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TDD/FDD不同模式下,手機的發射功率能達到多少?

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2023-11-09 15:41 ? 次閱讀

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,由于和人體的接觸過于密切,「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 的情況就復雜一些。

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,約占 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。

并且,5G 的部署模式靈活,組網復雜。

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。

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,且對于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,下文將主要聚焦于此場景,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。

那么,協議為什么對 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范圍內。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,專門用于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。

中國的國標借鑒了歐洲的標準,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?看到這里,相信已經有了答案。

審核編輯 黃宇

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