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[分享] 5G手机的发射功率到底有多大?

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发表于 2020-7-13 22:56:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 gaosmile 于 2020-7-13 22:59 编辑

随着5G网络的建设,5G基站成本高,尤其是能耗大的问题已广为人知。


以中国移动为例,为了下行支持高速率,其2.6GHz的射频模块就要求64通道,最大320瓦发射功率。
微信图片_20200713225521.jpg
而与基站通信的5G手机,由于和人体的接触过于密切,「辐射危害」的底线必须严防死守,因此只能戴着镣铐起舞,发射功率严格受限。

4G手机的发射功率,就被协议限制为最大23dBm(0.2瓦),这个功率虽说不大,但4G的主流频段(FDD 1800MHz)频率较低,传播损耗相对较小,用起来倒也问题不大。


5G的情况就复杂一些。


首先,5G主流的频段是3.5GHz,频率较高,传播路损大,穿透能力差,同时手机能力弱,发射功率小,因此上行容易成为系统瓶颈。


再者,5G以TDD模式为主,上下行是分时发送的。一般情况下,为了保证下行容量,分给上行的时隙较少,约占30%左右。也就是说,TDD模式下的5G手机仅有30%的时间发送数据,这就进一步降低了平均发射功率。


并且,5G的部署模式灵活,组网复杂。


在NSA模式下,5G和4G通过双连接的方式同时发送数据,一般5G为TDD模式,4G为FDD模式,如此一来,手机的发射功率应该为多大?
微信图片_20200713225524.png


在SA模式下,5G不但能以TDD或者FDD单载波发射,还可以把这两种模式的载波聚合起来,和NSA的情况类似,手机就要在两个不同频段,TDD和FDD两种模式下同时发送数据,发射功率应该为多大呢?

微信图片_20200713225527.png


另外,如果是5G的两个TDD载波聚合,手机发射功率又应该多大呢?


3GPP考虑地很周到,为终端定义了多个功率等级。


在Sub6G频谱上,功率等级3,大小为23dBm;功率等级2,大小为26dBm;功率等级1,理论上功率更大,目前还没有定义。


毫米波频段因频率高,传播特性和Sub6G不同,使用场景更多考虑固定接入或者非手机使用,标准为毫米波定义了4个功率等级,且对于辐射的指标限制较宽。


目前5G商用以Sub6G频段下的手机eMBB业务为主,下文将主要聚焦于此场景,针对主流的5G频段(如FDD n1,n3,n8等,TDD n41,n77,n78等),分六种类型来描述。
1、5G FDD (SA模式):最大发射功率为等级3,即23dBm
2、5G TDD(SA模式):最大发射功率为等级2,即26dBm
3、5G FDD + 5G TDD CA(SA模式):最大发射功率为等级3,即23dBm
4、5G TDD + 5G TDD CA(SA模式):最大发射功率为等级3,即23dBm
5、4G FDD + 5G TDD DC(NSA模式):最大发射功率为等级3,即23dBm
6、4G TDD + 5G TDD DC(NSA模式):R15定义的最大发射功率为等级3,即23dBm,R16版本可支持的最大发射功率为等级2,即26dBm


通过上述6种类型,我们可以看出以下特点:只要手机的工作模式出现FDD,则最大发射功率只能为23dBm,而在独立组网TDD模式下,或者非独立组网4G和5G都是TDD模式时,最大发射功率可以放宽到26dBm。


那么,协议为什么对TDD如此关爱?


众所周知,无线通信对人体所造成的电磁辐射是否有害,业界一直众说纷纭,但为了安全起见,手机发射功率必须严格限制。
微信图片_20200713225530.jpg


目前,各个国家和组织制定了相关的电磁辐射暴露健康标准,将手机的辐射严格限制在一个很小的范围内。只要手机遵守这些标准,就可以认为是安全的。

这些健康标准都指向了一个指标:SAR,专门用于手机等便携通信设备近场辐射对人体健康影响。


SAR的全称是Specific Absorption Ratio,中文意为「比吸收率」。其定义为「人体的一部分组织,平均一秒钟时间会吸收多少手机发出的电磁波能量」,单位为W/kg。
微信图片_20200713225533.png


中国的国标借鉴了欧洲的标准,明确规定:「任意10克生物组织、任意连续6分钟内的平均比吸收率(SAR)值不得超过2.0W/kg」。


也就是说,这些标准评估的是一段时间内手机产生电磁辐射的平均值,短时间功率内高一点,但只要平均值不超标就问题不大。


如果在TDD模式和FDD模式最大发射功率均为23dBm,但FDD模式的手机是一直在发射功率的,而TDD模式的手机一般只有30%的时间发射功率,因此TDD的总体发射功率要比FDD小约5dB。


因此,给TDD模式的发射功率补偿3dB ,正是在满足SAR标准的前提下,拉齐TDD和FDD之间的差异,它们最终平均下来的发射功率都可达到23dBm。 微信图片_20200713225536.jpg


5G手机的发射功率到底有多大?看到这里,相信已经有了答案。
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