移动通信是双方或多方中至少有一方处于非固定状态时所进行的通信, 随着通信技术的不断发展, 除具有语音通信基本功能外, 还可实现传真、数据通信、图文通信等多种功能, 基本可以满足任何人、任何时间、任何地方能同任何人进行任何方式的通信。但移动通信在给工作、生活带来快捷、便利和舒适的同时, 也给人们的生存环境充满了"五彩缤纷"的电磁波。人类对电磁辐射的承受力有一个"度", 超过这个"度", 就会成为辐射污染并对人体健康带来危害。

对于移动通信基站等发射类电磁污染源, 为了获得好的接收效果, 必须采取加大发射功率、增大覆盖面积等各种措施, 这恰恰又增加了电磁辐射对环境的影响。为了保护环境, 只能采取各类技术措施减少电磁辐射对环境的影响, 而又不能完全消除掉; 只能采取相应的屏蔽措施, 而又不能将其完全屏蔽掉。为满足使用目的必须要有电磁辐射, 而电磁辐射却又带来辐射污染。因而, 电磁辐射其应用性与污染性共存, 这就是电磁辐射环境在监管等方面所面临的最大困惑。

1 移动通信基站概况 1.1 基站的组成及设备参数 1.1.1 基站组成

基站由机房、馈线和天线所组成。基站机房的主要设备有基站控制器、收发信机、功率放大器、耦合器、合路器、双工馈线等信号收发设备和电源柜、接地系统、空调器及备用电池组等辅助设备所组成。

1.1.2 基站设备参数

某小区基站设备的参数见表 1。

1.2 移动通信网络组成

在我国, 由于历史原因, 现在共有两个系统网络:GSM系统网络(简称G网)和CDMA系统网络(简称C网)。

1.2.1 GSM系统网络组成

GSM (TDMA技术, 即时间分隔多路技术, GlobalSystem For Mobile Communications)数字蜂窝移动通信网络系统由交换系统(SS)、基站系统(BSS)、操作维护中心(OMC)和移动台(MS)组成。GSM系统是以各无线小区相互邻接构成的网络, 由这些小区共同来完成服务区的覆盖。每个基站有一个基站控制器(BSC)控制一个或多个基站收发信台(BTS), 一个收发信台由若干个收发信机组成, 这些收发信机工作在一组与相邻小区频率不同的信道上。交换系统的移动业务交换中心(MSC)为多个基站控制器服务, 完成与公用电话交换网(PSTN)、综合业务数据网(ISDN)、公用陆地移动网(PLMN)等网络之间的交换, 实现整个服务区的覆盖, 构成一个完整网络。

1.2.2 CDMA系统网络组成

CDMA (码分多址技术, Code Division Multiple Access)与GSM相比, 其主要优势为:一是通话质量高, 对人体辐射小, 它的通话质量已与有线电话相差无几, 而且能够最大限度避免GSM网中存在的掉线、串音等弊端; 二是因采用以拓频通信为基础的一种调制和多址通讯方式, 其容量比模拟技术高10倍, 超过GSM网络约4倍, 可减少基站数目; 三是保密性强, CDMA技术曾一度应用在军事通信领域。此外, CDMA的数字控制信道还能支持诸如卫星通讯、多方通话、语音信箱等功能, 可实现模拟网和GSM网均不能做到的提供图像、视频和多媒体业务。

2 污染因素分析 2.1 水环境污染因素分析

基站备用电源选用密封蓄电池组, 防止了漏液现象, 机房地面不需要水冲洗, 使用时也不散发硫酸雾, 空调室外机需要冲洗, 其用水量极少, 因而废水、废气的环境污染可忽略不计。

2.2 室内设备的污染因素分析

移动通信基站由室外和室内两部分组成。室内部分有基站控制器、信号发射机、功率放大器、合路器、耦合器、双工器及部分馈线等设备。但在设计、制造这些设备时已采取了较好的屏蔽措施, 一般不会对周围环境造成电磁辐射污染。

2.3 室外设备的污染因素分析

室外部分有馈线和收、发天线。基站运行时, 其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。

2.4 基站污染因子

电磁辐射。

3 电磁辐射控制与评价标准 3.1 标准限值

《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)第2条电磁辐射防护限值。职业照射:在每天8 h工作期间内, 电磁辐射场的场量参数在任意连续6 min内的平均值应满足表 2的要求。公众照射:在一天24 h内, 环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6 min内的平均值应满足表 2的要求。

3.2 标准规定

《电磁辐射环境影响评价方法和标准》(HJ/ T10.3-1996)第4.1款规定:公众总的受照射剂量包括各种电磁辐射对其影响的总和, 即包括拟建设施可能或已经造成的影响, 还要包括已有背景电磁辐射的影响。总的受照射剂量限值不应大于国家标准《电磁辐射防护规定》的要求。第4.2款规定:对单个项目的影响必须限制在《电磁辐射防护规定》限值的若干分之一。在评价时, 对于由国家环境保护总局负责审批的大型项目可取《电磁辐射防护规定》中场强限值的, 或功率密度限值的1/2。其他项目则取场强限值的, 或功率密度限值的1/5作为评价标准。

3.3 电磁辐射国外相关标准

列出部分国家相关标准, 供参考。对于GSM900MHz移动通信:

国际IRPA, 1984年公众标准:4.5W/m²;

美国ANSI, 1982年规定标准:30W/m²;

英国、荷兰、瑞典、加拿大等规定标准:100W/m²;

美国NIOSH, 1985年规定标准:15W/m²。

比较可知, 国际非电离辐射防护委员会IRPA向成员国推荐的标准是我国标准的11.25倍; 美国国家标准协会ANSI标准是我国标准的75倍等。国内目前现行的电磁辐射防护标准明显比国际标准及西方国家标准严格很多。

4 移动通信基站电磁辐射环境现状监测 4.1 监测项目

环境综合功率密度。

4.2 监测布点

按照《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)的测点布设原则, 在有方向性天线辐射主瓣方向、多层建筑的部分楼层等布设监测点。在天线辐射主瓣方向上共布设16个监测点。

4.3 监测方法

按照《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T10.2-1996)的要求进行。监测位置离地面高度1.7m处。

4.4 监测仪器

EMR-300电磁辐射分析仪, 测量频率范围100KHz-3GHz。

4.5 监测时段

9:00~11:00、14:00~16:00。

4.6 基站运行工况

监测时的运行工况见表 3。

4.7 环境条件

天气:晴;

4.8 监测结果

某小区基站电磁辐射环境现状监测结果见表 4。

由表 4可以看出, 基站在正常运行状况时, 基站天线周围200m内功率密度最大为370.2 ×10^-4W/m²(点位2, 14:00~ 16:00, 天线主瓣西南向50m)。天线周围功率密度均明显低于环境综合功率密度40μW/cm²的标准限值和单个项目功率密度8μW/cm²的标准限值, 同时也低于环境电磁波容许辐射强度分级标准中功率密度10μW/cm²的标准限值, 属一级电磁辐射环境(安全区)。

5 移动通信基站安全距离理论估算

由于移动通信基站信号是由天线发射的, 在天线附近划定保护距离是十分必要的。安全距离以理论计算为主, 以基站发射功率最大、最不利条件情况下进行。

5.1 估算模式

根据《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T10.2-1996), 距离发射天线水平直线距离为d (m)处的功率密度S按下列公式计算:

(1)

式中:S——功率密度(W/m²); P——天线辐射功率(W); G——天线的功率增益(dBi)。

5.2 距离估算值式

(1) 中, P和G可根据移动设备供应商提供的参数确定。

根据《电磁辐射防护规定》(GB8702-88), 在30~3 000 MHz频率范围内公众接受的电磁辐射总量规定不允许超过0.4 W/m²。900 MHz移动通信基站产生的电磁辐射仅为电磁辐射总量的一部分。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》(HJ/T10.3-1996), 单个项目的影响可取功率密度限值的五分之一作为评价标准, 即S=0.4 ÷ 5= 0.08(W/m²)。确定了P、G、S的值, 利用上式即可确定某种类型GSM基站天线到人群的保护距离d为24 m。只要与天线的距离超过24 m, 电磁辐射水平就达到了国家电磁辐射防护规定, 人们在这个距离以外生活和工作就可认为是安全的。

考虑定向天线最大俯角为5°, 则应确保天线主射方向上保护距离内建筑物高度低于天线挂高1.2 m。

5.3 几点说明

(1) 上述保护距离是在天线主射方向上估算的。假如偏离主射方向, 天线增益G将急剧下降, 保护距离d也将随之急剧减小。在这种条件下, 即使离天线的距离小于上述保护距离估算值, 也同样是安全的。

(2) 假如电磁波有墙壁阻隔, 则电磁波穿过一般砖墙要衰减6 dB左右(为原来能量的1/4), 而穿过带钢筋的墙要衰减20dB (为原来能量的1/100), 人们呆在室内将会更加安全。

(3) 实际上, 由于设备容量足够, 加上GSM系统有功率控制和非连续发射功能, 每一扇区同时以全功率发射电磁波的可能性几乎是没有的, 即是说实际的天线辐射功率往往要小得多。

6 结论

通过对某小区移动通信基站的现场监测和理论分析可以看出, 移动通信产生的电磁辐射主要在天线附近, 只要基站天线架设满足安全距离的要求, 其电磁辐射对环境的影响不明显, 因而对环境和公众是安全的。

"近场特性"是移动通信基站不同于其他电磁辐射污染源的主要特征, 且与天线的架设方式、下倾角、发射功率及主射束方向等诸多因素有关。因此在移动通信基站的选址时, 在满足其应用特性的同时, 应尽可能地使其主射束方向避开居民楼、办公楼等电磁环境敏感目标。

需要说明的是, 随着生活水平和受教育程度的不断提高, 人们对电磁辐射环境的认知和要求也在不断提高, 实践已经证明, 电磁辐射除有种群效应和躯体效应以外, 其对人们的心理影响是存在的, 应引起有关部门的高度重视。