应对5G复杂性：理解射频前端设计中的“功率等级2”

• PC1——面向固定无线、车载应用，以及公共安全等高功率场景。FR1 PC1针对部分选定频段，最大功率约为31dBm。

• PC1.5——针对如n41、n77和n79等频段，满足智能手机和FWA设备的需求。此类UE的最大输出功率为29dBm，在2Tx配置下实现。

• PC2——面向NR TDD频段内CA和高功率UE，最大发射功率为26dBm。

• PC3——除非另有规定，否则此等级为默认功率等级；在所有频段上的最大发射功率为23dBm。

下表提供了3GPP标准组织规定的FR1频段及其最大功率额定值的组合。下表仅供参考；请通过表下方的3GPP链接查阅最新版本的规范。

表2，3GPP规定的FR1功率等级额定值（来源：3gpp.org）

我们在之前的文章中曾提及，PC2作为4G LTE的一项新标准于2016年12月推出，旨在支持高功率用户设备（HPUE），并增强2.5GHz LTE TDD的全球覆盖。文中指出，FR1内的高频信号由于路径损耗较大，相比低频信号在同一功率水平下的传播距离更短。为解决这一路径损耗问题而不增设昂贵的信号塔，并实现预期的网络覆盖能力，PC2应运而生。此外，这些较高频率需要穿透建筑物以支持室内通信；同时，PC2还能在更理想的条件下提高基站接收到的信号强度，使网络能够获得更好的信噪比（SNR），并启用更高阶的调制方式，以提高数据吞吐量。

在此之前，即2016年12月之前的标准——功率等级3（PC3），为保持与旧技术的兼容性，将B41等频段的上行链路功率限制在23dBm。如下图1所示，功率等级2允许输出功率达到26dBm——扩大了之前由功率等级3定义的最大覆盖范围。

图1，网络中功率等级2与3的输出功率水平

尽管功率有所提升，但HPUE手机仍必须遵守美国联邦通信委员会（FCC）和其它监管机构设定的特定吸收率（SAR）限制，以确保辐射水平安全（SAR值反映了无线手持设备用户头部、手部等部位吸收到的相对射频能量）。对于TDD系统，PC2传输通过限制占空比来减少平均吸收的能量。随着FDD PC2的引入，发射和接收操作不再存在双工占空比，因此必须对PC2传输实施时间限制，以确保随时间推移所吸收的平均能量保持在可接受水平。

从RF前端模块的角度来看，分析表明，将TDD频段功率提升至26dBm可以在相关发射占空比下延长电池寿命，改善小区边缘覆盖，并在更典型的运行条件下提高吞吐量。预计FDD PC2的加入将进一步优化网络运行并延长用户电池寿命。

对于支持更高频率的前端RF来说，支持PC2功率等级面临一些挑战。首先是效率问题；其直接关系到电池寿命。更高的功率要求低损耗的后级功率放大器（PA）阵容，包括性能更高的声学滤波器。这些滤波器必须在提供足够带外（OOB）抑制的同时，保持低插入损耗；此外还必须解决发射链路中的谐波和其它杂散信号生成问题，以满足手机级要求；因为这些信号的水平通常会随着功率的提高而增加。同样，在高功率、高VSWR条件下，如果设计不当，滤波器和功率放大器都更容易损坏，因此高功率等级下的坚固性也是一个关注点。

FDD PC2系统不仅需要应对所有TDD PC2面临的挑战，还有更多额外考量。随着功率水平的提高，如果接收频段内的发射泄漏和发射噪声等RF参数未得到妥善管理，接收灵敏度可能会受到影响。如果多路复用器在一个特定频段内为了达到PC3发射功率条件下的接收灵敏度目标而需要60dB的发射到接收隔离度，那么可以合理推测，在发射功率高出3dB的情况下，可能需要63dB的隔离度。此外，由于功率水平在相对较长的时间内保持较高，提高效率和采用额外的热管理方法也极为关键。

射频设计工程师必须尽量减少匹配损耗，优化系统链路预算，以满足 PC2 的性能要求。Qorvo采用高度集成的模块、天线复用器、优质开关技术和高性能射频滤波器来实现这一目标。Qorvo 的 RF Flex™ 和 RF Fusion™ 等集成射频模块将滤波器、开关和功率放大器集成在一起，实现了直接匹配，并将Tx和Rx通路的匹配损耗降低了0.5dB。这种降低有助于实现26dBm的输出目标，而不会使功率放大器过载。

图2，Qorvo射频融合模块

体声波（BAW）技术以其高Q值、低杂散信号、陡峭的带缘和卓越的热性能，带来了出色的表现，成为满足5G PC2要求、降低高功率水平下系统热量的理想选择。随着5G设备变得愈发复杂，高效的设计对于维持性能举足轻重。

图3，Qorvo BAW滤波器优势

Qorvo的BAW滤波器，无论是分立器件还是模块内集成，都凭借其卓越的衰减性能和低插入损耗，在解决共存问题方面发挥着关键作用；这对于避免干扰和优化B41频段链路预算至关重要。此外，针对5G频段n77、n78和n79的滤波器得益于优化的耦合设计，在PC2载波聚合（CA）应用中设计多路复用器时同样扮演了不可或缺的角色。

随着RF前端复杂性不断增加，工程师面临着在满足多个CA和区域模式要求的同时最小化天线数量的难题。此类问题可以通过使用集成到天线复用器中的开关、滤波器以及高性能天线调谐解决方案来解决。这些组件简化天线设计，将插入损耗降至最低，在降低复杂性的同时保持最佳的共存性能。随着PC2被引入更多频段，应对这些挑战对于下一代设计变得更加重要。

在日新月异的RF前端设计中，频段数量的增加、频率的提升，以及载波聚合技术的扩展，无一不持续带来严峻考验。尽管功率等级2颇具挑战性，但RF工程师与专业RF供应商携手合作，仍能有效应对。诸如Qorvo的BAW滤波器等高性能技术，以及RF Flex™和RF Fusion™等集成设计方法，是助力手机设计人员更快速实现高效与成功的关键工具。这些先进解决方案不仅减少了匹配损耗、优化了链路预算，还解决了复杂问题，确保即使在PC2所需的高功率水平下，系统也能保持稳健性能。总体而言，Qorvo在RF模块集成领域的创新，对于满足4G和5G日益复杂设备的严苛要求方面发挥着至关重要的作用。

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