小区覆盖电磁辐射安全距离设计指引*

罗凤娅，胡 华

（四川通信科研规划设计有限责任公司，四川 成都 610041）

0 引 言

经过几年大力的部署，国内4G基站建设已经步入一个相对平稳的阶段，整张4G网络已经完成了基础面覆盖，4G网络的建设逐步转入深度覆盖，运营企业更关注于局部重点区域的覆盖质量。从大数据覆盖质量来看，目前4G网络的弱覆盖区域主要集中在深度覆盖，其中最迫切需要解决的是居民小区的深度覆盖问题。居民小区用户高度集中，无线信号需求较大，同时楼层高且建筑物密集，信号损耗大，居民小区内地面和室内信号难以到达[1-2]。

居民小区宏站覆盖效果不理想，且协调难度大，多采用小区点射或美化天线来解决，点位分布密集，因此电磁辐射对人体的照射伤害成为了关注的焦点[3]。本文从理论推导电磁辐射计算公式，提出小区覆盖中基站与居民活动区域的安全距离，以指导小区覆盖设计方案。

1 电磁辐射安全距离计算公式

1.1 电磁辐射国家标准

我国国家环境保护部发布的《电磁环境控制限值》（GB8702－2014），确定了电磁辐射的国家标准是：在30～3 000 MHz的频率范围内，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内的平均值不超过0.4 W/m2[4-7]。

1.2 电磁辐射安全距离

根据电磁场理论公式[8-10]

式中：Pr：接收功率（W）；λ:波长（m），λ=c/f；Gr:接收天线增益（dBi）,对于点源天线增益为0dBi，即为1；E:电磁波复合场强（v/m），E2=377×S，S为功率密度（W/m2）。

将上述数值代入式（1），其中f（MHz），取对数得：

根据接收点复合功率公式：

天线端口等效发射功率：

式中：Pt：发射功率（W）；Gt：发射天线增益（dBi）；Lf：馈线（头）总损耗（dB），与馈线长度有关；Lb：其他损耗（dB），穿透、多径损耗，此处取0；L：传播损耗（dB）。

由式（3）和式（4），得最小空间传播损耗L

式中：Pt：发射功率（W）；Gt：发射天线增益（dBi）。

按自由空间衰耗，传播损耗L与距离d（km）的关系，其中f（MHz），有：

由式（5）和式（6），推导得20×lgd=EIRP-11-10×lgS，其中d（m），即：

因此，根据式（7）测算出的小区基站距离居民活动区域d满足电磁辐射国家标准S=0.4 W/m2即为安全距离。

2 电磁辐射现场测试与理论计算验证

2.1 小区覆盖基本情况

小区面积0.03 km2，建设7个RRU，其中3个美化灯杆（全向），4个美化空调（方位角分别为140°/240°/240°/240°），挂高均为1 m。点位分布如图1所示。

图1 小区点射分布

本次小区点射频段800 MHz，带宽5 MHz，参数配置PA=-3，PB=-1，RS发射功率与RRU设备发射功率配置，对应的等效发射功率：

EIRP=发射功率-馈线（头）总损耗+

美化灯杆：

美化空调：

其中：

（1）美化灯杆增益8 dBi,美化灯杆RRU至天线1/2馈线长度均为30 m，馈线损耗约2 dB（800 MHz 1/2馈线损耗0.65 dB/10 m）；馈线接头损耗1dB/个。

（2）美化空调天线增益12 dBi,美化空调RRU至天线1/2馈线长度均为20 m，馈线损耗约1.4 dB；馈线接头损耗1 dB/个。

2.2 现场测试值

2.2.1 一体化美化灯杆

本次对单站电磁辐射进行测试，测试位置为距离基站2 m处最近的小区道路上，分别测试了RRU发射功率为14 W（现网基站开通功率值）、25 W、35 W、40 W时的电磁辐射值。从表1可以看，RRU发射功率不大于30 W的情况下，可以满足电磁辐射的要求，因此一体化美化灯杆设计的2 m电磁辐射安全距离是达标的[11-12]。

表1 灯杆全向天线647128-53(PCI：404)

2.2.2 美化空调天线

本次对单站电磁辐射进行测试，测试位置为距离基站1 m处最近的小区道路上，分别测试了RRU发射功率为5 W、20 W（现网基站开通功率值）时的电磁辐射值。

表2 空调定向天线647127-53(PCI：338)

从表2可以看，在1 m处RRU发射功率即使为5 W也不能满足电磁辐射的要求。随着距离的拉远，辐射强度衰减明显，当RRU发射功率为25 W时，在8 m以外的区域电磁辐射可达标。因此美化空调天线的电磁辐射安全距离不达标，需要对现场基站位置进行调整[13-14]。

2.3 理论计算

本小节将通过理论推导式（7），d=10[（EIRP-10×lg（4×π）-10×lgS）/20]计算以上 2 种设计场景下电磁辐射安全距离，由此可以看到理论计算与现场测试值基本吻合。Lf的值取决于RRU至天线的馈线长度，RRU就近安装只考虑馈线头损耗，因此我们在后面计算中都取2 dB。

从表3可以看，美化灯杆现网功率14 w的情况下，电磁辐射安全距离为3 m左右。

表3 美化灯杆（电磁辐射安全距离d(m),其中S=0.4W/m2,Lb=0）

从表4可以看，美化空调现网功率20 w的情况下，电磁辐射安全距离为6 m左右，根据小区现场情况，要达到6 m以上的安全距离很困难，因此，采取美化空调降功率调整安装位置的解决措施。初步方案：RRU发射功率降到5 w，安装位置调整到1楼入户飘窗台位置，距离居民活动区域约3 m左右，可以满足电磁辐射安全距离。

表4 美化空调（电磁辐射安全距离d(m),其中S=0.4W/m2,Lb=0）

2.4 覆盖分析

根据800M链路预算测算美化灯杆、美化空调基站覆盖能力，其参数配置如表5所示。

根据链路预算，美化灯杆RRU发射功率14 w，天线增益8 dBi，天线高度为3 m，覆盖距离为190 m，受限于上行覆盖，满足基站设计覆盖需求。

根据链路预算，美化空调RRU发射功率5 w，天线增益12 dBi，天线高度为3 m，覆盖距离为210 m，满足基站设计覆盖需求。

表5 800M链路预算及参数配置

3 小区基站设计电磁辐射安全距离与覆盖能力

由于小区环境的特殊性及复杂性，小区覆盖基站设计我们需要同时考虑电磁辐射安全性与基站的覆盖能力，在本节将给出对应参考值，以便设计时查询。

3.1 电磁辐射安全距离

对应不同RRU发射功率及天线增益，电磁辐射安全距离如表6所示。

表6 电磁辐射安全距离d(m),其中S=0.4W/m2,Lf=2dB,Lb=0

对应不同电磁辐射安全距离及天线增益，RRU最大发射功率如表7所示。

3.2 800M与1.8G覆盖能力

对应不同RRU发射功率及天线增益，800M基站覆盖距离如表8所示。

表7 满足达标距离的RRU最大发射功率（w）,其中S=0.4W/m2,Lf=2dB,Lb=0

表8 800M覆盖半径（m)（天线挂高设置为3 m)

对应不同RRU发射功率及天线增益，1.8G基站覆盖距离如表9所示，常用天线及增益如表10所示。

表9 1.8G覆盖半径（m)（天线挂高设置为3 m)

表10 常用天线及增益

4 结 语

本文对居民小区覆盖场景及小区深度覆盖方式进行了分析，小区深度覆盖需同时考虑覆盖效果及电磁辐射对人体的长期照射危害。目前，为提升小区地面及楼内覆盖效果，消除覆盖盲区，小区覆盖多采用宏微协同的方式，美化天线是主要手段。居民小区内人口密集，用户活动区域固定且活动时间长，因此基站设计必须保障居民的人身安全。本文通过理论计算与现场测试验证，兼顾覆盖与辐射，给出了小区基站设计安全距离及覆盖能力参考指引表。