美國開放6 GHz 頻段免執(zhí)照業(yè)務(wù)

任 紅，王 坦，許 穎

（國家無線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

1 美國6 GHz 免執(zhí)照業(yè)務(wù)規(guī)則制定背景

允許在6 GHz（5.925–7.125 GHz）頻段使用免執(zhí)照設(shè)備是美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）近期提出的快速5G（5G FAST）頻譜規(guī)劃的一部分，美國無線服務(wù)提供商必須擁有更多的中頻帶頻譜才能滿足消費(fèi)者的需求。2020年4月1日，F(xiàn)CC 發(fā)布了允許免執(zhí)照設(shè)備使用6 GHz 頻段的規(guī)則草案[1]，本草案在4月23日公開會(huì)議上進(jìn)行投票表決，并獲得通過，持續(xù)2年半多的方案討論終于初步落地。

FCC 主席鮑介紹，從Wi-Fi 路由器到家用電器，美國人每天使用通過非授權(quán)頻譜連接到Internet 的設(shè)備呈爆發(fā)性增加，這個(gè)趨勢(shì)還將持續(xù)。思科公司預(yù)測(cè)，到2022 年，全球近60%的移動(dòng)數(shù)據(jù)量將被分流到Wi-Fi。為了滿足Wi-Fi 增長的需求，F(xiàn)CC 通過迄今為止最大膽的提議，增加Wi-Fi 頻譜的供應(yīng)量，使整個(gè)6 GHz 頻段可用于免執(zhí)照設(shè)備。通過這樣做，在該頻段范圍附近可用于Wi-Fi 的頻譜數(shù)量幾乎增加了五倍，為全國的消費(fèi)者和創(chuàng)新者帶來巨大利益，這將是提高美國網(wǎng)絡(luò)容量的又一步，它將有助于進(jìn)一步提升美國在包括5G 在內(nèi)的下一代無線技術(shù)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。

FCC 認(rèn)為，本段頻譜規(guī)劃將為美國的消費(fèi)者和創(chuàng)新者帶來很大利益，擴(kuò)大免執(zhí)照設(shè)備頻譜的使用范圍，提高網(wǎng)絡(luò)容量，加快技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新，為所有特別是農(nóng)村和服務(wù)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的美國人提供更多無處不在的寬帶連接，成為大多數(shù)人日常生活的一部分，它可連接電器、機(jī)器、儀表、可穿戴設(shè)備和其他消費(fèi)電子產(chǎn)品，以及制造業(yè)工業(yè)傳感器客戶端設(shè)備等，從而與新的5G 許可配合。

早在2017年8月3日，F(xiàn)CC 就發(fā)布了中頻帶問詢通知（Notice of Inquiry）[2]，開始評(píng)估3.7–24 GHz 頻段是否可用于無線寬帶業(yè)務(wù)，這其中就包括6 GHz 頻段。隨后收到了許多支持的意見，也有許多用戶希望能保護(hù)現(xiàn)有業(yè)務(wù)，隨后各方均進(jìn)行了各種論證。

2018 年10 月24 日，F(xiàn)CC 發(fā) 布 了6 GHz 頻 段 規(guī) 則 制定通知（Notice of Proposed Rulemaking，簡稱NPRM）[3]，計(jì)劃將整個(gè)6 GHz 從5.925 GHz 到7.125 GHz 共1200 MHz 頻譜全部用于免執(zhí)照業(yè)務(wù)，提供高速率大帶寬服務(wù)，便于智能手機(jī)、Wi-Fi 路由器和IoT 設(shè)備在整個(gè)U-NII 頻段（5150–7125 MHz）共8 個(gè)子頻段上使用。免執(zhí)照劃分的支持者表示希望利用基于數(shù)據(jù)庫的共享概念以及基于設(shè)備的自動(dòng)頻率協(xié)調(diào)（AFC），與已有執(zhí)照的設(shè)備共享6 GHz 頻段頻譜。AFC 將根據(jù)FCC 執(zhí)照系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，自動(dòng)選出可用頻率，避開對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)的干擾。由于前期已有在其他頻段采用AFC 的經(jīng)驗(yàn)，在6 GHz 頻段實(shí)現(xiàn)起來會(huì)比較容易。

2 FCC 在6GHz 頻段劃分和現(xiàn)有主要業(yè)務(wù)情況

頻段5150–5925 MHz 分為U-NII-1 到U-NII-4 頻段，頻段5925–7125 MHz 分為U-NII-5到U-NII-8頻段（詳見圖1）。目前，在U-NII-5～8頻段現(xiàn)有主要業(yè)務(wù)包括衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、固定業(yè)務(wù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波、本地電視發(fā)射、廣播輔助、有線電視中繼等，分別介紹如下：

（1）固定業(yè)務(wù)（FS）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波：包括為公用事業(yè)、商業(yè)和私人以及公共安全機(jī)構(gòu)提供的各種關(guān)鍵服務(wù)，基站和有線網(wǎng)絡(luò)回傳，以及用于警察和消防車調(diào)度的回程、火車運(yùn)行協(xié)調(diào)、天然氣和石油管道控制、電網(wǎng)及長話服務(wù)管理等服務(wù)。在U-NII-5（5925–6425 MHz）和U-NII-7（6525–6875 MHz）共850 MHz 頻段上，存在大量固定業(yè)務(wù)的微波鏈路。

（2）廣播輔助和有線電視中繼：主要用于實(shí)時(shí)新聞或遠(yuǎn)處新聞采集回傳演播室。U-NII-6和U-NII-8子頻段多為有線電視及廣播輔助服務(wù)接收站，U-NII-6頻段是基于移動(dòng)業(yè)務(wù)（MS）的，U-NII-8頻段是基于移動(dòng)和固定業(yè)務(wù)的，主要用于單向電視傳輸，還有一些低功率設(shè)備如無線麥克等。

（3）衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（FSS）：除了U-NII-8內(nèi)的7075–7125 MHz 子頻段，U-NII-5～8四個(gè)子頻段上均有衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（上行），特別是U-NII-5是常規(guī)C 上行頻段，主要用于電視和廣播的內(nèi)容分發(fā)、便攜式實(shí)況轉(zhuǎn)播、有線電視、話音和數(shù)據(jù)回傳等。7075–7125 MHz 子頻段用于衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播的饋線鏈路。頻段U-NII-7和U-NII-8還有部分衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（下行）作為6700–7075 MHz 頻段衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)的饋線鏈路。

（4）其他業(yè)務(wù)：除了執(zhí)照中的業(yè)務(wù)，頻率劃分表腳注還規(guī)定必須采取各種手段保護(hù)6650–6675.2 MHz 頻段的射電天文業(yè)務(wù)。

此外，在6 GHz 頻段上還有低功率免執(zhí)照超寬帶（UWB）和寬帶系統(tǒng)，它們都在非干擾的條件上使用且不能干擾執(zhí)照系統(tǒng)。

U-NII-5～8頻段現(xiàn)有業(yè)務(wù)見表1：

表1 U-NII-5～8頻段現(xiàn)有業(yè)務(wù)

經(jīng)FCC 數(shù) 據(jù) 庫 查 詢 在5925–7125 MHz 頻 段 共 有47695個(gè)臺(tái)站（呼號(hào)），圖1為在U-NII5～U-NII-8四個(gè)頻段上各地面業(yè)務(wù)（除衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)）在數(shù)據(jù)庫中每兆赫茲上的密度分布情況。

圖1 U-NII-5～8頻段相關(guān)業(yè)務(wù)密度分布（/MHz）[3]

3 6GHz 各頻段免執(zhí)照規(guī)則

FCC 在2018年10月的NPRM 中提出將6 GHz 頻段分成從U-NII-5到U-NII8四段兩級(jí)的管理方式：一是免執(zhí)照設(shè)備在室外使用大功率，并運(yùn)用AFC；二是在室內(nèi)使用小功率，不需要AFC。

（1）在室外的免執(zhí)照設(shè)備。在U-NII-5和U-NII-7共850 MHz 頻段上，由于有大量固定業(yè)務(wù)的微波鏈路，許多是重要級(jí)別的，用戶希望已有執(zhí)照業(yè)務(wù)得到充分保護(hù)，需要與免執(zhí)照臺(tái)站共存。因此，免執(zhí)照設(shè)備在這兩段頻段只允許接入標(biāo)準(zhǔn)功率AP，最大EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，等效全向輻射功率）為36 dBm（見圖2），與U-NII-1 和U-NII-3 頻段的功率限值一致，并采用AFC 自動(dòng)確定可用頻率，禁止在固定業(yè)務(wù)鏈路協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)使用相同頻率，相當(dāng)于新建一個(gè)微波鏈路，需要協(xié)調(diào)保護(hù)現(xiàn)有鏈路。免執(zhí)照設(shè)備對(duì)衛(wèi)星干擾可以忽略不計(jì)，因此不需要AFC。AFC 必須連接執(zhí)照系統(tǒng)，必須確定可用頻率、操作需求、微波保護(hù)準(zhǔn)則、傳播模型等。這種應(yīng)用適用于有線公司在室外部署高功率Wi-Fi 用于在熱點(diǎn)地區(qū)擴(kuò)容，同樣也適合在購物中心、體育館、農(nóng)村等場(chǎng)景進(jìn)行寬帶部署。

（2）在室內(nèi)的免執(zhí)照設(shè)備。在U-NII-6和U-NII-8共350 MHz 頻段上，由于現(xiàn)有臺(tái)站多為移動(dòng)臺(tái)，位置不易確定或不必確定，數(shù)據(jù)庫中也不易查到，無法采用AFC方法，因此，免執(zhí)照設(shè)備在室內(nèi)以低功率接入，最大EIRP 為30 dBm（見表1），與U-NII-2a 頻段的更加嚴(yán)格的限值一致。這兩個(gè)頻段適合在家庭、商務(wù)活動(dòng)等小范圍使用室內(nèi)的智能手機(jī)、筆記本電腦、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。

FCC 在NPRM 中還希望征求以下意見：一是可否將室內(nèi)低功率接入免執(zhí)照業(yè)務(wù)擴(kuò)展到整個(gè)6 GHz 頻譜上；二是可否將需要AFC 的室外標(biāo)準(zhǔn)功率接入免執(zhí)照業(yè)務(wù)也擴(kuò)充到整個(gè)6 GHz 頻譜上。在隨后許多的實(shí)施細(xì)則征求意見的一年半時(shí)間里，F(xiàn)CC 收到大量回復(fù)意見，許多公司支持在整個(gè)6G 頻段在室內(nèi)使用不需要AFC 的低功率點(diǎn)接入免執(zhí)照設(shè)備，最大化利用頻譜；同時(shí)許多公司對(duì)免執(zhí)照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)功率點(diǎn)如何避免對(duì)原有業(yè)務(wù)干擾的問題尤為擔(dān)心，并提供了許多技術(shù)研究報(bào)告。

2020 年4 月1 日，6 GHz 頻段免執(zhí)照設(shè)備使用的規(guī)則草案吸取了各方建議終于出爐，它包括報(bào)告和規(guī)定（REPORT AND ORDER）及進(jìn)一步規(guī)則制定建議通知（NPRM）。

報(bào)告和規(guī)定將授權(quán)兩種不同類型的免執(zhí)照操作，即在U-NII-5和U-NII-7頻段共850 MHz 頻譜上用于標(biāo)準(zhǔn)功率點(diǎn)接入（市內(nèi)或室外），AFC 可以防止其在運(yùn)行時(shí)可能對(duì)現(xiàn)有微波鏈路造成的干擾。為保證不對(duì)有執(zhí)照的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)上行產(chǎn)生干擾，需限制室外免執(zhí)照設(shè)備天線仰角確保不指向同步衛(wèi)星。同時(shí)，將原來僅U-NII-6和U-NII-8頻段上室內(nèi)低功率點(diǎn)接入擴(kuò)展到5925–7125 MHz的整個(gè)6 GHz 頻段共1200 MHz 頻譜上。此外，用戶設(shè)備使用必須受室內(nèi)低功率接入點(diǎn)、室內(nèi)或室外標(biāo)準(zhǔn)接入點(diǎn)控制，各頻段功率限值見表2。FCC 在報(bào)告中也給出了許多技術(shù)保障措施和相應(yīng)的規(guī)則程序，以確保免執(zhí)照設(shè)備不對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)產(chǎn)生干擾。

表2 擴(kuò)展免執(zhí)照在6 GHz的使用[1]

在2020 年4 月23 日的公開會(huì)議中通過了6 GHz 頻段用于免執(zhí)照業(yè)務(wù)的規(guī)則，并有望在此頻段使用下一代Wi-Fi 技術(shù)——Wi-Fi 6，這將有助于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可使速率提高2.5倍。3GPP 的R16版本也將包括免執(zhí)照的5G NR 指標(biāo)，即5G NR-U。

在進(jìn)一步的NPRM 中，F(xiàn)CC 希望聽取大家意見，是否允許功率很小無AFC 的免執(zhí)照設(shè)備可以不僅局限在室內(nèi)使用，是否可以將室內(nèi)免執(zhí)照設(shè)備功率提高，如EIRP從30 dBm 提高到33 dBm，年底前有望得到明確結(jié)論。

4 結(jié)束語

WRC-19大會(huì)已將研究6425–7125 MHz 頻段用于未來移動(dòng)通信列為WRC-23大會(huì)的一項(xiàng)議題。美國此時(shí)將6 GHz 頻段用于免執(zhí)照業(yè)務(wù)對(duì)該頻段發(fā)展走向?qū)a(chǎn)生影響，是一次非常大膽的嘗試。增加Wi-Fi 頻譜是美國寬帶無線頻譜規(guī)劃的重要一步，將有助于美國特別是農(nóng)村地區(qū)加快寬帶服務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)部署。此次新冠肺炎疫情的爆發(fā)也成為重要助推劑，人們對(duì)Wi-Fi 用于遠(yuǎn)程教育、辦公和醫(yī)療上的迫切需求更加清晰，其必要性得到了充分認(rèn)可，將有助于美國經(jīng)濟(jì)恢復(fù)，并可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。