日前，聯(lián)邦通信委員會(FCC)一致投票通過針對6 GHz頻段中無線操作的全新規(guī)則，向未許可的設備開放1200 MHz頻譜。具體來說，F(xiàn)CC批準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)的過程以及FCC批準的6 GHz無執(zhí)照設備操作規(guī)則的詳細信息。
6 GHz頻段的現(xiàn)有
頻譜通常被稱為“ 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頻段被指定為獨家非聯(lián)邦頻譜，并已獲許可用于多種無線電服務。圖1說明了現(xiàn)有服務對6 GHz頻帶的使用。
圖1. 6 GHz中的現(xiàn)有服務包括覆蓋5.925 GHz至7.125 GHz的固定服務和衛(wèi)星固定服務。
固定服務(FS)和衛(wèi)星固定服務(FSS)操作分布在6 GHz頻段的大部分區(qū)域。固定服務用于可靠的點對點微波鏈路。這些鏈接支持各種服務，例如公共安全，電網(wǎng)管理，長途電話服務和回程。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使用這些頻率進行內(nèi)容分發(fā)，實時新聞和體育賽事，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頻帶中進行移動操作。這些服務包括廣播輔助服務(BAS)，有線電視中繼服務(CARS)和本地電視傳輸服務(LTTS)。
圖2顯示了在6 GHz頻帶中以兆赫茲為標準的許可用戶分配數(shù)量。
圖2.此6 GHz頻段內(nèi)現(xiàn)有業(yè)務密度的圖表顯示了普通載波和固定運營業(yè)務使用了多少。
要在6 GHz頻帶中允許其他未經(jīng)許可的操作，保護這些現(xiàn)有的現(xiàn)有用戶是一個挑戰(zhàn)。稍后我們將看到，一些新的法規(guī)明確地解決了這個問題。
除了獲得許可的固定和移動服務外，超寬帶(UWB)系統(tǒng)還可以在6 GHz頻段內(nèi)無干擾地運行。需要特別注意的是，UWB未被視為該頻段的許可用戶。
更改6 GHz的法規(guī)
注意到主要由Wi-Fi驅(qū)動的無執(zhí)照頻譜的“爆炸性需求”，F(xiàn)CC著手研究了6 GHz頻段可能用于無執(zhí)照服務的過程。
FCC通過美國各地的廣播，電視，有線和衛(wèi)星監(jiān)管州際和國際通信。它還負責實施和執(zhí)行通信法律和法規(guī)。在考慮更改法規(guī)時，F(xiàn)CC會采用稱為“通知和評論”規(guī)則制定的過程。在此過程中，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都帶有一段公眾評論，在此期間，有興趣的各方可以提交有關暫定提案的反饋。在發(fā)布有關該主題的最終規(guī)則之前，F(xiàn)CC將考慮該反饋。
作為該過程的一部分，F(xiàn)CC可以發(fā)布許多不同的文檔：
·詢價通知(NOI)：這是向公眾發(fā)出的最初邀請，允許FCC收集有關廣泛主題的信息。FCC于2017年7月發(fā)布了有關無執(zhí)照用戶使用6 GHz的NOI;
·擬議規(guī)則制定通知(NPRM)：NPRM包含有關委員會規(guī)則擬議變更的更多詳細信息。它可能遵循NOI。每個NPRM之后至少要有30天的時間，可以向FCC提交評論。FCC于2018年10月發(fā)布了關于未經(jīng)許可使用6 GHz頻段的NPRM;
·擬議規(guī)則制定的進一步通知(FNPRM)：FNPRM可以在對NPRM的意見進行審查后發(fā)布，并提供機會對相關或特定的建議進行進一步評論;
·報告和命令(R&O)：在考慮對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批準后，新規(guī)則或經(jīng)修訂的規(guī)則在《聯(lián)邦公報》上發(fā)布后30天生效。
6 GHz NPRM引起了無執(zhí)照運營支持者和現(xiàn)有服務代表的極大興趣。約有115家公司或組織對NPRM發(fā)表了評論。在隨后的討論期間，向FCC提交了100多項技術研究報告，以解決特定問題，模擬性能影響，調(diào)查技術聲明等。
FCC適當?shù)乜紤]了所提供的意見，并于2020年4月發(fā)布了R&O。與此同時，它還發(fā)布了FNPRM，以征詢不屬于原始NPRM的其他主題的意見。
在6 GHz下進行無執(zhí)照操作的新規(guī)則在FCC術語中，針對無執(zhí)照使用，現(xiàn)在將6 GHz頻譜進一步細分為四個無執(zhí)照的國家信息基礎設施(U-NII)無線電頻段：U-NII-5至U-NII-8。FCC所采用的某些規(guī)則取決于未許可設備在哪個U-NII頻段上運行。U-NII頻帶的邊緣與當前劃分許可的6 GHz服務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)在允許兩種類型的未許可設備在6 GHz下運行：
·低功耗接入點(AP)及其關聯(lián)的客戶端設備;
·標準電源訪問點(AP)及其關聯(lián)的客戶端設備。
每種設備都有其自己的一套監(jiān)管規(guī)則。
低功率運行
只要符合以下發(fā)射功率要求，低功率AP便可以在6 GHz頻帶中運行：
·總發(fā)射功率低于EIRP 30 dBm;
·功率譜密度不得超過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，以使沿最強波束方向輻射的能量不會超過沿相同方向的各向同性天線的能量。]
例如，這對應于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。這相當于新頻譜的1200 MHz。
FCC認為，將低功率與室內(nèi)強制使用相結合，足以為6 GHz頻段的現(xiàn)有服務提供所需的保護。由于室內(nèi)使用(及其導致的向外部區(qū)域的信號衰減)是這些設備將產(chǎn)生干擾的關鍵假設，因此FCC進一步施加了限制，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備的功能。
·低功率AP不能通過電池供電;
·低功率無線接入點必須清楚地標有告示，標明“ FCC法規(guī)限制此設備只能在室內(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)使用這些設備。
低功率AP不允許在運動中運行，但運行超過10,000英尺的大型客機除外。
與低功率AP關聯(lián)的客戶端設備必須在以下功率級別下運行：
·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。
客戶端設備在網(wǎng)狀網(wǎng)絡中運行或作為Wi-Fi擴展器等例外。在這些情況下，只要客戶端設備也遵循相關的AP規(guī)則并且都位于單個結構內(nèi)，則適用低功率AP的功率限制。
標準功率操作
標準功率AP允許以以下發(fā)射功率運行：
·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)要求使該設備在所有帶寬下始終可在36 dBm EIRP下運行。對于低功率接入點(AP)，不允許高于320 MHz的帶寬。
標準功率AP所允許的高得多的功率是有代價的。這些設備僅在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，標準功率的AP也只能在所謂的自動頻率協(xié)調(diào)(AFC)系統(tǒng)的指導下運行。AFC系統(tǒng)知道現(xiàn)有服務的位置，并會根據(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AFC系統(tǒng)操作的詳細信息，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。該信息可以手動配置，也可以自動確定。
預計AP每天至少要聯(lián)系AFC系統(tǒng)一次，以檢查允許頻率的變化。如果兩者無法建立連接，則要求AP在24小時寬限期后停止操作。
AFC主要用于保護固定服務，但是標準功率的AP也應將其向上輻射功率(30°以上)限制為21 dBm，以保護固定衛(wèi)星服務。
與低功率AP一樣，標準功率AP不得在運動中運行，但運行超過10,000英尺的大型客機除外。
與標準功率AP關聯(lián)的客戶端設備必須在以下功率級別下運行：
·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，對于特定頻率，AFC可能會降低允許AP運行的最終功率。如果AP的最終允許功率低于36 dBm，則需要將其關聯(lián)的客戶端設備的允許功率降低相同的數(shù)量。具體來說，與標準功率AP關聯(lián)的客戶端設備所允許的最大功率始終比AP所允許的最大功率低6 dB(無論該電平如何)。
表1總結了兩種類型的AP及其關聯(lián)客戶端的電源要求。
表1. 6 GHz頻帶中的功率要求摘要。
自動化的頻率協(xié)調(diào)
Wi-Fi系統(tǒng)(或與此有關的任何希望使用標準Tx功率在6 GHz頻段運行的無執(zhí)照系統(tǒng))的一項主要新要求是要求在AFC系統(tǒng)的指導下運行。已發(fā)布的R&O還列出了AFC系統(tǒng)的要求。
AFC的主要功能是保護固定服務的微波鏈路。作為輔助角色，它保護某些射電天文臺所使用的頻率。AFC對微波鏈路的了解是基于通用許可系統(tǒng)(ULS)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是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。AFC系統(tǒng)應該每天與ULS數(shù)據(jù)庫進行同步。
與AP設備聯(lián)系后，AFC系統(tǒng)將基于此AP會產(chǎn)生的干擾模型來確定此AP的合適信道。計算結果(圖4)將建立一個“禁區(qū)”，在該區(qū)域，AP將對超出允許限值的現(xiàn)有運營商產(chǎn)生干擾。此計算需要有關AP的位置和天線高度的信息。為了對干擾進行建模，AFC系統(tǒng)采用信道模型來模擬AP產(chǎn)生的干擾。R&O明確指定了用于此計算的信道模型和干擾標準。
圖4. Wi-Fi 6E的自動頻率協(xié)調(diào)系統(tǒng)可保護現(xiàn)有系統(tǒng)免受未經(jīng)許可的用戶的干擾。
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使用由設備的FCC標識符(FCC ID)及其序列號組成的唯一標識符向AFC系統(tǒng)標識自己。AFC系統(tǒng)可以使用它來驗證設備。該標識符還可以用于緩解干擾和強制執(zhí)行的目的。
R&O未提供有關AP與AFC系統(tǒng)之間的通信協(xié)議的詳細信息，但確實要求任何此類通信以及AFC系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)均應符合高級安全標準。
AFC系統(tǒng)將由“ AFC運營商”運行。AFC運營商將需要一個正式名稱，該名稱由工程技術辦公室(OET)管理。OET將向AFC運營商“許可” FCC可以續(xù)簽的五年期限。為了向標準功率的AP提供AFC服務，AFC運營商將被收取費用。為了全面解決AFC運營的各個方面，F(xiàn)CC鼓勵業(yè)界召集感興趣的利益相關者小組來解決諸如干擾檢測和緩解，安全措施，測試和認證程序等問題。
FNPRM
除了R&O闡明了6 GHz頻段無執(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6 GHz頻段操作的四個新問題的意見：
·低功耗運行;
·低功率室內(nèi)運行時功率譜密度增加;
·移動標準電源接入點操作;
·標準功率接入點的更高功率限制和天線方向性。
首先，F(xiàn)CC尋求有關所謂“非常低功耗設備”操作的信息。暫定的建議是使這些設備在14 dBm EIRP總功率和-8 dBm / MHz PSD EIRP下工作。目的是允許這些設備在整個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要求這些設備使用AFC。FNRPM建議允許使用這種非常低的功率模式，但正在尋找有關確切功率水平的輸入以及減輕對現(xiàn)有用戶的干擾的方法。
其次，F(xiàn)NPRM邀請對低功率AP的PSD限制提出其他意見。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，當設備使用320 MHz帶寬時，最大允許EIRP為33 dBm。
第三項涉及標準電源接入點。當前僅在固定部署中允許這些AP。FNPRM尋求有關是否允許在AFC控制下將標準功率接入點用于移動應用程序的意見。具體而言，需要考慮對AFC的影響。
第四項介紹標準功率AP的特定用例。這些設備的當前允許功率水平設置為36 dBm EIRP，F(xiàn)NPRM詢問是否可以為使用高定向天線的點對點鏈路提供服務的設備提高該水平。作為一個相關問題，F(xiàn)NRPM還尋求有關天線方向性是否可以納入AFC系統(tǒng)框架的意見。
對FNPRM的響應所產(chǎn)生的評論和討論可能會導致6 GHz頻段內(nèi)無執(zhí)照操作規(guī)則的進一步更改或增加。
結束語
FCC決定開放6 GHz頻段進行無執(zhí)照操作，因此為Wi-Fi操作提供了高達1200 MHz的額外頻譜。這個決定肯定會重新定義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。
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