武彤，梅曉蕾，馬文華( 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 0009； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，南寧 5008； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 00080)

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移動(dòng)通信基站電磁輻射測(cè)量示范系統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計(jì)*

武彤1，梅曉蕾2，馬文華3
(1 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，南寧 530028；3 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080)

摘 要為了進(jìn)行移動(dòng)通信基站的電磁輻射研究，需要建立電磁輻射測(cè)量示范系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了電磁輻射示范系統(tǒng)的架構(gòu)，通過(guò)對(duì)各模塊功能的分析，制定了數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)采集的工作流程。根據(jù)系統(tǒng)的功能，提出了監(jiān)測(cè)點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理中心的技術(shù)要求。測(cè)量系統(tǒng)除了考慮進(jìn)行檢測(cè)方法研究外，還設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)公眾分享接口，以便于公眾知情電磁輻射狀況。

關(guān)鍵詞基站電磁輻射測(cè)量；GB 8702-2014標(biāo)準(zhǔn)；HJ/T 10.2-1996標(biāo)準(zhǔn)

伴隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)在全球的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信的媒介——電磁波對(duì)環(huán)境和人身健康安全帶來(lái)的影響和危害逐步為社會(huì)和人民群眾所重視。目前，電磁輻射對(duì)人體健康的危害已成為一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，電磁輻射對(duì)人體健康影響的評(píng)價(jià)技術(shù)為很多國(guó)家所關(guān)注。我國(guó)是移動(dòng)通信大國(guó)，移動(dòng)通信基站的數(shù)量全球最多，為了研究移動(dòng)通信基站電磁輻射的測(cè)量方法，建設(shè)一個(gè)移動(dòng)通信基站電磁輻射測(cè)量示范系統(tǒng)，對(duì)于移動(dòng)通信基站電磁輻射測(cè)量方法研究、標(biāo)準(zhǔn)化以及人員培養(yǎng)等具有重要意義。

1　示范系統(tǒng)的架構(gòu)和工作流程

1.1 總體架構(gòu)

移動(dòng)通信基站電磁輻射測(cè)量示范系統(tǒng)按照其功能可以分為電磁輻射監(jiān)測(cè)部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控中心和綜合展示部分。電磁輻射監(jiān)測(cè)部分是在基站附近尋找敏感區(qū)域，布設(shè)電磁輻射監(jiān)測(cè)手段。數(shù)據(jù)傳輸部分是以實(shí)時(shí)的方式，將采集到的電磁輻射數(shù)據(jù)通過(guò)有效的傳輸手段，發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心主要功能是進(jìn)行測(cè)量方法的設(shè)置和數(shù)據(jù)處理。綜合展示部分是接收監(jiān)控中心推送測(cè)試結(jié)果并通過(guò)適合的方式展示出來(lái)。其總體架構(gòu)如圖1所示。

移動(dòng)通信基站電磁輻射測(cè)量示范系統(tǒng)主要包括“采集、傳輸、監(jiān)控、展示”4個(gè)重要的環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是通過(guò)在監(jiān)測(cè)位置安裝射頻電磁場(chǎng)感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的電磁輻射等數(shù)據(jù)的采集，為了部署的靈活性，可以采用固定傳感器和移動(dòng)傳感器相結(jié)合的方式。應(yīng)當(dāng)具備對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)可以實(shí)時(shí)報(bào)警。數(shù)據(jù)傳輸是將所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳回到監(jiān)控中心，應(yīng)當(dāng)具備多種可選的傳輸方式，以適用于各種不同的場(chǎng)合。在數(shù)據(jù)處理中心應(yīng)可以設(shè)置有效性規(guī)則，對(duì)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查，通過(guò)有效性檢查的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)發(fā)布；數(shù)據(jù)處理中心對(duì)前端電磁輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作參數(shù)，如傳輸間隔、報(bào)警閾值等，可以進(jìn)行設(shè)置；監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)掌握電磁輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)信息，還能下發(fā)與電磁輻射相關(guān)的圖文宣傳信息到現(xiàn)場(chǎng)的信息展示屏。數(shù)據(jù)中心還可以設(shè)置不同的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以比較不同的電磁輻射測(cè)量方法造成的差異等。信息展示是通過(guò)GIS、LED顯示屏等方式進(jìn)行展示，供研究人員和業(yè)務(wù)管理人員閱覽，系統(tǒng)管理人員可以對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分時(shí)段的統(tǒng)計(jì)、分析，形成報(bào)表，留有數(shù)據(jù)接口可以給公眾共享。

圖1　示范系統(tǒng)的總體架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)工作流程

將這個(gè)系統(tǒng)分為不同的部分，每個(gè)部分設(shè)置工作流程，可以分為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集流程、數(shù)據(jù)傳輸流程、數(shù)據(jù)展示工作流程、公眾數(shù)據(jù)接口及服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)流程，其中比較重要的是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集流程和數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控流程。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示，數(shù)據(jù)傳輸流程如圖3所示。

圖2　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集流程

2　關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)

圖3　數(shù)據(jù)傳輸流程

在電磁輻射監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)中，比較重要的是監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理中心的功能。監(jiān)測(cè)站需要感知外界的電磁場(chǎng)信號(hào)，其參數(shù)應(yīng)該在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)處理中心則需要根據(jù)不同的測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)行探頭功能的設(shè)置。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的功能設(shè)計(jì)可以依據(jù)現(xiàn)行有效的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)適用性的研究，應(yīng)保持一定的靈活性，可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證，也可以應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)。目前主要參考的標(biāo)準(zhǔn)有GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》、HJ/T 10.2-1996《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》等。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)方法都進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)范和要求。此外，由于此系統(tǒng)需要承擔(dān)正在起草過(guò)程中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于基站附近人體暴露的射頻和比吸收率的評(píng)估方法》的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工作，需要充分考慮標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證的需求。

2.1 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)站可以安裝到比較敏感的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全年365 天/24 h不間斷測(cè)試。也可以采用臨時(shí)設(shè)置的方式，將可移動(dòng)式監(jiān)測(cè)站布設(shè)到需要的位置。監(jiān)測(cè)站由電磁場(chǎng)的探頭、測(cè)量模塊及處理模塊和用于將數(shù)據(jù)傳送到控制中心的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成。測(cè)量塊能夠連續(xù)（365天/24 h）探測(cè)和測(cè)量電磁場(chǎng)，其準(zhǔn)確度等指標(biāo)除應(yīng)符合計(jì)量技術(shù)法規(guī)的要求外，需要具備持續(xù)工作和環(huán)境適應(yīng)能力。其主要技術(shù)參數(shù)需要滿(mǎn)足以下要求：探頭的各項(xiàng)同性應(yīng)獲取實(shí)際測(cè)量總場(chǎng)，沿3個(gè)軸向測(cè)量必須同時(shí)進(jìn)行，也就是說(shuō)傳感器必須是各向同性的；為符合不同標(biāo)準(zhǔn)，至少能夠進(jìn)行RMS的測(cè)量；監(jiān)測(cè)設(shè)備必須方便探頭間的互換，這樣可滿(mǎn)足未來(lái)需求的不斷發(fā)展，如需要更寬范圍的測(cè)量，只需更換探頭即可實(shí)現(xiàn)，無(wú)需改變整個(gè)系統(tǒng)，這樣可以節(jié)省更多的投資；為了防止數(shù)據(jù)丟失，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)值是平均值，任意6 min時(shí)間內(nèi)通過(guò)滑動(dòng)平均技術(shù)對(duì)每秒新來(lái)數(shù)據(jù)樣本都能進(jìn)行平均，即每有一個(gè)新樣本收到（至少每秒一次），就會(huì)平均一次；為了防止數(shù)據(jù)流失，設(shè)備的采樣率為每秒兩個(gè)采樣。

測(cè)量頻率范圍應(yīng)該覆蓋運(yùn)營(yíng)商使用的所有頻率點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍和敏感度應(yīng)符合環(huán)境監(jiān)測(cè)電磁場(chǎng)儀表的具體要求。數(shù)據(jù)傳送時(shí)間應(yīng)可以自由設(shè)置，存儲(chǔ)容量應(yīng)能夠滿(mǎn)足50天以上信息的存儲(chǔ)。可編程的警報(bào)級(jí)別至少應(yīng)包括現(xiàn)場(chǎng)輻射水平、電池電量狀況、校準(zhǔn)狀態(tài)并可以識(shí)別電源開(kāi)關(guān)。

考慮到使用環(huán)境，該設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)適合在戶(hù)外天氣條件下工作，而且保證設(shè)備的安全。建議需要滿(mǎn)足防護(hù)等級(jí)為IP66，可以通過(guò)鎖或其它方式來(lái)保護(hù)設(shè)備的安全，如外殼被非法打開(kāi)具有安全報(bào)警功能。工作溫度范圍應(yīng)至少覆蓋-20℃～55℃，可以采用交直流電源供電，同時(shí)后備太陽(yáng)能板供電?？筛鶕?jù)安裝環(huán)境選擇一個(gè)合適的安裝方式，例如壁掛式、桅桿式或安放在平臺(tái)上等各種方式。

2.2 數(shù)據(jù)處理中心的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理中心對(duì)采集的監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理，將各類(lèi)數(shù)據(jù)按照“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，集中存儲(chǔ)”的方式進(jìn)行統(tǒng)一管理，形成一個(gè)綜合、全面的數(shù)據(jù)處理和管理中心。要求數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)滿(mǎn)足各種用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表的要求，同時(shí)要保證技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性，數(shù)據(jù)維護(hù)的簡(jiǎn)單易用性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。數(shù)據(jù)維護(hù)需要制定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)更新機(jī)制，保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)與源數(shù)據(jù)的一致性，數(shù)據(jù)庫(kù)的共享訪(fǎng)問(wèn)是基于數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，定義各種查詢(xún)、訪(fǎng)問(wèn)模式，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次智能分析，形成各種統(tǒng)計(jì)、分析結(jié)果，供各單位或公眾查詢(xún)?cè)L問(wèn)。

數(shù)據(jù)處理方法應(yīng)依據(jù)目前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)保留增加數(shù)據(jù)處理方法的功能。

2.3 LED顯示屏的設(shè)計(jì)要求

LED顯示屏由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和顯示器件組成，其中微處理器控制系統(tǒng)是整個(gè)顯示屏的核心。屏體的主要部分是顯示點(diǎn)陣，還有行列驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)顯示點(diǎn)陣采用8×8單色顯示單元?？刂齐娐凡捎脛?dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)LED器件，每?jī)尚幸粋€(gè)控制器，控制完成整個(gè)顯示電路的行列驅(qū)動(dòng)。

LED大屏幕是由眾多點(diǎn)陣模塊排列而成。本系統(tǒng)由于橫向點(diǎn)陣的列數(shù)較多，若采用列掃描方式來(lái)刷新點(diǎn)陣，有兩點(diǎn)不足:一是點(diǎn)陣亮度受影響，二是整個(gè)屏幕的刷新頻率隨著列數(shù)的增加而降低。為了避免列掃描的不足，采用了行掃描方式。這種掃描方式從每行模塊的第一行LED順次到該行模塊的最后一行LED依次點(diǎn)亮模塊的每一行。對(duì)于由8×S的模塊構(gòu)成的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，只要8次即可將每個(gè)模塊刷新一次，也就是將屏幕刷新一次。LED顯示屏作為一個(gè)單獨(dú)的顯示硬件，它能夠?qū)⑼鈦?lái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像顯示出來(lái)。這個(gè)過(guò)程由硬件驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制和實(shí)現(xiàn)。

顯示過(guò)程是這樣的:首先控制顯示的單片機(jī)接收LED屏主控微機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)(按照通信協(xié)議組織的數(shù)據(jù))；接著，主控程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成屏幕顯示的圖形，存儲(chǔ)到顯存；再按照掃描順序與屏幕對(duì)應(yīng)關(guān)系，將顯存內(nèi)容轉(zhuǎn)換成掃描內(nèi)容；再將數(shù)據(jù)輸出到控制單個(gè)LED模塊的數(shù)據(jù)鎖存器；最后掃描鎖存器中的數(shù)據(jù)，刷新屏幕。

3　結(jié)論

通過(guò)建設(shè)電磁輻射測(cè)量示范平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信基站全天候、全時(shí)段、持續(xù)的在線(xiàn)監(jiān)控能力，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證各種測(cè)量方法的差異，掌握各種基站的電磁輻射水平。同時(shí)，除了進(jìn)行科研工作外，還可以通過(guò)建設(shè)移動(dòng)通信基站電磁輻射測(cè)量示范平臺(tái)，使公眾享受透明公開(kāi)的知情權(quán)利，來(lái)解決公眾對(duì)基站電磁輻射的擔(dān)心和投訴問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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Design of EMF monitoring system for base station in mobile system

WU Tong1, MEI Xiao-lei2, MA Wen-hua3
(1 China National Institute of Metrology, Beijing 100029, China; 2 China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Nanning 530028, China; 3 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

AbstractWe built an EMF monitoring system for further study on the EMF from base station antenna in mobile system.We developed the architecture of EMF monitoring system which consists of data transmission module, data acquisition module and LED screen for public. We also provide data interface for public. As a result, public can access to the website to share the online data from EMF monitoring system.

KeywordsEMF testing for base station; GB 8702-2014 standard; HJ/T 10.2-1996 standard

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承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制工作 支撐行業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)研究

近幾年，中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院積極參與中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)活動(dòng)，跟蹤通信技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)制定情況，結(jié)合技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求確定標(biāo)準(zhǔn)研制計(jì)劃，做好國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、技術(shù)報(bào)告和研究報(bào)告的編制工作，在技術(shù)調(diào)查和充分研討的基礎(chǔ)上，完成標(biāo)準(zhǔn)草案討論稿和征求意見(jiàn)稿，修改完善標(biāo)準(zhǔn)送審稿和報(bào)批稿，標(biāo)準(zhǔn)制修訂符合計(jì)劃內(nèi)容要求，范圍合理、定位準(zhǔn)確。為提高通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)水平，每年安排項(xiàng)目負(fù)責(zé)人參加協(xié)會(huì)舉辦的標(biāo)準(zhǔn)化人員培訓(xùn)，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)帶頭人作用；積極參與標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿、報(bào)批稿的函審工作，反饋合理化建議，體現(xiàn)較高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)，得到了協(xié)會(huì)的認(rèn)可。在2015年工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)發(fā)布公告中，中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有7項(xiàng)主導(dǎo)，26項(xiàng)參編或修訂。

今后，中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)協(xié)會(huì)工作的支撐力度，加強(qiáng)通信標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的研究與創(chuàng)新，積極發(fā)揮行業(yè)引領(lǐng)作用，重視標(biāo)準(zhǔn)化工作的質(zhì)量和進(jìn)度，提高標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的應(yīng)用效益，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的真正價(jià)值。

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院)

* 基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2013BAK12B07“射頻電磁環(huán)境暴露量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量技術(shù)研究”）。

收稿日期：2015-10-16

中圖分類(lèi)號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2016）02-0050-04