講解在6 GHz頻段免授權(quán)運(yùn)行的新法規(guī)

日前，聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)一致投票通過(guò)針對(duì)6 GHz頻段中無(wú)線操作的全新規(guī)則，向未許可的設(shè)備開(kāi)放1200 MHz頻譜。具體來(lái)說(shuō)，F(xiàn)CC批準(zhǔn)了在此次重要投票之前約三周非正式發(fā)布給公眾的規(guī)則。

這一發(fā)展被廣泛贊譽(yù)為Wi-Fi的一大勝利-的確如此-但是FCC究竟確定了什么?新規(guī)定對(duì)Wi-Fi和6 GHz頻段意味著什么?在本文中，我們提供了6 GHz頻段的概述，形成新法規(guī)的過(guò)程以及FCC批準(zhǔn)的6 GHz無(wú)執(zhí)照設(shè)備操作規(guī)則的詳細(xì)信息。

6 GHz頻段的現(xiàn)有

頻譜通常被稱(chēng)為“ 6 GHz頻段”的頻譜由5.925 MHz至7.125 MHz之間的頻率組成，總共為1200 MHz頻譜。在4月23日FCC宣布之前，6 GHz頻段被指定為獨(dú)家非聯(lián)邦頻譜，并已獲許可用于多種無(wú)線電服務(wù)。圖1說(shuō)明了現(xiàn)有服務(wù)對(duì)6 GHz頻帶的使用。

圖1. 6 GHz中的現(xiàn)有服務(wù)包括覆蓋5.925 GHz至7.125 GHz的固定服務(wù)和衛(wèi)星固定服務(wù)。

固定服務(wù)(FS)和衛(wèi)星固定服務(wù)(FSS)操作分布在6 GHz頻段的大部分區(qū)域。固定服務(wù)用于可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波鏈路。這些鏈接支持各種服務(wù)，例如公共安全，電網(wǎng)管理，長(zhǎng)途電話服務(wù)和回程。在6 GHz頻段的最高150 MHz之外的所有頻段中，F(xiàn)SS均允許用于地球?qū)μ胀ㄐ?。FSS使用這些頻率進(jìn)行內(nèi)容分發(fā)，實(shí)時(shí)新聞和體育賽事，有線電視以及電話和數(shù)據(jù)流量回傳。

FCC允許在6.425 GHz至6.525 GHz頻帶和6.875 GHz至7.125 GHz頻帶中進(jìn)行移動(dòng)操作。這些服務(wù)包括廣播輔助服務(wù)(BAS)，有線電視中繼服務(wù)(CARS)和本地電視傳輸服務(wù)(LTTS)。

圖2顯示了在6 GHz頻帶中以兆赫茲為標(biāo)準(zhǔn)的許可用戶(hù)分配數(shù)量。

圖2.此6 GHz頻段內(nèi)現(xiàn)有業(yè)務(wù)密度的圖表顯示了普通載波和固定運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)使用了多少。

要在6 GHz頻帶中允許其他未經(jīng)許可的操作，保護(hù)這些現(xiàn)有的現(xiàn)有用戶(hù)是一個(gè)挑戰(zhàn)。稍后我們將看到，一些新的法規(guī)明確地解決了這個(gè)問(wèn)題。

除了獲得許可的固定和移動(dòng)服務(wù)外，超寬帶(UWB)系統(tǒng)還可以在6 GHz頻段內(nèi)無(wú)干擾地運(yùn)行。需要特別注意的是，UWB未被視為該頻段的許可用戶(hù)。

更改6 GHz的法規(guī)

注意到主要由Wi-Fi驅(qū)動(dòng)的無(wú)執(zhí)照頻譜的“爆炸性需求”，F(xiàn)CC著手研究了6 GHz頻段可能用于無(wú)執(zhí)照服務(wù)的過(guò)程。

FCC通過(guò)美國(guó)各地的廣播，電視，有線和衛(wèi)星監(jiān)管州際和國(guó)際通信。它還負(fù)責(zé)實(shí)施和執(zhí)行通信法律和法規(guī)。在考慮更改法規(guī)時(shí)，F(xiàn)CC會(huì)采用稱(chēng)為“通知和評(píng)論”規(guī)則制定的過(guò)程。在此過(guò)程中，F(xiàn)CC首先將其修改現(xiàn)有規(guī)則的意圖通知公眾。這些通知中的每一個(gè)都帶有一段公眾評(píng)論，在此期間，有興趣的各方可以提交有關(guān)暫定提案的反饋。在發(fā)布有關(guān)該主題的最終規(guī)則之前，F(xiàn)CC將考慮該反饋。

作為該過(guò)程的一部分，F(xiàn)CC可以發(fā)布許多不同的文檔：

·詢(xún)價(jià)通知(NOI)：這是向公眾發(fā)出的最初邀請(qǐng)，允許FCC收集有關(guān)廣泛主題的信息。FCC于2017年7月發(fā)布了有關(guān)無(wú)執(zhí)照用戶(hù)使用6 GHz的NOI;

·擬議規(guī)則制定通知(NPRM)：NPRM包含有關(guān)委員會(huì)規(guī)則擬議變更的更多詳細(xì)信息。它可能遵循NOI。每個(gè)NPRM之后至少要有30天的時(shí)間，可以向FCC提交評(píng)論。FCC于2018年10月發(fā)布了關(guān)于未經(jīng)許可使用6 GHz頻段的NPRM;

·擬議規(guī)則制定的進(jìn)一步通知(FNPRM)：FNPRM可以在對(duì)NPRM的意見(jiàn)進(jìn)行審查后發(fā)布，并提供機(jī)會(huì)對(duì)相關(guān)或特定的建議進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)論;

·報(bào)告和命令(R&O)：在考慮對(duì)NPRM或FNPRM的注釋并指定新規(guī)則，修改現(xiàn)有規(guī)則或做出不這樣做的決定后發(fā)布。經(jīng)R&O批準(zhǔn)后，新規(guī)則或經(jīng)修訂的規(guī)則在《聯(lián)邦公報(bào)》上發(fā)布后30天生效。

6 GHz NPRM引起了無(wú)執(zhí)照運(yùn)營(yíng)支持者和現(xiàn)有服務(wù)代表的極大興趣。約有115家公司或組織對(duì)NPRM發(fā)表了評(píng)論。在隨后的討論期間，向FCC提交了100多項(xiàng)技術(shù)研究報(bào)告，以解決特定問(wèn)題，模擬性能影響，調(diào)查技術(shù)聲明等。

FCC適當(dāng)?shù)乜紤]了所提供的意見(jiàn)，并于2020年4月發(fā)布了R&O。與此同時(shí)，它還發(fā)布了FNPRM，以征詢(xún)不屬于原始NPRM的其他主題的意見(jiàn)。

在6 GHz下進(jìn)行無(wú)執(zhí)照操作的新規(guī)則在FCC術(shù)語(yǔ)中，針對(duì)無(wú)執(zhí)照使用，現(xiàn)在將6 GHz頻譜進(jìn)一步細(xì)分為四個(gè)無(wú)執(zhí)照的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(U-NII)無(wú)線電頻段：U-NII-5至U-NII-8。FCC所采用的某些規(guī)則取決于未許可設(shè)備在哪個(gè)U-NII頻段上運(yùn)行。U-NII頻帶的邊緣與當(dāng)前劃分許可的6 GHz服務(wù)的工作頻率的頻率范圍一致(圖1)。

圖3顯示了6 GHz頻帶各個(gè)部分的頻率和邊緣。

圖3. 6 GHz頻段和可能的Wi-Fi信道化示意圖顯示了20 MHz，40 MHz，80 MHz和160 MHz的Wi-Fi信道帶寬的位置。

在其更新的法規(guī)中，F(xiàn)CC現(xiàn)在允許兩種類(lèi)型的未許可設(shè)備在6 GHz下運(yùn)行：

·低功耗接入點(diǎn)(AP)及其關(guān)聯(lián)的客戶(hù)端設(shè)備;

·標(biāo)準(zhǔn)電源訪問(wèn)點(diǎn)(AP)及其關(guān)聯(lián)的客戶(hù)端設(shè)備。

每種設(shè)備都有其自己的一套監(jiān)管規(guī)則。

低功率運(yùn)行

只要符合以下發(fā)射功率要求，低功率AP便可以在6 GHz頻帶中運(yùn)行：

·總發(fā)射功率低于EIRP 30 dBm;

·功率譜密度不得超過(guò)5 dBm / MHz EIRP;

·在低于U-NII-5頻段的底部和高于U-NII-8頻段的上邊緣的頻率處，達(dá)到發(fā)射掩模和-27 dBm / MHz的發(fā)射極限。

[EIRP是輻射器在所有方向上均勻(“各向同性”)發(fā)射能量的功率。定向天線調(diào)整其有效發(fā)射功率，以使沿最強(qiáng)波束方向輻射的能量不會(huì)超過(guò)沿相同方向的各向同性天線的能量。]

例如，這對(duì)應(yīng)于20 MHz中的18 dBm，40 MHz中的21 dBm，80 MHz中的24 dBm，160 MHz中的27 dBm和320 MHz中的30 dBm。不允許高于320 MHz的帶寬。

低功率AP僅限于室內(nèi)使用，并允許使用完整的6 GHz頻譜，即U-NII-5，U-NII-6，U-NII-7和U-NII-8。這相當(dāng)于新頻譜的1200 MHz。

FCC認(rèn)為，將低功率與室內(nèi)強(qiáng)制使用相結(jié)合，足以為6 GHz頻段的現(xiàn)有服務(wù)提供所需的保護(hù)。由于室內(nèi)使用(及其導(dǎo)致的向外部區(qū)域的信號(hào)衰減)是這些設(shè)備將產(chǎn)生干擾的關(guān)鍵假設(shè)，因此FCC進(jìn)一步施加了限制，旨在防止在室外使用低功率AP。特別：

·低功率AP不能抗風(fēng)雨，因此不能永久安裝在室外。

·低功率AP只能具有集成天線，并且禁止提供將其他天線連接到設(shè)備的功能。

·低功率AP不能通過(guò)電池供電;

·低功率無(wú)線接入點(diǎn)必須清楚地標(biāo)有告示，標(biāo)明“ FCC法規(guī)限制此設(shè)備只能在室內(nèi)使用”。

盡管這些都不是全部證據(jù)，但顯然的目的是僅在室內(nèi)使用這些設(shè)備。

低功率AP不允許在運(yùn)動(dòng)中運(yùn)行，但運(yùn)行超過(guò)10,000英尺的大型客機(jī)除外。

與低功率AP關(guān)聯(lián)的客戶(hù)端設(shè)備必須在以下功率級(jí)別下運(yùn)行：

·總發(fā)射功率低于EIRP的24 dBm;

·功率譜密度限制為-1 dBm / MHz EIRP或更小。

客戶(hù)端設(shè)備在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行或作為Wi-Fi擴(kuò)展器等例外。在這些情況下，只要客戶(hù)端設(shè)備也遵循相關(guān)的AP規(guī)則并且都位于單個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)，則適用低功率AP的功率限制。

標(biāo)準(zhǔn)功率操作

標(biāo)準(zhǔn)功率AP允許以以下發(fā)射功率運(yùn)行：

·總發(fā)射功率低于36 dBm有效各向同性輻射功率(EIRP);

·功率譜密度限制為23 dBm / MHz EIRP或更小;

·在低于U-NII-5頻段的底部和高于U-NII-8頻段的上邊緣的頻率處，達(dá)到發(fā)射掩模和-27 dBm / MHz的發(fā)射極限。

在這種情況下，功率譜密度(PSD)要求使該設(shè)備在所有帶寬下始終可在36 dBm EIRP下運(yùn)行。對(duì)于低功率接入點(diǎn)(AP)，不允許高于320 MHz的帶寬。

標(biāo)準(zhǔn)功率AP所允許的高得多的功率是有代價(jià)的。這些設(shè)備僅在U-NII-5和U-NII-7中才允許使用，約占頻譜的850 MHz。重要的是，即使在這些頻帶中，標(biāo)準(zhǔn)功率的AP也只能在所謂的自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)(AFC)系統(tǒng)的指導(dǎo)下運(yùn)行。AFC系統(tǒng)知道現(xiàn)有服務(wù)的位置，并會(huì)根據(jù)AP的位置，天線高度和發(fā)射功率，將其可能操作的頻譜部分通知AP。R&O提供了有關(guān)AFC系統(tǒng)操作的詳細(xì)信息，我們將在下面討論。

AP必須確定其地理位置才能將其提供給AFC。這種地理定位功能可以是內(nèi)部的(例如內(nèi)置GPS)，也可以是外部的(由連接的設(shè)備提供)。AP還需要向AFC系統(tǒng)提供其地面上方的天線高度。該信息可以手動(dòng)配置，也可以自動(dòng)確定。

預(yù)計(jì)AP每天至少要聯(lián)系A(chǔ)FC系統(tǒng)一次，以檢查允許頻率的變化。如果兩者無(wú)法建立連接，則要求AP在24小時(shí)寬限期后停止操作。

AFC主要用于保護(hù)固定服務(wù)，但是標(biāo)準(zhǔn)功率的AP也應(yīng)將其向上輻射功率(30°以上)限制為21 dBm，以保護(hù)固定衛(wèi)星服務(wù)。

與低功率AP一樣，標(biāo)準(zhǔn)功率AP不得在運(yùn)動(dòng)中運(yùn)行，但運(yùn)行超過(guò)10,000英尺的大型客機(jī)除外。

與標(biāo)準(zhǔn)功率AP關(guān)聯(lián)的客戶(hù)端設(shè)備必須在以下功率級(jí)別下運(yùn)行：

·總發(fā)射功率低于EIRP 30 dBm

·功率譜密度限制為17 dBm / MHz EIRP或更小

但是，對(duì)于特定頻率，AFC可能會(huì)降低允許AP運(yùn)行的最終功率。如果AP的最終允許功率低于36 dBm，則需要將其關(guān)聯(lián)的客戶(hù)端設(shè)備的允許功率降低相同的數(shù)量。具體來(lái)說(shuō)，與標(biāo)準(zhǔn)功率AP關(guān)聯(lián)的客戶(hù)端設(shè)備所允許的最大功率始終比AP所允許的最大功率低6 dB(無(wú)論該電平如何)。

表1總結(jié)了兩種類(lèi)型的AP及其關(guān)聯(lián)客戶(hù)端的電源要求。

表1. 6 GHz頻帶中的功率要求摘要。

自動(dòng)化的頻率協(xié)調(diào)

Wi-Fi系統(tǒng)(或與此有關(guān)的任何希望使用標(biāo)準(zhǔn)Tx功率在6 GHz頻段運(yùn)行的無(wú)執(zhí)照系統(tǒng))的一項(xiàng)主要新要求是要求在AFC系統(tǒng)的指導(dǎo)下運(yùn)行。已發(fā)布的R&O還列出了AFC系統(tǒng)的要求。

AFC的主要功能是保護(hù)固定服務(wù)的微波鏈路。作為輔助角色，它保護(hù)某些射電天文臺(tái)所使用的頻率。AFC對(duì)微波鏈路的了解是基于通用許可系統(tǒng)(ULS)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是U-NII-5和U-NII-7頻段中許可微波鏈路的現(xiàn)有官方數(shù)據(jù)庫(kù)。AFC系統(tǒng)應(yīng)該每天與ULS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同步。

與AP設(shè)備聯(lián)系后，AFC系統(tǒng)將基于此AP會(huì)產(chǎn)生的干擾模型來(lái)確定此AP的合適信道。計(jì)算結(jié)果(圖4)將建立一個(gè)“禁區(qū)”，在該區(qū)域，AP將對(duì)超出允許限值的現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商產(chǎn)生干擾。此計(jì)算需要有關(guān)AP的位置和天線高度的信息。為了對(duì)干擾進(jìn)行建模，AFC系統(tǒng)采用信道模型來(lái)模擬AP產(chǎn)生的干擾。R&O明確指定了用于此計(jì)算的信道模型和干擾標(biāo)準(zhǔn)。

圖4. Wi-Fi 6E的自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)系統(tǒng)可保護(hù)現(xiàn)有系統(tǒng)免受未經(jīng)許可的用戶(hù)的干擾。

從AFC系統(tǒng)到AP的最終反饋是AP可以在不同功率范圍內(nèi)使用的信道列表。

AP使用由設(shè)備的FCC標(biāo)識(shí)符(FCC ID)及其序列號(hào)組成的唯一標(biāo)識(shí)符向AFC系統(tǒng)標(biāo)識(shí)自己。AFC系統(tǒng)可以使用它來(lái)驗(yàn)證設(shè)備。該標(biāo)識(shí)符還可以用于緩解干擾和強(qiáng)制執(zhí)行的目的。

R&O未提供有關(guān)AP與AFC系統(tǒng)之間的通信協(xié)議的詳細(xì)信息，但確實(shí)要求任何此類(lèi)通信以及AFC系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均應(yīng)符合高級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)。

AFC系統(tǒng)將由“ AFC運(yùn)營(yíng)商”運(yùn)行。AFC運(yùn)營(yíng)商將需要一個(gè)正式名稱(chēng)，該名稱(chēng)由工程技術(shù)辦公室(OET)管理。OET將向AFC運(yùn)營(yíng)商“許可” FCC可以續(xù)簽的五年期限。為了向標(biāo)準(zhǔn)功率的AP提供AFC服務(wù)，AFC運(yùn)營(yíng)商將被收取費(fèi)用。為了全面解決AFC運(yùn)營(yíng)的各個(gè)方面，F(xiàn)CC鼓勵(lì)業(yè)界召集感興趣的利益相關(guān)者小組來(lái)解決諸如干擾檢測(cè)和緩解，安全措施，測(cè)試和認(rèn)證程序等問(wèn)題。

FNPRM

除了R&O闡明了6 GHz頻段無(wú)執(zhí)照操作的新要求外，F(xiàn)CC還發(fā)布了新的FNPRM，以征求有關(guān)6 GHz頻段操作的四個(gè)新問(wèn)題的意見(jiàn)：

·低功耗運(yùn)行;

·低功率室內(nèi)運(yùn)行時(shí)功率譜密度增加;

·移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電源接入點(diǎn)操作;

·標(biāo)準(zhǔn)功率接入點(diǎn)的更高功率限制和天線方向性。

首先，F(xiàn)CC尋求有關(guān)所謂“非常低功耗設(shè)備”操作的信息。暫定的建議是使這些設(shè)備在14 dBm EIRP總功率和-8 dBm / MHz PSD EIRP下工作。目的是允許這些設(shè)備在整個(gè)6 GHz頻帶(U-NII-5至U-NII-8)中用于室內(nèi)和室外?？紤]到較低的功率，建議即使在室外操作下也不應(yīng)要求這些設(shè)備使用AFC。FNRPM建議允許使用這種非常低的功率模式，但正在尋找有關(guān)確切功率水平的輸入以及減輕對(duì)現(xiàn)有用戶(hù)的干擾的方法。

其次，F(xiàn)NPRM邀請(qǐng)對(duì)低功率AP的PSD限制提出其他意見(jiàn)。該水平目前指定為5 dBm / MHz PSD EIRP。FCC要求輸入是否可以將其增加到8 dBm / MHz PSD EIRP，當(dāng)設(shè)備使用320 MHz帶寬時(shí)，最大允許EIRP為33 dBm。

第三項(xiàng)涉及標(biāo)準(zhǔn)電源接入點(diǎn)。當(dāng)前僅在固定部署中允許這些AP。FNPRM尋求有關(guān)是否允許在AFC控制下將標(biāo)準(zhǔn)功率接入點(diǎn)用于移動(dòng)應(yīng)用程序的意見(jiàn)。具體而言，需要考慮對(duì)AFC的影響。

第四項(xiàng)介紹標(biāo)準(zhǔn)功率AP的特定用例。這些設(shè)備的當(dāng)前允許功率水平設(shè)置為36 dBm EIRP，F(xiàn)NPRM詢(xún)問(wèn)是否可以為使用高定向天線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路提供服務(wù)的設(shè)備提高該水平。作為一個(gè)相關(guān)問(wèn)題，F(xiàn)NRPM還尋求有關(guān)天線方向性是否可以納入AFC系統(tǒng)框架的意見(jiàn)。

對(duì)FNPRM的響應(yīng)所產(chǎn)生的評(píng)論和討論可能會(huì)導(dǎo)致6 GHz頻段內(nèi)無(wú)執(zhí)照操作規(guī)則的進(jìn)一步更改或增加。

結(jié)束語(yǔ)

FCC決定開(kāi)放6 GHz頻段進(jìn)行無(wú)執(zhí)照操作，因此為Wi-Fi操作提供了高達(dá)1200 MHz的額外頻譜。這個(gè)決定肯定會(huì)重新定義Wi-Fi，但重要的是要了解6 GHz的操作規(guī)則與2.4 GHz和5 GHz頻段中使用的Wi-Fi有所不同。