5G手機的發射功率,到底能有多大?會傷人么?

2020-07-11 15:26:57 來源:無線深海 作者:蜉蝣采采

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。

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。

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。

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