伴隨更多頻段的增加和愈發復雜的移動設備出現，蜂窩通信市場已發生巨大變化。隨著4G和5G的部署，3GPP的最新規范已將PC2引入FDD頻段，更高的發射功率水平也由此帶來了與之相關的全新挑戰。下面，就讓我們回顧一下PC2的基礎知識，并深入探討PC2如何隨著這些新的5G部署而演進。

功率等級基礎知識

在TS36.101和TS38.101-1等3GPP規范中，發射功率通常指的是移動設備在給定信道帶寬上傳導輸出端口所提供的額定功率。這些傳導輸出端口與在實際手機操作中用于信號發射和接收的真實天線相關聯。3GPP針對用戶設備（UE）的最大傳導發射功率定義了功率等級類別，以確保在不同網絡條件下的性能。

射頻（RF）規范中的要求通常會根據不同頻率范圍（FR）分別定義。本規范版本中，用于NR操作的頻率范圍如表1所示。

表1，3GPP對頻率范圍的定義

在本文的討論中，我們將僅涉及FR1中的功率等級。FR1中定義了四個不同的功率等級；每個等級都針對4G LTE和5G NR頻譜內特定設備的要求和使用場景進行了定制（包括PC1、1.5、2、3和4）。所有FR1頻段默認支持功率等級3，但其它等級的支持情況因頻段而異。

PC1——面向固定無線、車載應用，以及公共安全等高功率場景。FR1 PC1針對部分選定頻段，最大功率約為31dBm。

PC1.5——針對如n41、n77和n79等頻段，滿足智能手機和FWA設備的需求。此類UE的最大輸出功率為29dBm，在2Tx配置下實現。

PC2——面向NR TDD頻段內CA和高功率UE，最大發射功率為26dBm。

PC3——除非另有規定，否則此等級為默認功率等級；在所有頻段上的最大發射功率為23dBm。

PC3針對移動手持設備優化了功率效率。

如最大功率額定值配置為23dBm或更低，或UE未提供最大上行鏈路功率等級額定值，則UE將使用PC3運行。

下表提供了3GPP標準組織規定的FR1頻段及其最大功率額定值的組合。下表僅供參考；請通過表下方的3GPP鏈接查閱最新版本的規范。

表2，3GPP規定的FR1功率等級額定值（來源：3gpp.org）

深入探討功率等級2

我們在之前的文章中曾提及，PC2作為4G LTE的一項新標準于2016年12月推出，旨在支持高功率用戶設備（HPUE），并增強2.5GHz LTE TDD的全球覆蓋。文中指出，FR1內的高頻信號由于路徑損耗較大，相比低頻信號在同一功率水平下的傳播距離更短。為解決這一路徑損耗問題而不增設昂貴的信號塔，并實現預期的網絡覆蓋能力，PC2應運而生。此外，這些較高頻率需要穿透建筑物以支持室內通信；同時，PC2還能在更理想的條件下提高基站接收到的信號強度，使網絡能夠獲得更好的信噪比（SNR），并啟用更高階的調制方式，以提高數據吞吐量。

在此之前，即2016年12月之前的標準——功率等級3（PC3），為保持與舊技術的兼容性，將B41等頻段的上行鏈路功率限制在23dBm。如下圖1所示，功率等級2允許輸出功率達到26dBm——擴大了之前由功率等級3定義的最大覆蓋范圍。

圖1，網絡中功率等級2與3的輸出功率水平

盡管功率有所提升，但HPUE手機仍必須遵守美國聯邦通信委員會（FCC）和其它監管機構設定的特定吸收率（SAR）限制，以確保輻射水平安全（SAR值反映了無線手持設備用戶頭部、手部等部位吸收到的相對射頻能量）。對于TDD系統，PC2傳輸通過限制占空比來減少平均吸收的能量。隨著FDD PC2的引入，發射和接收操作不再存在雙工占空比，因此必須對PC2傳輸實施時間限制，以確保隨時間推移所吸收的平均能量保持在可接受水平。

從RF前端模塊的角度來看，分析表明，將TDD頻段功率提升至26dBm可以在相關發射占空比下延長電池壽命，改善小區邊緣覆蓋，并在更典型的運行條件下提高吞吐量。預計FDD PC2的加入將進一步優化網絡運行并延長用戶電池壽命。

PC2的射頻挑戰

對于支持更高頻率的前端RF來說，支持PC2功率等級面臨一些挑戰。首先是效率問題；其直接關系到電池壽命。更高的功率要求低損耗的后級功率放大器（PA）陣容，包括性能更高的聲學濾波器。這些濾波器必須在提供足夠帶外（OOB）抑制的同時，保持低插入損耗；此外還必須解決發射鏈路中的諧波和其它雜散信號生成問題，以滿足手機級要求；因為這些信號的水平通常會隨著功率的提高而增加。同樣，在高功率、高VSWR條件下，如果設計不當，濾波器和功率放大器都更容易損壞，因此高功率等級下的堅固性也是一個關注點。

FDD PC2系統不僅需要應對所有TDD PC2面臨的挑戰，還有更多額外考量。隨著功率水平的提高，如果接收頻段內的發射泄漏和發射噪聲等RF參數未得到妥善管理，接收靈敏度可能會受到影響。如果多路復用器在一個特定頻段內為了達到PC3發射功率條件下的接收靈敏度目標而需要60dB的發射到接收隔離度，那么可以合理推測，在發射功率高出3dB的情況下，可能需要63dB的隔離度。此外，由于功率水平在相對較長的時間內保持較高，提高效率和采用額外的熱管理方法也極為關鍵。

射頻設計工程師必須盡量減少匹配損耗，優化系統鏈路預算，以滿足 PC2 的性能要求。Qorvo采用高度集成的模塊、天線復用器、優質開關技術和高性能射頻濾波器來實現這一目標。Qorvo 的 RF Flex 和 RF Fusion 等集成射頻模塊將濾波器、開關和功率放大器集成在一起，實現了直接匹配，并將Tx和Rx通路的匹配損耗降低了0.5dB。這種降低有助于實現26dBm的輸出目標，而不會使功率放大器過載。

圖2，Qorvo射頻融合模塊

體聲波（BAW）技術以其高Q值、低雜散信號、陡峭的帶緣和卓越的熱性能，帶來了出色的表現，成為滿足5G PC2要求、降低高功率水平下系統熱量的理想選擇。隨著5G設備變得愈發復雜，高效的設計對于維持性能舉足輕重。

圖3，Qorvo BAW濾波器優勢

Qorvo的BAW濾波器，無論是分立器件還是模塊內集成，都憑借其卓越的衰減性能和低插入損耗，在解決共存問題方面發揮著關鍵作用；這對于避免干擾和優化B41頻段鏈路預算至關重要。此外，針對5G頻段n77、n78和n79的濾波器得益于優化的耦合設計，在PC2載波聚合（CA）應用中設計多路復用器時同樣扮演了不可或缺的角色。

隨著RF前端復雜性不斷增加，工程師面臨著在滿足多個CA和區域模式要求的同時最小化天線數量的難題。此類問題可以通過使用集成到天線復用器中的開關、濾波器以及高性能天線調諧解決方案來解決。這些組件簡化天線設計，將插入損耗降至最低，在降低復雜性的同時保持最佳的共存性能。隨著PC2被引入更多頻段，應對這些挑戰對于下一代設計變得更加重要。

結語

在日新月異的RF前端設計中，頻段數量的增加、頻率的提升，以及載波聚合技術的擴展，無一不持續帶來嚴峻考驗。盡管功率等級2頗具挑戰性，但RF工程師與專業RF供應商攜手合作，仍能有效應對。諸如Qorvo的BAW濾波器等高性能技術，以及RF Flex和RF Fusion等集成設計方法，是助力手機設計人員更快速實現高效與成功的關鍵工具。這些先進解決方案不僅減少了匹配損耗、優化了鏈路預算，還解決了復雜問題，確保即使在PC2所需的高功率水平下，系統也能保持穩健性能。總體而言，Qorvo在RF模塊集成領域的創新，對于滿足4G和5G日益復雜設備的嚴苛要求方面發揮著至關重要的作用。