5G基站电磁辐射监测方法策略探索

5G基站电磁辐射监测方法策略探索

曹治娇,刘体平 ,姬莉莉 ,李军华

中国联通新乡市分公司，河南 新乡市 453000

摘要：随着通信业的发展，5G已成为我国通信主流技术。人们享受5G带来的高速率、低时延和大容量优质网络服务的同时，越来越多的人也开始关注5G基站电磁辐射对周边环境的影响。本文就5G基站电磁辐射方法策略进行研究，以供参考。

关键词：5G基站；电磁辐射；监测方法

引言

随着在线学习、视频会议、远程办公等网络需求日益增大，4G网络已无法满足人们对网络大带宽、低延时的要求。5G网络能提供高质量的用户体验，而5G网络的核心是基站建设。当前5G“新基建”已成为人们关注的焦点。在基站建设过程中，辐射问题一直备受关注。因此，了解5G基站的电磁辐射水平，总结5G基站辐射特性和规律，找到控制和减弱5G基站电磁辐射影响的防治措施，对引导公众正确认识5G基站辐射，更好地享受5G带来的便利和体验具有重要意义。

15G基站电磁辐射技术特点

就工作频段来说，5G较之前2G/3G/4G使用的频段都更高。5G使用更高的工作频段可以带来更高的传输速率，同时使用的电磁波频段越高，所传播的能量越大，对基站周围的环境影响也就越大。为了支持天线具备更强的MIMO和分集接收能力，同时减少RRU与天线之间的连接损耗，5G基站建设中采用了将RRU与天线集成在一起的设备AAU。AAU采用了Ma55iveMIMO技术，通过增加天线的通道数，可以提升系统容量和频谱效率，增加信号覆盖维度，可形成高增益和可调节的窄带赋形波束，提升用户覆盖效果。同时多通道带来的是天线发射功率的大幅增加，随之产生的电场强度也会增强。波束赋形也是5G的一项关键技术，通过这一技术，发射能量可以汇集到用户所在位置，而不向其它方向扩散，并且基站可以通过监测用户的信号，对其进行实时跟踪，使最佳发射方向跟随用户移动，保证在任何时候手机接收点的电磁波信号都处于叠加状态。

根据5G技术的这一特点，在进行5G基站电磁环境监测时，需要将5G终端设备与被监测的5G基站建立连接并至少处于一种典型应用场景。5G基站的电磁辐射监测区别于之前监测方法，主要包括使用选频式电磁辐射监测仪、测量数据要采用连续6min的平均值、监测时需要有5G移动终端与5G基站建立连接并处于典型应用场景。下面针对以上的几点区别进行探讨。《5G移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ1151-2020）中要求5G基站电磁辐射监测时应使用选频式电磁辐射监测仪。因为选频式辐射监测仪能够在探头的频率响应范围对监测频率范围进行设置，可以显示不同频率电磁辐射贡献的频谱分布图，同时能够准确反映被测5G基站的电磁辐射贡献值，并且测量值有明确对应的控制限值。因此使用选频式电磁辐射监测仪才能准确判断被测5G基站电磁环境质量是否达标。目前无论是对标国家标准还是国际上现行的标准导则，都推荐使用6min以上测量值的平均值作为5G基站电磁辐射环境影响的检测值。5G基站天线发射功率由基站覆盖范围内的用户需求决定，是动态变化的，采用抽样的方式无法完全准确地评估5G基站电磁辐射影响。

2针对终端距离的数据验证

(1)3GHz以下的5G基站的测试结果为了比较探头与终端的距离对监测结果的影响，由测试人员使用电磁辐射选频分析仪对5G基站进行比对测试(探头终端距离分别设置为lm,2m和3m)。终端的型号为H**，测量点位与天线的高差为2m，应用场景为数据传输，总流量为5GB，测量点位与天线的水平距离分别为1Om,5Om，测量点位分别在主射方向以及偏离主射方向30。(2)3GHz以上的5G基站的测试结果。为了比较探头与终端的距离对监测结果的影响，由测试人员使用电磁辐射选频分析仪对5G基站进行比对测试(探头终端距离分别设置为lm,2m和3m)。终端的型号为M***，测量点位与天线的高差为4m，应用场景为数据传输，总流量为5GB，测量点位与天线的水平距离分别为10m,5Om，测量点位分别在主射方向以及偏离主射方向30。

3 5G移动通信基站电磁辐射监测及环境影响

3.1《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151 -2020）适用范围方面的问题及对策

根据《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151 -2020）规定的适用范围，该方法不仅适用于 5G 基站的电磁辐射环境监测，在同一站址存在5G 及其他网络制式的基站（即 5G 与其他网络制式的基站共址）时也适用。在实践中，对后一种情况的基站进行电磁环境监测时容易出现选错监测方法的问题。例如：有一个 5G 基站与 4G 基站相距 10m，如果要监测其中 5G 基站的电磁环境，那么不需要判定是否为共址情况，均采用《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020）进行监测；如果要监测其中 4G 基站的电磁环境，则有人认为如果判定是共址情况，应采用《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020），如果判定为否，应采用《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ972-2018）。经分析，出现这一问题的主要原因是对《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020）和《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ972-2018）两种监测方法适用的监测对象理解有偏差所致。《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020）针对的是 5G 基站，只要是监测 5G 基站的电磁环境，那么不管 5G 基站是否与其他基站共址，均采用《5G移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020）。而《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ972-2018）针对的是其他基站，只要是监测其他基站的电磁环境，那么不管其他基站是否与 5G 基站共址，均采用《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ972-2018），并非因为与 5G 基站共址就必须采用《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020）。

3.2基站交互数据对接功能

在基站信息核查场景中，对接基站交互系统，提取5G基站扇区全球小区识别码、发射频率、基站经纬度等相关信息。另一方面，从路测数据中将空口测量中的MCC、MNC、TAC、Cell_ID等信息进行拼接，形成基站扇区识别码，拼接后与运营商上报到基站交互系统中的基站扇区识别码进行对比。通过空口测量信息与上报数据比对结果展示，筛选漏报基站（空口测量信息中存在但基站交互数据中未上报）、错报（空口测量信息中存在但基站交互数据中上报信息不准确）等信息，为完善基站信息的准确性与全面性提供技术支撑。

3.3监测范围与布点方面的问题及对策

根据《5G 移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）》（HJ1151-2020）的规定，5G 基站电磁环境监测点的布设范围为基站天线覆盖范围内，监测点位的具体位置为电磁辐射环境敏感目标处，并优先布设在公众居住、工作或学习距离天线最近处，但不宜布设在需借助工具或采取特殊方式才能到达的位置。根据《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ972-2018）的规定，其他基站电磁环境监测点的布设范围为以天线地面投影点为圆心、半径为 50m 的范围内，监测点位的具体位置为具有代表性的电磁辐射环境敏感目标处，并优先布设在公众居住、工作或学习距离天线最近处，但不宜布设在需借助工具或采取特殊方式才能到达的位置。通过比较可知，5G 基站的监测布点范围比其他基站扩大了不少，而且布点位置也未明确是在具有代表性的电磁辐射环境敏感目标处。由于建在密集城区的 5G 基站天线覆盖范围在 200-430m 之间，因此这类基站天线覆盖范围内的电磁辐射环境敏感目标众多。如果要对所有的电磁辐射环境敏感目标都进行监测的话，将耗费大量的人力、物力和时间成本。因此，在实际监测中，一般都根据“优先布设在公众居住、工作或学习距离天线最近处”的规定，选择在距离天线最近的电磁辐射环境敏感目标处布点监测。

3.4智能天线

在正常情况下，基站主要包括室外环节和室内环节两个环节。室内部分是指在基站机房内放置的各种数据处理设备，通常会被安装在单元楼房间内；室外部分会设置基站天线，并将其安装在楼顶位置，机房设备和天线利用有线连接从而建立完整的基站；而基站则通过合理利用发射天线的作用，确保用户手机随时保持连接，有利于进行数据传输。同时，数据传输承载方式主要是以电磁波为基础，以监测技术要求为载体，将仪器应用在专业监测点位上面，帮助工作人员直接读取数据来进行检测。同时，从5G通信基站角度而言，智能天线能满足不同业务终端的需求，无论何种位置、何种业务需求，都能自动形成波束赋形，给基站内部发射能量电磁波信号。此外，5G通信基站在运行过程中，会根据用户需求及时调整天线增益、发射功率等方面的数据。如果利用传统移动通信基站无法满足5G通信基站环境监测工作，不能呈现5G移动通信基站电磁辐射的实际水平。因此，我们再正式开展5G智能天线覆盖区域业务终端接入后，可利用波束引导的方式进行监测，从而满足电磁辐射实测研究。

3.5MIMO技术

虚拟化技术是云技术中间的一个关键技术手段，其根本作用是管理5G基站运行当中的相关信息。5G通信是现阶段最先进的通信技术，主要是以大规模MIMO技术为基础，来确保通信的流畅性。从目前5G通信特点来看，主要包括下面几种特征：（1）天线通道数量多，与传统基站天线数量相比，其数量是几十倍甚至上百倍，传统基站天线数量2～4根天线左右，而5G通信的通道数量往往可达到64/128/256个，这些天线相互影响，最终形成天线矩阵；（2）传统MIMO别称2D-MIMO，其信号和平面发射装置基本相同，其往往只能进行水面移动，而5G通信技术在垂直维度空间融入信号水平维度空间当中，变成一个能全方位发射的设备；（3）5G通信可发射波束赋形，其拥有聚集较窄波束的作用，确保其能辐射到更广阔的空间区域内，从而让基站和终端之间进行射频传输，让整个传输过程变成效率更高，并随着用户位置不断变化，传输模式会出现一定改变，能将能量投放到用户指定位置，与传统宽波束天线相比，其能有效拓展信号覆盖范围，并降低小区间用户干扰。

3.6监测场景

（1）首次测量。当5G基站内所有子线天线全部发射后，工作人员应根据实际要求选择合理的位置来判断基站间不同水平距离，从而满足无线业务终端连接。（2）二次测量。在确保首测量基站情况顺利完成的情况下，要利用波束的方式来开展相关业务终端，利用和首次测量相同位置的地点，并将业务终端安装在距离监测仪器探头较近的位置，再利用业务终端的作用来记录点位测量数据。

4 5G基站电磁辐射监测数据分析

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，且每个监测点进行2次监测取平均值。监测在无雨雪天气下开展，且严格按照《5G移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ1151-2020）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，应用场景为视频交互。下面从被测5G基站工参、监测点距天线水平距离、天线挂高和监测点垂直高度等几个维度对试验数据进行深入分析。首先针对5G基站A、B、C共3个站点进行了电磁辐射监测，探头保持1.7m的检测高度，依次从距离基站中心10～80m，每间隔10m进行采样监测，每个监测点连续进行两次监测后取平均值作为测量值。根据以上监测数据绘制了相应的折线图便于分析比较。根据以上3个5G试验基站的监测数据分析发现，3个基站的监测功率密度随着监测点距天线的水平距离由近及远呈现“M”形状的趋势。基站C的监测值明显大于其它2个5G基站的监测值，这是由于基站C的天线挂高低于其它两个基站造成的。我们发现基站C与基站B天线挂高差别不大，但是监测数据差距较大，结合基站工参发现2个基站的机械下倾角/电下倾角参数区别较大，且基站C监测线路方向较基站B更加贴近天线的方向角。综上所述，基站天线挂高、机械下倾角/电下倾角、天线方向角等工参，以及监测点距天线水平距离和所处点位环境等都是电磁辐射对周围环境影响的重要因素。接下来对5G基站D进行了电磁辐射监测，进一步分析与天线保持同一水平距离下，不同垂直距离上各监测点位数据变化情况。在距天线水平距离62m处一栋6层居民楼上，选取各层楼道靠窗处布点监测（窗户关闭状态），同样每个监测点连续进行两次监测后取平均值作为测量值。根据以上监测数据绘制了相应的折线图便于分析。根据以上监测数据分析，1层（1.7m）监测点在6层居民楼楼道入口处，其监测的功率密度明显大于其它楼层监测数据。可以判定相同水平距离处，如果楼宇外测量的电磁辐射数据是安全的，则楼宇内的电磁辐射数据也是安全的。从2～6层的监测数据呈现递增趋势，但是变化不明显，主要原因是监测点垂直距离的变化造成了监测点与天线相对距离以及角度的变化。

5 5G基站辐射防治措施

如何进一步完善5G基站辐射防治措施，妥善解决日益频发的投诉纠纷，需要政府与运营商和媒体共同努力，营造良好的基站建设与使用环境。建议如下:1)基站建设单位应不断总结建站经验，做好规划设计，科学、合理优化选址。2)加强5G移动通信基站防护措施管理，保证基站发射天线处于一定的高度，设置一定的防护栏、警示牌等，非工作人员不得靠近。3)强化运营过程的监管，定期对5G移动通信基站进行实时监测。4)运营商要尊重公众的知情权，对建站信息及监测信息进行实时公开。5)加强科普。如:基站的功率密度随距离快速降低;通过媒体宣传引导公众正确对待基站辐射。

结语

综上所述，5G移动通信基站电磁辐射环境监测结果随着5G终端设备与监测仪器之间的距离变化会呈现出一定的变化规律。5G终端设备上行信号对监测结果的影响整体有限，随着5G终端设备与监测仪器之间的距离的增加，5G终端设备上行信号的影响会逐渐减少。

参考文献

[1]韦庆，葛晓阳.5G基站电磁辐射环境特征及监测实证研究[J].环境监测管理与技术，2021(8).

[2]刘通.5G移动通信基站电磁辐射环境监测工作探讨[J].装备维修技术，2021(9).

[3]李洪亮.探析5G移动通信基站的电磁辐射环境影响[J].区域治理，2020(11).