浅谈移动通信基站电磁辐射环境影响研究

付博皓，周 韬

（重庆信息通信研究院 重庆 401336）

0 引言

信息时代为人们的生活带来了翻天覆地的变化，在全国范围内，第五代（5G）移动通信的建设促进了远程医疗、工业控制、远程驾驶、智慧城市、智慧家居等应用的广泛发展［1］。 以手机为例，可以为人们的生活带来极大的方便和快捷，5G 电信终端设备应用场景不仅包括语音通话、短信收发、数据传输、视频交互、游戏娱乐，还包括虚拟购物、智慧医疗、工业应用和车联网场景等。 在信息时代，广大用户对信息时代网络质量和速度的要求也不断提高，移动通信基站必须能够为用户提供更加全面和稳定的信号覆盖，以满足用户需求。 当前我国2G、3G、4G 通信基站所使用的频率范围基本上是在500 MHz ～3GHz 之间，5G 移动通信现阶段主要工作在2 500 MHz ～5 000 MHz 频段。 由于信号频率越高，在传输时越会有更多的衰减，所以5G 移动通信的基站需要更加密集。

5G 移动通信具有大带宽、低时延、海量连接等特点，近年来得到了世界各国的高度重视和大力发展。 到2021 年底，我国三大运营商将累计建成超过130 万个5G 基站（含电信联通共建共享5G 基站），5G 终端连接数将突破3 亿，继续推进5G 更好赋能千行百业。 与4G相比，5G 采用更大的带宽和更高的载频，通常射频频率越高衰减越大，使得单个5G 基站在城市中心区域的覆盖半径约在300 ～500 m、郊区大概500 ～1 000 m、农村1 000～2 000 m，而单个4G 基站覆盖半径可以到1 000～3 500 m。 为了确保覆盖质量相同，在城市中心区域的5G 基站数则要比4G 多3 ～5 倍。 本文通过对某一地区同一运营商的移动通信基站电磁辐射进行抽测，再结合理论分析，总结出对移动通信基站电磁辐射环境监测的客观规律。

1 移动通信基站电磁辐射概述

随着科技的发展，移动通信作为信息化时代的标志性产物，正改变着世界，深刻地影响着人们的工作和生活方式。 移动通信基站电磁辐射是指通信设备在正常工作状态下所产生的辐射现象。 在移动通信系统中，空间无线电信号的发射和接收都是依靠移动基站天线来实现的，在传输信号时，移动基站发射天线有一定强度的电磁辐射。

5G 基站建设过程中由于部分国家及地区民众对于基站电磁辐射的担忧而遇到了阻碍，基站辐射是否危害健康一直是困扰广大公众的一大疑问。 随着2G、3G、4G 到5G技术的发展，运营商基站越建越多，人们对基站辐射也越来越担忧。 2020 年12 月14 日生态环境部发布了《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 1151－2020）［2］。该标准在测试时间、敏感点位选择、应用场景、仪器设备要求等方面作出规定，一定程度上指导了5G 移动通信基站电磁辐射环境监测的有效实施。

2 移动通信基站电磁辐射环境监测的意义

针对移动通信基站电磁辐射的特点，开展环境监测具有以下3 点意义：

（1）人体健康保护：基站的电磁辐射会对人类健康造成潜在威胁，通过环境监测可以保证人体健康安全。

（2）生态环境保护：基站的电磁辐射对生态环境也会造成影响，通过环境监测可以掌握其影响程度，并采取相应措施。

（3）合规管理要求：国家和地方有关部门已经出台了相关标准和规定，移动通信企业必须遵守，并按照要求进行环境监测。

3 移动通信基站电磁辐射环境监测的标准

对于电磁辐射环境监测需要遵循的标准有：《电磁环境控制限值》（GB 8702－2014）［3］、《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 972－2018）［4］、《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ 1151－2020）［5］、《辐射环境保护管理导则－电磁辐射监测仪器和方法》（HJ／T 10.2－1996）［6］、《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／T 10.3－1996）［7］。 其中《电磁环境控制限值》（GB 8702－2014）中规定了移动通信基站相关频段范围内公众曝露控制限值，详见表1。

表1 公众曝露控制限值

4 移动通信基站电磁辐射环境监测方法

《电磁环境控制限值》（GB 8702－2014）中所指的电磁辐射是一种非电离辐射，其本质是电场与磁场交互变化产生的电磁波。 由于电磁辐射的传播与其频率相关，因此，针对不同的频率范围，需要采用不同的测量方法。 中华人民共和国生态环境部发布的移动通信基站电磁辐射环境监测方法标准有《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 972－2018）和《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ 1151－2020）。 由于两个标准适用范围不一样，因此现行的HJ 972－2018 无法用于对5G 基站及与其他网络制式共址的移动通信基站电磁辐射环境进行监测。 应当摒弃HJ 972－2018 而采用HJ 1151－2020 标准开展监测，选频监测将会在基站监测活动中占据主导，并逐渐替代宽频监测方法。

我国主要通信服务商为中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放了5G 商用牌照。 目前，我国5G 基站大规模商业部署全部是围绕6GHz 以下频段展开。 因此，本方法适用于发射频率在6GHz 以下的已经投入使用或即将投入使用的5G 移动通信基站的电磁辐射环境监测。对于2 个方法标准差异性如表2 所示。

本文抽测的每个基站都为5G 基站，5G 基站天线在架构、发射天线、发射频率等方面有很大的改变。 HJ 1151－2020 规定了5G 移动通信基站电磁辐射环境监测的内容、方法等技术要求，本文在监测时参照该方法执行。

5 监测情况与结果分析

为了更好地了解5G 基站电磁辐射对周边环境的影响，本次所有监测基站至少包括单独建设的移动5G 基站，以及移动2G、4G 和5G 多频段基站等，监测点位布设在5G 天线的主瓣方向上。 基站覆盖区域包括工业园区、商圈、写字楼、居民小区等。 为了保证试验数据的准确性，监测过程中使用的相关仪器仪表的校正证书均在有效期内，监测在无雨雪天气下开展，且严格按照HJ 1151－2020标准执行。 本次试验采用符合国家标准的选频式电磁辐射监测仪，且考虑到目前5G 应用的实际情况，故应用场景为视频直播（6 min）。

5.1 灯杆、铁塔、美化树站监测数据

5.1.1 Redmi Note9 终端监测数据

灯杆、铁塔美化树站监测数据见表3。

表3 灯杆、铁塔、美化树站Redmi Note9 终端监测基本信息和结果

5.1.2 测试结果及分析

本次试验共有监测灯杆站点6 个，每个站点采取在天线主瓣方向水平距离10 m、30 m、50 m 3 个典型的位置进行监测，测试站点均为灯杆站或美化塔，挂高均在10 ～15 m。 由于其站点位置醒目，位于人员流动量密集之处，公众的担忧最为突出，日常生活最为常见，属于典型的5G移动通信基站类别。

从表3 可以看出：随着监测距离的增加，辐射值有规律性变化，移动5G 频段监测距离由10 m 增大至30 m 时辐射值呈下降趋势，监测距离由30 m 增大至50 m 时辐射值呈上升趋势，且50 m 处辐射值一般为该站点辐射最大值。 在外场监测灯杆站或美化塔时，经常遇到两种典型现场情况：

（1）灯杆站或美化塔主瓣方向在人行道方向，行道树较多，从监测结果可以得出，辐射值受树木遮挡及疏密关系影响较大。 在所测基站与终端信号引导路径上，树木遮挡严重时辐射值较小，反之辐射值较大。 结合此次监测数据结果可以看出，站点在水平监测距离为10 m 和50 m时，出现最大辐射值频次较多，在水平监测距离为30 m时，辐射值基本较小。

（2）站点位于空旷地带，主瓣方向无遮挡。 结合此次监测数据结果来看，监测辐射值基本呈规律变化，可以得出水平监测距离由10 m 增大到50 m 时，监测辐射值逐渐增大。

5.2 楼顶站监测数据

5.2.1 Redmi Note9 终端监测数据

楼顶站监测数据见表4。

表4 楼顶站Redmi Note9 终端监测基本信息和结果

5.2.2 测试结果及分析

本次共监测楼顶站点10 个，每个站分别采取在天线主瓣方向水平距离10 m、30 m、50 m 3 个典型的位置进行监测，测试站点均为居民楼楼顶站及商圈广场楼顶站，其中居民楼楼顶站居多。 此类站点位于居民楼顶且大多由美化罩遮盖，周边居民用户较多且位于居民日常生活区域，公众的担忧较为突出，属于典型的5G 移动通信基站类别。

从表4 可以看出，随着监测距离的增加，辐射值有明显的变化趋势，移动5G 频段监测水平位置10 m 以及50 m处出现辐射最大值的情况较多，而30 m 处出现辐射最大值的次数较少。

经研究分析，现场监测楼顶站一般位于居民楼楼顶，普遍楼层高度为30 m 左右，测试结果主要受周边移动终端用户量以及天线主瓣直射角度影响。 水平监测距离为10 m 时，此时测量点位于楼底人行道上，该位置辐射值出现多次最大值；水平监测距离为30 m 时，一般位于楼栋外侧马路上，该位置行人较少，周边终端用户对辐射值测量影响较小，所以30 m 处测的辐射值一般不大。 水平监测距离为50 m 时，天线主瓣方向与监测点位之间无遮挡，天线主瓣方向与监测点位之间角度较小，此时可完全接收到5G 天线的辐射能量，故50 m 辐射值也较大。

在外场现场环境下通过不同水平监测距离得出以下结论：

（1）通常公众最常用的视频交互如观看直播等应用场景的电磁辐射水平远小于GB 8702－2014 要求，也符合人们使用的典型场景。

（2）电磁波会随着距离的增加而快速衰减，建筑物及树木等对电磁波有一定的衰减作用，实际监测时在主瓣方向尽量选择较为空旷的地方进行监测。

（3）监测楼顶站时人流量多的地方往往为水平距离10 m 位置，该位置终端用户量大，辐射值较大。 由于5G信号传输采用的是点对点传输，即使基站接入终端数量较大，监测位置辐射值仍然较好。

6 结语

综上所述，本文对相关法规及标准、监测技术、监测指标进行了简单概述，对监测典型移动通信基站的结果做出了数据分析与总结。 移动通信基站电磁辐射与人们生活关系密切，目前5G 终端用户量较少，在现场实际部署环境下绝大多数站点监测的电磁辐射水平均较好，低于GB 8702－2014 的限值要求。 目前我国5G 以sub－6GHz 为主，场景主要为增强型宽带，用于数据传输、视频交互等。 下一阶段将进入自动驾驶、远程医疗等低时延应用及海量物联网应用，5G 天线使用毫米波，天线其他参数及技术将发生颠覆性变化，相应的电磁辐射监测方法也会发生较大改变，因此必须及时跟进5G 技术发展，掌握科学的监测技术，获取准确监测数据。