2020年4月3日，美国联邦通信委员会(FCC)投票一致通过关于6GHz频段无线操作的新规定[1]，从而为非许可设备开放1200MHz频谱。具体地说，在此次投票前大约三周，FCC就批准了向公众非正式发布此规则[2]。
这一进展被广泛誉为Wi-Fi的一大胜利，的确实至名归。那么FCC到底做出了什么决定？新规对Wi-Fi和6GHz频段到底意味着什么？
在本文中，我们概述了6GHz频段、推动新规出台的始末以及FCC批准的关于非许可设备使用6GHz频段的新规细节。
通常被称为“6GHz频段”的频谱实际上是由5.925MHz到7.125MHz之间的频率组成，总计1200MHz频谱。
在4月23日FCC宣布之前，6GHz频段就被指定为非联邦专属频段，并授权给许多无线电业务使用。
图1说明了现有业务对6GHz频段的使用。
图1：使用6GHz的现有业务（数据来源[4]）
固定业务(FS)和固定卫星业务(FSS)业务遍布大部分6GHz频段。固定业务用于可靠的点对点微波链路。这些链路支持各种业务，如公共安全、电网管理、远程电话服务和回程。FSS允许在6GHz频段中不超过150MHz带宽的范围内进行地空通信。FSS使用这些频率进行内容分发、实时新闻和体育赛事、有线电视以及电话和数据传输的回程。
移动运营允许在6.425-6.525GHz频段和6.875-7.125GHz频段中进行。这些业务包括广播辅助服务(BAS)、有线电视转播服务(CARS)和本地电视传输服务(LTTS)。
图2显示了6GHz频段中，每MHz标准化的许可用户分配数量。
图2：6GHz频段中现有业务密度（数据来源[4]）
在6GHz频段中，允许额外的非许可使用所面临的一大挑战是保护现有在6GHz用户。下文将会介绍到，一些新的监管规定明确地解决了这个问题。
除了许可的固定和移动业务，超宽带系统(UWB)只有在不产生干扰的情况下才可以在6GHz频段下使用。值得注意的是，UWB并不是该频段的许可用户。
当注意到市场对主要由Wi-Fi驱动的非许可频谱的“爆炸性需求”时，FCC开始着手研究非许可业务使用6GHz频段的可能性。
FCC是一个独立的联邦机构，负责管理美国州际和国际间的无线电、电视、有线和卫星通信。此外，FCC还负责实施和强制执行通信法律法规。在考虑修改法规时，FCC采用名为“通告并接受公众审评”的规则制定过程。在这个过程中，FCC首先告知公众其计划修改现有规则。在每一次通告后都会有一段公众审评期，相关方可以在这段时期内就暂定方案提出意见。FCC在发布最终规则之前会考虑公众的意见。
作为这个过程的一部分，FCC可以发布一些不同的文件：
6GHzNPRM[4]引起了非许可使用支持者和现有业务代表的极大兴趣。115家公司或组织就NPRM发表了意见。在后续讨论期间，FCC收到了100多份技术研究报告，涉及解决具体问题、模拟性能影响、调查技术要求等议题。
FCC充分考虑了大家提供的信息，并于2020年4月发布了R&O。与此同时，FCC还发布了FNPRM，以征求公众对不属于原始NPRM的其他主题的意见。
根据FCC的非许可使用命名原则，6GHz频谱现在进一步细分为4个U-NII（无需许可的国家信息基础设施）无线电频段：U-NII-5至U-NII-8。FCC采用的一些规则取决于非许可设备目前使用的U-NII频段。U-NII频段边缘与目前划分6GHz许可业务工作频率的频率范围一致（参见图1）。
图3显示了6GHz频段各个部分的频率和边缘。
图3：6GHz频段和可能的Wi-Fi信道化图示。
FCC在针对6GHz更新的规则中，允许两种非许可设备在6GHz频段下运行：
每一类设备都有自己的一套监管规则。
低功率AP必须满足以下发射功率要求才能在6GHz频段下运行：
例如，这对应于20MHz中的18dBm、40MHz中的21dBm、80MHz中的24dBm、160MHz中的27dBm以及320MHz中的30dBm。带宽不允许高于320MHz。
低功率AP仅限于室内使用，且允许使用完整的6GHz频谱，即U-NII-5、U-NII-6、U-NII-7和U-NII-8。这相当于1200MHz的新频谱。
FCC认为，低功率和强制性室内使用并举，足以为6GHz频段中的现有业务提供所需保护。由于室内使用（以及因此信号到室外后会衰减）是这些设备会产生干扰的一个重要假设，所以FCC实行进一步限制，以禁止在户外使用低功率AP。
具体地说：
虽然这些都不是充分的证据，但其目的显然是将这些设备限制在室内使用。
低功率AP在运动期间无法运行，除了在10,000英尺高空中飞行的大型客机之外。
低功率AP相关联的客户端设备必须在以下功率级别运行：
也有例外情况，如在网状网络或Wi-Fi扩展器中运行的客户端设备。在此类情况下，只要客户端设备亦遵循相关AP规则且均位于同一架构中，就适用低功率AP的功率限制。
标准功率AP允许在以下发射功率下运行：
在这种情况下，PSD要求允许设备在所有带宽下始终以36dBmEIRP运行。针对低功率AP，带宽不允许高于320MHz。
标准功率AP允许明显更高的功率，但需要付出较高的代价。这些设备只允许在U-NII-5到U-NII-7频段中使用，约占850MHz频谱。重要的是，即使在这些频段下，标准功率AP也只能在所谓的自动频率协调(AFC)系统的引导下运行。AFC系统清楚现有业务的位置，并根据AP位置、天线高度和发射功率，告知AP可在频谱的哪个部分运行。R&O详细介绍了AFC系统的运行细节，我们将在下文中讨论。
对于AP来说，这意味着AP需具备确定其地理位置的能力，以便将此信息提供给AFC系统。这种地理定位功能可以集成在内部（如内置GPS），也可以通过外部提供（由所连接的设备提供）。AP还需要向AFC系统提供其天线距离地面的高度。该信息可以手动配置，也可以自动确定。
预计，AP每天至少与AFC系统通信一次，以检查容许频率的变化。如果无法建立连接，则AP必须在24小时的宽限期后停止工作。
AFC主要用于保护固定业务，但标准功率AP预计可将其向上辐射功率（30度以上）限制在21dBm，以保护固定卫星业务。
与低功率AP一样，标准功率AP在移动期间无法运行，除了在10,000英尺高空中飞行的大型客机之外。
标准功率AP相关联的客户端设备必须在以下功率级别运行：
但请注意，对于特定频率，AFC可能会降低允许AP运行的最终功率。如果AP的最终容许功率低于36dBm，则其相关客户端设备的容许功率也需要降低相同幅度。具体地说，对于标准功率AP相关联的客户端设备，无论AP容许的最大功率是多少，其容许的最大功率通常都比AP低6dB。
图4总结了这两种类型的AP及其相关联客户端的功率要求。
图4：6GHz频段下的功率要求总结
对于Wi-Fi系统（或任何想使用标准发射功率在6GHz频段中运行的非许可系统），一个主要的新要求就是在AFC系统的引导下运行。已发布的R&O也列出了一些针对AFC系统的要求。
AFC主要着眼于保护固定业务微波链路。然而，它也可用于保护某些射电天文台使用的频率。AFC对微波链路的了解来自于通用许可制度(ULS)数据库，该数据库是U-NII-5和U-NII-7频段中许可微波链路的现有官方数据库。AFC系统应每天与ULS数据库同步。
在与AP设备通信后，AFC系统将根据该AP产生的干扰模型确定适合该AP的信道。计算将建立一个“禁区”，在这个禁区内，AP会对现有业务产生超出容许范围的干扰。该计算需要有关AP位置和天线高度的信息。为了进行干扰建模，AFC系统采取信道模型来模拟AP产生的干扰。R&O明确指定了用于该计算的信道模型和干扰标准。
AFC系统提供给AP的最终反馈信息为AP在不同功率范围内可使用的信道列表。
AP采用唯一标识符向AFC系统表明自己的身份，该标识符由设备的FCC标识符(FCCID)及序列号组成。AFC系统可使用该标识符来验证设备。该标识符还可用于干扰抑制和执法目的。
R&O不提供AP和AFC系统之间所用通信协议的详细信息，但它要求任何此类通信以及AFC系统存储的数据都必须符合高级安全标准。
AFC系统将由“AFC运营商”运行。AFC运营商需由官方指定，并由工程科技办公室(OET)管理。OET将向AFC运营商颁发为期5年且可由FCC续期的“许可证”。为向标准功率AP提供AFC服务，允许AFC运营商收取一定的费用。为了解决AFC运行的各方面问题，FCC鼓励业界召集一群利益相关者来解决干扰检测和抑制、安全措施、测试和认证程序等问题。
除了规定6GHz频段非许可使用新要求的R&O，FCC还颁发了新的FNPRM，就在6GHz频段中运行的以下四个新问题向公众征求意见：
首先，FCC就所谓的“超低功率设备”的运行征求公众的意见。暂定方案是这些设备在14dBmEIRP总功率以及-8dBm/MHzPSDEIRP条件下运行。其目的是使这些设备在整个6GHz频段中（U-NII-5至U-NII-8）能够用于室内和室外应用。如果功率更低，建议不要求这些设备使用AFC，即使是在室外运行时。FNRPM建议支持这种超低功率模式，但希望公众就减少对现有用户的干扰方面提供准确功率和方法意见。
其次，FNPRM还邀请公众就低功率AP的PSD限制发表看法。目前，该限制水平规定为5dBm/MHzPSDEIRP。关于是否能够将其提高至8dBm/MHzPSDEIRP，并在设备使用320MHz带宽时，将最大容许EIRP提高至33dBm，FCC正在征求公众意见。
第三项与标准功率接入点有关。目前，这些AP只允许用于固定部署。FNPRM还在征求公众对是否允许将AFC控制的标准功率接入点用于移动应用的意见。具体地说，需要考虑对AFC的影响。
第四项描述了标准功率AP的具体用例。虽然这些设备当前允许的功率设置为36dBmEIRP，但对于是否能够提高使用高度定向型天线的点对点链路设备功率级，FNPRM目前正在征求公众的意见。作为相关问题，FNRPM还就天线方向性是否能够纳入AFC系统框架向公众征求意见。
公众对FNPRM的回复中的意见和探讨可能导致对6GHz频段非许可运行规则的进一步修改或增加。
FCC决定向非许可设备开放6GHz频段，从而为Wi-Fi运营提供高达1200MHz的额外频谱。该决定将重新定义我们所了解的Wi-Fi，但重要的是要明白，6GHz频段使用规则与2.4和5GHz频段的Wi-Fi使用规则有所不同。在本文中，为帮助理解，我们已尽量提供新规的一些历史背景和细节。
Sigurd Schelstraete 现任安森美高级技术总监。他是安森美半导体在多个标准化机构（如 IEEE 802.11 和 Wi-Fi Alliance）的首席技术代表，参与下一代无线技术的定义。在此之前，他曾担任 Quantenna Communications（2019 年被安森美收购）高级架构师。在这些职位上，他一直负责 Wi-Fi 芯片的系统设计和算法开发。
最前沿的电子设计资讯
