5G 手機的發射功率,到底能有多大?

2021-02-23 Qorvo半導體

隨著 5G 網絡的建設，5G 基站成本高，尤其是能耗大的問題已廣為人知。

以中國移動為例，為了下行支持高速率，其 2.6GHz 的射頻模塊就要求 64 通道，最大 320 瓦發射功率。

而與基站通信的 5G 手機，由於和人體的接觸過於密切，「輻射危害」的底線必須嚴防死守，因此只能戴著鐐銬起舞，發射功率嚴格受限。

4G 手機的發射功率，就被協議限制為最大 23dBm（0.2 瓦），這個功率雖說不大，但 4G 的主流頻段（FDD 1800MHz）頻率較低，傳播損耗相對較小，用起來倒也問題不大。

5G 的情況就複雜一些。

首先，5G 主流的頻段是 3.5GHz，頻率較高，傳播路損大，穿透能力差，同時手機能力弱，發射功率小，因此上行容易成為系統瓶頸。

再者，5G 以 TDD 模式為主，上下行是分時發送的。一般情況下，為了保證下行容量，分給上行的時隙較少，約佔 30% 左右。也就是說，TDD 模式下的 5G 手機僅有 30% 的時間發送數據，這就進一步降低了平均發射功率。

並且，5G 的部署模式靈活，組網複雜。

在 NSA 模式下，5G 和 4G 通過雙連接的方式同時發送數據，一般 5G 為 TDD 模式，4G 為 FDD 模式，如此一來，手機的發射功率應該為多大？

在 SA 模式下，5G 不但能以 TDD 或者 FDD 單載波發射，還可以把這兩種模式的載波聚合起來，和 NSA 的情況類似，手機就要在兩個不同頻段，TDD 和 FDD 兩種模式下同時發送數據，發射功率應該為多大呢？

另外，如果是 5G 的兩個 TDD 載波聚合，手機發射功率又應該多大呢？

3GPP 考慮地很周到，為終端定義了多個功率等級。

在 Sub6G 頻譜上，功率等級 3，大小為 23dBm；功率等級 2，大小為 26dBm；功率等級 1，理論上功率更大，目前還沒有定義。

毫米波頻段因頻率高，傳播特性和 Sub6G 不同，使用場景更多考慮固定接入或者非手機使用，標準為毫米波定義了 4 個功率等級，且對於輻射的指標限制較寬。

目前 5G 商用以 Sub6G 頻段下的手機 eMBB 業務為主，下文將主要聚焦於此場景，針對主流的 5G 頻段（如 FDD n1，n3，n8 等，TDD n41，n77，n78 等），分六種類型來描述。

5G FDD （SA 模式）：最大發射功率為等級 3，即 23dBm；

5G TDD（SA 模式）：最大發射功率為等級 2，即 26dBm；

5G FDD + 5G TDD CA（SA 模式）：最大發射功率為等級 3，即 23dBm；

5G TDD + 5G TDD CA（SA 模式）：最大發射功率為等級 3，即 23dBm；

4G FDD + 5G TDD DC（NSA 模式）：最大發射功率為等級 3，即 23dBm；

4G TDD + 5G TDD DC（NSA 模式）：R15 定義的最大發射功率為等級 3，即 23dBm，R16 版本可支持的最大發射功率為等級 2，即 26dBm。

通過上述 6 種類型，我們可以看出以下特點：只要手機的工作模式出現 FDD，則最大發射功率只能為 23dBm，而在獨立組網 TDD 模式下，或者非獨立組網 4G 和 5G 都是 TDD 模式時，最大發射功率可以放寬到 26dBm。

那麼，協議為什麼對 TDD 如此關愛？

眾所周知，無線通信對人體所造成的電磁輻射是否有害，業界一直眾說紛紜，但為了安全起見，手機發射功率必須嚴格限制。

目前，各個國家和組織制定了相關的電磁輻射暴露健康標準，將手機的輻射嚴格限制在一個很小的範圍內。只要手機遵守這些標準，就可以認為是安全的。

這些健康標準都指向了一個指標：SAR，專門用於手機等便攜通信設備近場輻射對人體健康影響。

SAR 的全稱是 Specific Absorption Ratio，中文意為「比吸收率」。其定義為「人體的一部分組織，平均一秒鐘時間會吸收多少手機發出的電磁波能量」，單位為 W/kg。

中國的國標借鑑了歐洲的標準，明確規定：「任意 10 克生物組織、任意連續 6 分鐘內的平均比吸收率（SAR）值不得超過 2.0W/kg」。

也就是說，這些標準評估的是一段時間內手機產生電磁輻射的平均值，短時間功率內高一點，但只要平均值不超標就問題不大。

如果在 TDD 模式和 FDD 模式最大發射功率均為 23dBm，但 FDD 模式的手機是一直在發射功率的，而 TDD 模式的手機一般只有 30% 的時間發射功率，因此 TDD 的總體發射功率要比 FDD 小約 5dB。

因此，給 TDD 模式的發射功率補償 3dB ，正是在滿足 SAR 標準的前提下，拉齊 TDD 和 FDD 之間的差異，它們最終平均下來的發射功率都可達到 23dBm。

5G 手機的發射功率到底有多大？看到這裡，相信已經有了答案。

來源：無線深海

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