專利名稱：Td-scdma移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁輻射環(huán)境影響分析領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)D-SCDMA移動(dòng)通信基站的環(huán)境電磁輻射水平進(jìn)行三維空間分布精確預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
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(dòng)通信基站是城市中的主要電磁輻射源，公眾對(duì)基站天線產(chǎn)生的電磁輻射非常關(guān)心，相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究。在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中通常會(huì)用到Okumura-hata模式、C0ST231 - Hata模式、CCIR模式、C0ST231-WM、標(biāo)準(zhǔn)傳播模式、標(biāo)準(zhǔn)宏蜂窩模式，這些模型的共同點(diǎn)主要是:關(guān)注基站能覆蓋的最遠(yuǎn)距離；預(yù)測(cè)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(duì)于基站環(huán)境影響分析，其可能超標(biāo)的區(qū)域一般為小于100米的直視距離，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)其關(guān)注點(diǎn)正好與這些模型的共同點(diǎn)相反:基站可能超標(biāo)的最近距離；預(yù)測(cè)范圍通常小于100米；主要為視距內(nèi)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(guó)家環(huán)保總局于1996發(fā)布了 HJ/T10.2-1996《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》(以下簡(jiǎn)稱“導(dǎo)則”)，由于當(dāng)時(shí)移動(dòng)基站以大型基站為主，功率大，覆蓋范圍廣，與環(huán)境敏感點(diǎn)的距離較大，導(dǎo)則中對(duì)基站的預(yù)測(cè)模式(自由空間模式)為:
這個(gè)模式只考慮基站的最大影響，預(yù)測(cè)結(jié)果非常保守且缺乏針對(duì)性。當(dāng)然這種預(yù)測(cè)模式在當(dāng)時(shí)是滿足應(yīng)用需要的，但隨著移動(dòng)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(huì)有I個(gè)基站，居民區(qū)與天線的距離大大縮小，導(dǎo)則中的預(yù)測(cè)模式已不能滿足使用需要。以廣東移動(dòng)GSM15期工程為例，直接使用導(dǎo)則的預(yù)測(cè)模式，該工程全部10708個(gè)新建基站中將會(huì)有2462個(gè)超過(guò)管理目標(biāo)值而不符合選址要求，超標(biāo)率為22.9%，這種預(yù)測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)超過(guò)已完成工程的驗(yàn)收監(jiān)測(cè)結(jié)果，不符合實(shí)際情況。后續(xù)也有相關(guān)研究對(duì)導(dǎo)則的預(yù)測(cè)模式進(jìn)行了優(yōu)化，主要是增加天線方向函數(shù)，具體為:
P.GS =——-.Λ(6 ,^)χ100(2)
4π.Γ經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果間尚有一定的誤差，引起誤差的其中一個(gè)原因是天線方向圖的擬合精度。對(duì)天線方向圖的擬合，現(xiàn)有研究方向是主要找到一個(gè)函數(shù)對(duì)方向圖曲線進(jìn)行全段擬合，這種擬合方法對(duì)于規(guī)則方向圖的擬合效果較好，但由于實(shí)際需求的多樣性，很多天線進(jìn)行了零點(diǎn)填填充等措施來(lái)改進(jìn)天線性能，導(dǎo)致天線方向圖很不規(guī)則，用全段擬合的方法將帶來(lái)較大的誤差。TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)是由中國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。TD-SCDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)有頻譜靈活性強(qiáng)、頻譜利用率高、支持多種通信接口、使用智能天線技術(shù)。TD-SCDMA與GSM從輻射影響角度看差異(I)發(fā)射方式在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，功率發(fā)射方式主要分兩種TDD(Time Division Duplex)時(shí)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(shù)據(jù)發(fā)送在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，通過(guò)在不同時(shí)隙發(fā)送上下行數(shù)據(jù)；FDD方式即該系統(tǒng)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)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(shuō)TD-SCDMA基站均是一部分時(shí)間在接收信號(hào)，另一部分時(shí)間在發(fā)送信號(hào)，而GSM的下行可一直發(fā)射，從平均輻射功率來(lái)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(shí)間在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率。TD-SCDMA系統(tǒng)的占空比與其幀結(jié)構(gòu)有關(guān)，該系統(tǒng)每個(gè)子幀包含7個(gè)常規(guī)時(shí)隙(TS0-TS7)和3個(gè)特殊時(shí)隙(DwPTS、GP、UpPTS)，7個(gè)常規(guī)時(shí)隙中TSO固定為下行時(shí)隙(廣播時(shí)隙)，TSl固定為上行時(shí)隙，因此下行業(yè)務(wù)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(guò)調(diào)整各天線陣元的激勵(lì)(權(quán)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(wù)波束賦形(業(yè)務(wù)時(shí)隙)和廣播波束賦形(廣播時(shí)隙)。對(duì)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(gè)較小的角度內(nèi)，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(shí)變化，其方向與用戶的瞬時(shí)空間位置密切相關(guān)。GSM采用傳統(tǒng)天線，無(wú)天線賦形。TD-SCDMA系統(tǒng)采用半智能天線，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束水平方向波束賦形，在垂直方向不能進(jìn)行賦形，對(duì)于廣播波束不進(jìn)行賦形。(4)用戶數(shù)量相對(duì)于TDD方式的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，TD-SCDMA系統(tǒng)在滿負(fù)荷的情況下，每個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙最多能承載8個(gè)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(yù)測(cè)方法與GSM有本質(zhì)的不同，因此，有必要提出一種新的預(yù)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了研究TD-SCDMA移動(dòng)通信基站對(duì)環(huán)境的影響，提出一種TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)方法，該方法能較好反映TD-SCDMA移動(dòng)通信基站三維空間電磁輻射水平的真實(shí)情況。該方法的研制與應(yīng)用，可為TD-SCDMA基站電磁輻射環(huán)境影響預(yù)測(cè)與分析提供適用的預(yù)測(cè)模式，顯著減少運(yùn)營(yíng)商的TD-SCDMA基站選址成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)方法，關(guān)鍵是，由本發(fā)明提出的TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)模式:
權(quán)利要求
1.TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)方法，其特征在于，由TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)模式: 4π r..4.fr r h' 其中:上述第一項(xiàng)為廣播波束的輻射量值，第二項(xiàng)為業(yè)務(wù)波束的輻射量值； S是基站天線產(chǎn)生的電磁輻射在空間某點(diǎn)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(shù)，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(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)，/2的_/2(釣為歸一化功率方向函數(shù)，在天線中心點(diǎn)與天線面板的垂直方向即天線軸向時(shí)，其值等于I; B是預(yù)測(cè)點(diǎn)與天線軸向，即天線面板垂直方向，的夾角，Θ =預(yù)測(cè)點(diǎn)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(yù)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于天線位置的方位角； A是方向函數(shù)/(約的修正系數(shù)； K3是方向函數(shù)/(#)的修正系數(shù)； 產(chǎn)是基站發(fā)射機(jī)單載波發(fā)射功率，單位是瓦，,； Μ是天線陣元數(shù)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(yù)測(cè)點(diǎn)與基站天線中心點(diǎn)的連線距離，單位是米，.〃 ； V是下行業(yè)務(wù)的占空比，V =下行業(yè)務(wù)信道時(shí)間/下行信道總時(shí)間； N是每個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙最多承載的用戶數(shù)； 獲得基站電磁輻射強(qiáng)度^與基站天線水平距離、高度差、方位角的關(guān)系，即基站電磁輻射水平的三維空間分布結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)方法，所述歸一化場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)/(的Ilf值按照下述步驟獲得: 首先，根據(jù)天線廠家提供的天線垂直和水平方向圖歸一化數(shù)值列表，將角度分成組，步長(zhǎng)為^ ; N 其次,依次排列各組數(shù)據(jù):(^y0) , ( .^) , (AJ2)……(UwMXwJm),從O開(kāi)始對(duì)前后兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值法擬合，則 插值函數(shù)，即分段擬合函數(shù)為ι = 0Λ2,…2V-1其中: α.=yi+1-Yi/xi+1-xi為相鄰兩點(diǎn)連線的斜率α.=yi-yi+1-Yi/xi+1-xi截距，為空間任意一預(yù)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于天線面板垂直方向的夾角4或相對(duì)于天線位置的方位角-值》為方向函數(shù)值； 然后，將空間任意一預(yù)測(cè)點(diǎn)與天線面板垂直方向的夾角S和相對(duì)于天線位置的方位角#，向下取整獲得對(duì)應(yīng)的分段擬合函數(shù)，并將該角d和角分別代入，獲取相應(yīng)的方向函數(shù)/的和/(灼值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預(yù)測(cè)方法，所述發(fā)射系統(tǒng)的修正系數(shù)A，方向函數(shù)/(的的修正系數(shù)毛，方向函數(shù)/(#)的修正系數(shù)毛分別按照下述步驟獲得: 選取開(kāi)闊的測(cè)試場(chǎng)地，設(shè)置應(yīng)急通信車位于測(cè)試路徑的起點(diǎn)，測(cè)試路徑平行于天線軸向，設(shè)置抗干擾測(cè)量裝置位于測(cè)試路徑上，應(yīng)急通信車上基站的技術(shù)參數(shù)與預(yù)測(cè)基站的相關(guān)技術(shù)參數(shù)一致； A)首先，調(diào)節(jié)抗干擾測(cè)量裝置中的射頻綜合場(chǎng)強(qiáng)儀的測(cè)量探頭與應(yīng)急通信車的天線中心點(diǎn)高度差為O米；其次，在測(cè)試路徑上，按固定步長(zhǎng)選取測(cè)試點(diǎn)，測(cè)量電磁輻射量值；然后，將各測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)代入A修正前的預(yù)測(cè)模式，獲得各處A修正前的電磁輻射預(yù)測(cè)值；最后，計(jì)算測(cè)量值與預(yù)測(cè)值比值的均值，獲得修正系數(shù)A ; B)首先，在測(cè)試路徑上選取固定的距離；其次，調(diào)節(jié)測(cè)量探頭使之與天線中心點(diǎn)形成一定的高度差，在高度差的一定范圍內(nèi)，按固定的步長(zhǎng)選取測(cè)試點(diǎn)，測(cè)量電磁輻射量值；然后，將各測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)代入&修正前的預(yù)測(cè)模式中，獲得各處&修正前的電磁輻射預(yù)測(cè)值；最后，計(jì)算測(cè)量值與預(yù)測(cè)值比值的均值，獲得修正系數(shù)A ; C)首先，調(diào)節(jié)測(cè)量探頭的高度和水平位置，使之在測(cè)試路徑上選取固定的距離且與天線中心點(diǎn)高度差為O米；其次，在水平面夾角的一定范圍內(nèi)，按固定步長(zhǎng)選取測(cè)試點(diǎn)，測(cè)量電磁輻射量值；然后，將各測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)代入A修正前的預(yù)測(cè)模式中，獲得各處A修正前的電磁輻射預(yù)測(cè)值；最后，計(jì)算測(cè)量值與預(yù)測(cè)值比值的均值，獲得修正系數(shù)4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)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(jié)果用三維圖或等值線圖表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于:通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)得周圍環(huán)境敏感點(diǎn)與基站天線的水平距離、高度差，通過(guò)羅盤測(cè)得方位角，經(jīng)所述預(yù)測(cè)模式獲得環(huán)境敏感點(diǎn)所受到的電磁輻射強(qiáng)度，將敏感點(diǎn)所受到的電磁輻射水平與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，獲得基站對(duì)敏感點(diǎn)電磁輻射影響的合理性分析結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)方法，關(guān)鍵是由本發(fā)明提出的TD-SCDMA移動(dòng)通信基站環(huán)境電磁輻射三維空間預(yù)測(cè)模式獲得基站電磁輻射強(qiáng)度S與基站天線水平距離、高度差、方位角的關(guān)系，即基站電磁輻射水平的三維空間分布結(jié)果。本發(fā)明根據(jù)TD-SCDMA移動(dòng)通信基站電磁輻射環(huán)境影響的特點(diǎn)，提出了一種誤差較小的方向函數(shù)f(θ)和f(φ)獲取方法，通過(guò)增加基站發(fā)射系統(tǒng)的修正系數(shù)K1、天線方向函數(shù)f(θ)的修正系數(shù)K2和天線方向函數(shù)f(φ)的修正系數(shù)K3，進(jìn)一步提高了本發(fā)明的預(yù)測(cè)精度，增加本發(fā)明的實(shí)用性和可操作性，顯著減少運(yùn)營(yíng)商的TD-SCDMA基站選址成本和提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。
文檔編號(hào)G01R29/08GK103076505SQ201210583699
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者周睿東, 余慧婷, 廖建華 申請(qǐng)人:廣東省輻射防護(hù)協(xié)會(huì), 廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)中心