厦门地区移动通信基站的电磁辐射环境影响分析

福建省辐射环境监督站 陈代文



厦门地区移动通信基站的电磁辐射环境影响分析

福建省辐射环境监督站 陈代文

该文选取厦门地区468个移动通信基站为研究对象，对其周围电磁辐射水平通过理论计算和现场监测，分析其对周围环境的影响。结果表明，厦门地区移动通信基站产生的电磁辐射水平总体上控制较好，均低于国家规定的管理限值，对周围环境及公众的影响不明显。

移动通信基站 电磁辐射 环境影响 厦门地区

近年，移动通信随着技术的日新月异，不断拉近与公众的距离，并快速融入公众的日常生活。运营商为了满足公众通信需求，不断建设新的移动通信基站。然而，移动通信给公众生活带来便捷的同时，公众也对其产生的电磁辐射表示担忧。特别是，近年被评为“中国旅游·宜居城市”之一的厦门［1］，在不断发展移动通信基站建设的同时，居民投诉要求拆除基站的案例也时有发生。受相关部门委托，笔者曾多次参与该地区移动通信基站投诉案例的处理。为了更好地监督与管理移动通信基站，保障环境安全和公众健康，消除公众对电磁辐射的认识误区，有必要对移动通信基站电磁辐射水平进行监测和分析。本文选取厦门地区范围内468个移动通信基站，对其周围电磁辐射水平采用理论计算和现场监测，从而对移动通信基站周边环境的电磁辐射水平进行分析和研究。

1　移动通信基站概述

1.1移动通信基站的设备组成及电磁辐射污染因素

移动通信基站由机房、馈线及天线组成。基站机房（室内部分）的主要设备有基站控制器、收发信机、功率放大器、合路器、耦合器、双工馈线等信号收发设备，以及电源柜、接地系统、空调器、备用电池组等辅助设备［2］。这些室内设备在设计制造时，都已采取了屏蔽措施，一般不会对周围环境产生电磁辐射污染。室外部分由馈线及收发天线组成，基站运行时，发射天线向周围发射电磁波，使周围环境电磁辐射场强增高从而产生电磁辐射污染［3］。

1.2移动通信网络组成

随着移动通信技术的发展，目前我国有三个移动通信系统网络：GSM系统网络（2G）、TD-SCDMA系统网络（3G）及TD-LTE系统网络（4G）。GSM（Global System for Mobile Communications）系统执行的是 TDMA（Time Division

Multiple Access，时分多址）标准，采用时分多路复用技术来提供无线数字服务［3］。TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址技术，以下简称TD）系统网络是参照了TDD（Time Division Duplexing，时分双工）在不成对的频带上时域模式设计的，而TDD模式是在无线信道时域里周期地重复TDMA帧结构来实现。TD-LTE（Time Division Long Term Evolution，分时长期演进，以下简称LTE）是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准［4］。

2　移动通信基站电磁辐射执行标准

电磁辐射通过热效应、非热效应以及累计效应对人体产生危害［5］。根据《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》［6］（HJ/T10.3—1996），公众总的受照射剂量包括各种电磁辐射对其影响的总和。移动通信基站公众受到总照射剂量，通常取《电磁环境控制限值》［7］（GB8702—2014）中的功率密度限值（0.4W/m2）的1/5作为环境管理目标值，即0.08W/m2。

3　移动通信基站电磁辐射理论计算

3.1计算模式

根据《辐射环境保护管理导则 电磁辐射监测仪器和方法》［8］（HJ/T10.2—1996），移动通信基站天线远场主瓣轴向功率密度S（W/m2）的计算公式为：

式中，P为天线的发射功率（W），G为天线增益（dBi），r为预测点至发射天线中心点的距离（m）。

3.2 计算参数

结合厦门地区移动通信运营单位提供的工程资料以及现场调查，本文基站天线的计算参数见表1。理论计算模式中，天线位置以天线中心点为代表，而实际应用一般以天线底部为代表，二者高度相差天线长度的一半。对于GSM、TD与 LTE共址的情况，还需要考虑它们二者或者三者间辐射场的叠加问题，以及叠加的功率密度值不应超过0.08W/m2的评价标准。当共址的天线架设高度、在水平面的位置、辐射主瓣方向一致时，叠加的辐射场最强。

表1　GSM、TD以及LTE基站天线的计算参数

3.3计算结果分析

本文仅对天线正前方的方位进行预测计算，根据公式（1）及表1参数，计算出天线正前方垂直面功率密度空间分布。当功率密度达到环境管理目标值（0.08W/m2）时，各单网或共址类型基站天线正前方的水平距离和垂直距离见表2。

表2　各单网或共址类型基站天线正前方的水平和垂直距离

如表2所示，通过上述理论计算，对于单网架设的移动通信基站，分别在距离GSM、TD和LTE天线主瓣轴向25m、12.5m 和 17.2m处，或者分别低于天线底部4m、1.5m和2.1m处时，电磁辐射功率密度值已衰减到单个移动通信基站产生对环境电磁辐射场的贡献0.08W/m2。对于GSM/TD、GSM/LTE、以及TD/LTE二者共址架设的移动通信基站，天线架设高度、在水平面的位置以及辐射轴向主瓣方向一致时，叠加的辐射场强较强，分别在距离主瓣轴方向27.8m、30.3m 和21.2m，或者分别低于天线底部4.3m、4.6m和2.8m处时，电磁辐射功率密度值衰减到单个移动通信基站产生对环境电磁辐射场的贡献0.08W/m2。而对于GSM/TD/LTE三者共址架设的移动通信基站，同样天线架设高度、在水平面的位置以及辐射轴向主瓣方向一致时，叠加的辐射场强最强，故保守距离天线主瓣轴向32.6m处或者低于天线底部5m处时，电场功率密度值衰减到单个移动通信基站产生对环境电磁辐射场的贡献0.08W/m2。

4　厦门地区移动通信基站电磁辐射环境的监测

4.1监测方案

根据《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》［9］，基站电磁辐射水平监测点位布设在基站周围天线主瓣方向上，公众可达的不利区域包括地面、室内以及屋面环境等。本研究在厦门地区选取了7个GSM单网、4个TD单网、18个GSM/TD共址、11个GSM/LTE共址、27个TD/LTE共址，以及401个GSM/TD/LTE共址的移动通信基站共468个，共布设了3178个点位来进行电磁辐射强度的监测，平均每个基站约布设7个监测点位。

4.2监测规范

移动通信基站的监测参照《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》进行，监测结果参照《电磁辐射防护规定》［10］（GB8702—88）。监测仪器均为计量部门检定与校准过，相关参数如表3所示。监测时间选取1天中话务量较大的日常工作时间段8：00—18：00，天气条件为无雨雪、无雾、无冰雹。

表3　辐射测量仪的基本参数

4.3电磁辐射监测结果分析

4.3.1不同测值范围内的对比分析

由表4可知，在所有监测点中，GSM单网基站功率密度测值平均值和最大值分别为0.0137W/m2和0.0704W/m2，TD单网基站功率密度测值最低，其平均值和最大值分别为0.0102W/m2和0.0636W/m2，GSM与TD共址基站功率密度测值平均值和最大值分别为0.0114W/m2和0.0381W/m2，GSM与LTE共址基站功率密度测值平均值和最大值分别为0.0062 W/m2和0.0444W/m2，TD与LTE共址基站功率密度测值平均值和最大值分别为0.0080W/m2和0.0714W/m2，GSM、TD与LTE共址基站功率密度测值平均值和最大值分别为0.0097 W/m2和0.0767W/m2。测值小于0.01W/m2的测点数，在GSM单网基站测点中占76.0%，在TD单网基站测点中占70.9%，在GSM/TD共址基站测点中占67.8%，在GSM/LTE共址基站测点中占84.5%，在TD/LTE共址基站测点中占81.1%，在GSM/TD/LTE共址基站测点中占71.7%。由此可见，本次所测移动通信基站的功率密度监测值均可以满足单个项目管理目标限值0.08W/m2的标准要求，项目对周围环境的影响可以控制在国家的相关标准范围内。可见，本项目基站对周边环境的电磁辐射影响较小，周边电磁环境监测值大多集中在0.01W/m2以下。

表4　不同测值范围内测点数量、测点数的百分比、平均值及最大值统计

4.3.2不同环境类型下的对比分析

本研究将本次测点所处环境分为“屋面环境”“室内环境”和“地面环境”三大类，其中“室内环境”包括走廊、阳台、房间窗户、楼梯转角窗户和与窗口有一定距离的室内等。由表5可知，移动通信基站周围屋面环境的电磁辐射水平相对较高，其测点功率密度平均值及最大值分别为 0.0159W/m2和0.0767W/m2，有11.2%的屋面测点功率密度值大于0.04W/m2。室内、地面环境的电磁辐射水平较低，测点功率密度均值分别为0.0070W/m2和0.0027W/m2，最大值分别为0.0698W/m2和0.0636 W/m2。仅有4.2%的室内测点和0.8%的地面环境测点功率密度值大于0.04W/m2。从功率密度平均值、最大值、各功率密度统计区间的测点数百分比等方面比较，各类环境的电磁辐射水平高低排序为：屋面＞室内＞地面。人员活动较多、环境较为敏感的室内及地面环境的辐射水平较低，人员活动较少、环境较不敏感的屋面环境的辐射水平较高。

表5　不同环境条件下测点数量、测点数百分比、平均值及最大值统计

4.3.3环境辐射水平与水平、垂直距离的关系

图1　水平距离区间的功率密度平均值与水平距离的关系

图2　垂直距离区间的功率密度平均值与垂直距离的关系

为进一步分析厦门地区移动通信基站的环境辐射水平，本研究将测点与天线的水平距离分为5m宽度的区间，垂直距离分为3m宽度的区间，各区间以［5，10）、［3，6）形式表示，含义是“5m≤测点与天线水平距离＜10m”、“3m≤测点与天线垂直距离＜6m”。经统计，各水平、垂直距离区间的功率密度平均值随水平、垂直距离的变化趋势分别见图1和图2。由图1、图2可见，功率密度测值的平均值总的趋势随着测点与天线水平距离、垂直距离的增加而减小，并且各个区间功率密度测值的平均值均低于单个项目管理目标限值（0.08W/m2）。而个别区间变化趋势的上下波动，主要是由于某些站点处存在其他辐射源的影响，或者某些距离区间内有较多测点较接近垂直面主瓣轴向，这些测点测值比总体高许多，将平均值明显拉高，而另外一些距离区间没有或较少这种测点。另外，从图1和图2对比可知，功率密度均值随垂直距离的衰减比水平距离的衰减更为迅速。

5　结论

本文选取厦门地区468个移动通信基站为研究对象，对其周围电磁辐射水平采用理论计算和现场监测。结果表明，厦门地区移动通信基站产生的电磁辐射总体上控制较好，符合《电磁辐射防护规定》中的公众照射导出限制0.4W/m2的要求，单个基站运行产生的电磁辐射未超过0.08W/m2的管理限值。因此，公众没有必要对移动通信基站所产生的电磁辐射产生过分担忧。但是，为了更好地对移动通信基站进行监督与管理，保障环境安全和公众健康，消除公众对电磁辐射的认识误区，促进移动通信事业的可持续发展，移动通信运营单位应加强已建基站设备的日常运行维护、定期检查定时监测，并及时公布数据，加大相关科普知识的宣传。在新建基站规划与选址中，应充分考虑空间优化布局，最大限度拉大与周围公众的距离［11］。在保证通信正常情况下，尽可能减小发射功率和天线增益，并合理调整天线下倾角、架设高度以及朝向等，以确保基站电磁辐射的功率密度值低于国家规定的管理限值［12］。

［1］ 中国社会科学院财经战略研究院. 中国城市竞争力报告［M］. 北京: 社会科学文献出版社， 2015.

［2］ 王荣锁，杨本，杨国陈. 移动通信基站的电磁环境影响分析与评价［J］. 中国辐射卫生， 2007，16（4）:459-461.

［3］ 宋铮，张建华，黄冶. 天线与电波传播［M］. 西安: 电子科技大学出版社，2011.

［4］ 黄清. TD-LTE移动通信基站电磁辐射环境影响调查与分析［J］. 海峡科学，2015（6）:36-38.

［5］ 罗穆夏，张普选，马晓薇. 电磁辐射与电磁防护［J］. 中国个体防护装备，2009（5）：27.

［6］ 国家环境保护局. 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］. 北京：中国环境科学出版社，1996.

［7］ 电磁环境控制限值（GB 8702-2014）［S］. 北京：中国标准出版社，2014.

［8］ 国家环境保护局. 辐射环境保护管理导则 电磁辐射环境监测仪器和方法（HJ/T10.2-1996）［S］. 北京：中国环境科学出版社，1996.

［9］ 国家环境保护局. 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）: 环发［2007］114号［A］.

［10］ 国家环境保护局. 电磁辐射防护规定 （GB 8702-88）［S］. 北京：中国标准出版社，1988.

［11］ 陆智新，梁美霞. 基于生态安全的泉州市移动通讯基站电磁辐射污染管理现状与对策［J］. 科技和产业，2014，14（4）: 154-155.

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