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。
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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?
698 512 >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?
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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。
1、5g fdd (sa模式):最大發射功率為等級3,即23dbm;2、5g tdd(sa模式):最大發射功率為等級2,即26dbm;3、5g fdd + 5g tdd ca(sa模式):最大發射功率為等級3,即23dbm;4、5g tdd + 5g tdd ca(sa模式):最大發射功率為等級3,即23dbm;5、4g fdd + 5g tdd dc(nsa模式):最大發射功率為等級3,即23dbm;6、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。
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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。
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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。
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來源:無線深海
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