Базовые станции системы сотовой радиосвязи

СОТОВАЯ РАДИОТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ ГИГИЕНИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

https://www.vrednost.ru/pole.php

Общая характеристика

Последние несколько лет характеризуются интенсивным развитием системы сотовой телефонной радиосвязи. Широкий выбор и качество предлагаемых телекоммуникационных услуг, а также доступная цена, привели к тому, что на сегодняшний день в мире насчитывается порядка 300 миллионов пользователей сотовой связью, из них более 8 миллионов - в России. Как следствие, широкое распространение получили новые функциональные источники электромагнитного поля радиочастотного диапазона (ЭМП) - базовые станции (БС) и мобильные (переносные и ручные) радиотелефоны (РТ), способные генерировать ЭМП гигиенически значимые уровни. Всё вышесказанное делает проблему санитарно-гигиенического надзора за объектами системы сотовой радиосвязи особенно актуальной и социально важной.

Работа этой системы основана на принципе деления некоторой территории на зоны (т. н. соты) радиусом обычно 0,5-2 километра (в условиях городской застройки), в центре или в узлах которых расположены БС, которые обслуживают РТ, находящиеся в зоне их действия (рис. 1). Эффективное использование выделяемого для функционирования системы частотного спектра - многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа - делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа пользователей в рамках одной сети.

Рис. 1. Базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (РТ) в сети сотовой связи

В Российской Федерации действуют следующие стандарты системы сотовой радиосвязи:

• Аналоговый NMT-450
  -рабочий частотный диапазон БС: 463-467,5 МГц;
  -рабочий частотный диапазон РТ: 453-457,5 МГц.
• Цифровой D-AMPS (IS-136), практически вытеснивший аналоговый стандарт AMPS
  - рабочий частотный диапазон БС: 869-894 МГц;
  - рабочий частотный диапазон РТ: 824-849 МГц.
• Цифровой CDMA
  - рабочий частотный диапазон БС: 869-894 МГц;
  - рабочий частотный диапазон РТ: 824-849 МГц.
• Цифровой GSM-900
  - рабочий частотный диапазон БС: 925-965 МГц;
  - рабочий частотный диапазон РТ: 890-915 МГц.
• Цифровой DCS (GSM-1800)
  - рабочий частотный диапазон БС: 1805-1880 МГц;
  - рабочий частотный диапазон РТ: 1710-1785 МГц.

Все вышеупомянутые стандарты используют ту или иную разновидность угловой (фазовой или частотной) модуляции.

Базовые станции системы сотовой радиосвязи

БС являются приемо-передающими радиотехническими объектами, излучающими электромагнитную энергию в УВЧ диапазоне (300-3000 МГц). Кроме того, каждая БС дополнительно оснащена комплектом приемо-передающего оборудования радиорелейной связи, работающим в диапазоне 3-40 ГГц, отвечающим за интеграцию данной БС в сеть в целом.

Мощность передатчиков БС обычно не превышает 5-10 Вт на несущую.

В основном применяются два типа передающих (приемо-передающих) антенн БС:

• слабонаправленные с круговой диаграммой направленности (ДН) в горизонтальной плоскости - тип "Omni" (рис. 2);
  
  Рис. 2. Диаграмма направленности антенны типа "Omni"
• направленные (секторные) с углом раствора (шириной) основного лепестка ДН в горизонтальной плоскости обычно 60 или 120 градусов (рис. 3, 4).
  
  Рис. 3. Диаграмма направленности секторной антенны (угол раскрыва основного лепестка в горизонтальной плоскости 60)

Рис. 4. Примеры диаграмм направленности антенн базовых станций

Значение коэффициента усиления по мощности антенн БС относительно изотропного излучателя обычно находится в пределах 8-18 дБ.

Антенны БС устанавливаются на высоте 15-100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках: общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д., или на специально сооруженных мачтах (рис. 5).

Рис. 5. Примеры размещения антенн базовых станций сотовой связи на зданиях и отдельно стоящих мачтах

В соответствии с п. 6.5 Санитарных правил и норм СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 "Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)" установка антенн передающих радиотехнических объектов (ПРТО) на крышах домов разрешается при условии, что интенсивность ЭМП в доступных для населения местах не превышает установленных предельно допустимых значений.

К особенностям БС как объектов санитарно-эпидемиологического контроля можно отнести следующее:

· БС являются видом ПРТО, мощность излучения которых (загрузка) непостоянна во времени и зависит от количества абонентов, обслуживаемых БС в данный момент. Количество абонентов в свою очередь связано с местоположением БС, временем суток и днем недели. Типичный график загрузки БС показан на рис. 6.

Рис. 6. Типичный график почасовой загрузки базовой станции сотовой связи

• Благодаря относительно большой высоте размещения и характеристикам ДН передающих антенн в подавляющем большинстве случаев у данного вида ПРТО отсутствует санитарно-защитная зона, т. е. интенсивность ЭМП, создаваемого БС, на селитебной территории на "уровне земли" не превышает предельно допустимых значений.

· Гигиенически значимые уровни ЭМП могут наблюдаться только в непосредственной близости, на расстоянии до 3-5 метров от передающих антенн БС и от антенн радиорелейной связи (рис. 7). Из-за многолучевого распространения ЭМП (переотражения) существует гипотетическая возможность обнаружения таковых в помещениях и на балконах последних этажей зданий, на которых расположены антенны БС, и в помещениях последних этажей зданий первой линии застройки в радиусе 200-300 метров вокруг БС.

Рис. 7. Настораживающее размещение антенн базовой станции сотовой связи

• Приемопередающие оборудование БС (кроме антенн) не является источником, потенциально опасным с точки биоэлектромагнитной совместимости.

Мобильные радиотелефоны

РТ представляет собой миниатюрный приемопередатчик, работающий в УВЧ диапазоне, выходная мощность которого в большой степени зависит от качества связи с обслуживающей его БС. Максимальная средняя мощность РТ различных стандартов системы сотовой радиосвязи приведена в таблице

Таблица 1

Максимальная средняя выходная мощность РТ
различных стандартов системы сотовой радиосвязи

Реальная выходная мощность РТ может быть на порядок меньше. Кроме того, в РТ стандарта GSM-900/-1800 имеется режим DTX (Discontinuous Transmission), при котором в целях экономии заряда батареи РТ в момент молчания пользователя выходная мощность РТ падает в несколько раз.

Антенны РТ имеют ДН типа "Omni", форма которой в значительной мере может искажаться при приближении РТ к телу человека.

Особенностями РТ с точки зрения санитарно-эпидемиологического надзора являются:

• Максимальное приближение достаточно мощного источника ЭМП к жизненно важным органам человека, прежде всего к головному мозгу.
• При оценке интенсивности ЭМП, создаваемого РТ, необходимо рассматривать единую систему "РТ пользователь ", так как присутствие последнего существенно меняет картину распределения и поглощения поля.
• Выходная мощность РТ и, следовательно, условия воздействия ЭМП, зависят от качества связи с БС.
• РТ цифровых стандартов являются источниками импульсно модулированного ЭМП УВЧ диапазона и магнитного поля СНЧ диапазона (30 300 Гц).