探索面向Wi-Fi 6GHz領域的自動頻率協(xié)調（AFC）技術

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

在下文中，我們將探討這種情況會造成的影響，以及美國聯(lián)邦通信委員會（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)有許可運營商
正如下圖所示，當前在6GHz頻段中的幾個“玩家”包括固定無線、固定衛(wèi)星和移動運營商。為在該頻段運營，這些現(xiàn)有用戶已支付許可費用。因此FCC必須采取措施來保護他們的投資。Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7涵蓋整個UNII-5至UNII-8頻譜；因此，在現(xiàn)有無線電信號所在區(qū)域，需要滿足一些要求來確保共存；這便是自動頻率協(xié)調（AFC）發(fā)揮作用的領域。

為保護6GHz頻段內的現(xiàn)有網絡運營商，超過低功率室內（LPI）所規(guī)定功率水平的非許可設備和任何室外設備只能在AFC系統(tǒng)的控制下訪問頻譜。這將有助于減少對現(xiàn)有服務的干擾，并為非許可的創(chuàng)新應用增加所需頻譜。

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（AP）等非許可設備開放了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)據容量、室外網狀網絡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和室外Wi-Fi接入點（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)據速率的視頻流。

用于室內操作的LPI模式AP，在運行時將考慮到建筑物墻壁會對設備信號造成一定程度的削減，從而確保不會干擾已獲許可的現(xiàn)有設備。此外，F(xiàn)CC還定義了一種標準功率AFC控制模式，可為室內和室外操作授權。而對于非許可室內低功率接入點，這一規(guī)定為高至320MHz的信道提供了擴展容量與性能的機會。

FCC的規(guī)定授權在6GHz頻段中進行兩類非許可操作，如下表所示。第一類設備將是在UNII-5和UNII-7頻段使用自動頻率協(xié)調（AFC）的標準功率接入點；這將允許在5GHz和6GHz頻段中使用非許可寬帶。AFC將減輕可能對現(xiàn)有固定和移動許可服務提供商造成的干擾。標準功率AP在6GHz頻段開始運行之前，必須先與AFC系統(tǒng)進行交互。我們稍后將在本文詳細討論這一問題。

客戶端設備使用的功率水平取決于接入點的類型——即標準功率或LPI AP規(guī)定的功率。其最大功率級別取決于使用地點。當客戶端設備受標準功率AP控制時，將距離接入點很近；并且進行傳輸時，只能使用AFC系統(tǒng)確定不會對固定微波鏈路造成干擾的頻率。

這兩項規(guī)定都將優(yōu)化非許可Wi-Fi對6GHz頻譜的接入，同時保護現(xiàn)有服務。

自動頻率協(xié)調（AFC）流程系統(tǒng)詳解

FCC在全美范圍內監(jiān)管無線電、電視、有線和衛(wèi)星的跨州及國際通信，負責執(zhí)行和實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——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)將設立禁區(qū)，禁止非許可設備的運行。例如，在AP啟動傳輸之前，標準功率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)將為固定服務微波鏈路帶來保護。（見下圖）

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

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

與AFC系統(tǒng)連接后，AP設備將根據該AP可能產生的干擾模型，確定適合AP使用的Wi-Fi信道。然后，其將計算出一個AP能夠對現(xiàn)有固定微波系統(tǒng)產生干擾的禁區(qū)；進行這一計算需要AP的位置和天線高度。

FCC規(guī)定對工程師的影響

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

首先，供室內使用的設備最好能在標準和低功耗模式下運行。理想情況下，當出現(xiàn)干擾問題時，設備會默認為LPI模式。

對于室外設備，工程師必須意識到他們的AP產品將受到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，設計面向室外AP產品的開發(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，同時滿足標準功率規(guī)定。

例如，高功率的標準功率AP設備會比在低傳輸水平LPI模式運行的設備產生更多熱量。因此，在設計支持標準功率AFC的設備時，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體工藝的標準功率AP單元中使用的組件，以及可在提高功率的同時控制熱量，并能生成更高效RF信號的高性能濾波器。這將有助于提高AP的性能，進而減少熱量的產生。

展望新機遇

的確，提升至6GHz頻率范圍帶來更大的數(shù)據流容量和更佳的用戶體驗，但這一帶寬空間已被他人使用。FCC意識到了這一點，并與用戶、系統(tǒng)開發(fā)商和標準組織協(xié)作，以確保所有無線用戶協(xié)調一致。他們的解決方案是利用AFC系統(tǒng)來確保該空間內的許可服務提供商保持其服務水平，同時讓其它非許可提供商也能獲得頻譜容量。

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

目前，專注于利用6GHz頻譜優(yōu)勢的工程師，可在器件設計中借助FCC建立的AFC系統(tǒng)為美國消費者打造全新體驗。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頻段擴展其Wi-Fi產品范圍，最終避免對該頻段的現(xiàn)有用戶造成干擾。這一系統(tǒng)將助力許可和非許可服務領域的無線工程師緊密合作，共同開發(fā)未來的新應用。

（本文轉載自：Qorvo半導體，作者：David Schnaufer，技術營銷傳播經理；Jeremy Foland，無線連接高級產品營銷經理）