动态波束成形对电磁场暴露与网络覆盖的影响：随机几何视角

本文基于随机几何，引入了一个用于基于动态波束成形的蜂窝网络的新数学框架。该框架用于研究活跃用户与空闲用户的电磁场暴露 (EMFE) 随两者之间距离变化的函数关系。本文提出了一种新颖的多余弦天线方向图，通过结合主瓣和旁瓣提供了更精确的建模。结果表明，使用多余弦方向图获得的 EMFE 和覆盖率的累积分布函数与理论模型高度吻合，将误差降至 2\% 以下，而其他模型的误差最低为 8\%。本文从数学上推导了每种用户类型的 EMFE 边缘分布。一个独特的贡献是引入了 SCAIU（活跃与空闲用户的空间累积分布函数，Spatial CDF for Active and Idle Users），这是一种在限制空闲用户 EMFE 的同时确保活跃用户覆盖率的度量指标。使用这些指标分析了不同距离和天线单元数下的网络性能。分析表明，对于所选网络参数，当具有 64 个天线单元时，对空闲用户 EMFE 的影响在 60~m 以外变得可以忽略不计。然而，要在 2~m 处保持活跃用户 SINR 高于 10 dB 且空闲用户 EMFE 低于 -50~dBm，则需要超过 256 个天线单元。