Wi-Fi借力AFC實現6GHz頻譜共存

Wi-Fi 6E/7三頻技術將提供額外的1,200MHz頻寬，為實現十億位元速度的閘道打開大門(圖1)。然而，額外的頻寬還需要一些額外的共存技術才能在特定環境中運行。在6GHz頻段，授權(Licensed)營運的固網、電信營運商，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頻寬內，因此需要採取一些更高級別的頻譜共存措施。

本文將探討這種情況將造成的影響，以及美國聯邦通訊委員會(FCC)如何通過決議，確保Wi-Fi與其他授權及非授權無線電能夠在美國公平且一致地共存。

FCC與6GHz頻段法規

如圖2所示，當前在6GHz頻段中的幾種營運商包括固定無線、固定衛星和行動營運商。為了在該頻段營運，這些現有使用者已支付授權費用。因此，FCC必須採取措施，保護他們的投資。Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7涵蓋整個U-NII-5至U-NII-8頻譜；因此，在現有無線電訊號所在區域，需要滿足一些要求來確保共存；這便是自動頻率協調(AFC)能夠發揮作用的領域。

為保護6GHz頻段內的現有網路營運商，超過低功率室內(LPI)所規定功率位準的非授權裝置和任何室外裝置，都只能在AFC系統的控制下存取頻譜。如此有助於減少對現有服務的干擾，並為非授權的創新應用增加所需頻譜。

2020年4月，FCC一致投票通過6GHz頻段無線操作的新規定，向Wi-Fi存取點(AP)等非授權裝置開放1,200MHz頻譜。此決定將Wi-Fi的可用頻寬增加兩倍，為回程(Backhaul)、遊戲，以及向更高資料容量、室外網狀網路和密集室外部署等情況，帶來更多頻譜。

開放6GHz頻段表示室內和室外的Wi-Fi AP皆能實現高資料速率的影音串流體驗，無論是在家中或露天體育場、停車場、戶外咖啡館等場所。用於室內操作的LPI模式AP，考慮到運行時建築物牆壁會對裝置訊號造成一定程度的削減，以此確保不會干擾已獲得授權的現有裝置。此外，FCC還定義了一種標準功率AFC控制模式，可為室內和室外操作進行批准(Authorized)。對於非授權室內低功率AP，此規定替高至320MHz頻道提供擴展容量與效能的機會。

FCC的規定批准在6GHz頻段中進行兩類非授權操作，如圖3所示。第一類裝置是在U-NII-5和U-NII-7頻段使用AFC的標準功率AP；這將允許在5GHz和6GHz頻段中使用非授權寬頻。AFC將減輕可能對現有固定和行動授權服務供應商造成的干擾。標準功率AP在6GHz頻段開始運行之前，必須先與AFC系統接合。稍後將在文中詳細討論這一問題。

用戶端裝置使用的功率位準取決於AP類型，即標準功率或LPI AP規定的功率(圖4)。其最大功率位準取決於使用地點。當用戶端裝置受到標準功率AP控制時，與AP的距離很近，傳輸時只能使用經過AFC系統確認不會對固定微波鏈路造成干擾的頻率。

這兩項規定將優化非授權Wi-Fi對6GHz頻譜的存取，同時保護現有服務。

自動頻率協調(AFC)系統詳解

FCC在全美範圍內監管無線電、電視、有線和衛星的跨州及國際通訊，負責執行和實施所有通訊法律與法規。FCC已要求固定微波系統註冊，闡明其位置和天線高度。這些資訊可透過AFC系統獲取。

AFC系統將設立禁區，禁止非授權裝置運行。例如，在AP啟動傳輸之前，標準功率AP需要從AFC系統獲取允許或禁止傳輸的頻率清單。如此一來，AFC系統將可保護固定服務微波鏈路(圖5)。

AFC系統將有助於管理和消除AP與固定及行動微波基礎設施系統間任何可能存在的干擾，還能夠保護部分電波天文台所用的頻率。AFC基於圖5所示的通用授權系統(ULS)資料庫取得微波鏈路的資訊，ULS作為U-NII-5和U-NII-7頻段授權微波鏈路的現有資料庫，也是這些波段微波鏈路的官方授權資料庫，包含基於站點授權的廣泛技術資料，如發射器和接收器的位置、頻率、頻寬、極化、發射器等效全向輻射功率(EIRP)、天線高度，以及所用天線和裝置的品牌與型號。

AFC每日與ULS資料庫進行同步。根據FCC規定，AP需要每天登入AFC系統，以確認不存在固定微波用戶端，進而杜絕所有無線訊號干擾。與AFC系統連接後，AP裝置將根據該AP可能產生的干擾模型，判定適合AP使用的Wi-Fi頻道。接著，計算出一個AP能夠對現有固定微波系統產生干擾的禁區，進行此運算需要AP的位置和天線高度資料。

FCC規定對工程師的影響

要充分利用6GHz頻譜，工程師必須採納最佳實踐案例，才能確保在滿足FCC要求的同時，提供愉快的使用者體驗。

首先，室內用的裝置最好能在標準和低功耗模式下運行。理想情況下，出現干擾問題時，裝置將預設為(Default to)LPI模式。

對於室外裝置，工程師需要理解其AP產品將受到FCC規則的約束，即需要具備AFC系統功能並符合合規性。因此，設計室外AP產品的開發工程師須考慮AFC的系統需求、散熱考量和環境條件，同時滿足標準功率規定。例如，高功率的標準功率AP裝置會比在低傳輸位準LPI模式運行的裝置產生更多熱，在設計支援標準功率AFC的裝置時，需要更具功率效率的AP元件。

採用基於更高效半導體製程的標準功率AP單元中使用的元件，有助工程師進行產品設計。例如，採用可在提高功率的同時控制熱並產生更高效RF訊號的高效能濾波器，將有助於提高AP的效能，進而減少所產生的熱。

AFC助授權/非授權業者共享6GHz資源

的確，Wi-Fi將頻率範圍擴展至6GHz能帶來更大的資料流容量和更佳的使用者體驗，但該頻寬空間已有他人使用。FCC注意到這點，並與使用者、系統開發商和標準組織協作，確保所有無線使用者能夠和平共處。為了實現這點而提出的解決方案為利用AFC系統，確保該空間內的授權服務供應商保持其服務品質，同時讓其他非授權供應商也能獲得頻譜容量。

雖然AFC目前僅限定適用於FCC監管區域(即美國)，但也可能擴展至其他地區，尤其是頻率授權範圍與美國相似的地區。其中一項限制因素是各國必須維護成熟的授權技術清單，以及其相應的功率位準與位置。

目前，著重於利用6GHz頻譜優勢的工程師，可在設備設計中採用FCC建立的AFC系統，為美國消費者打造全新體驗。工程師可採用AFC，以在監管區域的U-NII 5和U-NII7 6GHz頻段擴展其Wi-Fi產品頻率範圍，避免對該頻段的現有使用者造成干擾。此系統將有助於授權和非授權服務領域的無線工程師緊密合作，攜手開發未來新應用。

(本文作者David Schnaufer為Qorvo技術行銷傳播經理；Jeremy Foland為Qorvo無線連接高級產品行銷經理)