针对基站典型负载的暴露测量方法的定义与验证

《Bioelectromagnetics》：Definition and Validation of an Exposure Measurement Method for a Typical Load of a Base Station

本研究针对5G基站典型负载下的瞬时电磁暴露测量难题，提出了一种基于iPerf生成数据率并结合信道功率测量的方法。通过10种典型使用场景的测量，确定20、200、600Mbps为三个代表性数据率，验证了该方法在不同基站和负载条件下的重现性，并指出30次扫描的平均时间可确保结果一致性。

　　在移动通信领域，随着5G网络的迅速发展和广泛应用，尤其是大规模MIMO（massive-MIMO）技术的引入，电磁暴露的评估成为一个日益重要的研究课题。传统上，风险沟通主要关注的是理论上的最大暴露水平，这通常是在基站处于高负载状态时测量的。然而，随着用户在日常使用中实际接触到的暴露水平远低于这种极限值，人们开始讨论是否需要在风险评估中纳入典型负载下的暴露数据。因此，本研究旨在开发一种新的测量方法，用于在不依赖于基站使用情况的前提下，准确记录实际的瞬时暴露水平，并通过实验验证其可靠性。

为了实现这一目标，研究团队首先确定了10种典型的移动设备使用场景，这些场景涵盖了从低数据率到高数据率的不同需求。例如，社交媒体浏览、视频流媒体、云游戏、下载等。通过对这些场景的数据速率进行测量，并将其分类为低（20 Mbps）、中（200 Mbps）和高（600 Mbps）三个等级，研究者能够构建出一个代表性的基站负载模型。这一模型不仅考虑了用户行为的多样性，还结合了当前和未来可能的通信应用趋势，以确保测量结果的现实性和适用性。

在实验过程中，研究人员采用了一种基于iPerf的测量方法。iPerf是一款常用于网络性能测试的工具，可以生成特定的数据速率，并在测量点进行数据传输。同时，使用通道功率测量技术，记录了基站上所有移动通信服务的暴露水平。通过这种方法，研究团队能够在不同时间点和不同负载条件下，获得一致且可重复的暴露数据。在四个基站的验证过程中，他们考虑了多个因素，包括基站内的用户数量、平均时间的设置以及应用程序的缓冲机制，以确保测量方法的全面性和准确性。

研究发现，当在基站负载处于典型状态时，测量的暴露水平相较于最大暴露情况要低得多。这一发现表明，如果仅依据最大暴露值进行风险沟通，可能会高估实际的健康影响。因此，了解并测量在常规使用场景下的暴露水平，有助于更准确地评估5G网络对公众的潜在影响。此外，实验还表明，将平均时间设定为30次扫描（sweeps）能够提供可重复的暴露结果，这种设定在不同的时间点和负载条件下均表现良好。

值得注意的是，研究团队还探讨了缓冲对暴露测量的影响。缓冲是指在数据传输过程中，设备提前加载数据以保证播放或处理的流畅性。在实际应用中，如流媒体服务，缓冲行为可能会导致数据速率的变化，从而影响暴露水平。为了验证这一点，研究人员比较了在实际应用中（如直播、视频流、下载）和通过iPerf工具维持恒定数据率时的暴露情况。结果显示，虽然存在一些微小的差异，但总体上，两种方式的暴露水平在可接受的误差范围内，说明iPerf可以作为衡量实际应用暴露的有效工具。

在基站负载较低的情况下，例如早晨或非高峰时段，暴露水平通常较低，这与用户日常使用情况较为一致。然而，在负载较高的情况下，暴露水平可能会显著增加，特别是在多个用户同时进行高带宽数据传输时，基站的资源分配策略可能导致某些测量点的暴露值出现波动。例如，当其他用户在测量点附近进行高速数据下载时，测量设备的数据传输速率可能会受到影响，从而降低暴露水平。这种现象表明，基站的负载状态对暴露测量具有重要影响，因此需要在不同的负载条件下进行多次测试，以确保数据的代表性。

研究还发现，某些测量点在特定情况下暴露值的差异较大。例如，在某些情况下，由于外部环境的变化（如车辆遮挡、测量点与基站之间的距离、天线方向等因素），暴露值可能会出现较大的偏差。这种偏差在某些测量点甚至达到了3 dB以上，但这种情况并不常见，通常出现在特定的实验设置下，而非日常使用场景中。因此，尽管存在一些不确定性，测量方法仍然具有较高的实用性和可重复性。

此外，研究还探讨了测量方法在不同基站和测量点之间的适用性。实验中使用的基站分别来自华为和爱立信，这些基站覆盖了不同的频率范围和不同的网络配置。测量点则分布在不同的距离和方位角上，以确保数据的多样性。通过对这些基站的测量，研究人员能够验证测量方法在不同网络环境下的一致性，并得出关于暴露水平与基站负载之间关系的结论。

在评估过程中，研究人员还关注了测量设备的设置和校准。例如，选择Narda Selective Radiation Meter（SRM-3006）作为主要测量工具，其配备的三轴各向同性测量探头能够提供较为精确的暴露数据。同时，测量过程中使用了“安全评估”模式，该模式允许同时测量不同移动通信标准（如5G和4G）的暴露水平，并输出总暴露值。这种模式不仅提高了测量效率，还增强了结果的可比性。

研究还考虑了测量时间的设置对结果的影响。不同的平均时间（如1分钟、2分钟、6分钟）对暴露值的稳定性产生了不同的效果。在某些情况下，较长的平均时间可能会导致测量设备的连接状态发生变化，例如UE（用户设备）可能从5G切换到4G，从而影响暴露值的准确性。因此，研究人员发现，30次扫描的平均时间足以提供可重复的暴露结果，而6分钟的平均时间则可能引入不必要的不确定性。

总的来说，这项研究为移动通信领域的风险沟通提供了一种新的测量方法，该方法能够在典型基站负载条件下，准确记录实际的暴露水平。研究结果表明，该方法具有良好的重复性和适用性，能够满足不同时间点和不同负载条件下的测量需求。此外，该方法还能够与现有的国际标准（如ICNIRP 1998）相兼容，并且为未来的标准更新提供了参考。通过这种方式，研究团队为移动通信的电磁暴露评估提供了科学依据，有助于公众更好地理解5G网络的实际影响。