5G通讯简介及新监测标准解读

China Science & Technology Overview
/节能环保与生态建设
5G 通讯简介及新监测标准解读
王震乔冕王治海屈加燕王蕾
(山东省核与辐射安全监测中心，山东济南250117)
摘要：5G 通信技术，网络速度快，信号可靠性高，用户接入数量多，相比前几代通信技术有明显优势，实现万物互联已经不是 梦想。

由于5G 基站的超密集组网和大规模MIMO 天线等新技术的应用，使得5G 基站的覆盖范围、辐射特性等都有新的变化。

为满 足辐射环境管理的要求，新的监测标准应用而生，针对5G 通信的特点，新标准对监测仪器、监测工况、终端连接和监测流程等方面均 作了专门要求。

5G 通信技术在更好服务社会的同时，也给电磁辐射环境管控与监测工作带来了新的课题和挑战，不仅监测工作量比之 前有了大幅增加，而且对监测人员的专业化程度和灵活处理能力提出了更高要求。

关键词：5G ;大规模MIMO 天线；环境监测；监测标准
中图分类号：TN929
文献标识码：A
文章编号：1671-2064(2020)21-0021-02
1. 5G 通讯技术
1.15G 简介
5G ,即5th -Generation ,指第五代移动通信技术，相 比较2G 、3G 和4G ，5G 的主要特点是大带宽、大规模连 接和超低延时。

基于以上特点，5G 可实现高清视频、VR /
AR 、智慧城市、自动驾驶和工业控制场景等。

如果说4G 是改变生活，5G 就是改变社会，实现万物互联，由此，
5G 的研发和应用成为国家战略，也是国际上各个国家科 技力量竞争的高地。

2019年工信部正式发放了 5G 牌照，各运营商频谱分别 为中国移动（2515MHz 〜2675MHz ;4800MHz 〜4900MHz )、 中国联通（3500MHz 〜3600MHz )、中国电信（3400MHz 〜 3500MHz )和中国广电（4900MHz 〜4965MHz 和 700MHz )。

1.2 5G 基站及天线
作为通信网络的重要组成部分，5G 基站采用了大规 模MIMO 天线（missive MIMO )，相较于4G 网络，5G 化整为零，以用户为中心，像建筑物、路灯等，都可以作 为5G 基站的载体，甚至有室内的微基站，能实现超密集 组网；另外，天线比前几代更加智能，天线发射功率和发 射方向随着用户数量和需求自动调节，服务更精准。

大规模MIMO 天线有以下特点：（1)相较与传统的4 天线和8天线，5G 基站的天线通道数能达到64或者128 个，甚至到256个，用户接入数必然增多。

另外，天线数 量越多，噪声和干扰越趋向于零，控制也更加灵活；（2) 传统的MIMO 天线发射的信号类似于一个平面，只能在 水平方向传播，是一个2D 的信号，而missive MIMO 除 了水平方向还可利用垂直维度的空间，信号是一个电磁波 束，所以可称之为3D-MIMO ; (3)波束赋形技术使得大 规模MIMO 可形成更窄的波束，方向性增益大大增强, 波束集中辐射于更小的空间内，使基站与终端之间线路上 的能量传输效率更高，从而可减少基站的功率损失。

5G 通信技术可提高信号的可靠性，降低干扰，对用 户而言，最明显的就是提高了用户终端的接入数量，提升 了数据吞吐率，比如像机场和车站等人流量大的地方，4G 时代手机信号满格但是上网速度不理想，就是因为接入量 和吞吐能力有限，而5G 将大大解决这一问题。

2.监测方法解读
2.1标准的产生对于5G 之前的移动通信基站，监测标准为《移动通 信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 972-2018) [11，《电 磁环境控制限值》（GB 8702-2014) P1详细规定了不同频 率范围的公众曝露控制限值，而各运行商5G 频谱分布从 700M H z 到4965MHz ，控制限值是不同的，加之5G 通 信基站的特点又与前几代不同，利用非选频式辐射监测仪 使用HJ 972监测方法已经无法准确判断通信基站周围电 磁环境质量是否达标，因此，在《5G 移动通信基站电磁 辐射环境监测方法（征求意见稿)》之后，《5G 移动通信 基站电磁辐射环境监测方法（试行)》（HJ 1151-2020) t 3] 由生态环境部与2020年12月14日批准，2021年3月1日 起实施。

2.2仪器的列表模式
对同一站址存在5G 及其他网络制式的移动通信基站 的电磁辐射环境监测，由征求意见稿的分别按照HJ 972 和HJ 1151分别监测到试行版得统一按本新标准规定监 测。

“使用选频式电磁辐射监测仪的列表模式，取得5G 和及其他网络制式移动通信基站的电磁辐射场强数据。

” 新标准除了对选频测量仪的电性能指标提出了要求以外， 还对仪器功能提出了新要求，即必须具有列表模式，列表 模式是可用于多服运营商频段快捷同步测试的一种快捷模 式，需要提前预制好每个运营商的频段信息，包括频谱范 围，分辨率等信息，由仪器对频谱自动截取并积分运算， 生成列表展示模式，就可以一次直接读取每个频段的场强
收稿日期：2020-09-11
作者简介：王震（1987—),男，山东济南人，本科，工程师，从事环境监测工作。

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I节能环保与生态建设\China Science & Technology Overview
信息。

市场上诸多通用型便携式的、或者频率范围满足要 求但是功能定义偏离的设备均无法满足新标准要求，在选 择仪器时必须注意这一点。

2.3监测工况与终端
“监测时，基站应处于正常工作状态，5G终端设备应 与被监测的5G移动通信基站建立连接并至少处于一种典 型应用场景。

”由于基站天线更加智能化，当周围没有终端 设备连接时，基站在覆盖范围内进行扫波，发射功率很低，此时监测到的数据很低，实际意义不大；当在覆盖范围内 扫描到终端业务需求时，天线迅速与其连接，并发射电磁 波，此时基站的发射功率升高，且发射功率与业务需求的 类型相关。

故5G通信基站的监测，必须保证周围有5G 终端设备与基站连接并进行正常的数据交互业务。

“探头 与5G终端设备保持在l m〜3m范围内,”此要求既能测到 基站向下发射的电磁波又规避了终端向上发射的电磁波。

2.4监测流程
“每个监测点每次监测时间不少于6m in,读取监测仪 器的平均值”“监测仪器探头（天线）距地面（或立足平 面）1.7m”“探头与操作人员躯干之间距离不少于0.5m”，对于以上要求，仪器必须支持显示累计测量6m in的平均 值输出。

另外，如果由监测人员握持仪器，则很难满足要 求，故应搭配使用木质三脚支架，将探头置于支架上，且 最好配置一根探头延长线连接主机，在满足距离要求的情 况下更加方便监测人员读数。

另外，监测的原始记录中，应收集通信基站的基本信 息，如基站名称、运营单位、建设地点、发射频率范围、天线数量和离地高度等信息。

且必须注明监测点与天线的距离、应用场景和5G终端的型号与数量，这些都是与监 测点的功率密度息息相关的参数。

3.结语
5G通信技术的应用是当前无线通讯技术的重大变革，潜移默化得影响我们的生活方式，其广泛的应用必然逐渐 改变我们的生活和社会。

与此同时，针对5G的电磁辐射环境监测和电磁环境 管控也成为我们要面对的一个重大课题，也是一项重大考 验。

首先由于5G基站的覆盖范围较4G变小，要有好的 用户体验必然要求基站数量大大增加，这就使得监测的工 作量大幅提升，而新标准对每个监测点位监测时长的要求 又使得监测时间较4G增加，这两方面的原因叠加就导致 监测工作量成倍增加。

另外选频仪器的操作较非选频场强 仪复杂，专业化程度也更高，而且，建立在超密集组网下 的5G基站形态会日趋多样化，还有像宏基站和室内微基 站等，布点方式也会多种多样，所以，对监测人员的要求 不只是要熟练使用监测设备，还需要根据实际情况科学合 理得灵活调整布点和监测方法等，不得不说这也是对监测 人员的一个挑战。

参考文献
⑴生态环境部.HJ 972-2018,移动通信基站电磁辐射环境监测方 法[S].北京:中国环境科学出版社,2018.
⑵环境保护部.国家质量监督检验检疫总局.GB 8702-2014,电磁 环境控制限值[S].北京:中国环境科学出版社,2014.
[3]生态环境部.HJ 1151-2020,5G移动通信基站电磁辐射环境监 测方法(试行M S].北京:中国环境科学出版社,2020.
Introduction o f 5G Communication and Interpretation o f the N ew Monitoring Standard
WANG Zhen,QIAO Mian,WANG Zhihai,QU Jiayan,WANG Lei
(Shandong Nuclear and Radiation Safety Monitoring Center, Jinan Shandong 250117) Abstract:5G communication technology, with fast network speed, high signal reliability and large number of user access, has obvious advantages over previous generations of communication technology, so it is not a dream to realize the interconnection of everything. Due to the ultra dense networking of 5G base station and the application of large- scale MIMO antenna and other new technologies, the coverage and radiation characteristics of 5G base station have new changes. In order to meet the requirements of radiation environment management, a new monitoring standard has been applied. According to the characteristics of 5G communication, the new standard has made special requirements for monitoring instruments, monitoring conditions, terminal connection and monitoring process. 5G communication technology not only serves the society better, but also brings new issues and challenges to the electromagnetic radiation environmental control and monitoring work. Not only the monitoring workload has increased significantly, but also puts forward higher requirements for the professional degree and flexible processing ability of the monitoring personnel.
Key words:5G;large-scale MIMO antenna;environmental monitoring;monitoring standard
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