探索面向Wi-Fi 6GHz領(lǐng)域的自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)（AFC）技術(shù)

Wi-Fi 6E/7三頻技術(shù)將提供額外的1200MHz帶寬，為實(shí)現(xiàn)千兆位速度的網(wǎng)關(guān)打開大門。然而，這額外的帶寬還需要一些額外的共存技術(shù)才能在某些環(huán)境中運(yùn)行。在6GHz頻段，許可運(yùn)營的固網(wǎng)、公共運(yùn)營商，以及本地電視傳輸、廣播輔助和有線電視轉(zhuǎn)播服務(wù)也在同一帶寬內(nèi)，因此需要采取一些更高級(jí)別的頻譜共存措施。

在下文中，我們將探討這種情況會(huì)造成的影響，以及美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）如何通過決議來幫助確保Wi-Fi與其它許可及非許可無線電能夠公平、一致地共存。

6GHz頻段現(xiàn)有許可運(yùn)營商
正如下圖所示，當(dāng)前在6GHz頻段中的幾個(gè)“玩家”包括固定無線、固定衛(wèi)星和移動(dòng)運(yùn)營商。為在該頻段運(yùn)營，這些現(xiàn)有用戶已支付許可費(fèi)用。因此FCC必須采取措施來保護(hù)他們的投資。Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7涵蓋整個(gè)UNII-5至UNII-8頻譜；因此，在現(xiàn)有無線電信號(hào)所在區(qū)域，需要滿足一些要求來確保共存；這便是自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)（AFC）發(fā)揮作用的領(lǐng)域。

為保護(hù)6GHz頻段內(nèi)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，超過低功率室內(nèi)（LPI）所規(guī)定功率水平的非許可設(shè)備和任何室外設(shè)備只能在AFC系統(tǒng)的控制下訪問頻譜。這將有助于減少對(duì)現(xiàn)有服務(wù)的干擾，并為非許可的創(chuàng)新應(yīng)用增加所需頻譜。

FCC與6GHz頻段法規(guī)

2020年4月，F(xiàn)CC一致投票通過了6GHz頻段無線操作的新規(guī)則，向Wi-Fi接入點(diǎn)（AP）等非許可設(shè)備開放了1200MHz頻譜。這一決定將Wi-Fi的可用帶寬增加了兩倍，為回傳、游戲，以及面向更高數(shù)據(jù)容量、室外網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和密集室外部署等場景帶來更多頻譜。

6GHz頻段的開放意味著室內(nèi)和室外Wi-Fi接入點(diǎn)（AP）都能在家中及露天體育場、停車場、戶外咖啡館等場所享受高數(shù)據(jù)速率的視頻流。

用于室內(nèi)操作的LPI模式AP，在運(yùn)行時(shí)將考慮到建筑物墻壁會(huì)對(duì)設(shè)備信號(hào)造成一定程度的削減，從而確保不會(huì)干擾已獲許可的現(xiàn)有設(shè)備。此外，F(xiàn)CC還定義了一種標(biāo)準(zhǔn)功率AFC控制模式，可為室內(nèi)和室外操作授權(quán)。而對(duì)于非許可室內(nèi)低功率接入點(diǎn)，這一規(guī)定為高至320MHz的信道提供了擴(kuò)展容量與性能的機(jī)會(huì)。

FCC的規(guī)定授權(quán)在6GHz頻段中進(jìn)行兩類非許可操作，如下表所示。第一類設(shè)備將是在UNII-5和UNII-7頻段使用自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)（AFC）的標(biāo)準(zhǔn)功率接入點(diǎn)；這將允許在5GHz和6GHz頻段中使用非許可寬帶。AFC將減輕可能對(duì)現(xiàn)有固定和移動(dòng)許可服務(wù)提供商造成的干擾。標(biāo)準(zhǔn)功率AP在6GHz頻段開始運(yùn)行之前，必須先與AFC系統(tǒng)進(jìn)行交互。我們稍后將在本文詳細(xì)討論這一問題。

客戶端設(shè)備使用的功率水平取決于接入點(diǎn)的類型——即標(biāo)準(zhǔn)功率或LPI AP規(guī)定的功率。其最大功率級(jí)別取決于使用地點(diǎn)。當(dāng)客戶端設(shè)備受標(biāo)準(zhǔn)功率AP控制時(shí)，將距離接入點(diǎn)很近；并且進(jìn)行傳輸時(shí)，只能使用AFC系統(tǒng)確定不會(huì)對(duì)固定微波鏈路造成干擾的頻率。

這兩項(xiàng)規(guī)定都將優(yōu)化非許可Wi-Fi對(duì)6GHz頻譜的接入，同時(shí)保護(hù)現(xiàn)有服務(wù)。

自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)（AFC）流程系統(tǒng)詳解

FCC在全美范圍內(nèi)監(jiān)管無線電、電視、有線和衛(wèi)星的跨州及國際通信，負(fù)責(zé)執(zhí)行和實(shí)施所有通信法律與法規(guī)。固定微波系統(tǒng)已被要求向FCC注冊(cè)——注明其位置和天線高度。這些信息可通過AFC系統(tǒng)獲取。

AFC系統(tǒng)將設(shè)立禁區(qū)，禁止非許可設(shè)備的運(yùn)行。例如，在AP啟動(dòng)傳輸之前，標(biāo)準(zhǔn)功率AP需要從AFC系統(tǒng)獲取允許或禁止傳輸?shù)念l率列表。由此，AFC系統(tǒng)將為固定服務(wù)微波鏈路帶來保護(hù)。（見下圖）

AFC系統(tǒng)將有助于管理并消除AP與固定及移動(dòng)微波基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)間任何可能存在的干擾；還能夠保護(hù)某些射電天文臺(tái)所用的頻率。AFC對(duì)微波鏈路的了解基于上圖所示的通用許可系統(tǒng)（ULS）數(shù)據(jù)庫。其作為UNII-5和UNII-7頻段許可微波鏈路的現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，也是這些波段微波鏈路的官方許可數(shù)據(jù)庫，包含基于站點(diǎn)許可的廣泛技術(shù)數(shù)據(jù)，如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位置、頻率、帶寬、極化、發(fā)射機(jī)EIRP、天線高度，以及所用天線和設(shè)備的品牌與型號(hào)。

AFC每日與ULS數(shù)據(jù)庫同步。根據(jù)FCC的規(guī)定，AP需要每天登入AFC系統(tǒng)，以確認(rèn)不存在固定微波客戶端——從而杜絕任何無線信號(hào)干擾。

與AFC系統(tǒng)連接后，AP設(shè)備將根據(jù)該AP可能產(chǎn)生的干擾模型，確定適合AP使用的Wi-Fi信道。然后，其將計(jì)算出一個(gè)AP能夠?qū)ΜF(xiàn)有固定微波系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的禁區(qū)；進(jìn)行這一計(jì)算需要AP的位置和天線高度。

FCC規(guī)定對(duì)工程師的影響

要充分利用6GHz頻譜，工程師必須采納一些最佳實(shí)踐案例，以確保在滿足FCC要求的同時(shí)獲得愉快的用戶體驗(yàn)。

首先，供室內(nèi)使用的設(shè)備最好能在標(biāo)準(zhǔn)和低功耗模式下運(yùn)行。理想情況下，當(dāng)出現(xiàn)干擾問題時(shí)，設(shè)備會(huì)默認(rèn)為LPI模式。

對(duì)于室外設(shè)備，工程師必須意識(shí)到他們的AP產(chǎn)品將受到FCC規(guī)則的約束——即需要具備AFC系統(tǒng)功能并符合合規(guī)性。因此，設(shè)計(jì)面向室外AP產(chǎn)品的開發(fā)工程師必須考慮到AFC的系統(tǒng)要求、散熱考量，和環(huán)境條件，同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)功率規(guī)定。

例如，高功率的標(biāo)準(zhǔn)功率AP設(shè)備會(huì)比在低傳輸水平LPI模式運(yùn)行的設(shè)備產(chǎn)生更多熱量。因此，在設(shè)計(jì)支持標(biāo)準(zhǔn)功率AFC的設(shè)備時(shí)，需要更具功率效率的AP組件。

為此，工程師們的明智之舉，是采用基于更高效半導(dǎo)體工藝的標(biāo)準(zhǔn)功率AP單元中使用的組件，以及可在提高功率的同時(shí)控制熱量，并能生成更高效RF信號(hào)的高性能濾波器。這將有助于提高AP的性能，進(jìn)而減少熱量的產(chǎn)生。

展望新機(jī)遇

的確，提升至6GHz頻率范圍帶來更大的數(shù)據(jù)流容量和更佳的用戶體驗(yàn)，但這一帶寬空間已被他人使用。FCC意識(shí)到了這一點(diǎn)，并與用戶、系統(tǒng)開發(fā)商和標(biāo)準(zhǔn)組織協(xié)作，以確保所有無線用戶協(xié)調(diào)一致。他們的解決方案是利用AFC系統(tǒng)來確保該空間內(nèi)的許可服務(wù)提供商保持其服務(wù)水平，同時(shí)讓其它非許可提供商也能獲得頻譜容量。

雖然AFC目前嚴(yán)格適用于FCC的監(jiān)管區(qū)域——也就是美國，但也可能擴(kuò)展至其它地區(qū)；尤其是那些具有相似頻率許可范圍的地區(qū)。其中一個(gè)限制因素是各國必須維護(hù)成熟的許可技術(shù)清單及其相應(yīng)的功率水平與位置——當(dāng)前在美國之外的地區(qū)仍然是一個(gè)限制因素。

目前，專注于利用6GHz頻譜優(yōu)勢的工程師，可在器件設(shè)計(jì)中借助FCC建立的AFC系統(tǒng)為美國消費(fèi)者打造全新體驗(yàn)。因此，通過采用AFC，工程師能夠在受監(jiān)管區(qū)域的UNII-5和UNII-7 6GHz頻段擴(kuò)展其Wi-Fi產(chǎn)品范圍，最終避免對(duì)該頻段的現(xiàn)有用戶造成干擾。這一系統(tǒng)將助力許可和非許可服務(wù)領(lǐng)域的無線工程師緊密合作，共同開發(fā)未來的新應(yīng)用。

（本文轉(zhuǎn)載自：Qorvo半導(dǎo)體，作者：David Schnaufer，技術(shù)營銷傳播經(jīng)理；Jeremy Foland，無線連接高級(jí)產(chǎn)品營銷經(jīng)理）