讲解在6 GHz频段免授权运行的新法规

日前，联邦通信委员会(FCC)一致投票通过针对6 GHz频段中无线操作的全新规则，向未许可的设备开放1200 MHz频谱。具体来说，FCC批准了在此次重要投票之前约三周非正式发布给公众的规则。

这一发展被广泛赞誉为Wi-Fi的一大胜利-的确如此-但是FCC究竟确定了什么?新规定对Wi-Fi和6 GHz频段意味着什么?在本文中，我们提供了6 GHz频段的概述，形成新法规的过程以及FCC批准的6 GHz无执照设备操作规则的详细信息。

6 GHz频段的现有

频谱通常被称为“ 6 GHz频段”的频谱由5.925 MHz至7.125 MHz之间的频率组成，总共为1200 MHz频谱。在4月23日FCC宣布之前，6 GHz频段被指定为独家非联邦频谱，并已获许可用于多种无线电服务。图1说明了现有服务对6 GHz频带的使用。

图1. 6 GHz中的现有服务包括覆盖5.925 GHz至7.125 GHz的固定服务和卫星固定服务。

固定服务(FS)和卫星固定服务(FSS)操作分布在6 GHz频段的大部分区域。固定服务用于可靠的点对点微波链路。这些链接支持各种服务，例如公共安全，电网管理，长途电话服务和回程。在6 GHz频段的最高150 MHz之外的所有频段中，FSS均允许用于地球对太空通信。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流量回传。

FCC允许在6.425 GHz至6.525 GHz频带和6.875 GHz至7.125 GHz频带中进行移动操作。这些服务包括广播辅助服务(BAS)，有线电视中继服务(CARS)和本地电视传输服务(LTTS)。

图2显示了在6 GHz频带中以兆赫兹为标准的许可用户分配数量。

图2.此6 GHz频段内现有业务密度的图表显示了普通载波和固定运营业务使用了多少。

要在6 GHz频带中允许其他未经许可的操作，保护这些现有的现有用户是一个挑战。稍后我们将看到，一些新的法规明确地解决了这个问题。

除了获得许可的固定和移动服务外，超宽带(UWB)系统还可以在6 GHz频段内无干扰地运行。需要特别注意的是，UWB未被视为该频段的许可用户。

更改6 GHz的法规

注意到主要由Wi-Fi驱动的无执照频谱的“爆炸性需求”，FCC着手研究了6 GHz频段可能用于无执照服务的过程。

FCC通过美国各地的广播，电视，有线和卫星监管州际和国际通信。它还负责实施和执行通信法律和法规。在考虑更改法规时，FCC会采用称为“通知和评论”规则制定的过程。在此过程中，FCC首先将其修改现有规则的意图通知公众。这些通知中的每一个都带有一段公众评论，在此期间，有兴趣的各方可以提交有关暂定提案的反馈。在发布有关该主题的最终规则之前，FCC将考虑该反馈。

作为该过程的一部分，FCC可以发布许多不同的文档：

·询价通知(NOI)：这是向公众发出的最初邀请，允许FCC收集有关广泛主题的信息。FCC于2017年7月发布了有关无执照用户使用6 GHz的NOI;

·拟议规则制定通知(NPRM)：NPRM包含有关委员会规则拟议变更的更多详细信息。它可能遵循NOI。每个NPRM之后至少要有30天的时间，可以向FCC提交评论。FCC于2018年10月发布了关于未经许可使用6 GHz频段的NPRM;

·拟议规则制定的进一步通知(FNPRM)：FNPRM可以在对NPRM的意见进行审查后发布，并提供机会对相关或特定的建议进行进一步评论;

·报告和命令(R&O)：在考虑对NPRM或FNPRM的注释并指定新规则，修改现有规则或做出不这样做的决定后发布。经R&O批准后，新规则或经修订的规则在《联邦公报》上发布后30天生效。

6 GHz NPRM引起了无执照运营支持者和现有服务代表的极大兴趣。约有115家公司或组织对NPRM发表了评论。在随后的讨论期间，向FCC提交了100多项技术研究报告，以解决特定问题，模拟性能影响，调查技术声明等。

FCC适当地考虑了所提供的意见，并于2020年4月发布了R&O。与此同时，它还发布了FNPRM，以征询不属于原始NPRM的其他主题的意见。

在6 GHz下进行无执照操作的新规则在FCC术语中，针对无执照使用，现在将6 GHz频谱进一步细分为四个无执照的国家信息基础设施(U-NII)无线电频段：U-NII-5至U-NII-8。FCC所采用的某些规则取决于未许可设备在哪个U-NII频段上运行。U-NII频带的边缘与当前划分许可的6 GHz服务的工作频率的频率范围一致(图1)。

图3显示了6 GHz频带各个部分的频率和边缘。

图3. 6 GHz频段和可能的Wi-Fi信道化示意图显示了20 MHz，40 MHz，80 MHz和160 MHz的Wi-Fi信道带宽的位置。

在其更新的法规中，FCC现在允许两种类型的未许可设备在6 GHz下运行：

·低功耗接入点(AP)及其关联的客户端设备;

·标准电源访问点(AP)及其关联的客户端设备。

每种设备都有其自己的一套监管规则。

低功率运行

只要符合以下发射功率要求，低功率AP便可以在6 GHz频带中运行：

·总发射功率低于EIRP 30 dBm;

·功率谱密度不得超过5 dBm / MHz EIRP;

·在低于U-NII-5频段的底部和高于U-NII-8频段的上边缘的频率处，达到发射掩模和-27 dBm / MHz的发射极限。

[EIRP是辐射器在所有方向上均匀(“各向同性”)发射能量的功率。定向天线调整其有效发射功率，以使沿最强波束方向辐射的能量不会超过沿相同方向的各向同性天线的能量。]

例如，这对应于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。不允许高于320 MHz的带宽。

低功率AP仅限于室内使用，并允许使用完整的6 GHz频谱，即U-NII-5，U-NII-6，U-NII-7和U-NII-8。这相当于新频谱的1200 MHz。

FCC认为，将低功率与室内强制使用相结合，足以为6 GHz频段的现有服务提供所需的保护。由于室内使用(及其导致的向外部区域的信号衰减)是这些设备将产生干扰的关键假设，因此FCC进一步施加了限制，旨在防止在室外使用低功率AP。特别：

·低功率AP不能抗风雨，因此不能永久安装在室外。

·低功率AP只能具有集成天线，并且禁止提供将其他天线连接到设备的功能。

·低功率AP不能通过电池供电;

·低功率无线接入点必须清楚地标有告示，标明“ FCC法规限制此设备只能在室内使用”。

尽管这些都不是全部证据，但显然的目的是仅在室内使用这些设备。

低功率AP不允许在运动中运行，但运行超过10,000英尺的大型客机除外。

与低功率AP关联的客户端设备必须在以下功率级别下运行：

·总发射功率低于EIRP的24 dBm;

·功率谱密度限制为-1 dBm / MHz EIRP或更小。

客户端设备在网状网络中运行或作为Wi-Fi扩展器等例外。在这些情况下，只要客户端设备也遵循相关的AP规则并且都位于单个结构内，则适用低功率AP的功率限制。

标准功率操作

标准功率AP允许以以下发射功率运行：

·总发射功率低于36 dBm有效各向同性辐射功率(EIRP);

·功率谱密度限制为23 dBm / MHz EIRP或更小;

·在低于U-NII-5频段的底部和高于U-NII-8频段的上边缘的频率处，达到发射掩模和-27 dBm / MHz的发射极限。

在这种情况下，功率谱密度(PSD)要求使该设备在所有带宽下始终可在36 dBm EIRP下运行。对于低功率接入点(AP)，不允许高于320 MHz的带宽。

标准功率AP所允许的高得多的功率是有代价的。这些设备仅在U-NII-5和U-NII-7中才允许使用，约占频谱的850 MHz。重要的是，即使在这些频带中，标准功率的AP也只能在所谓的自动频率协调(AFC)系统的指导下运行。AFC系统知道现有服务的位置，并会根据AP的位置，天线高度和发射功率，将其可能操作的频谱部分通知AP。R&O提供了有关AFC系统操作的详细信息，我们将在下面讨论。

AP必须确定其地理位置才能将其提供给AFC。这种地理定位功能可以是内部的(例如内置GPS)，也可以是外部的(由连接的设备提供)。AP还需要向AFC系统提供其地面上方的天线高度。该信息可以手动配置，也可以自动确定。

预计AP每天至少要联系AFC系统一次，以检查允许频率的变化。如果两者无法建立连接，则要求AP在24小时宽限期后停止操作。

AFC主要用于保护固定服务，但是标准功率的AP也应将其向上辐射功率(30°以上)限制为21 dBm，以保护固定卫星服务。

与低功率AP一样，标准功率AP不得在运动中运行，但运行超过10,000英尺的大型客机除外。

与标准功率AP关联的客户端设备必须在以下功率级别下运行：

·总发射功率低于EIRP 30 dBm

·功率谱密度限制为17 dBm / MHz EIRP或更小

但是，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的最终允许功率低于36 dBm，则需要将其关联的客户端设备的允许功率降低相同的数量。具体来说，与标准功率AP关联的客户端设备所允许的最大功率始终比AP所允许的最大功率低6 dB(无论该电平如何)。

表1总结了两种类型的AP及其关联客户端的电源要求。

表1. 6 GHz频带中的功率要求摘要。

自动化的频率协调

Wi-Fi系统(或与此有关的任何希望使用标准Tx功率在6 GHz频段运行的无执照系统)的一项主要新要求是要求在AFC系统的指导下运行。已发布的R&O还列出了AFC系统的要求。

AFC的主要功能是保护固定服务的微波链路。作为辅助角色，它保护某些射电天文台所使用的频率。AFC对微波链路的了解是基于通用许可系统(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系统应该每天与ULS数据库进行同步。

与AP设备联系后，AFC系统将基于此AP会产生的干扰模型来确定此AP的合适信道。计算结果(图4)将建立一个“禁区”，在该区域，AP将对超出允许限值的现有运营商产生干扰。此计算需要有关AP的位置和天线高度的信息。为了对干扰进行建模，AFC系统采用信道模型来模拟AP产生的干扰。R&O明确指定了用于此计算的信道模型和干扰标准。

图4. Wi-Fi 6E的自动频率协调系统可保护现有系统免受未经许可的用户的干扰。

从AFC系统到AP的最终反馈是AP可以在不同功率范围内使用的信道列表。

AP使用由设备的FCC标识符(FCC ID)及其序列号组成的唯一标识符向AFC系统标识自己。AFC系统可以使用它来验证设备。该标识符还可以用于缓解干扰和强制执行的目的。

R&O未提供有关AP与AFC系统之间的通信协议的详细信息，但确实要求任何此类通信以及AFC系统存储的数据均应符合高级安全标准。

AFC系统将由“ AFC运营商”运行。AFC运营商将需要一个正式名称，该名称由工程技术办公室(OET)管理。OET将向AFC运营商“许可” FCC可以续签的五年期限。为了向标准功率的AP提供AFC服务，AFC运营商将被收取费用。为了全面解决AFC运营的各个方面，FCC鼓励业界召集感兴趣的利益相关者小组来解决诸如干扰检测和缓解，安全措施，测试和认证程序等问题。

FNPRM

除了R&O阐明了6 GHz频段无执照操作的新要求外，FCC还发布了新的FNPRM，以征求有关6 GHz频段操作的四个新问题的意见：

·低功耗运行;

·低功率室内运行时功率谱密度增加;

·移动标准电源接入点操作;

·标准功率接入点的更高功率限制和天线方向性。

首先，FCC寻求有关所谓“非常低功耗设备”操作的信息。暂定的建议是使这些设备在14 dBm EIRP总功率和-8 dBm / MHz PSD EIRP下工作。目的是允许这些设备在整个6 GHz频带(U-NII-5至U-NII-8)中用于室内和室外。考虑到较低的功率，建议即使在室外操作下也不应要求这些设备使用AFC。FNRPM建议允许使用这种非常低的功率模式，但正在寻找有关确切功率水平的输入以及减轻对现有用户的干扰的方法。

其次，FNPRM邀请对低功率AP的PSD限制提出其他意见。该水平目前指定为5 dBm / MHz PSD EIRP。FCC要求输入是否可以将其增加到8 dBm / MHz PSD EIRP，当设备使用320 MHz带宽时，最大允许EIRP为33 dBm。

第三项涉及标准电源接入点。当前仅在固定部署中允许这些AP。FNPRM寻求有关是否允许在AFC控制下将标准功率接入点用于移动应用程序的意见。具体而言，需要考虑对AFC的影响。

第四项介绍标准功率AP的特定用例。这些设备的当前允许功率水平设置为36 dBm EIRP，FNPRM询问是否可以为使用高定向天线的点对点链路提供服务的设备提高该水平。作为一个相关问题，FNRPM还寻求有关天线方向性是否可以纳入AFC系统框架的意见。

对FNPRM的响应所产生的评论和讨论可能会导致6 GHz频段内无执照操作规则的进一步更改或增加。

结束语

FCC决定开放6 GHz频段进行无执照操作，因此为Wi-Fi操作提供了高达1200 MHz的额外频谱。这个决定肯定会重新定义Wi-Fi，但重要的是要了解6 GHz的操作规则与2.4 GHz和5 GHz频段中使用的Wi-Fi有所不同。