中國(guó)4G牌照將要發(fā)放，該發(fā)由中國(guó)3G體制TD-SCDMA演進(jìn)的TDD-LTE還是由歐盟3G體制WCDMA演進(jìn)的LTE-FDD，或者兩者都發(fā)?制式之爭(zhēng)是電信業(yè)界當(dāng)下焦點(diǎn)。本文擬從電磁輻射與干擾的角度探討一下4G牌照發(fā)放事宜。

1、更高速率的代價(jià)

4G業(yè)務(wù)最有代表性的是無線寬帶上網(wǎng)，4G系統(tǒng)能以100Mbps的速率下載，上傳速率也能達(dá)到50Mbps，能夠傳輸高質(zhì)量的視頻圖像，應(yīng)該說，4G是一個(gè)比3G更加優(yōu)越的無線通信世界。但是，高速率是否有代價(jià)?代價(jià)是什么?

1.1 信號(hào)功率要更大

1948年，C. E. Shannon(香農(nóng))在《通信的數(shù)學(xué)理論》中指出了信道容量的基本約束：信息速率C取決于通信可用帶寬BW和接收信號(hào)的信噪比，其中S是接收信號(hào)功率，N是噪聲功率。在只受加性高斯白噪聲惡化的信道中，其公式相對(duì)簡(jiǎn)潔。香農(nóng)定理指出：限制數(shù)據(jù)速率的兩個(gè)重要因素是：信噪比和可用帶寬。要求的信息速率C越高，所需可用帶寬BW相應(yīng)也要越高，它們是成正比關(guān)系的。4G系統(tǒng)在給定帶寬下，提高速率就要提高信噪比，噪聲和干擾N不變時(shí)只能提高接收信號(hào)功率S。移動(dòng)通信系統(tǒng)的電磁干擾是影響無線鏈路的主要因素，香農(nóng)定理同樣適合干擾作為惡化無線信道主要因素的情況(此時(shí)應(yīng)將信噪比改為信干比)。 

這里還有個(gè)問題，速率的提高與信噪比的提高是不是也成正比關(guān)系呢?不是的，而是成對(duì)數(shù)關(guān)系，粗略地說，如果將信噪(干)比增加到原來的8倍，而信息速率只提高了3倍，將信噪(干)比再增加1倍，即原來的16倍，而信息速率才提高了4倍。我們將信息速率C與帶寬之比稱為帶寬利用率γ，即，理論分析的結(jié)論是：當(dāng)γ小于1時(shí)，即信息速率小于可用帶寬時(shí)，信息速率的增長(zhǎng)要求信號(hào)功率的增長(zhǎng)，但增加幅度較小;當(dāng)γ大于等于1時(shí)，提高信息速率要求信號(hào)功率快速增加。可見，當(dāng)業(yè)務(wù)速率以100Mbps的速率下載，4G系統(tǒng)下行工作頻帶的帶寬應(yīng)超過100MHz，否則，帶寬利用率超過1，信號(hào)功率大大提高。例如，γ小于1時(shí)，當(dāng)γ從0.1增加到0.5時(shí)，信號(hào)功率需增加到原來的 1.34倍，但當(dāng)γ大于等于1時(shí)，從1增加到2時(shí)，信號(hào)功率需增加到原來的3倍， 從1增加到4時(shí)，信號(hào)功率需增加到原來的15倍，總體上γ大于等于1范圍內(nèi)功率增加明顯，按指數(shù)規(guī)律增加。 

4G的多天線技術(shù)可以提高接收端信噪(干)比，并且有空分復(fù)用增益，但當(dāng)通信負(fù)荷較大時(shí)，提高信噪(干)比帶來的速率增加不大(如前所述，不成正比關(guān)系)，當(dāng)無線上網(wǎng)用戶在空間上集中時(shí)，空分復(fù)用效果甚微，終端發(fā)射功率仍很大。

1.2 小區(qū)尺寸要更小

接收信號(hào)功率S取決于發(fā)射信號(hào)功率P及終端與基站之間的無線電傳播衰減。可以用減小小區(qū)尺寸的辦法，通過縮短終端與基站之間的距離來減少無線電傳播衰減，從而增加接收信號(hào)功率和提高業(yè)務(wù)速率，即減小小區(qū)尺寸可以增大終端可獲得的數(shù)據(jù)速率。4G系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)高于3G，因此小區(qū)尺寸應(yīng)更小，這就導(dǎo)致覆蓋同樣區(qū)域需要更多基站，基礎(chǔ)設(shè)施成本增加。

1.3 長(zhǎng)時(shí)間無線上網(wǎng)可能影響身體健康

功率大輻射就大，長(zhǎng)時(shí)間無線上網(wǎng)可能會(huì)影響健康。4G頻段集中在1.7-2.7GHz的微波頻段，其輻射性質(zhì)類似于微波爐(微波爐的頻率是2.45GHz)。這種輻射對(duì)生物體有兩個(gè)效應(yīng)：(1)波熱效應(yīng)，2-3GHz的含義是電磁場(chǎng)的變化速度高達(dá)每秒20-30億次，作用于生物體內(nèi)的水分子等極性分子，使之每秒來回?cái)[動(dòng)20-30億次，分子之間高速擺動(dòng)時(shí)摩擦生熱。(2)生化效應(yīng)，在微波電磁場(chǎng)中的細(xì)胞將發(fā)生生物化學(xué)變化直至死亡。

手機(jī)的輻射功率遠(yuǎn)小于微波爐，但長(zhǎng)時(shí)間微波輻射會(huì)產(chǎn)生積累效應(yīng)。2010年1月8日，CCTV-10《健康之路》欄目播出一個(gè)節(jié)目，現(xiàn)場(chǎng)演示了手機(jī)輻射烹飪爆米花，專家提示：手機(jī)功率大輻射就大，對(duì)身體造成傷害是必然的。

值得注意的是：消費(fèi)模式受技術(shù)的刺激和反作用，4G上網(wǎng)速度更快，消費(fèi)者上網(wǎng)時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)，4G的幅射問題可能比2G和3G嚴(yán)重。

現(xiàn)代社會(huì)人民群眾的環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)，對(duì)基站的輻射產(chǎn)生了擔(dān)憂。據(jù)調(diào)查了解，在不少城市，自從一些小區(qū)建設(shè)基站之后，小區(qū)居民因?yàn)閾?dān)心受到輻射的影響，去醫(yī)院檢查身體的次數(shù)比以前多了;離基站較近的住戶因?yàn)榕卤惠椛湔盏剑埠苌匍_窗了;甚至以前經(jīng)常出來在小區(qū)內(nèi)遛彎兒的老人也少了，總害怕那樣被輻射籠罩的環(huán)境，會(huì)影響身體;小區(qū)居民提出 “拒絕輻射，還我健康!請(qǐng)基站遠(yuǎn)離我們家園!”

2、多種4G體制增大網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)難度、增加干擾和輻射

各個(gè)運(yùn)營(yíng)商的無序競(jìng)爭(zhēng)造成了污染電磁環(huán)境、影響市容景觀、反復(fù)施工擾民等等弊端，從而導(dǎo)致人民群眾的不滿、投訴甚至激化對(duì)抗，運(yùn)營(yíng)商也面臨基站“選址難”、“建站難”、“維護(hù)難”等麻煩。應(yīng)該怎么辦?

因此，筆者建議中國(guó)4G只上一種體制，因?yàn)槎喾N4G體制建網(wǎng)情況下干擾與輻射更大。

從無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)角度看，最理想的情況是一個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)只建一張網(wǎng)、只有一種體制。

中國(guó)3G網(wǎng)絡(luò)同一業(yè)務(wù)區(qū)有多家運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)，有多個(gè)技術(shù)體制并存，運(yùn)營(yíng)商的無序競(jìng)爭(zhēng)造成了基站選址難、重復(fù)建設(shè)等問題，一方面網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)難度增大，最終設(shè)計(jì)結(jié)果欠佳，覆蓋漏洞增多，容易因網(wǎng)絡(luò)覆蓋不良導(dǎo)致輻射和干擾增加;另一方面造成電磁環(huán)境污染，影響民眾健康。雖然政府會(huì)給不同體制劃分不同頻段，但是，鄰頻干擾、雜散輻射、互調(diào)和交調(diào)輻射存在，由于頻帶散布廣使得終端接收機(jī)無法濾除。多種4G體制下無線環(huán)境的干擾劇增，遠(yuǎn)超過單一體制。增多了不同體制基站之間、基站和其它體制手機(jī)之間、不同體制手機(jī)之間的干擾。干擾種類和來源多了，干擾電平增加，為實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)，終端唯有加大功率，加重人體輻射。

3、建單一體制4G網(wǎng)節(jié)省資源、降低輻射

與多種體制建網(wǎng)相反，建單一體制4G網(wǎng)節(jié)省資源、降低輻射。

如果4G只有一種體制，不同運(yùn)營(yíng)商在一個(gè)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，把注意力更多放在應(yīng)用創(chuàng)新上，不排除不同運(yùn)營(yíng)商合作共贏，共同使用基站站址、鐵塔、動(dòng)力等設(shè)施，甚至?xí)羞\(yùn)營(yíng)商租用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，把精力完全專注于運(yùn)營(yíng)，成為純粹的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商。如果能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商的分離，可極大減少基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，單一4G體制時(shí)這種情況更易于實(shí)現(xiàn)。

此外，如前所述，單一4G體制比多種體制減少了干擾源種類，電磁污染少，有利于民眾健康。

4、筆者的建議

那么，單一4G體制選哪種呢?

單從技術(shù)角度看，TDD-LTE和LTE-FDD同為4G技術(shù)，都基于OFDM、多天線技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，共性的地方多，都符合國(guó)際電聯(lián)的4G標(biāo)準(zhǔn)，可以說難分仲伯，選哪種都可以。

這時(shí)應(yīng)更多考慮其它方面：產(chǎn)業(yè)發(fā)展、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力、國(guó)家信息安全，此外，還應(yīng)關(guān)注一下民族的靈魂，當(dāng)高科技產(chǎn)品都是洋品牌時(shí)，一個(gè)國(guó)家的科技界顏面何存?沒有中國(guó)科技的崛起，何來中華民族的崛起?從這些方面考慮，4G是個(gè)重要契機(jī)，選擇TDD-LTE無疑是***選擇!

筆者建議：抓住歷史機(jī)遇，珍惜來之不易的成就，選擇TDD-LTE!