基于Arm处理器的蜂窝基站电磁辐射监测

Venkatesulu¹， S. Varadarajan博士²， M.N.Giri Prasad博士^3.和P.Venkata ramana⁴

研究学者，南大阿南塔普尔，安得拉邦，印度
印度蒂鲁帕蒂特殊大学教授
教授，J.N.T.U阿南塔普尔，印度
印度阿拉加达阿尔法工程技术学院助理教授

摘要

本文提出了一种实时监测系统，用于监测由蜂窝基站天线和移动单元以及其他射频辐射源辐射水平所辐射的电磁辐射的连续暴露。监测和比较FCC和ICNIRP水平为公众规定。电磁辐射测量是在一个附近的蜂窝基站进行的，也测量了不同的基站。嵌入式电磁辐射监测系统(EERMS)设备的功能是接收多个蜂窝基站发射塔的信号，并检测每个蜂窝基站发射塔发射的功率水平。该系统还与联邦通信委员会给出的标准进行了比较，并显示了特定区域的总电磁辐射水平，对蜂窝基站塔辐射的电磁信号进行了测量和监测。一旦超过FCC水平，电磁辐射水平超过FCC给定的标准，那么特定的蜂窝基站功率和定时将自动存储。根据IEEE标准，当我们想在该特定区域建立新的蜂窝基站时，安全功率密度为2w /m2。我们必须确定电磁辐射水平的所有参数。最大限度地提供有限的电磁辐射水平和保护危险的健康救援正在减少，因为我同意这个设备是监测近场和远场的电磁信号接收的自由空间。本文对某区域基站的信号强度(1908 MHz)进行了测量和记录(-30dbm)，等效总功率1.8w/m2。

关键字

Fcc, icnirp, ieee, arm, GSM

介绍

全球移动通信系统(GSM)是世界上最通用的移动通信技术。这种技术利用复杂的通信系统的安排，这些系统在网络服务内部和外部协同工作。

多年来，移动通信已经从第一代(1G)发展到第四代(4G)移动系统。GSM手机体积小、使用方便和复杂是其主导全球电信市场的主要原因。以目前移动电话的部署情况和使用手机的人数每年都在增加，全球有数十亿人暴露在移动电话的辐射下。

在一些城市，移动电话基站(bts)几乎每隔500米就会发现另一个，而在其他不限制塔的位置的城市，1公里内可以看到30多个手机基站(Sivani和Sudarsanam, 2012)。由于越来越多的用户每天都在涌现，移动基站收发站(BTS)或桅杆的扩散是非常值得关注的(ARPANSA, 2000)。安装在蜂窝基站桅杆上的众多天线发出的辐射也引起了民众的极大关注，特别是住在附近的居民。因此，本文旨在强调环境射频暴露评估的重要领域，从其剂量量到评估期间使用的方法或程序。

射频辐射暴露量及单位

射频(RF)剂量学描述了外部射频电磁场(EMF)在身体不同器官中的吸收和分布情况(Ahlbom et al.， 2012)。估计介质中射频能量的基本量是电场强度E (V/m)和磁场强度B (a /m)。这些量大多是在空气中评估的，可用于直接估计人体对射频能量的暴露。这并不能准确测量身体吸收的射频能量，因为它取决于场的频率，以及身体的大小和方向。功率密度S (W/m2)是射频暴露评估中另一个重要的量，经常在一些研究中使用，也是标准限值的主要量。E和H都与功率密度直接相关，公式如下(ICNIRP, 1998):

蜂窝基站塔和无线电频率

有许多不同类型的基站由运营商使用。

(1)宏观单元，

(2)微细胞，

(3)微电池。

蜂窝基站塔的分类是基于站点的目的，而不是根据辐射功率或天线高度等技术限制。在印度，宏观蜂窝基站为移动电话网络提供了主要的基础设施，其天线安装在足够的高度，使他们能够清楚地看到周围的地理区域。

微型蜂窝基站在城市和城镇等用户众多的地方提供额外的无线电容量。微型天线往往安装在街道水平杆或现有建筑物的外墙上。每个基站发射机的功率被设置为允许移动电话在基站设计提供覆盖的区域内使用的水平。需要更高的功率来覆盖更大的单元。

单个宏蜂窝基站发射机的最大功率为20瓦。对于只有一台发射机的低容量基站，辐射功率不会随时间变化。对于拥有多个发射机的大容量基站，输出功率可能会随着时间和正在处理的呼叫数量而变化。其中一个发射机将在全功率下连续发射，而其他发射机将断断续续地运行，并以不同的功率电平达到最大值。微蜂窝基站往往在2-3瓦左右的低功率水平下运行，由于其覆盖面积较小，发射机数量较少。

嵌入式emr监控系统的实现

接收天线的接收频率范围为80mhz ~ 2.5 GHz。为了在RF 2052中调整特定的频率，由CDEEC-RF PC客户端软件(Visual Basic 2010)组成的显示部分将选择所需的中心频率和跨度(所需的带宽)，并通过USB电缆馈送到ARM控制器。ARM控制器由分数n算法方法组成，将选定的中心频率和跨度转换为相应的数字值，馈送给RF 2052。然后，RF 2052将调谐频率并馈送到Si 4362，它将估计辐射功率并转换为数字格式。它被馈送给ARM控制器。ARM控制器将来自Si 4362的接收功率电平与FCC标准功率电平进行比较。如果功率电平超过FCC标准电平，将被视为危险电平，所有相应频率的功率电平通过USB电缆馈送到显示部分。辐射功率处于危险区域。

结果与讨论

市区、半市区及乡郊地区的辐射水平以不同频率计算。为了测量这种辐射水平，考虑了单个建筑物上的许多发射塔、特定区域内发射塔站点之间的距离以及使用移动设备的繁忙时间。最后，将设计装置(EERMS)观测到的辐射水平与BSNL试车结果观测到的辐射水平进行了比较。结果表明，两种情况下所接收的辐射功率几乎相等。此外，BSNL测试驱动器只能检测其工作频率，其中作为提议的设备能够接收80 MHz - 2.5 GHz宽频段的辐射功率。

辐射测量是在蒂鲁帕蒂、雷尼贡塔和马达纳帕里的不同地方进行的。其中一些读数如下图所示。值得注意的是，在桥上信实集市附近的Tirupathi-Renigunta上，测量到的辐射功率高达29.1 dBm，相当于1.243 ?/m2，因为信实集市附近近100米内有4个发射塔。

快照显示了不同频率范围下的辐射功率。在中心频率输入所需频率。START和STOP表示接收机调谐到的范围，SPAN表示START和STOP频率之间的周期。BOTTOM表示振幅级的起点，TOP表示振幅级的终点。这里振幅表示以dBm为单位测量的辐射功率。从图中可以看出不同频率水平下的辐射功率。计算结果还显示了中心频率整个频带的总辐射功率。如果辐射水平超过预期水平，将向有关当局发送短消息。

上图显示了向电信主管部门发送的关于来自不同地方的有害辐射的信息。

上图显示了该系统与BSNL测试驱动系统的对比结果。

结论

嵌入式电磁辐射监测系统是为了实时监测蜂窝基站、移动设备和其他射频源产生的电磁辐射而设计的。对所设计的设备(EERMS)进行了不同地点、不同时间(正常、繁忙)的测试，观察到该设备能够检测特定频率对应的辐射，以及80mhz - 2.5 GHz频段内所有频率对应的总辐射功率。将该装置的性能与BSNL Test Drive进行了比较，可以看出，所设计的装置可以感应到与BSNL Test Drive相同的辐射功率水平。此外，BSNL测试驱动器不能检测其工作频率以外的频率，但拟议的设备可以检测到80 MHz到2.5 GHz频率波段对应的辐射。

结果采用Visual basic studio软件进行，并对不同地点不同频带的辐射功率进行了评估。结果还显示了危险的辐射水平，如果它超过了所需的水平。