专利名称：Td-scdma移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测方法
技术领域：
本发明属于电磁辐射环境影响分析领域，具体涉及一种能够对TD-SCDMA移动通信基站的环境电磁辐射水平进行三维空间分布精确预测的方法。
背景技术：
电磁辐射污染已成为继大气、水和噪声污染之后的第四大污染。移动通信基站是城市中的主要电磁辐射源，公众对基站天线产生的电磁辐射非常关心，相关机构进行了大量的研究。在移动通信网络规划中通常会用到Okumura-hata模式、C0ST231 - Hata模式、CCIR模式、C0ST231-WM、标准传播模式、标准宏蜂窝模式，这些模型的共同点主要是:关注基站能覆盖的最远距离；预测范围通常大于100米；考虑多径传播和地形的影响；不考虑具体天线方向性。而对于基站环境影响分析，其可能超标的区域一般为小于100米的直视距离，在这个区域内其关注点正好与这些模型的共同点相反:基站可能超标的最近距离；预测范围通常小于100米；主要为视距内自由空间传播，基本不考虑多径传播和地形的影响；需考虑具体天线方向性。国家环保总局于1996发布了 HJ/T10.2-1996《辐射环境保护管理导则——电磁辐射监测仪器和方法》(以下简称“导则”)，由于当时移动基站以大型基站为主，功率大，覆盖范围广，与环境敏感点的距离较大，导则中对基站的预测模式(自由空间模式)为:
这个模式只考虑基站的最大影响，预测结果非常保守且缺乏针对性。当然这种预测模式在当时是满足应用需要的，但随着移动通信的快速发展，城市人口密集区每0.09平方公里就会有I个基站，居民区与天线的距离大大缩小，导则中的预测模式已不能满足使用需要。以广东移动GSM15期工程为例，直接使用导则的预测模式，该工程全部10708个新建基站中将会有2462个超过管理目标值而不符合选址要求，超标率为22.9%，这种预测结果远超过已完成工程的验收监测结果，不符合实际情况。后续也有相关研究对导则的预测模式进行了优化，主要是增加天线方向函数，具体为:
P.GS =——-.Λ(6 ,^)χ100(2)
4π.Γ经实际应用，发现其预测结果与实测结果间尚有一定的误差，引起误差的其中一个原因是天线方向图的拟合精度。对天线方向图的拟合，现有研究方向是主要找到一个函数对方向图曲线进行全段拟合，这种拟合方法对于规则方向图的拟合效果较好，但由于实际需求的多样性，很多天线进行了零点填填充等措施来改进天线性能，导致天线方向图很不规则，用全段拟合的方法将带来较大的误差。TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)是由中国提出的第三代移动通信标准。TD-SCDMA系统的主要优势有频谱灵活性强、频谱利用率高、支持多种通信接口、使用智能天线技术。TD-SCDMA与GSM从辐射影响角度看差异(I)发射方式在移动通信系统中，功率发射方式主要分两种TDD(Time Division Duplex)时分方式和FDD (Frequency Division Duplex)频分方式。其中，TDD方式即系统的发送和接收使用相同的频段，上下行数据发送在时间上错开，通过在不同时隙发送上下行数据；FDD方式即该系统的发送和接收数据使用不同的频率，在上行和下行频率之间有双工间隔。TD-SCDMA系统属于是TDD方式，GSM系统属于FDD方式，也就是说TD-SCDMA基站均是一部分时间在接收信号，另一部分时间在发送信号，而GSM的下行可一直发射，从平均辐射功率来看，TD-SCDMA基站的平均辐射水平较GSM基站要低些。(2)占空情况占空比是指下行发射功率时间在一个周期之内所占的时间比率。TD-SCDMA系统的占空比与其帧结构有关，该系统每个子帧包含7个常规时隙(TS0-TS7)和3个特殊时隙(DwPTS、GP、UpPTS)，7个常规时隙中TSO固定为下行时隙(广播时隙)，TSl固定为上行时隙，因此下行业务占空比为1/7。GSM系统功率连续发射，占空比为100%，。(3)天线赋形天线赋形是指通过调整各天线阵元的激励(权值，包含幅值和相位)，使天线波束方向图形状变为指定的波束形状。天线赋形主要分为业务波束赋形(业务时隙)和广播波束赋形(广播时隙)。对于传统天线，其向外辐射的能力主要集中在垂直于天线面板轴向一个较小的角度内，天线下方接收到的辐射能力较小。智能天线则不存在所谓的主射方向，电磁波发射方向可随时变化，其方向与用户的瞬时空间位置密切相关。GSM采用传统天线，无天线赋形。TD-SCDMA系统采用半智能天线，可实现业务波束水平方向波束赋形，在垂直方向不能进行赋形，对于广播波束不进行赋形。(4)用户数量相对于TDD方式的系统来说，TD-SCDMA系统在满负荷的情况下，每个业务时隙最多能承载8个用户。由于TD-SCDMA在影响基站电磁辐射水平的主要因子(发射方式、占空比、智能天线)上与GSM明显不同，因此TD-SCDMA基站的环境电磁辐射三维空间预测方法与GSM有本质的不同，因此，有必要提出一种新的预测方法。
发明内容
本发明的目的就是为了研究TD-SCDMA移动通信基站对环境的影响，提出一种TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测方法，该方法能较好反映TD-SCDMA移动通信基站三维空间电磁辐射水平的真实情况。该方法的研制与应用，可为TD-SCDMA基站电磁辐射环境影响预测与分析提供适用的预测模式，显著减少运营商的TD-SCDMA基站选址成本。为实现上述目的，本发明TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测方法，关键是，由本发明提出的TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测模式:
权利要求
1.TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测方法，其特征在于，由TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测模式: 4π r..4.fr r h' 其中:上述第一项为广播波束的辐射量值，第二项为业务波束的辐射量值； S是基站天线产生的电磁辐射在空间某点的量值，单位是功率密度，.UWfcm2 ; 尤是基站发射系统的修正系数，包括功率控制、合路损耗、载波影响、自由空间与大气环境的差异等因素； /(巧或/(於为归一化场强方向函数，/2的_/2(釣为归一化功率方向函数，在天线中心点与天线面板的垂直方向即天线轴向时，其值等于I; B是预测点与天线轴向，即天线面板垂直方向，的夹角，Θ =预测点与天线水平方向的夹角# -天线下倾角ff，该天线下倾角a是天线面板垂直方向与天线水平方向的夹角； 多是预测点相对于天线位置的方位角； A是方向函数/(约的修正系数； K3是方向函数/(#)的修正系数； 产是基站发射机单载波发射功率，单位是瓦，,； Μ是天线阵元数目； Gv是阵元增益，单位是分贝，dB ； Q6是赋形增益，单位是分贝，dB ； L是基站天线馈线损耗，包括馈线和接头的损耗，单位是分贝，dB ； r是预测点与基站天线中心点的连线距离，单位是米，.〃 ； V是下行业务的占空比，V =下行业务信道时间/下行信道总时间； N是每个业务时隙最多承载的用户数； 获得基站电磁辐射强度^与基站天线水平距离、高度差、方位角的关系，即基站电磁辐射水平的三维空间分布结果。
2.根据权利要求1所述的预测方法，所述归一化场强方向函数/(的Ilf值按照下述步骤获得: 首先，根据天线厂家提供的天线垂直和水平方向图归一化数值列表，将角度分成组，步长为^ ; N 其次,依次排列各组数据:(^y0) , ( .^) , (AJ2)……(UwMXwJm),从O开始对前后两组数据进行线性插值法拟合，则 插值函数，即分段拟合函数为ι = 0Λ2,…2V-1其中: α.=yi+1-Yi/xi+1-xi为相邻两点连线的斜率α.=yi-yi+1-Yi/xi+1-xi截距，为空间任意一预测点相对于天线面板垂直方向的夹角4或相对于天线位置的方位角-值》为方向函数值； 然后，将空间任意一预测点与天线面板垂直方向的夹角S和相对于天线位置的方位角#，向下取整获得对应的分段拟合函数，并将该角d和角分别代入，获取相应的方向函数/的和/(灼值。
3.根据权利要求1或2所述的预测方法，所述发射系统的修正系数A，方向函数/(的的修正系数毛，方向函数/(#)的修正系数毛分别按照下述步骤获得: 选取开阔的测试场地，设置应急通信车位于测试路径的起点，测试路径平行于天线轴向，设置抗干扰测量装置位于测试路径上，应急通信车上基站的技术参数与预测基站的相关技术参数一致； A)首先，调节抗干扰测量装置中的射频综合场强仪的测量探头与应急通信车的天线中心点高度差为O米；其次，在测试路径上，按固定步长选取测试点，测量电磁辐射量值；然后，将各测试点的参数代入A修正前的预测模式，获得各处A修正前的电磁辐射预测值；最后，计算测量值与预测值比值的均值，获得修正系数A ; B)首先，在测试路径上选取固定的距离；其次，调节测量探头使之与天线中心点形成一定的高度差，在高度差的一定范围内，按固定的步长选取测试点，测量电磁辐射量值；然后，将各测试点的参数代入&修正前的预测模式中，获得各处&修正前的电磁辐射预测值；最后，计算测量值与预测值比值的均值，获得修正系数A ; C)首先，调节测量探头的高度和水平位置，使之在测试路径上选取固定的距离且与天线中心点高度差为O米；其次，在水平面夹角的一定范围内，按固定步长选取测试点，测量电磁辐射量值；然后，将各测试点的参数代入A修正前的预测模式中，获得各处A修正前的电磁辐射预测值；最后，计算测量值与预测值比值的均值，获得修正系数4。
4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于:所述基站电磁辐射水平的三维空间分布结果用三维图或等值线图表示。
5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于:通过激光测距仪测得周围环境敏感点与基站天线的水平距离、高度差，通过罗盘测得方位角，经所述预测模式获得环境敏感点所受到的电磁辐射强度，将敏感点所受到的电磁辐射水平与国家相关标准比较，获得基站对敏感点电磁辐射影响的合理性分析结果。
全文摘要
本发明公开一种TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测方法，关键是由本发明提出的TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测模式获得基站电磁辐射强度S与基站天线水平距离、高度差、方位角的关系，即基站电磁辐射水平的三维空间分布结果。本发明根据TD-SCDMA移动通信基站电磁辐射环境影响的特点，提出了一种误差较小的方向函数f(θ)和f(φ)获取方法，通过增加基站发射系统的修正系数K1、天线方向函数f(θ)的修正系数K2和天线方向函数f(φ)的修正系数K3，进一步提高了本发明的预测精度，增加本发明的实用性和可操作性，显著减少运营商的TD-SCDMA基站选址成本和提高网络覆盖率。
文档编号G01R29/08GK103076505SQ201210583699
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者周睿东, 余慧婷, 廖建华 申请人:广东省辐射防护协会, 广东省环境辐射监测中心