推出IEEE 802.11ax 6 GHz頻段（Wi-Fi 6E）的優(yōu)勢與問題

A Beginner’s Guide to WLAN Product Development

The Challenges of WLAN Usage in 2.4/5 GHz Bands

Regulatory Testing

The Advantage and Challenges of using  6-GHz Band

Poster: WLAN Physical Layer Measurements

6 GHz頻段的推出

2020年標(biāo)志著無線局域網(wǎng)（WLAN）歷史上的一場革命。4月23日，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）決定允許非授權(quán)使用6 GHz頻段（5925 ~7125 MHz），預(yù)計其他地區(qū)和國家也將很快效仿。預(yù)計基于1200 MHz超寬頻段的高速和大容量數(shù)據(jù)通信將被新開發(fā)的應(yīng)用與服務(wù)所采用；WLAN是第一個支持6 GHz頻段的非授權(quán)無線通信技術(shù)。

WLAN的頻率資源

WLAN使用的頻率因地區(qū)和國家而異。以美國為例，目前使用的兩個2.4和5 GHz頻段提供了總計572 MHz的頻率資源。6 GHz頻段的增加使可用資源比以前增加了三倍。

• 2.4 GHz 頻段: 總計72 MHz
     

• 5 GHz 頻段: 總計 500 MHz (不包括DFS頻率時為180 MHz)
     

• 6 GHz 頻段: 總計 1200 MHz
     

WLAN Products Design and Development Guidelines

Regulatory Testing

WLAN技術(shù)的發(fā)展與歷史

WLAN是一種無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，通常用在局域以太網(wǎng)。它最初被筆記本電腦等電池驅(qū)動設(shè)備采用，但隨著智能手機的出現(xiàn)和使用量的增長而迅速普及。

當(dāng)?shù)谝粋€規(guī)范WLAN技術(shù)的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)在1997年發(fā)布時，它只支持2.4 GHz頻段，最大傳輸速度為2 Mbps。5 GHz頻段的使用始于1999年發(fā)布的IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)（適用于2.4 GHz頻段，最大傳輸速度為11 Mbps）以及802.11a標(biāo)準(zhǔn)（適用于5 GHz頻段，最大傳輸速度為54 Mbps）。

雖然隨后在5 GHz頻段出現(xiàn)了一些擴展，但可用頻率沒有明顯變化。然而，這20年來首次增加的新頻段分配引起了極大的關(guān)注。

2.4/5 GHz頻段的WLAN使用問題

在WLAN首次出現(xiàn)時，支持的設(shè)備數(shù)量很少，而且由于數(shù)據(jù)流量也很小，因此沒有出現(xiàn)頻率限制方面的重大問題。然而，隨著智能手機使用量的爆炸式增長和演變以及新的視頻流分發(fā)服務(wù)的增長，對WLAN通信的需求也發(fā)生了重大變化。

為了滿足這一不斷增長的需求，WLAN技術(shù)逐漸發(fā)展到更寬的信道帶寬、高階調(diào)制和空間復(fù)用。然而，由于快速增長的WLAN通信的可用頻率寬度在過去20年幾乎沒有變化，WLAN分配的頻率變得擁擠，使得到目前為止很難實現(xiàn)穩(wěn)定的高速數(shù)據(jù)通信。

此外，由于COVID-19大流行引起的遠(yuǎn)程工作和在線學(xué)習(xí)等工作方式的改變，新的通信需求也加劇了這些困難。下面解釋2.4/5 GHz頻段的一些問題。

固定頻率范圍不能滿足要求

最大帶寬總計 580 MHz *

• 2.4 GHz 頻段: 80 MHz

• 5 GHz 頻段: 500 MHz*

*根據(jù)雷達(dá)使用條件，5 GHz頻段只能使用到大約180 MHz的寬度。

與其他系統(tǒng)共享頻率

由于2.4 GHz頻段允許其他無線設(shè)備（例如微波爐、藍(lán)牙、ZigBee）非授權(quán)使用，特別是低功率設(shè)備，因此短距離范圍內(nèi)的同時使用可能會導(dǎo)致通信干擾問題。最近，由于WLAN設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備（真無線立體聲和智能音箱）的快速增長，出現(xiàn)了嚴(yán)重的擁塞。

5 GHz頻段讓天氣和航運雷達(dá)優(yōu)先使用500MHz帶寬中的320 MHz，而WLAN僅在不影響這些其他服務(wù)的條件下獲得使用許可。當(dāng)檢測到雷達(dá)波時，沒有自動切換WLAN頻率的動態(tài)頻率選擇（DFS）功能的設(shè)備只能使用最多180 MHz連續(xù)帶寬的頻率用于通信。有些設(shè)備僅支持不需要DFS的頻率。

160 MHz信道帶寬利用率低

為了使用5 GHz寬頻帶實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，IEEE 802.11ac/ax規(guī)定了160 MHz信道帶寬的使用。但在排除具有雷達(dá)優(yōu)先權(quán)的頻率范圍時，即使一個信道也無法確保。即使在通常沒有雷達(dá)波的位置，因為只有兩個通道可以確保使用160 MHz，因此連接的客戶端設(shè)備也更少。由于可能存在無法通信的客戶端，因此，通常通過將信道帶寬限制在40 MHz以內(nèi)并增加信道數(shù)來支持操作。在預(yù)期這個問題的前提下，有許多設(shè)備不支持超過80 MHz的信道帶寬。

由于與舊標(biāo)準(zhǔn)的互操作性，網(wǎng)絡(luò)容量低

當(dāng)小區(qū)中存在支持舊標(biāo)準(zhǔn)的客戶端設(shè)備時，除非有一些限制，否則接入點（AP）將按照舊標(biāo)準(zhǔn)工作以保持連接。此時，支持最新標(biāo)準(zhǔn)的客戶端設(shè)備將經(jīng)歷通信容量的下降，因為它們只能在該小區(qū)內(nèi)使用舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。

空間復(fù)用技術(shù)的實現(xiàn)

為了提高傳輸速度，WLAN標(biāo)準(zhǔn)最多支持8個流。容納多個內(nèi)置天線要求天線之間的間隔不超過恒定距離；功耗也隨著流的數(shù)量而增加。

由于智能手機等移動設(shè)備的尺寸大小，內(nèi)置天線的數(shù)量和電池容量有限，因此有很多設(shè)備只支持一個流，通常只支持兩個流。

WLAN 6 GHz 頻段的優(yōu)勢

6 GHz頻段作為未授權(quán)頻段開放，解決了2.4/5GHz頻段的許多問題。

• 高達(dá)1.2 GHz的寬帶解決了擁塞問題

• 使用160 MHz信道的操作最終可行

• 支持僅為支持IEEE 802.11ax的設(shè)備配置的高速、高效網(wǎng)絡(luò)

• 支持受最新WPA3技術(shù)保護(hù)的安全網(wǎng)絡(luò)

采用 6 GHz 頻段的問題

如上所述，6 GHz頻帶具有許多顯著的優(yōu)點。然而，到目前為止，這個頻段還不能作為WLAN資源免費使用，因為之前已被授權(quán)系統(tǒng)優(yōu)先使用。下面列出了使用6 GHz頻段的一些問題。

保護(hù)現(xiàn)有系統(tǒng)的規(guī)則

為了確保高可靠性通信而不會給其他服務(wù)帶來問題，6 GHz頻段設(shè)備需要內(nèi)置自動頻率協(xié)調(diào)（AFC）功能來限制發(fā)射功率和抑制干擾。由于允許的頻率、發(fā)射功率和功率密度根據(jù)設(shè)備角色（AP/基站）和位置（室內(nèi)/室外）而不同，因此開發(fā)6 GHz頻段的WLAN產(chǎn)品需要根據(jù)產(chǎn)品分類對產(chǎn)品是否符合規(guī)則進(jìn)行充分評估。

主要許可服務(wù)

非授權(quán)使用

*自動頻率協(xié)調(diào)

當(dāng)操作室外WLAN AP時，關(guān)于不干擾該位置的許可系統(tǒng)的頻率的信息從AFC系統(tǒng)捕獲。

射頻組件不成熟

此前無線通信一直使用6 GHz頻段，但只有特定業(yè)務(wù)獲得許可，無線產(chǎn)品數(shù)量有限。大多數(shù)設(shè)備在移動時不通信，但由于用于兩個固定點之間的通信，因此無線設(shè)備很大，并且使用穩(wěn)定的電源。另外，配對中的一個通信設(shè)備使用部分頻率而不是整個1200 MHz頻帶。

由于智能手機在尺寸、質(zhì)量、電源等方面都有很大的不同，因此有限的6 GHz區(qū)域所使用的部件無法轉(zhuǎn)移。除了需要減小尺寸、減輕重量和節(jié)能，許可系統(tǒng)必須在整個1200 MHz范圍內(nèi)實現(xiàn)同等的通信性能。從來沒有人經(jīng)歷過。此外，這種性能必須以相同的可接受價格提供給許多消費者。

解決這個問題的挑戰(zhàn)剛剛開始，許多開發(fā)人員可能面臨一個未知的問題。

安立公司應(yīng)對6 GHz頻段WLAN產(chǎn)品研發(fā)制造的新方案

到目前為止，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）釋放的6 GHz頻段已經(jīng)開始使用，隨著WLAN通信的不斷增加，更多的問題可能會得到解決。然而，6 GHz頻段WLAN產(chǎn)品的開發(fā)需要考慮挑戰(zhàn)以下問題。

6 GHz頻段WLAN產(chǎn)品開發(fā)的新策略

• 整合與許可系統(tǒng)共存的功能

• 支持大規(guī)模量產(chǎn)6GHz消費品

• 在1200 MHz寬度范圍內(nèi)實現(xiàn)同質(zhì)高射頻性能

• 支持160 MHz信道帶寬

安立擁有一系列符合IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN測量解決方案，長期以來一直處于WLAN發(fā)展的前沿，現(xiàn)在為6 GHz頻段WLAN產(chǎn)品的開發(fā)和制造提供全系列可靠的解決方案。

針對WLAN設(shè)備開發(fā)

無線連接測試儀 MT8862A

此測試儀用于在產(chǎn)品開發(fā)過程中測量WLAN射頻TRX特性。
對于開發(fā)6 GHz頻段WLAN產(chǎn)品時面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)的開發(fā)人員來說，它是一個穩(wěn)定的測量解決方案。

針對WLAN設(shè)備產(chǎn)線

通用無線測試儀MT8870A

此測試儀用于在直接和非信令模式下測量6 GHz WLAN產(chǎn)品的射頻性能，以支持智能手機、汽車設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等的高效批量生產(chǎn)。

請聯(lián)系我們討論您的6 GHz頻段支持和測試需求。