廈門地區(qū)移動通信基站的電磁輻射環(huán)境影響分析

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站 陳代文

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廈門地區(qū)移動通信基站的電磁輻射環(huán)境影響分析

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站 陳代文

該文選取廈門地區(qū)468個移動通信基站為研究對象，對其周圍電磁輻射水平通過理論計算和現(xiàn)場監(jiān)測，分析其對周圍環(huán)境的影響。結(jié)果表明，廈門地區(qū)移動通信基站產(chǎn)生的電磁輻射水平總體上控制較好，均低于國家規(guī)定的管理限值，對周圍環(huán)境及公眾的影響不明顯。

移動通信基站 電磁輻射 環(huán)境影響 廈門地區(qū)

近年，移動通信隨著技術(shù)的日新月異，不斷拉近與公眾的距離，并快速融入公眾的日常生活。運營商為了滿足公眾通信需求，不斷建設(shè)新的移動通信基站。然而，移動通信給公眾生活帶來便捷的同時，公眾也對其產(chǎn)生的電磁輻射表示擔(dān)憂。特別是，近年被評為“中國旅游·宜居城市”之一的廈門［1］，在不斷發(fā)展移動通信基站建設(shè)的同時，居民投訴要求拆除基站的案例也時有發(fā)生。受相關(guān)部門委托，筆者曾多次參與該地區(qū)移動通信基站投訴案例的處理。為了更好地監(jiān)督與管理移動通信基站，保障環(huán)境安全和公眾健康，消除公眾對電磁輻射的認識誤區(qū)，有必要對移動通信基站電磁輻射水平進行監(jiān)測和分析。本文選取廈門地區(qū)范圍內(nèi)468個移動通信基站，對其周圍電磁輻射水平采用理論計算和現(xiàn)場監(jiān)測，從而對移動通信基站周邊環(huán)境的電磁輻射水平進行分析和研究。

1　移動通信基站概述

1.1移動通信基站的設(shè)備組成及電磁輻射污染因素

移動通信基站由機房、饋線及天線組成。基站機房（室內(nèi)部分）的主要設(shè)備有基站控制器、收發(fā)信機、功率放大器、合路器、耦合器、雙工饋線等信號收發(fā)設(shè)備，以及電源柜、接地系統(tǒng)、空調(diào)器、備用電池組等輔助設(shè)備［2］。這些室內(nèi)設(shè)備在設(shè)計制造時，都已采取了屏蔽措施，一般不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生電磁輻射污染。室外部分由饋線及收發(fā)天線組成，基站運行時，發(fā)射天線向周圍發(fā)射電磁波，使周圍環(huán)境電磁輻射場強增高從而產(chǎn)生電磁輻射污染［3］。

1.2移動通信網(wǎng)絡(luò)組成

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，目前我國有三個移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（2G）、TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（3G）及TD-LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（4G）。GSM（Global System for Mobile Communications）系統(tǒng)執(zhí)行的是 TDMA（Time Division

Multiple Access，時分多址）標(biāo)準(zhǔn)，采用時分多路復(fù)用技術(shù)來提供無線數(shù)字服務(wù)［3］。TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，時分同步碼分多址技術(shù)，以下簡稱TD）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是參照了TDD（Time Division Duplexing，時分雙工）在不成對的頻帶上時域模式設(shè)計的，而TDD模式是在無線信道時域里周期地重復(fù)TDMA幀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。TD-LTE（Time Division Long Term Evolution，分時長期演進，以下簡稱LTE）是由3GPP組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標(biāo)準(zhǔn)［4］。

2　移動通信基站電磁輻射執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

電磁輻射通過熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)以及累計效應(yīng)對人體產(chǎn)生危害［5］。根據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則 電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)》［6］（HJ/T10.3—1996），公眾總的受照射劑量包括各種電磁輻射對其影響的總和。移動通信基站公眾受到總照射劑量，通常取《電磁環(huán)境控制限值》［7］（GB8702—2014）中的功率密度限值（0.4W/m2）的1/5作為環(huán)境管理目標(biāo)值，即0.08W/m2。

3　移動通信基站電磁輻射理論計算

3.1計算模式

根據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則 電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》［8］（HJ/T10.2—1996），移動通信基站天線遠場主瓣軸向功率密度S（W/m2）的計算公式為：

式中，P為天線的發(fā)射功率（W），G為天線增益（dBi），r為預(yù)測點至發(fā)射天線中心點的距離（m）。

3.2 計算參數(shù)

結(jié)合廈門地區(qū)移動通信運營單位提供的工程資料以及現(xiàn)場調(diào)查，本文基站天線的計算參數(shù)見表1。理論計算模式中，天線位置以天線中心點為代表，而實際應(yīng)用一般以天線底部為代表，二者高度相差天線長度的一半。對于GSM、TD與 LTE共址的情況，還需要考慮它們二者或者三者間輻射場的疊加問題，以及疊加的功率密度值不應(yīng)超過0.08W/m2的評價標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)共址的天線架設(shè)高度、在水平面的位置、輻射主瓣方向一致時，疊加的輻射場最強。

表1　GSM、TD以及LTE基站天線的計算參數(shù)

3.3計算結(jié)果分析

本文僅對天線正前方的方位進行預(yù)測計算，根據(jù)公式（1）及表1參數(shù)，計算出天線正前方垂直面功率密度空間分布。當(dāng)功率密度達到環(huán)境管理目標(biāo)值（0.08W/m2）時，各單網(wǎng)或共址類型基站天線正前方的水平距離和垂直距離見表2。

表2　各單網(wǎng)或共址類型基站天線正前方的水平和垂直距離

如表2所示，通過上述理論計算，對于單網(wǎng)架設(shè)的移動通信基站，分別在距離GSM、TD和LTE天線主瓣軸向25m、12.5m 和 17.2m處，或者分別低于天線底部4m、1.5m和2.1m處時，電磁輻射功率密度值已衰減到單個移動通信基站產(chǎn)生對環(huán)境電磁輻射場的貢獻0.08W/m2。對于GSM/TD、GSM/LTE、以及TD/LTE二者共址架設(shè)的移動通信基站，天線架設(shè)高度、在水平面的位置以及輻射軸向主瓣方向一致時，疊加的輻射場強較強，分別在距離主瓣軸方向27.8m、30.3m 和21.2m，或者分別低于天線底部4.3m、4.6m和2.8m處時，電磁輻射功率密度值衰減到單個移動通信基站產(chǎn)生對環(huán)境電磁輻射場的貢獻0.08W/m2。而對于GSM/TD/LTE三者共址架設(shè)的移動通信基站，同樣天線架設(shè)高度、在水平面的位置以及輻射軸向主瓣方向一致時，疊加的輻射場強最強，故保守距離天線主瓣軸向32.6m處或者低于天線底部5m處時，電場功率密度值衰減到單個移動通信基站產(chǎn)生對環(huán)境電磁輻射場的貢獻0.08W/m2。

4　廈門地區(qū)移動通信基站電磁輻射環(huán)境的監(jiān)測

4.1監(jiān)測方案

根據(jù)《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》［9］，基站電磁輻射水平監(jiān)測點位布設(shè)在基站周圍天線主瓣方向上，公眾可達的不利區(qū)域包括地面、室內(nèi)以及屋面環(huán)境等。本研究在廈門地區(qū)選取了7個GSM單網(wǎng)、4個TD單網(wǎng)、18個GSM/TD共址、11個GSM/LTE共址、27個TD/LTE共址，以及401個GSM/TD/LTE共址的移動通信基站共468個，共布設(shè)了3178個點位來進行電磁輻射強度的監(jiān)測，平均每個基站約布設(shè)7個監(jiān)測點位。

4.2監(jiān)測規(guī)范

移動通信基站的監(jiān)測參照《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》進行，監(jiān)測結(jié)果參照《電磁輻射防護規(guī)定》［10］（GB8702—88）。監(jiān)測儀器均為計量部門檢定與校準(zhǔn)過，相關(guān)參數(shù)如表3所示。監(jiān)測時間選取1天中話務(wù)量較大的日常工作時間段8：00—18：00，天氣條件為無雨雪、無霧、無冰雹。

表3　輻射測量儀的基本參數(shù)

4.3電磁輻射監(jiān)測結(jié)果分析

4.3.1不同測值范圍內(nèi)的對比分析

由表4可知，在所有監(jiān)測點中，GSM單網(wǎng)基站功率密度測值平均值和最大值分別為0.0137W/m2和0.0704W/m2，TD單網(wǎng)基站功率密度測值最低，其平均值和最大值分別為0.0102W/m2和0.0636W/m2，GSM與TD共址基站功率密度測值平均值和最大值分別為0.0114W/m2和0.0381W/m2，GSM與LTE共址基站功率密度測值平均值和最大值分別為0.0062 W/m2和0.0444W/m2，TD與LTE共址基站功率密度測值平均值和最大值分別為0.0080W/m2和0.0714W/m2，GSM、TD與LTE共址基站功率密度測值平均值和最大值分別為0.0097 W/m2和0.0767W/m2。測值小于0.01W/m2的測點數(shù)，在GSM單網(wǎng)基站測點中占76.0%，在TD單網(wǎng)基站測點中占70.9%，在GSM/TD共址基站測點中占67.8%，在GSM/LTE共址基站測點中占84.5%，在TD/LTE共址基站測點中占81.1%，在GSM/TD/LTE共址基站測點中占71.7%。由此可見，本次所測移動通信基站的功率密度監(jiān)測值均可以滿足單個項目管理目標(biāo)限值0.08W/m2的標(biāo)準(zhǔn)要求，項目對周圍環(huán)境的影響可以控制在國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)?？梢?，本項目基站對周邊環(huán)境的電磁輻射影響較小，周邊電磁環(huán)境監(jiān)測值大多集中在0.01W/m2以下。

表4　不同測值范圍內(nèi)測點數(shù)量、測點數(shù)的百分比、平均值及最大值統(tǒng)計

4.3.2不同環(huán)境類型下的對比分析

本研究將本次測點所處環(huán)境分為“屋面環(huán)境”“室內(nèi)環(huán)境”和“地面環(huán)境”三大類，其中“室內(nèi)環(huán)境”包括走廊、陽臺、房間窗戶、樓梯轉(zhuǎn)角窗戶和與窗口有一定距離的室內(nèi)等。由表5可知，移動通信基站周圍屋面環(huán)境的電磁輻射水平相對較高，其測點功率密度平均值及最大值分別為 0.0159W/m2和0.0767W/m2，有11.2%的屋面測點功率密度值大于0.04W/m2。室內(nèi)、地面環(huán)境的電磁輻射水平較低，測點功率密度均值分別為0.0070W/m2和0.0027W/m2，最大值分別為0.0698W/m2和0.0636 W/m2。僅有4.2%的室內(nèi)測點和0.8%的地面環(huán)境測點功率密度值大于0.04W/m2。從功率密度平均值、最大值、各功率密度統(tǒng)計區(qū)間的測點數(shù)百分比等方面比較，各類環(huán)境的電磁輻射水平高低排序為：屋面＞室內(nèi)＞地面。人員活動較多、環(huán)境較為敏感的室內(nèi)及地面環(huán)境的輻射水平較低，人員活動較少、環(huán)境較不敏感的屋面環(huán)境的輻射水平較高。

表5　不同環(huán)境條件下測點數(shù)量、測點數(shù)百分比、平均值及最大值統(tǒng)計

4.3.3環(huán)境輻射水平與水平、垂直距離的關(guān)系

圖1　水平距離區(qū)間的功率密度平均值與水平距離的關(guān)系

圖2　垂直距離區(qū)間的功率密度平均值與垂直距離的關(guān)系

為進一步分析廈門地區(qū)移動通信基站的環(huán)境輻射水平，本研究將測點與天線的水平距離分為5m寬度的區(qū)間，垂直距離分為3m寬度的區(qū)間，各區(qū)間以［5，10）、［3，6）形式表示，含義是“5m≤測點與天線水平距離＜10m”、“3m≤測點與天線垂直距離＜6m”。經(jīng)統(tǒng)計，各水平、垂直距離區(qū)間的功率密度平均值隨水平、垂直距離的變化趨勢分別見圖1和圖2。由圖1、圖2可見，功率密度測值的平均值總的趨勢隨著測點與天線水平距離、垂直距離的增加而減小，并且各個區(qū)間功率密度測值的平均值均低于單個項目管理目標(biāo)限值（0.08W/m2）。而個別區(qū)間變化趨勢的上下波動，主要是由于某些站點處存在其他輻射源的影響，或者某些距離區(qū)間內(nèi)有較多測點較接近垂直面主瓣軸向，這些測點測值比總體高許多，將平均值明顯拉高，而另外一些距離區(qū)間沒有或較少這種測點。另外，從圖1和圖2對比可知，功率密度均值隨垂直距離的衰減比水平距離的衰減更為迅速。

5　結(jié)論

本文選取廈門地區(qū)468個移動通信基站為研究對象，對其周圍電磁輻射水平采用理論計算和現(xiàn)場監(jiān)測。結(jié)果表明，廈門地區(qū)移動通信基站產(chǎn)生的電磁輻射總體上控制較好，符合《電磁輻射防護規(guī)定》中的公眾照射導(dǎo)出限制0.4W/m2的要求，單個基站運行產(chǎn)生的電磁輻射未超過0.08W/m2的管理限值。因此，公眾沒有必要對移動通信基站所產(chǎn)生的電磁輻射產(chǎn)生過分擔(dān)憂。但是，為了更好地對移動通信基站進行監(jiān)督與管理，保障環(huán)境安全和公眾健康，消除公眾對電磁輻射的認識誤區(qū)，促進移動通信事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，移動通信運營單位應(yīng)加強已建基站設(shè)備的日常運行維護、定期檢查定時監(jiān)測，并及時公布數(shù)據(jù)，加大相關(guān)科普知識的宣傳。在新建基站規(guī)劃與選址中，應(yīng)充分考慮空間優(yōu)化布局，最大限度拉大與周圍公眾的距離［11］。在保證通信正常情況下，盡可能減小發(fā)射功率和天線增益，并合理調(diào)整天線下傾角、架設(shè)高度以及朝向等，以確?；倦姶泡椛涞墓β拭芏戎档陀趪乙?guī)定的管理限值［12］。

［1］ 中國社會科學(xué)院財經(jīng)戰(zhàn)略研究院. 中國城市競爭力報告［M］. 北京: 社會科學(xué)文獻出版社， 2015.

［2］ 王榮鎖，楊本，楊國陳. 移動通信基站的電磁環(huán)境影響分析與評價［J］. 中國輻射衛(wèi)生， 2007，16（4）:459-461.

［3］ 宋錚，張建華，黃冶. 天線與電波傳播［M］. 西安: 電子科技大學(xué)出版社，2011.

［4］ 黃清. TD-LTE移動通信基站電磁輻射環(huán)境影響調(diào)查與分析［J］. 海峽科學(xué)，2015（6）:36-38.

［5］ 羅穆夏，張普選，馬曉薇. 電磁輻射與電磁防護［J］. 中國個體防護裝備，2009（5）：27.

［6］ 國家環(huán)境保護局. 輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則 電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T10.3-1996）［S］. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

［7］ 電磁環(huán)境控制限值（GB 8702-2014）［S］. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［8］ 國家環(huán)境保護局. 輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則 電磁輻射環(huán)境監(jiān)測儀器和方法（HJ/T10.2-1996）［S］. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

［9］ 國家環(huán)境保護局. 移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法（試行）: 環(huán)發(fā)［2007］114號［A］.

［10］ 國家環(huán)境保護局. 電磁輻射防護規(guī)定 （GB 8702-88）［S］. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

［11］ 陸智新，梁美霞. 基于生態(tài)安全的泉州市移動通訊基站電磁輻射污染管理現(xiàn)狀與對策［J］. 科技和產(chǎn)業(yè)，2014，14（4）: 154-155.

［12］ 謝志勇，金焰，陳瑞庭. 移動通信基站電磁輻射對周圍環(huán)境影響的研究［J］. 湖北師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，24（3）: 53-57.