.08 W/m2，说明基站的实际电磁辐射影响小于理论计算结果，这是由于在实际监测中，由于监测布点受环境空间条件的限制，很少能达到天线的最大辐射方向设施监测，所以实际监测结果比理论计算预测值小得多。

表2 铜仁市碧江区10个已运行的TD－LTE基站电磁辐射影响理论计算结果单位:距离m 功率密度μW/cm2

表3 铜仁市碧江区10个TD－LTE基站正常运行时电磁辐射影响实测结果

续表3

续表3

[1]曹达仲，侯春萍，由磊，等.移动通信原理、系统及技术[M].北京:清华大学出版社，2011.

[2]TD－LTE的三大技术特点[J].西安邮电学院学报，2010，5:144.

[3]国家环境保护总局.电磁辐射防护规定(GB8702－88)[S].1988.

[4]国家环境保护总局.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(HJ/T10.3－1996)[S].1996.

[5]周建明，高攸纲，徐小超，等.通信电磁辐射及其防护[M].北京:人民邮电出版社，2010.

[6]国家环境保护总局.电磁辐射监测仪器和方法(HJ/T－10.2 －1996)[S].1996.