CN110988498B - 一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，该方法考虑了电磁波的衍射和绕射对建筑密集区域的基站电磁辐射的影响，通过建筑密集区域内建筑的平均高度、建筑之间的平均距离、基站信号的频率、基站发射天线的高度和预测点的高度，计算基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗，再根据基站发射天线到预测点的直线距离，计算基站信号传播到预测点的基本损耗，最后结合基站发射功率、基站发射天线增益和总路径损耗，计算出建筑密集区域的基站电磁辐射强度。本发明能够快速、精确地对建筑密集区域的基站电磁辐射强度进行预测，对基站电磁辐射暴露情况的研究有较大的参考价值，具有一定的社会效益。

Description

一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法

技术领域

本发明涉及一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法。

背景技术

随着社会信息化程度不断加深，移动通信技术渗透到人们生活的各个方面，移动通信基站所产生的电磁辐射对环境和公众健康的影响受到社会的广泛关注。目前，对城市区域基站电磁辐射强度的预测主要考虑基站信号的传播距离和建筑物带来的衰减。然而，在建筑密集区域存在严重的电磁波衍射和绕射现象，目前还没有一种方法将电磁波的衍射和绕射对基站电磁辐射的影响进行研究。

针对现有技术的不足，本发明提出一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法。该方法考虑了电磁波的衍射和绕射对建筑密集区域的基站电磁辐射的影响，通过建筑密集区域内建筑的平均高度、建筑之间的平均距离、基站信号的频率、基站发射天线的高度和预测点的高度，计算基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗，再根据基站发射天线到预测点的直线距离，计算基站信号传播到预测点的基本损耗，最后结合基站发射功率、基站发射天线增益和总路径损耗，计算出建筑密集区域的基站电磁辐射强度。实验表明，本发明提出的方法能够准确地预测建筑密集区域的基站电磁辐射强度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，包括以下步骤：

1)根据建筑密集区域内建筑的平均高度、建筑之间的平均距离、基站信号的频率、基站发射天线的高度和预测点的高度，计算基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗；

2)根据基站发射天线到预测点的直线距离和基站信号的频率，计算基站信号传播到预测点的基本损耗，结合步骤1)得到的基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗，得到基站信号传播到预测点的总路径损耗；

3)根据基站发射功率和基站发射天线增益，结合步骤2)得到的基站信号传播到预测点的总路径损耗，计算建筑密集区域的基站电磁辐射强度。

上述的一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，所述步骤1)中，基站信号传播到预测点的衍射损耗为：

L₁＝-21.9-10log₁₀w+10log₁₀f+20log₁₀(h_b-h_r)

上式中，L₁表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB，w表示建筑之间的平均距离，单位为米，f表示基站信号的频率，单位为Hz，h_b表示建筑的平均高度，单位为米，h_r表示预测点的高度，单位为米；

基站信号传播到预测点的绕射损耗为：

L₂＝-18log₁₀(1+h_t-h_b)+54+18log₁₀d-3log₁₀f-9log₁₀w

上式中，L₂表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB，h_t表示基站发射天线的高度，单位为米，h_b表示建筑的平均高度，单位为米，d表示基站发射天线到预测点的直线距离，单位为千米，f表示基站信号的频率，单位为MHz，w表示建筑之间的平均距离，单位为米。

上述的一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，所述步骤2)中，基站信号传播到预测点的基本损耗为：

L₀＝32.44+10log₁₀d+10log₁₀f

上式中，L₀表示基站信号传播到预测点的基本损耗，单位为dB，d表示基站发射天线到预测点的直线距离，单位为千米，f表示基站信号的频率，单位为MHz；

基站信号传播到预测点的总路径损耗为：

L＝L₀+L₁+L₂

上式中，L表示基站信号传播到预测点的总路径损耗，单位为dB，L₀表示基站信号传播到预测点的基本损耗，单位为dB，L₁表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB，L₂表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB。

上述的一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，所述步骤3)中，建筑密集区域的基站电磁辐射强度为：

上式中，E表示建筑密集区域的基站电磁辐射强度，单位为V/m，P_t表示基站发射功率，单位为W，G表示基站发射天线增益，单位为dB，L表示基站信号传播到预测点的总路径损耗，单位为dB，d表示基站发射天线到预测点的直线距离，单位为千米。

本发明的有益效果在于：考虑了电磁波的衍射和绕射对建筑密集区域的基站电磁辐射的影响，通过建筑密集区域内建筑的平均高度、建筑之间的平均距离、基站信号的频率、基站发射天线的高度和预测点的高度，计算基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗，再根据基站发射天线到预测点的直线距离，计算基站信号传播到预测点的基本损耗，最后结合基站发射功率、基站发射天线增益和总路径损耗，计算出建筑密集区域的基站电磁辐射强度。该方法能够快速、精确地预测建筑密集区域的基站电磁辐射强度，对基站电磁辐射暴露情况的研究有较大的参考价值，具有一定的社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方案对本发明进一步详细说明。本实施例在以本发明内容为前提下进行，给出了详细的实施步骤，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例预测建筑密集区域的FDD-LTE基站电磁辐射强度，该基站最大发射功率Pt＝16W，基站天线增益G＝20dB，实验测量设备为便携式频谱分析仪Keysight FieldFoxN9918A和周期对数天线HyperLOG 60180。

本发明提供一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，包括以下步骤：

1)根据建筑密集区域内建筑的平均高度、建筑之间的平均距离、基站信号的频率、基站发射天线的高度和预测点的高度，计算基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗；

2)根据基站发射天线到预测点的直线距离和基站信号的频率，计算基站信号传播到预测点的基本损耗，结合步骤1)得到的基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗，得到基站信号传播到预测点的总路径损耗；

3)根据基站发射功率和基站发射天线增益，结合步骤2)得到的基站信号传播到预测点的总路径损耗，计算建筑密集区域的基站电磁辐射强度。

所述步骤1)中，建筑之间的平均距离w＝9.2米，基站信号的频率f＝1755MHz，建筑的平均高度h_b＝37.4米，预测点的高度h_r＝13.5米，因此基站信号传播到预测点的衍射损耗为：

L₁＝-21.9-10log₁₀w+10log₁₀f+20log₁₀(h_b-h_r)

＝-21.9-10log₁₀9.2+10log₁₀1755+20log₁₀(37.4-13.5)

≈28.47dB

基站发射天线的高度h_t＝46.3米，基站发射天线到预测点的直线距离d＝0.31千米，因此基站信号传播到预测点的绕射损耗为：

L₂＝-18log₁₀(1+h_t-h_b)+54+18log₁₀d-3log₁₀f-9log₁₀w

＝-18log₁₀(1+46.3-37.4)+54+18log₁₀0.31-3log₁₀1755-9log₁₀9.2

≈8.52dB

所述步骤2)中，基站信号传播到预测点的基本损耗为：

L₀＝32.44+10log₁₀d+10log₁₀f＝32.44+10log₁₀0.31+10log₁₀1755≈59.79dB

基站信号传播到预测点的总路径损耗为：

L＝L₀+L₁+L₂≈28.47+8.52+59.79＝96.78dB

所述步骤3)中，基站发射功率P_t＝16W，基站天线增益G＝20dB，基站信号传播到预测点的总路径损耗L＝96.78dB，基站发射天线到预测点的直线距离d＝0.31千米，因此建筑密集区域的基站电磁辐射强度为：

本实施例使用频谱分析仪对建筑密集区域的FDD-LTE基站电磁辐射强度进行了测量，测量值为0.0001V/m，与本发明所使用方法的预测值一致，说明利用此方法可以准确、快速地对建筑密集区域的基站电磁辐射强度进行预测，验证了本发明所使用方法的有效性。

Claims (1)

1.一种建筑密集区域的基站电磁辐射预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据建筑密集区域内建筑的平均高度、建筑之间的平均距离、基站信号的频率、基站发射天线的高度和预测点的高度，计算基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗；

基站信号传播到预测点的衍射损耗为：

L₁＝-21.9-10log₁₀ w+10log₁₀ f+20log₁₀(h_b-h_r)

上式中，L₁表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB，w表示建筑之间的平均距离，单位为米，f表示基站信号的频率，单位为Hz，h_b表示建筑的平均高度，单位为米，h_r表示预测点的高度，单位为米；

基站信号传播到预测点的绕射损耗为：

L₂＝-18log₁₀(1+h_t-h_b)+54+18log₁₀ d-3log₁₀ f-9log₁₀ w

上式中，L₂表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB，h_t表示基站发射天线的高度，单位为米，h_b表示建筑的平均高度，单位为米，d表示基站发射天线到预测点的直线距离，单位为千米，f表示基站信号的频率，单位为MHz，w表示建筑之间的平均距离，单位为米；

2)根据基站发射天线到预测点的直线距离和基站信号的频率，计算基站信号传播到预测点的基本损耗，结合步骤1)得到的基站信号传播到预测点的衍射损耗和绕射损耗，得到基站信号传播到预测点的总路径损耗；

基站信号传播到预测点的基本损耗为：

L₀＝32.44+10log₁₀ d+10log₁₀ f

上式中，L₀表示基站信号传播到预测点的基本损耗，单位为dB，d表示基站发射天线到预测点的直线距离，单位为千米，f表示基站信号的频率，单位为MHz；

基站信号传播到预测点的总路径损耗为：

L＝L₀+L₁+L₂

上式中，L表示基站信号传播到预测点的总路径损耗，单位为dB，L₀表示基站信号传播到预测点的基本损耗，单位为dB，L₁表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB，L₂表示基站信号传播到预测点的衍射损耗，单位为dB；

3)根据基站发射功率和基站发射天线增益，结合步骤2)得到的基站信号传播到预测点的总路径损耗，计算建筑密集区域的基站电磁辐射强度：

上式中，E表示建筑密集区域的基站电磁辐射强度，单位为V/m，P_t表示基站发射功率，单位为W，G表示基站发射天线增益，单位为dB，L表示基站信号传播到预测点的总路径损耗，单位为dB，d表示基站发射天线到预测点的直线距离，单位为千米。