CN103076505A

CN103076505A - Td-scdma移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测方法

Info

Publication number: CN103076505A
Application number: CN201210583699XA
Authority: CN
Inventors: 周睿东; 余慧婷; 廖建华
Original assignee: GUANGDONG ENVIRONMENT RADIATION MONITORING CENTER; RADIATION PROTECTION ASSOCIATION OF GUANGDONG PROVINCE
Current assignee: GUANGDONG ENVIRONMENT RADIATION MONITORING CENTER; RADIATION PROTECTION ASSOCIATION OF GUANGDONG PROVINCE
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: CN103076505B

Abstract

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。

Description

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、COST231–Hata模式、CCIR模式、COST231-WIM、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：

S = \frac{P \cdot G}{4 π \cdot r^{2}} \times 100 - - - (1)

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1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：

S = \frac{P \cdot G}{4 π \cdot r^{2}} {\cdot f}^{2} (θ, φ) \times 100 - - - (2)

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：

（1）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TS0固定为下行时隙（广播时隙），TS1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：

S = 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot (G_{v} - L)}{4 π \cdot r^{2}} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot f^{2} (φ) \cdot K_{2} \cdot K_{3} + 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot G_{v} \cdot (G_{h} - L)}{4 π \cdot r^{2} \cdot N} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot K_{2} - - - (3)

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，μW/cm²；

K₁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；

f(θ)或f(φ)为归一化场强方向函数，f²(θ)·f²(φ)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1；

θ是预测点与天线轴向（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β-天线下倾角α，该天线下倾角α是天线面板垂直方向与天线水平方向的夹角；

φ是预测点相对于天线位置的方位角；

K₂是方向函数f(θ)的修正系数；

K₃是方向函数f(φ)的修正系数；

P是基站发射机单载波发射功率，单位是瓦，W；

M是天线阵元数目；

G_v是阵元增益，单位是分贝，dB；

G_h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，m；

η是下行业务的占空比，η=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。

通过水平距离和高度差可获到预测点与基站天线中心点的连线距离r和预测点与天线水平方向的夹角β，进而获得预测点与天线面板垂直方向的夹角θ。

所述归一化场强方向函数f(θ)或f(φ)值可以通过方向图分段线性插值拟合法获得。

具体步骤如下：

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，一列为角度，另一列为该角度对应的归一化函数值，将角度分成N组，步长为

N越大，精度越高，一般N取360；

其次，依次排列各组数据：(x₀,y₀)，(x₁,y₁)，(x₂,y₂)……(x_N-1,y_N-1),(x_N,y_N)，从0°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：y=a_ix+b_i i＝0,1,2,…N-1

其中：

为相邻两点连线的斜率，

为截距，x为空间任意一预测点相对于天线面板垂直方向的夹角θ或相对于天线位置的方位角φ值，y为方向函数f(θ)或f(φ)值；

然后，将空间任意一预测点与天线面板垂直方向的夹角θ和相对于天线位置的方位角φ，向下取整获得对应的分段拟合函数，并将该角θ和角φ分别代入，获取相应的方向函数f(θ)和f(φ)值。

所述发射系统的修正系数K₁，方向函数f(θ)的修正系数K₂，方向函数f(φ)的修正系数K₃可以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）修正系数K₁可通过在测试路径上设置不同距离测试点的理论值与实测值比较获得。具体步骤如下：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0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K₁修正前的预测模式（3），获得各处K₁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K₁；

B)修正系数K₂可通过在测试路径上通过设置不同高差测试点的理论值与实测值比较获得。具体步骤如下：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K₂修正前的预测模式（3）中，获得各处K₂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K₂；

C)修正系数K₃可通过在测试路径水平面上通过设置不同偏向角测试点的理论值与实测值比较获得。具体步骤如下：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0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K₃修正前的预测模式（3）中，获得各处K₃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K₃。

所述基站电磁辐射水平的三维空间分布结果可以用三维图或等值线图表示。

还可以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，经本发明提出的预测模式（3）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。

本发明可为TD-SCDMA移动通信基站的选址提供电磁辐射环境保护技术支撑：基站的选址过程一般为网络规划、站址比选、确定站址、设计、建设；在站址比选前，可通过本发明提出的预测模式（3），代入已选型设备的相关参数，获得各型设备组合的空间电磁辐射水平分布，给出明确的达到国家标准的空间区域（与天线水平距离、高度差、方位角）。在站址比选过程中，只需获得站址周围环境保护目标与天线的距离、高度差，就可知道环境保护目标所受到的电磁辐射是否达标，进而确定选址是否合适。

如果在这个过程中选用的是导则中的预测模式（1），以典型TD-SCDMA基站（发射功率2.5*8=20W，增益22dB、天线垂直半功率角6.5度）为例,基站周围空间任意一个方向的环境保护目标需距离基站48m才符合法规要求，而采用本发明提出的预测模式（3），在高差1米时需要保证的距离只需大于或等于11米，在高差3米时（一般基站天线会比周围高一个楼层的高度）需要保证的距离只需大于或等于5米，。这对于城市密集区的基站选址来说，用本发明预测选取的达标站址数量将会远远大于用导则预测模式（1）选取的站址数量，从而大大提高运营商的选址成功率和降低选址成本，同时又能保证选中的站址对周围环境的电磁辐射水平达标，不会产生不利影响。

本发明是根据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。

本发明可实现对已建TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间分布的精确预测，更可实现对拟建TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间分布的精确预测。

附图说明

图1为实施例的示意图；

图中：1.预测目标点在x轴的投影距离2.预测目标点相对于天线位置的方位角φ3.高度差4.天线中心点5.双工天线6.天线下倾角α7.预测目标点与天线轴向（即天线面板垂直方向）夹角θ8.天线轴向（即天线面板垂直方向）9.天线中心点相对于地面的水平方向10.预测目标点在y轴的投影距离11.预测目标点与天线水平方向夹角β12.射频综合场强仪探头13.射频综合场强仪14.转换器15.电脑16.测试路径17.发送和接收终端18.TD-SCDMA移动通信应急车19.馈线20.预测目标点与天线中心点的距离r21.测试场地

具体实施方式

下面结合附图对本发明最佳实施例进行详细描述。

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，通过本发明提出的TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测模式：

S = 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot (G_{v} - L)}{4 π \cdot r^{2}} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot f^{2} (φ) \cdot K_{2} \cdot K_{3} + 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot G_{v} \cdot (G_{h} - L)}{4 π \cdot r^{2} \cdot N} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot K_{2}

θ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β-天线下倾角α，该天线下倾角α是天线面板垂直方向与天线水平方向的夹角；实测时，天线下倾角α取0，此时，θ=β，天线轴向与天线水平方向一致；

φ是预测点相对于天线位置的方位角；

K₂是方向函数f(θ)的修正系数；

K₃是方向函数f(φ)的修正系数；

P是基站发射机单载波发射功率，单位是瓦，W；

M是天线阵元数目；

G_v是阵元增益，单位是分贝，dB；

G_h是赋形增益，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，m；

η是下行业务的占空比，η=下行业务信道时间/下行信道总时间；根据帧结构可知，每个子帧有7个时隙，一个业务时隙占时隙总数的1/7，即下行业务的占空比为1/7；

N是每个业务时隙最多承载的用户数；

通过水平距离和高度差可获到预测点与基站天线中心点的连线距离r和预测点与天线水平轴向的夹角θ，进而获得预测点与天线面板垂直方向的夹角θ。

一、天线方向图拟合，以获取误差较小的方向函数f(θ)和f(φ)。

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：一列为角度，另一列为该角度对应的归一化函数值。将角度分成N组，步长为

N越大，精度越高。本实施例中N取360，步长为1。

其次，依次排列各组数据：(x₀,y₀)，(x₁,y₁)，(x₂,y₂)……(x₃₅₉,y₃₅₉)

从0°开始对前后两组数据进行线性插值法拟合，插值函数，即分段拟合函数为：

y=a_ix+b_i i=0,1,2,…359

其中：

为相邻两点连线的斜率，

为截距，x为空间任意一预测点相对于天线面板垂直方向的夹角θ或相对于天线位置的方位角φ值，y为方向函数f(θ)或f(φ)值。

具体为：

然后，将获得的空间任意一点的θ和φ分别代入对应的分段拟合函数中（该θ和φ向下取整对应的分段拟合函数），即可获得相应的方向拟合函数f(θ)和f(φ)值。

二、确定发射系统的修正系数K₁，方向函数f(θ)的修正系数K₂，方向函数f(φ)的修正系数K₃。

如图1所示，选取开阔的测试场地21，其地势平坦，无障碍物和反射物，除地面外，测试场地21可供测试的距离大于或等于50米，TD-SCDMA移动通信应急车18设于测试场地21，位于测试路径16的起点。TD-SCDMA移动通信应急车上安装与预测基站相一致的设备，如基站控制系统、发射功率、载波数、天线等。测试路径反向的其它电磁辐射源距离远到能保证置于测试路径的抗干扰测量装置的背景电场强度值小于0.2V/m，以避免和通过馈线19与应急车18相联接的天线5的发射方向相同的其它电磁辐射源的干扰。抗干扰测量装置包含射频综合场强仪13、转换器14和电脑15。实测时，天线下倾角α取0，此时，θ=β，天线水平方向9与天线面板垂直方向8（即天线轴向）重合。测试时，终端17处于正常通话状态。

A）确定修正系数K₁值

如图1所示，调节测量探头12的高度，使之与天线中心点4的高度差为0米，再在测试路径16的10至50米范围内，按固定的步长移动探头12选取测试点P₁,P₂,P₃,…P_i(i为正整数)，步长越短，测量的数据精度越高。通过射频综合场强仪13记录测量结果，即得P₁,P₂,P₃,…P_i处的电磁辐射量值S_c11，S_c12,S_c13,…S_c1i。

通过K₁修正前的预测模式：

S = 100 \cdot \frac{P \cdot M \cdot (G_{v} - L)}{4 π \cdot r^{2}} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot f^{2} (φ) {\cdot K}_{2} \cdot K_{3} + 100 \cdot \frac{P \cdot M \cdot G_{v} \cdot (G_{h} - L)}{4 π \cdot r^{2} \cdot N} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot K_{2}

对测试路径16上测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的辐射量值进行预测。

如图1所示，由高差3为0米可知夹角θ的角度为0、又在测试路径16上，方位角φ的角度为0，故归一化方向函数f(θ)和f(φ)均为最大值1，此时，方向函数f(θ)和f(φ)无需修正，也就是说修正系数K₂、K₃的值为1，将上述数据代入K₁修正前的预测模式中，可得出测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的K₁修正前的电磁辐射预测值S_y11，S_y12,S_y13,…S_y1i。

取测量值与预测值比值的均值为修正系数K₁的值:

K_{1} = \frac{\frac{S_{c 11}}{S_{y 11}} + \frac{S_{c 12}}{S_{y 12}} + . . . + \frac{S_{c 1 i}}{S_{y 1 i}}}{i}

B）确定修正系数K₂值

如图1所示，将测量探头12置于测试路径16上N（N为任意数）米处，调节测量探头12使之与天线中心4形成高度差。在高度差1至12米范围内，按固定的步长选取测试点P₁,P₂,P₃,…P_i(i为正整数)，步长越短，测量的数据精度越高。通过射频综合场强仪13记录测量结果，即得测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的电磁辐射量值S_c21,S_c22,S_c23,…S_c2i。

通过K₂修正前的预测模式：

S = 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot (G_{v} - L)}{4 π \cdot r^{2}} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot f^{2} (φ) \cdot K_{3} + 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot G_{v} \cdot (G_{h} - L)}{4 π \cdot r^{2} \cdot N} \cdot η \cdot f^{2} (θ)

对测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的辐射量值进行预测。

如图1所示，由测试路径16可知方位角φ为0，归一化方向函数f(φ)为最大值1，此时，方向函数f(φ)无需修正，即修正系数K₃为1。根据测试点P₁,P₂,P₃,…P_i在y轴上的投影距离和高差可计算出测试点与天线轴向夹角为：θ₂₁,θ₂₂,θ₂₃,…θ_2i，将获得的数据及参数代入K₂修正前的预测模式中，可获得测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的K₂修正前的电磁辐射预测值:S_y21,S_y22,S_y23,…S_y2i。

取测量值与预测值比值的均值为修正系数K₂的值。

K_{2} = \frac{\frac{S_{c 21}}{S_{y 21}} + \frac{S_{c 22}}{S_{y 22}} + . . . + \frac{S_{c 2 i}}{S_{y 2 i}}}{i}

C）确定修正系数K₃值

如图1所示，在测试路径16上距离为N（N为任意整数）米处，调节测量探头12使之与天线中心点4的高度差3为0米。在水平夹角，即方位角φ的角度为5°至25°的范围内，按固定的角度间隔选取测试点P₁,P₂,P₃,…P_i，角度间隔越小，测量的数据精度越高。通过射频综合场强仪13记录测量结果，即得到测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的电磁辐射量值S_c31,S_c32,S_c33,…S_c3i。

通过K₃修正前的预测模式：

S = 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot (G_{v} - L)}{4 π \cdot r^{2}} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot f^{2} (φ) {\cdot K}_{2} + 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot G_{v} \cdot (G_{h} - L)}{4 π \cdot r^{2} \cdot N} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot K_{2}

对测试点P₁,P₂,P₃,…P_i的辐射量值进行预测。

如图1所示，由高度差3为0米可知夹角θ为0，修正系数K₂的值为1，根据测试点P₁,P₂,P₃,…P_i在x和y轴的投影距离以及上述步骤确定的修正系数K₁，K₂，代入K₃修正前的预测模式，可获得P₁,P₂,P₃,…P_i的K₃修正前的电磁辐射预测值:S_y31,S_y32,S_y33,…S_y3i。

取测量值与预测值比值的均值为修正系数K₃的值。

K_{3} = \frac{\frac{S_{c 31}}{S_{y 31}} + \frac{S_{c 32}}{S_{y 32}} + . . . + \frac{S_{c 3 i}}{S_{y 3 i}}}{i}

依次完成上述步骤后，可获得修正系数K₁、K₂、K₃，再代入其它相关参数到本发明提出的TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射三维空间预测模式：

S = 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot (G_{v} - L)}{4 π \cdot r^{2}} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot f^{2} (φ) {\cdot K}_{2} {\cdot K}_{3} + 100 \cdot \frac{P \cdot K_{1} \cdot M \cdot G_{v} \cdot (G_{h} - L)}{4 π \cdot r^{2} \cdot N} \cdot η \cdot f^{2} (θ) \cdot K_{2}

可实现对TD-SCDMA移动通信基站环境电磁辐射空间分布的精确预测。

本发明可应用于TD-SCDMA移动通信基站的环保选址，具体为：

1）由移动运营商提供拟建各类基站的相关技术参数：发射功率P、天线下倾角α、阵元数目M、天线增益G_v、赋形增益G_h、天馈损耗L和天线垂直和水平方向图归一化数值列表等；

2）通过天线方向图拟合，获得天线方向图拟合函数；

3）由移动运营商提供一台应急通信车，车上基站的技术参数与拟建基站的相关技术参数一致，通过实测值与理论值的比较分别获得发射系统的修正系数K₁，方向函数f(θ)的修正系数K₂，方向函数f(φ)的修正系数K₃；

4）将所获得的基站技术参数、天线方向图拟合函数、修正系数K₁、K₂、K₃代入本发明提出的预测模式，取不同的高度差、水平距离和方位角，得到基站辐射强度与水平距离、高度差、方位角的关系，即是基站电磁辐射水平的三维空间分布结果，可通过相关软件作出三维图或等值线图；

5）根据基站电磁辐射水平的三维空间分布预测结果并结合基站拟选站址周围环境敏感点与基站天线的关系（水平距离、高度差和方位角），可以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，从而做出基站选址合理性分析；

6）一般情况下移动运营商为节约成本、减少维护难度，在某一批基站所选设备的技术参数基本是一样的，只是在天线下倾角（调节基站覆盖范围）做不同选择，因此只需将不同的下倾角代入本发明提出的预测模式，其它参数不变，就可获得各种不同下倾角基站的电磁辐射空间分布结果，这个结果可适用于该批各种不同覆盖范围基站的环保选址。

Claims

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：

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，；

K ₁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；

为归一化场强方向函数，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1；

是预测点与天线轴向，即天线面板垂直方向，的夹角，

=预测点与天线水平方向的夹角

-天线下倾角

，该天线下倾角

是天线面板垂直方向与天线水平方向的夹角；

是预测点相对于天线位置的方位角；

K ₂是方向函数

的修正系数；

K ₃是方向函数

的修正系数；

P是基站发射机单载波发射功率，单位是瓦，

；

是天线阵元数目；

是阵元增益，单位是分贝，dB；

是赋形增益，单位是分贝，dB；

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；

是预测点与基站天线中心点的连线距离，单位是米，；

是下行业务的占空比，

下行业务信道时间/下行信道总时间；

是每个业务时隙最多承载的用户数；

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

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

；

其次，依次排列各组数据：

，

，

，从0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：

其中：

为相邻两点连线的斜率，

为截距，

为空间任意一预测点相对于天线面板垂直方向的夹角

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

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

和角

分别代入，获取相应的方向函数

和

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K ₁，方向函数

的修正系数K ₂，方向函数的修正系数K ₃分别按照下述步骤获得：

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0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K ₁修正前的预测模式，获得各处K ₁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K ₁；

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K ₂修正前的预测模式中，获得各处K ₂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K ₂；

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0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K ₃修正前的预测模式中，获得各处K ₃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K ₃。

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。