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5G手機(jī)的發(fā)射功率,到底能有多大?

2020-07-14 09:28 無(wú)線深海

導(dǎo)讀:5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度大,基站部署成本高,能耗大等問(wèn)題都已廣為人知了,但你知道5G手機(jī)的發(fā)射功率到底能有多大嗎?

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),5G基站成本高,尤其是能耗大的問(wèn)題已廣為人知。

以中國(guó)移動(dòng)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(fā)射功率。

而與基站通信的5G手機(jī),由于和人體的接觸過(guò)于密切,「輻射危害」的底線必須嚴(yán)防死守,因此只能戴著鐐銬起舞,發(fā)射功率嚴(yán)格受限。

4G手機(jī)的發(fā)射功率,就被協(xié)議限制為最大23dBm(0.2瓦),這個(gè)功率雖說(shuō)不大,但4G的主流頻段(FDD 1800MHz)頻率較低,傳播損耗相對(duì)較小,用起來(lái)倒也問(wèn)題不大。

5G的情況就復(fù)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(shí)手機(jī)能力弱,發(fā)射功率小,因此上行容易成為系統(tǒng)瓶頸。

再者,5G以TDD模式為主,上下行是分時(shí)發(fā)送的。一般情況下,為了保證下行容量,分給上行的時(shí)隙較少,約占30%左右。也就是說(shuō),TDD模式下的5G手機(jī)僅有30%的時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù),這就進(jìn)一步降低了平均發(fā)射功率。

并且,5G的部署模式靈活,組網(wǎng)復(fù)雜。

在NSA模式下,5G和4G通過(guò)雙連接的方式同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),一般5G為TDD模式,4G為FDD模式,如此一來(lái),手機(jī)的發(fā)射功率應(yīng)該為多大?

在SA模式下,5G不但能以TDD或者FDD單載波發(fā)射,還可以把這兩種模式的載波聚合起來(lái),和NSA的情況類似,手機(jī)就要在兩個(gè)不同頻段,TDD和FDD兩種模式下同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),發(fā)射功率應(yīng)該為多大呢?

另外,如果是5G的兩個(gè)TDD載波聚合,手機(jī)發(fā)射功率又應(yīng)該多大呢?

3GPP考慮地很周到,為終端定義了多個(gè)功率等級(jí)。

在Sub6G頻譜上,功率等級(jí)3,大小為23dBm;功率等級(jí)2,大小為26dBm;功率等級(jí)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(chǎng)景更多考慮固定接入或者非手機(jī)使用,標(biāo)準(zhǔn)為毫米波定義了4個(gè)功率等級(jí),且對(duì)于輻射的指標(biāo)限制較寬。

目前5G商用以Sub6G頻段下的手機(jī)eMBB業(yè)務(wù)為主,下文將主要聚焦于此場(chǎng)景,針對(duì)主流的5G頻段(如FDD n1,n3,n8等,TDD n41,n77,n78等),分六種類型來(lái)描述。

1、5G FDD (SA模式):最大發(fā)射功率為等級(jí)3,即23dBm;

2、5G TDD(SA模式):最大發(fā)射功率為等級(jí)2,即26dBm;

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

4、5G TDD + 5G TDD CA(SA模式):最大發(fā)射功率為等級(jí)3,即23dBm;

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

6、4G TDD + 5G TDD DC(NSA模式):R15定義的最大發(fā)射功率為等級(jí)3,即23dBm,R16版本可支持的最大發(fā)射功率為等級(jí)2,即26dBm。

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

那么,協(xié)議為什么對(duì)TDD如此關(guān)愛?

眾所周知,無(wú)線通信對(duì)人體所造成的電磁輻射是否有害,業(yè)界一直眾說(shuō)紛紜,但為了安全起見,手機(jī)發(fā)射功率必須嚴(yán)格限制。

目前,各個(gè)國(guó)家和組織制定了相關(guān)的電磁輻射暴露健康標(biāo)準(zhǔn),將手機(jī)的輻射嚴(yán)格限制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。只要手機(jī)遵守這些標(biāo)準(zhǔn),就可以認(rèn)為是安全的。

這些健康標(biāo)準(zhǔn)都指向了一個(gè)指標(biāo):SAR,專門用于手機(jī)等便攜通信設(shè)備近場(chǎng)輻射對(duì)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(shí)間會(huì)吸收多少手機(jī)發(fā)出的電磁波能量」,單位為W/kg。

中國(guó)的國(guó)標(biāo)借鑒了歐洲的標(biāo)準(zhǔn),明確規(guī)定:「任意10克生物組織、任意連續(xù)6分鐘內(nèi)的平均比吸收率(SAR)值不得超過(guò)2.0W/kg」。

也就是說(shuō),這些標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估的是一段時(shí)間內(nèi)手機(jī)產(chǎn)生電磁輻射的平均值,短時(shí)間功率內(nèi)高一點(diǎn),但只要平均值不超標(biāo)就問(wèn)題不大。

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

因此,給TDD模式的發(fā)射功率補(bǔ)償3dB ,正是在滿足SAR標(biāo)準(zhǔn)的前提下,拉齊TDD和FDD之間的差異,它們最終平均下來(lái)的發(fā)射功率都可達(dá)到23dBm。

5G手機(jī)的發(fā)射功率到底有多大?看到這里,相信已經(jīng)有了答案。