5G手机的发射功率

5G手机的发射功率

来源 https://www.sohu.com/a/407309954_120124148

 

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。

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？

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？

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。

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。

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。

 

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