各种地面条件TD-SCDMA基站电磁辐射

各种地面条件TD-SCDMA基站电磁辐射
摘要：本文从分析TD-SCDMA基站工作原理及其无线电传播特性，着重研究探讨在不同地面环境条件下TD-SCDMA基站周围电磁辐射的空间分布特性。

研究表明，在林地、草地、及水泥等三种地面条件下，林地的吸收的电磁辐射最大，其次是草地，而水泥地面对电磁波的衰减作用最小。

关键词：TD-SCDMA基站各种地面条件电磁辐射一、
分类号：P427.35 文献标识码：A-E文章编号：2095-2104（2011）12-094—01
前言
随着人们生活水平的不断提高，对移动通信质量和服务内容要求不断提高，我国移动通信网络也在不断的升级和提高，并进入了人们生活的方方面面。

移动通信基站在给人们带来便捷的通信及网络服务的同时，其本身的电磁辐射也越来越引起了人们的高度关注，并逐渐成为了产业界乃至整个社会所关心的热点话题。

我国在1987年就开始使用采用频分多址技术的模拟式蜂窝电话通信，随着大规模集成电路、微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的大量应用发展，使得移动通信进入了第二代数字移动移动通信系统(GSM)采用时分多址TAMA 和频分多址FDMA相结合，凭其抗干扰能力强、用户设备小、成本低等诸多优点，开始进入了我国的每一个家庭。

同时移动通信技术和网络技术的飞速发展，第三代移动通信技术得到了广泛的应用。

由我国自主开发的第三代移动通信技术TD-SCDMA（时分同步码分多址）采用了时分多址TDMA、码分多址CDMA、频分多址FDMA和智能天线SDMA等四种多址技术，在国内得到了大规模的开发应用，由于缺乏针对TD-SCDMA基站电磁辐射研究，其天线比GSM基站天线要大些，使得不少公众认为TD-SCDMA基站电磁辐射影响要大于GSM基站，反对其基站建设。

因此，为让公众能正确了解TD-SCDMA基站电磁辐射影响，进一步促进我国自主开发的第三代移动通信技术的发展和网络建设，对TD-SCDMA基站电磁辐射的研究闲的极为迫切。

本论文着重研究探讨在不同地面环境条件下TD-SCDMA基站周围电磁辐射的空间分布特性。

二、TD-SCDMA移动通信原理及电磁辐射传播特性
1、TD-SCDMA移动通信原理
TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access时分同步的码分多址技术）是我国提出的第三代数字移动通信技术。

该标准将智能天线、同步CDMA（码分多址）、接力切换、联合检测和软件无线电（SDR）等技术融于其中。

其系统结构完全遵循3GPP网络结构[1]，分为地面无线接入网和核心网。

根据国家无线电管理委员会的有关文件规定，江西移动TD-SCDMA移动通信系统具体频率分配见表2-1。

表2-1江西移动TD-SCDMA移动通信系统工作频率分配表
A频段 B频段
1880 MHz～1900 MHz 2010MHz～2025MHz
目前，一般情况下TD-SCDMA基站（八阵元天线）的主要技术参数见表2-2
表2-2TD-SCDMA基站技术参数汇总表
天线高度(m) 阵元增益(dBi) 赋形增益(dBi) 阵列增益(dBi) 天线俯角(°)垂向半功率角(°) 水平半功率角(°) 阵元发射功率(W)
15~70 14~16 6~9 9 3~9 6~9 65±15 1
TD-SCDMA基站天线辐射的电磁波形成电磁波瓣，其周围电磁场强度与电磁波的方向和强度正相关。

TD-SCDMA基站采用自使用智能天线，其原理是将无线电信号导向具体方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号达到方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。

典型的智能天线结构见图2-1，其主要包括4个部分：天线阵元、模数转换、自适应处理器和波束赋形网络。

图2-1 智能天线结构图
TD-SCDMA智能天线蛀牙实现两种波束：广播波束和业务波束。

广播波束主要用于公用信道（PCCPCH、SCCPCH、PICH、FPACH等）作系统广播，其波束较宽，使各小区无缝隙覆盖。

业务波束是在建立具体通话链路后形成，针对每一个用户形成一个窄波束并紧紧跟踪用户。

由于波束很窄，能力比较集中，在相同功率情况下，智能天线能将有用信号强度增加，并减少对其他用户的干扰。

智能天线能很好集中信号，发射机可适当减少发射功率，使得电磁辐射强度能够降低。

另外智能天线波瓣窄，其影响范围也大幅将少。

2、TD-SCDMA基站无线电波传播特性
TD-SCDMA移动通信采用直射波辐射的方式传播，其特点为：天线高度远大于工作波长；通信距离通常在视线距离之内；由于存在多径传播现象，造成直射波和反射波互相干扰，引起接收点场强起伏变化并随距离呈波动变化；直射波辐射传播方式与天波辐射相比更为稳定。

基站无线电波在空间中的传播方式[2]有4种：直射、反射、绕射和衍射，如图2-2所示。

图2-2 无线电波在空间的传播方式
移动通信无线电波传播损耗的常见类型主要有：
（1）绕射损耗：绕射损耗是由障碍物引起的附加传播损耗，可分为单刃绕射、多刃绕射、圆球形绕射；一般绕射损耗比较大，而圆球形绕射损耗最大。

多刃绕射损耗则可以由单刃绕射损耗累加得到。

（2）反射损耗：反射损耗的大小不仅与反射面的反射系数（扩散系数、镜面反射系数、漫反射系数等）有关，也与发射角的大小有关。

（3）建筑物贯穿损耗：建筑物的贯穿损耗是指无线电波穿过建筑物的外墙所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。

（4）人体损耗：手持机位于使用者腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4~7dB和1~2dB，一般人体损耗设为3dB。

（5）车内损耗：一般车内损耗为8~10dB。

（6）植被损耗：植被损耗与树林的稠密程度、树叶形状、树林的厚度、树林与接收天线的距离等有关。

三、TD-SCDMA基站电磁辐射空间分布研究
环境条件的不同，基站电磁辐射也随之变化，基于TD-SCDMA在不同环境条件下传播机理的复杂性，本论文主要研究在不同地面条件下TD-SCDMA基站电磁辐射时空分布特性。

TD-SCDMA基站发射的电磁波以基站天线为圆心向外扇形传播，其周围某点功率密度大小，与其两点间的路径损耗量有关。

路径损耗主要与载频频率、传播速度、传播地形和地貌有关。

TD-SCDMA基站主要采用Asse3G来计算路径损耗[6,7]，其表达式为：
式中：L——路径损耗，单位为dB；
K1——固定偏移因子（与频率相关），单位为dB，2000MHz取162.5；K2——距离衰减因子，取44.9；
d——基站天线与移动台（手机）天线之间的水平距离，单位为km hms——移动台（手机）天线的有效高度，单位为m；
K3——与移动台（手机）天线高度相关的因子，取-2.55；
K4——与移动台（手机）天线告诉相关的因子，取0；
K5——与发射天线高度相关的因子，取-13.82；
K6——与log(Heff)log(d)相乘的因子，取-6.55；。