宮 劍，索仕杰

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

0 引言

FCC于2020年4月23日投票決定開放 6 GHz頻段的頻譜，供非授權(quán)使用。這是自 1989年FCC為 Wi-Fi掃清道路以來最大的一次頻譜擴展，預(yù)計到 2020年底，設(shè)備將開始支持 6 GHz Wi-Fi，品牌名稱也將變?yōu)椤癢i-Fi 6E”。

來自Cisco[2]和愛立信的報告[3]為FCC這一決定做了數(shù)據(jù)需求方面的支撐。Cisco給出了一份預(yù)言報告，從現(xiàn)在到 2022年，移動數(shù)據(jù)流量將增加一倍以上。根據(jù)愛立信的數(shù)據(jù)，智能手機每月平均使用的數(shù)據(jù)量將從 2018年的7 G bytes增加到 2024年的 39 G bytes。這些移動數(shù)據(jù)流量中的很大一部分是通過Wi-Fi、藍牙和類似協(xié)議傳輸?shù)?。事實上，根?jù) Cisco公司的數(shù)據(jù)，到 2022年，59%的移動數(shù)據(jù)流量將通過 Wi-Fi下載。

1 Wi-Fi 6E簡介

Wi-Fi 6E中的“E”代表 Extention，是“擴展”的意思，雖然它跟LTE里面的“E”，Evolution代表“演進”的意思不同，但是我們知道Evolution要比Extention的步子大得多，Wi-Fi 6E可以說是“The evolution of next generation wireless access”，即下一代無線接入的Evolution。

為什么這樣說呢？ Wi-Fi 6E為Wi-Fi增加了 1，200 MHz（FCC：5，925 MHz–7，125 MHz）或者 500 MHz（EU：5，925 MHz–6，425 MHz）的新頻譜。因此，要明確的是，Wi-Fi 6E并不是 Wi-Fi協(xié)議的新版本，而只是將現(xiàn)有的Wi-Fi 6 （802.11ax）移動到一個非常大的新頻譜區(qū)域，所以它被稱為“Extention”而不是“Evolution”，從技術(shù)角度講，它不能算是一個非常大的變革，但它真的有可能改變游戲規(guī)則。

圖1 2.4GHz、5 GHz、6 GHz頻段Wi-Fi頻譜分配對比

由圖1[4]可知，目前 Wi-Fi在2.4 GHz的頻譜只有60 MHz–70 MHz，在5 GHz的頻譜只有 400 MHz–500 MHz，不同國家的情況有所不同。因此，在6 GHz中增加 1，200 MHz的額外頻譜是一個非常受歡迎的重大跳躍。而且，一旦 Wi-Fi 6E路由器問世，雖然大多數(shù)客戶端需要很長的時間才能實現(xiàn) Wi-Fi 6E功能，但可以肯定的是，高端客戶端設(shè)備將立即全面切換并支持 Wi-Fi 6E。

Wi-Fi 6E允許“14個額外的 80 MHz信道或7個額外的 160 MHz信道”。這些信道不會相互重疊，所以會有助于減少擁堵，特別是在有很多網(wǎng)絡(luò)運行的地區(qū)。為什么這么說，我們來看一下 2.4 GHz的頻譜就知道是為什么了，很多信道在整個帶寬范圍內(nèi)的頻譜是交疊的。對于 11ax的160 MHz帶寬，在大多數(shù)情況下是有名無實的，比如 5.1 GHz和5.8 GHz頻段為 5，150 MHz–5，350 MHz和5，725 MHz–5，850 MHz，也就是說在 5.1 GHz僅夠提供一個 160 MHz帶寬，而5.8 GHz根本無法提供一個完整的 160 MHz帶寬，除此之外，還會受到DFS的限制。

圖2 Wi-Fi 2.4G和5G信道劃分

所以可以明確的是，Wi-Fi 6E的出現(xiàn)一定可以在吞吐量上比任何其他頻段的Wi-Fi都更有優(yōu)勢。

2 設(shè)備分類及技術(shù)指標

2.1 設(shè)備模式分類和功率限值

如表1所示，F(xiàn)CC將AP設(shè)備模式分為低功率模式（low power）和標準功率模式（standard power）。

表1 FCC的Wi-Fi 6E設(shè)備分類和功率限值

（1）低功率模式（low power）：在“低功率”模式下，允許 AP使用整個1，200 MHz的頻譜，沒有 AFC限制，但范圍較小，而且只能在室內(nèi)使用。

（2）標準功率模式（standard power）：在標準功率模式下，AP只允許使用850 MHz的頻譜（5，925 MHz–6，425 MHz；6，525 MHz–6，875 MHz），但必須使用自動頻率協(xié)調(diào) AFC（Automated Frequency Coordination），F(xiàn)CC文件廣泛討論了“自動頻率協(xié)調(diào)”（AFC）系統(tǒng)，以避免現(xiàn)有許可設(shè)備（點對點微波）和新的非許可設(shè)備（AP）之間的沖突。例如：AP必須與 AFC聯(lián)系，“以獲得允許其運行的可用頻率范圍的列表，以及每個頻率范圍內(nèi)的最大允許功率”。但是，AP必須向中央AFC系統(tǒng)報告其地理位置（例如：GPS位置），以及天線離地面的高度。FCC還要求提供AP的“FCC ID”以及接入點的序列號。

AP可以在“低功率模式”下運行，然后不受 AFC影響（但信號范圍會受到影響），或者 AP可以降低 GPS質(zhì)量，向 AFC報告更大的一般“區(qū)域”，而不是精確的位置（但可以使用的頻率和功率等級可能會減少） ，這樣的好處是更好地保護了隱私。

2.2 頻譜發(fā)射模板和帶外發(fā)射限值

圖3為Wi-Fi 6E的帶內(nèi)帶外頻段劃分，表 2和圖4分別用表格和圖的形式給出了 Wi-Fi 6E的頻譜發(fā)射模板指標：

圖3 Wi-Fi 6E的帶內(nèi)帶外頻段劃分

表2 Wi-Fi 6E頻譜發(fā)射模板指標

圖4 Wi-Fi 6E的頻譜模板示意圖[5]

以上是對 Wi-Fi 6E帶內(nèi)頻譜發(fā)射模板的限值定義，與 YD/T 3168-2016[6]中11ac的指標技術(shù)要求及ETSI 5 GHz RLAN[7]的技術(shù)要求是一致的。

對于U-NII-5和U-NII-8頻段以外的帶外發(fā)射限值：建議 -27 dBm/MHz，適用于所有 6 GHz unlicensed設(shè)備在 U-NII-5頻段lower （5.925 GHz）和U-NII-8頻段 upper（7.125 GHz）頻率的帶外輻射，但在子頻段之間，即U-NII-5和U-NII-6、U-NII-6和U-N II-7、U-N II-7和U-NII-8頻段之間不會進行限制。這個限值要松于 ETSI 5 GHz RLAN7中-30 dBm/MHz的絕對限值要求。

3 與Wi-Fi 6E同頻的現(xiàn)有業(yè)務(wù)

雖說大量的數(shù)據(jù)使用需求給 FCC提供了足夠多的驅(qū)動力，然而仍然要考慮到諸多同頻干擾因素，所以 FCC授權(quán)了兩種不同類型的操作——標準功率和室內(nèi)低功率操作：標準功率的AP，使用自動化的頻率協(xié)調(diào)（AFC）系統(tǒng)。這些AP可以作為熱點網(wǎng)絡(luò)的一部分部署在任何地方。農(nóng)村寬帶部署，或在需要時進行網(wǎng)絡(luò)容量升級。同時還授權(quán)室內(nèi)低功率，在整個6 GHz頻段的低功率AP。這些AP將連接家庭和企業(yè)中的設(shè)備，如智能手機、平板設(shè)備、筆記本電腦和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的設(shè)備，如家電、機器、儀表、可穿戴設(shè)備和其他消費類電子產(chǎn)品以及用于制造的工業(yè)傳感器。

表3 與Wi-Fi 6E同頻的現(xiàn)有業(yè)務(wù)使用情況

如表3所示，這1，200 MHz的頻譜并非閑置，相反，被“現(xiàn)有服務(wù)”大量使用，來看一下美國6 GHz頻段在用的授權(quán)業(yè)務(wù)有哪些：一是固定微波服務(wù)（FS）例如：Google微波塔，如圖5、圖6所示。二是固定衛(wèi)星服務(wù)FSS，地面到衛(wèi)星通信（反之也是如此）。三是射電天文學(xué)。四是其他雜項服務(wù)，移動服務(wù)等。

圖5 與Wi-Fi 6E同頻的固定微波服務(wù)塔

圖6 美國固定業(yè)務(wù)鏈路分布圖

許可證持有者，特別是那些運營支持各種關(guān)鍵的點對點微波中繼器的公司，公用事業(yè)、商業(yè)和私人實體以及公共安全機構(gòu)提供的服務(wù)是最大的，他們大量使用U-NII-5和U-NII-7頻段，在 U-NII-8頻段也有相對較少的活動，用于為商業(yè)無線供應(yīng)商提供回程服務(wù)（如商業(yè)無線供應(yīng)商之間的流量）。如，無線基站和有線網(wǎng)絡(luò)，以及協(xié)調(diào)鐵路列車運行的鏈路，天然氣和石油管道的控制、電網(wǎng)的管理和長途電話的管理服務(wù)。

固定衛(wèi)星服務(wù)（FSS）地球到空間在所有四個子頻帶中都有分配，除了 U-NII-8頻段的 7.075 GHz–7.125 GHz部分，F(xiàn)SS業(yè)務(wù)在 U-NII-5頻段最為繁忙，與 3.7 GHz–4.2 GHz的空對地頻段搭配，構(gòu)成“常規(guī) C頻段”。FSS對這些頻率的主要用途包括向電視和廣播電臺分發(fā)內(nèi)容，包括報道新聞和體育活動實況的移動天線、有線電視和小型主天線系統(tǒng)，以及電話和數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕爻獭?.025 GHz–7.075 GHz的U-NII-8波段也是衛(wèi)星數(shù)字音頻無線電服務(wù)空間站的饋線上行鏈路。此外，F(xiàn)SS空間對地站在 U-NII-7和U-NII-8波段的部分區(qū)域運行，以滿足空間站的需求。

除了上述這些持牌的機構(gòu)，分配表的注腳還促請采取“所有切實可行的步驟”，以保護在 6.650 GHz–6.6752 GHz內(nèi)的射電天文服務(wù)觀察。最后，根據(jù) Part 15中的規(guī)定，低功率無牌超寬帶系統(tǒng)（UWB）也在 6 GHz頻段內(nèi)運行，他們對 unlicensed的6 GHz設(shè)備可能會造成的影響表示擔憂。

4 其他方面的限制

限制一：第 2章中我們提到了兩種設(shè)備類型的分類和功率限值，可以使用所有 1，200 MHz頻譜的低功率設(shè)備僅限在室內(nèi)使用，距離是大大受限的?？梢栽谑彝馐褂玫臉藴使β试O(shè)備，則必須通過 AFC的控制，只有U-NII-5和U-NII-7的850 MHz的頻率可用。使用AFC的設(shè)備必須向集中式 AFC數(shù)據(jù)庫報告地理定位、地理定位精度、天線離地高度、設(shè)備 FCC ID和設(shè)備序列號，然后由數(shù)據(jù)庫返回可使用的頻率和功率水平。設(shè)備必須每天至少與 AFC數(shù)據(jù)庫聯(lián)系一次（失敗意味著停止工作；有一天的寬限期）。

限制二：允許 320 MHz帶寬的使用，但功率譜密度不能超過 5 dBm/MHz，而且客戶端的功率（譜）必須比AP小6 dB，如表 4所示：

表4 與Wi-Fi 6E最大EIRP及其譜密度限值

限制三：不允許標準功率和低功率室內(nèi)AP在移動環(huán)境中運行，如汽車、火車、船舶或小型飛機。但在U-NII-5頻段，超過 10，000英尺運行的大型客機可以例外。

限制四：禁止在5.925 GHz–7.125 GHz頻段內(nèi)使用發(fā)射機控制無人駕駛飛機系統(tǒng)或與之通信。與其他飛行器存在類似的問題，無人機系統(tǒng)增加了操作的復(fù)雜性，無法評估潛在風(fēng)險及它們所帶來的有害干擾問題。基于上述原因，F(xiàn)CC不允許在無人駕駛的交通工具上使用標準功率設(shè)備和低功率的室內(nèi)設(shè)備。

限制五：禁止客戶端進行熱點操作。對于 U-NII-5和U-NII-7頻段的標準功率設(shè)備，熱點操作可以讓額外的客戶端設(shè)備在 AFC無法操作的地方進行傳輸。對于室內(nèi)小功率 AP，為了防止小功率 AP在室外使用，也應(yīng)該將客戶端設(shè)備放在室內(nèi)。此外，允許這種便攜式 AP會使識別和解決干擾變得困難。

限制六：FCC還就是否應(yīng)要求將天線集成到設(shè)備中，還是允許用戶為其應(yīng)用選擇合適的天線進行了征求意見：是否應(yīng)要求沒有集成天線的產(chǎn)品的設(shè)備授權(quán)受讓人為該產(chǎn)品保存一份允許的天線清單？有些集團都支持要求室內(nèi)設(shè)備或所有設(shè)備使用集成天線。然而，也有集團反對對集成天線的要求。Cambium認為，允許安裝連接器天線將使安裝人員有更大的靈活性，以選擇適合特定部署的天線，而且專業(yè)安裝人員可以將天線增益信息輸入設(shè)備，以便正確計算發(fā)射功率，滿足 EIRP限值。

FCC的觀點是，要求所有低功率設(shè)備都必須安裝永久連接的集成天線。這樣做帶來的好處就是，想要用更高增益的天線替換現(xiàn)有設(shè)備天線，難度就大大增加了，所以就可以避免設(shè)備的 EIRP超過限值，不會增加設(shè)備造成有害干擾的可能性。

而對于標準功率設(shè)備，F(xiàn)CC不會要求標準功率 AP使用永久連接的天線。FCC認為，如果要求在標準功率AP上使用永久連接的天線，可能限制過多。這些類型的設(shè)備通常由學(xué)校、企業(yè)和 WISP等在戶外使用，其配置方式是將天線安裝在桅桿或建筑物上，并通過電纜連接到一個單獨的發(fā)射器。此外，允許這類設(shè)備選擇合適的天線，還可以提供天線指向的選擇，將戶外設(shè)備發(fā)射功率超過 21 dBm EIRP的設(shè)備的天線仰角限制在 30度以下，以保護該頻段內(nèi)的衛(wèi)星運行。還有，由于其他 U-NII頻段的設(shè)備沒有永久連接天線的要求，因此，對 6 GHz頻段的設(shè)備增加要求，可能會使制造商更難開發(fā)能夠跨多個頻段運行的設(shè)備。與現(xiàn)有的 Part15規(guī)則一致，標準功率AP設(shè)備授權(quán)的申請者將被要求列出將與設(shè)備一起使用的所有類型的天線，并證明該設(shè)備與其授權(quán)使用的所有類型的天線都符合 EIRP限值。

5 結(jié)束語

為了有助于確保美國在下一代無線通信領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，F(xiàn)CC將6 GHz的這一大片頻譜供非授權(quán)使用，向所有美國人，特別是農(nóng)村和服務(wù)不足地區(qū)的人提供寬帶連接，而且預(yù)計將與新的授權(quán) 5G服務(wù)協(xié)同工作，為消費者提供無處不在的全方位服務(wù)連接。

但基于以上的技術(shù)分析，Wi-Fi 6E雖然在頻譜上有較大的帶寬優(yōu)勢，但也并非是“天高任鳥飛，海闊憑魚躍”，有大量的同頻已授權(quán)業(yè)務(wù)和非授權(quán)業(yè)務(wù)存在并使用該段頻譜，為了能與這些現(xiàn)有業(yè)務(wù)和諧共存，F(xiàn)CC也不得不在諸多方面對它進行限制考慮。

Wi-Fi 6E將會為 Wi-Fi產(chǎn)業(yè)帶來哪些影響和改變，讓我們拭目以待！