專利名稱：Td-scdma移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電磁輻射環(huán)境影響分析領域，具體涉及一種能夠對TD-SCDMA移動通信基站的環(huán)境電磁輻射水平進行三維空間分布精確預測的方法。
背景技術：
電磁輻射污染已成為繼大氣、水和噪聲污染之后的第四大污染。移動通信基站是城市中的主要電磁輻射源，公眾對基站天線產生的電磁輻射非常關心，相關機構進行了大量的研究。在移動通信網絡規(guī)劃中通常會用到Okumura-hata模式、C0ST231 - Hata模式、CCIR模式、C0ST231-WM、標準傳播模式、標準宏蜂窩模式，這些模型的共同點主要是:關注基站能覆蓋的最遠距離；預測范圍通常大于100米；考慮多徑傳播和地形的影響；不考慮具體天線方向性。而對于基站環(huán)境影響分析，其可能超標的區(qū)域一般為小于100米的直視距離，在這個區(qū)域內其關注點正好與這些模型的共同點相反:基站可能超標的最近距離；預測范圍通常小于100米；主要為視距內自由空間傳播，基本不考慮多徑傳播和地形的影響；需考慮具體天線方向性。國家環(huán)保總局于1996發(fā)布了 HJ/T10.2-1996《輻射環(huán)境保護管理導則——電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》(以下簡稱“導則”)，由于當時移動基站以大型基站為主，功率大，覆蓋范圍廣，與環(huán)境敏感點的距離較大，導則中對基站的預測模式(自由空間模式)為:
這個模式只考慮基站的最大影響，預測結果非常保守且缺乏針對性。當然這種預測模式在當時是滿足應用需要的，但隨著移動通信的快速發(fā)展，城市人口密集區(qū)每0.09平方公里就會有I個基站，居民區(qū)與天線的距離大大縮小，導則中的預測模式已不能滿足使用需要。以廣東移動GSM15期工程為例，直接使用導則的預測模式，該工程全部10708個新建基站中將會有2462個超過管理目標值而不符合選址要求，超標率為22.9%，這種預測結果遠超過已完成工程的驗收監(jiān)測結果，不符合實際情況。后續(xù)也有相關研究對導則的預測模式進行了優(yōu)化，主要是增加天線方向函數，具體為:
P.GS =——-.Λ(6 ,^)χ100(2)
4π.Γ經實際應用，發(fā)現其預測結果與實測結果間尚有一定的誤差，引起誤差的其中一個原因是天線方向圖的擬合精度。對天線方向圖的擬合，現有研究方向是主要找到一個函數對方向圖曲線進行全段擬合，這種擬合方法對于規(guī)則方向圖的擬合效果較好，但由于實際需求的多樣性，很多天線進行了零點填填充等措施來改進天線性能，導致天線方向圖很不規(guī)則，用全段擬合的方法將帶來較大的誤差。TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)是由中國提出的第三代移動通信標準。TD-SCDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)勢有頻譜靈活性強、頻譜利用率高、支持多種通信接口、使用智能天線技術。TD-SCDMA與GSM從輻射影響角度看差異(I)發(fā)射方式在移動通信系統(tǒng)中，功率發(fā)射方式主要分兩種TDD(Time Division Duplex)時分方式和FDD (Frequency Division Duplex)頻分方式。其中，TDD方式即系統(tǒng)的發(fā)送和接收使用相同的頻段，上下行數據發(fā)送在時間上錯開，通過在不同時隙發(fā)送上下行數據；FDD方式即該系統(tǒng)的發(fā)送和接收數據使用不同的頻率，在上行和下行頻率之間有雙工間隔。TD-SCDMA系統(tǒng)屬于是TDD方式，GSM系統(tǒng)屬于FDD方式，也就是說TD-SCDMA基站均是一部分時間在接收信號，另一部分時間在發(fā)送信號，而GSM的下行可一直發(fā)射，從平均輻射功率來看，TD-SCDMA基站的平均輻射水平較GSM基站要低些。(2)占空情況占空比是指下行發(fā)射功率時間在一個周期之內所占的時間比率。TD-SCDMA系統(tǒng)的占空比與其幀結構有關，該系統(tǒng)每個子幀包含7個常規(guī)時隙(TS0-TS7)和3個特殊時隙(DwPTS、GP、UpPTS)，7個常規(guī)時隙中TSO固定為下行時隙(廣播時隙)，TSl固定為上行時隙，因此下行業(yè)務占空比為1/7。GSM系統(tǒng)功率連續(xù)發(fā)射，占空比為100%，。(3)天線賦形天線賦形是指通過調整各天線陣元的激勵(權值，包含幅值和相位)，使天線波束方向圖形狀變?yōu)橹付ǖ牟ㄊ螤?。天線賦形主要分為業(yè)務波束賦形(業(yè)務時隙)和廣播波束賦形(廣播時隙)。對于傳統(tǒng)天線，其向外輻射的能力主要集中在垂直于天線面板軸向一個較小的角度內，天線下方接收到的輻射能力較小。智能天線則不存在所謂的主射方向，電磁波發(fā)射方向可隨時變化，其方向與用戶的瞬時空間位置密切相關。GSM采用傳統(tǒng)天線，無天線賦形。TD-SCDMA系統(tǒng)采用半智能天線，可實現業(yè)務波束水平方向波束賦形，在垂直方向不能進行賦形，對于廣播波束不進行賦形。(4)用戶數量相對于TDD方式的系統(tǒng)來說，TD-SCDMA系統(tǒng)在滿負荷的情況下，每個業(yè)務時隙最多能承載8個用戶。由于TD-SCDMA在影響基站電磁輻射水平的主要因子(發(fā)射方式、占空比、智能天線)上與GSM明顯不同，因此TD-SCDMA基站的環(huán)境電磁輻射三維空間預測方法與GSM有本質的不同，因此，有必要提出一種新的預測方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了研究TD-SCDMA移動通信基站對環(huán)境的影響，提出一種TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測方法，該方法能較好反映TD-SCDMA移動通信基站三維空間電磁輻射水平的真實情況。該方法的研制與應用，可為TD-SCDMA基站電磁輻射環(huán)境影響預測與分析提供適用的預測模式，顯著減少運營商的TD-SCDMA基站選址成本。為實現上述目的，本發(fā)明TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測方法，關鍵是，由本發(fā)明提出的TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測模式:
權利要求
1.TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測方法，其特征在于，由TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測模式: 4π r..4.fr r h' 其中:上述第一項為廣播波束的輻射量值，第二項為業(yè)務波束的輻射量值； S是基站天線產生的電磁輻射在空間某點的量值，單位是功率密度，.UWfcm2 ; 尤是基站發(fā)射系統(tǒng)的修正系數，包括功率控制、合路損耗、載波影響、自由空間與大氣環(huán)境的差異等因素； /(巧或/(於為歸一化場強方向函數，/2的_/2(釣為歸一化功率方向函數，在天線中心點與天線面板的垂直方向即天線軸向時，其值等于I; B是預測點與天線軸向，即天線面板垂直方向，的夾角，Θ =預測點與天線水平方向的夾角# -天線下傾角ff，該天線下傾角a是天線面板垂直方向與天線水平方向的夾角； 多是預測點相對于天線位置的方位角； A是方向函數/(約的修正系數； K3是方向函數/(#)的修正系數； 產是基站發(fā)射機單載波發(fā)射功率，單位是瓦，,； Μ是天線陣元數目； Gv是陣元增益，單位是分貝，dB ； Q6是賦形增益，單位是分貝，dB ； L是基站天線饋線損耗，包括饋線和接頭的損耗，單位是分貝，dB ； r是預測點與基站天線中心點的連線距離，單位是米，.〃 ； V是下行業(yè)務的占空比，V =下行業(yè)務信道時間/下行信道總時間； N是每個業(yè)務時隙最多承載的用戶數； 獲得基站電磁輻射強度^與基站天線水平距離、高度差、方位角的關系，即基站電磁輻射水平的三維空間分布結果。
2.根據權利要求1所述的預測方法，所述歸一化場強方向函數/(的Ilf值按照下述步驟獲得: 首先，根據天線廠家提供的天線垂直和水平方向圖歸一化數值列表，將角度分成組，步長為^ ; N 其次,依次排列各組數據:(^y0) , ( .^) , (AJ2)……(UwMXwJm),從O開始對前后兩組數據進行線性插值法擬合，則 插值函數，即分段擬合函數為ι = 0Λ2,…2V-1其中: α.=yi+1-Yi/xi+1-xi為相鄰兩點連線的斜率α.=yi-yi+1-Yi/xi+1-xi截距，為空間任意一預測點相對于天線面板垂直方向的夾角4或相對于天線位置的方位角-值》為方向函數值； 然后，將空間任意一預測點與天線面板垂直方向的夾角S和相對于天線位置的方位角#，向下取整獲得對應的分段擬合函數，并將該角d和角分別代入，獲取相應的方向函數/的和/(灼值。
3.根據權利要求1或2所述的預測方法，所述發(fā)射系統(tǒng)的修正系數A，方向函數/(的的修正系數毛，方向函數/(#)的修正系數毛分別按照下述步驟獲得: 選取開闊的測試場地，設置應急通信車位于測試路徑的起點，測試路徑平行于天線軸向，設置抗干擾測量裝置位于測試路徑上，應急通信車上基站的技術參數與預測基站的相關技術參數一致； A)首先，調節(jié)抗干擾測量裝置中的射頻綜合場強儀的測量探頭與應急通信車的天線中心點高度差為O米；其次，在測試路徑上，按固定步長選取測試點，測量電磁輻射量值；然后，將各測試點的參數代入A修正前的預測模式，獲得各處A修正前的電磁輻射預測值；最后，計算測量值與預測值比值的均值，獲得修正系數A ; B)首先，在測試路徑上選取固定的距離；其次，調節(jié)測量探頭使之與天線中心點形成一定的高度差，在高度差的一定范圍內，按固定的步長選取測試點，測量電磁輻射量值；然后，將各測試點的參數代入&修正前的預測模式中，獲得各處&修正前的電磁輻射預測值；最后，計算測量值與預測值比值的均值，獲得修正系數A ; C)首先，調節(jié)測量探頭的高度和水平位置，使之在測試路徑上選取固定的距離且與天線中心點高度差為O米；其次，在水平面夾角的一定范圍內，按固定步長選取測試點，測量電磁輻射量值；然后，將各測試點的參數代入A修正前的預測模式中，獲得各處A修正前的電磁輻射預測值；最后，計算測量值與預測值比值的均值，獲得修正系數4。
4.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于:所述基站電磁輻射水平的三維空間分布結果用三維圖或等值線圖表示。
5.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于:通過激光測距儀測得周圍環(huán)境敏感點與基站天線的水平距離、高度差，通過羅盤測得方位角，經所述預測模式獲得環(huán)境敏感點所受到的電磁輻射強度，將敏感點所受到的電磁輻射水平與國家相關標準比較，獲得基站對敏感點電磁輻射影響的合理性分析結果。
全文摘要
本發(fā)明公開一種TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測方法，關鍵是由本發(fā)明提出的TD-SCDMA移動通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預測模式獲得基站電磁輻射強度S與基站天線水平距離、高度差、方位角的關系，即基站電磁輻射水平的三維空間分布結果。本發(fā)明根據TD-SCDMA移動通信基站電磁輻射環(huán)境影響的特點，提出了一種誤差較小的方向函數f(θ)和f(φ)獲取方法，通過增加基站發(fā)射系統(tǒng)的修正系數K1、天線方向函數f(θ)的修正系數K2和天線方向函數f(φ)的修正系數K3，進一步提高了本發(fā)明的預測精度，增加本發(fā)明的實用性和可操作性，顯著減少運營商的TD-SCDMA基站選址成本和提高網絡覆蓋率。
文檔編號G01R29/08GK103076505SQ201210583699
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者周睿東, 余慧婷, 廖建華 申請人:廣東省輻射防護協會, 廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心