5G應用基站電磁輻射環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測與分析

龔源 郭曉琦 劉秋新 龍一飛 李楊薇

（1.武漢市生態(tài)環(huán)境安全中心，武漢 430022；2.武漢城市學院，武漢 430082）

0 引言

隨著5G商用的日益臨近，廣大民眾在盼望獲得更高信息傳遞速度的同時，對基站輻射的擔憂也日益加劇。如何去判斷通信基站的電磁輻射水平，讓人們更好地了解基站電磁輻射問題，降低人們對基站的恐懼是一個亟待解決的問題。同時，政府職能部門為了避免生態(tài)環(huán)境污染事件后期介入的被動局面，需要摸清現(xiàn)階段電磁輻射環(huán)境本底情況，并在現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，把握電磁輻射水平變化趨勢。

1 現(xiàn)行標準

目前各國都是根據(jù)國際非電離輻射防護委員會的標準進行本國標準的制定，國家之間的標準差異都很大，絕大部分國家3500MHz的標準是10W/m2，28 GHz的標準也是10 W/m2［1-2］。我國電磁輻射相關(guān)標準主要是依照IEEE和ICNIRP等主流權(quán)威機構(gòu)的標準，具體限值標準總體上較國際標準更加嚴格［3］。在射頻段方面，《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）是我國電磁輻射領(lǐng)域最基礎(chǔ)、最重要的標準，規(guī)定3 500 MHz的標準是0.47 W/m2，28 GHz的標準是2 W/m2［4］，同國際標準也不一致。造成這種差異的主要原因與各國的國情有關(guān)，部分國家地廣人稀，標準制定則相對寬松。

我國歷來十分重視公眾的生態(tài)環(huán)境安全，為了嚴格控制環(huán)境中的電磁波污染并結(jié)合我國城市人口密集的現(xiàn)狀，制定了比國際標準更加嚴格的國家標準，形成倒逼機制。這一措施不僅更好地保護了公眾的安全，而且促進了我國電磁技術(shù)向高精尖方向的發(fā)展，成為我國電磁技術(shù)快速發(fā)展的巨大推力。

為了摸清應用基站電磁輻射環(huán)境現(xiàn)狀，我國各個城市也陸續(xù)開展了類似的監(jiān)測和分析工作，例如北京市于2019年10—12月對市中心3個典型商區(qū)的電磁環(huán)境進行了測試，測試頻段為10 MHz~8 GHz，測試區(qū)域的射頻電磁環(huán)境水平主要分布在0.5~2.5 V/m，隨空間距離變化較為劇烈［5］。威海市則在城區(qū)共選擇了63個測量點分別在2018年5月、2020年10月進行了2次測量，測量頻段為30~3 000 MHz，結(jié)果為0.058~7.964 mW/m2，檢測結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，城市整體輻射水平并未因4G和5G技術(shù)發(fā)展而明顯提高［6］。其他城市如廣州、廈門、福州等地監(jiān)測結(jié)果也都顯示，我國城市射頻電磁輻射環(huán)境水平遠低于國家標準要求［7-9］。

2 5G應用基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測

武漢市作為全國首批5G規(guī)模試驗網(wǎng)試點城市，5G移動基站建設快速發(fā)展，其電磁輻射環(huán)境水平監(jiān)測工作刻不容緩。監(jiān)測人員于2021年3—5月在市區(qū)選擇42個監(jiān)測點進行測量，監(jiān)測方法參考《5G移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法（試行）》（HJ 1151—2020）。該方法適用于GB 8702—2014規(guī)定豁免范圍以外的移動通信基站的電磁輻射環(huán)境監(jiān)測。

2.1 監(jiān)測點位布置

因武漢市區(qū)域面積大，本次監(jiān)測點位選擇在交通要道、物流中心、居民小區(qū)、高校聚集區(qū)域附近，以已建的信號基站發(fā)射天線為中心，分別選取20、10 m處設置監(jiān)測點位，點位周圍環(huán)境分別為居民區(qū)中、馬路旁邊、高架橋附近、人煙稀少處等，如圖1所示。監(jiān)測頻率為每個點位連續(xù)測量2次，每次測量6 min，并在穩(wěn)定狀態(tài)下讀數(shù)，選取測試段的平均值。如果監(jiān)測讀數(shù)波動較大，待讀數(shù)變化穩(wěn)定后再記錄。本次測試均在無雨無雪、天氣狀況良好的情況下進行。

圖1 監(jiān)測點位布置

2.2 監(jiān)測設備

測試設備選擇森馥OS-4P選頻式電磁輻射監(jiān)測儀，三軸全向電場天線。監(jiān)測時采用三腳架固定，距離地面1.6 m。5G終端設備型號為HUAWEI HONOR-X10和HUAWEIWKG-AN00，與天線水平距離為3~6 m［10］。

2.3 監(jiān)測時段

監(jiān)測時段選擇移動通信基站正常工作時間，上午選擇9：00—11：00，下午選擇14：00—17：00。

2.4 監(jiān)測頻段

按照我國目前的商用5G頻段即三大運營商從工信部處分配來的試商用頻段范圍完成監(jiān)測工作，頻段分配情況如下：①中國電信頻段為3 400~3 500 MHz，共擁有100 M；②中國移動頻段為2 515~2 675 MHz、4 800~4 900 MHz，兩者一共260 M；③中國聯(lián)通頻段為3 500~3 600 MHz，共擁有100 M。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 計算公式

電磁場電場強度與功率密度的換算公式為：

式中，Pd為電磁輻射場功率密度，W/cm2；E為輻射場電場強度，V/m。

3.2 監(jiān)測結(jié)果及分析

針對武漢市5G應用基站電磁輻射水平監(jiān)測，結(jié)果如表1所示。

表1 距移動基站20、10 m周圍環(huán)境中的電磁輻射水平

續(xù)表1

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，武漢市5G應用基站電磁輻射水平為0.001~0.521 W/m2，電磁輻射環(huán)境值的輻射場電場強度、功率密度都遠低于國家標準，不足以產(chǎn)生具有影響性、大范圍的環(huán)境電磁輻射污染。監(jiān)測結(jié)果中電磁輻射環(huán)境值最大數(shù)值為：①中國電信：電場強度為0.406 V/m，功率密度為0.044 W/cm2；②中國移動（2 515~2 675 MHz）：電場強度為1.401 V/m，功率密度為0.521 W/cm2；③中國聯(lián)通：電場強度為1.299 V/m，功率密度為0.488 W/cm2。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)作散點圖如圖2、圖3所示。大多數(shù)基站在20 m處的測量輻射值都集中在0.1~0.5 V/m，以0.3 V/m的最多，0.8V/m和1.3V/m的各一處，平均值為0.319V/m。在10 m處的測量輻射值都集中在0.1~0.7 V/m，以0.1 V/m左右最多，平均值為0.344 V/m。

圖2 所測基站20 m輻射值散點圖

圖3 所測基站10 m輻射值散點圖

電磁輻射環(huán)境水平不僅與水平距離有關(guān)，還會隨垂直距離的變化而變化。為初步了解其變化趨勢，監(jiān)測人員在2021年6月選擇武漢市某高校學生食堂進行電磁輻射環(huán)境水平測量。該食堂共3層，有多個移動基站建在建筑樓頂，人流量較大，建筑內(nèi)無過多隔斷和復雜結(jié)構(gòu)。室內(nèi)監(jiān)測點選在每層東南、西南、東北、西北角及中心點，共15個點進行現(xiàn)場監(jiān)測，室外監(jiān)測點則選在西北角樓梯口處。該建筑一、二層正常開放，三層未營業(yè)，在就餐高峰時段（7：00—8：00，11：30—12：30，17：30—18：30），一、二層平均同時就餐人數(shù)各為200~300人，非高峰時段同時就餐人數(shù)各為30~50人。室內(nèi)監(jiān)測結(jié)果如表2所示，室外監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

表2 移動基站周圍環(huán)境中的電磁輻射水平（室內(nèi)）

表3 移動基站周圍環(huán)境中的電磁輻射水平（室外）

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該建筑室內(nèi)外的電磁輻射環(huán)境值在0.001~0.026 W/m2的輻射場電場強度、功率密度都低于室外環(huán)境，同時也遠低于國家標準，不足以產(chǎn)生具有影響性、大范圍的環(huán)境電磁輻射污染。同時可以看出，在室內(nèi)環(huán)境中，5G移動基站及設備信號交互引起的電磁輻射環(huán)境值在同一層各監(jiān)測點之間基本無巨大差異，呈現(xiàn)出較為均勻分布的特征；但隨著樓層的升高，越接近頂樓，該值會逐步升高，即越接近基站，輻射值越大。

4 結(jié)論

目前，5G商用處于初期階段，無人駕駛等大流量適用場景尚未完全正式投入使用，數(shù)據(jù)傳輸、視頻交互、游戲娛樂等其他場景已經(jīng)逐步進入公眾的社會生活。因此，現(xiàn)階段監(jiān)測結(jié)果可以形成如下結(jié)論：

1）由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，電磁輻射環(huán)境值的輻射場電場強度、功率密度都遠低于國家標準，不足以產(chǎn)生具有影響性、大范圍的環(huán)境電磁輻射污染。監(jiān)測結(jié)果中電磁輻射環(huán)境值最大數(shù)值為：①中國電信：電場強度為0.406 V/m，功率密度為0.044 W/cm2；②中國移動（2 515~2 675 MHz）：電場強度為1.401 V/m，功率密度為0.521 W/cm2；③中國聯(lián)通：電場強度為1.299 V/m，功率密度為0.488 W/cm2。

2）由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該建筑室內(nèi)的電磁輻射環(huán)境值的輻射場電場強度、功率密度都低于室外環(huán)境，同時也遠低于國家標準，不足以產(chǎn)生具有影響性、大范圍的環(huán)境電磁輻射污染。同時可以看出，室內(nèi)環(huán)境中，5G移動基站及設備信號交互引起的電磁輻射環(huán)境值在同一層各監(jiān)測點之間基本無巨大差異，呈現(xiàn)出較為均勻分布的特征，但隨著樓層的升高，越接近頂樓，該值會逐步升高，即越接近基站，輻射值越大。

3）武漢市正處于5G基站建設高速發(fā)展階段，隨著技術(shù)的發(fā)展，城區(qū)原有的2G、3G基站數(shù)量會逐步減少而5G基站數(shù)量則迅速增加，射頻電磁輻射環(huán)境水平將如何變化，需要持續(xù)細致地跟蹤監(jiān)測才能有效掌握其變化趨勢。