美國開放6 GHz 頻段免執照業務

任 紅，王 坦，許 穎

（國家無線電監測中心，北京 100037）

1 美國6 GHz 免執照業務規則制定背景

允許在6 GHz（5.925–7.125 GHz）頻段使用免執照設備是美國聯邦通信委員會（FCC）近期提出的快速5G（5G FAST）頻譜規劃的一部分，美國無線服務提供商必須擁有更多的中頻帶頻譜才能滿足消費者的需求。2020年4月1日，FCC 發布了允許免執照設備使用6 GHz 頻段的規則草案[1]，本草案在4月23日公開會議上進行投票表決，并獲得通過，持續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頻譜連接到Internet 的設備呈爆發性增加，這個趨勢還將持續。思科公司預測，到2022 年，全球近60%的移動數據量將被分流到Wi-Fi。為了滿足Wi-Fi 增長的需求，FCC 通過迄今為止最大膽的提議，增加Wi-Fi 頻譜的供應量，使整個6 GHz 頻段可用于免執照設備。通過這樣做，在該頻段范圍附近可用于Wi-Fi 的頻譜數量幾乎增加了五倍，為全國的消費者和創新者帶來巨大利益，這將是提高美國網絡容量的又一步，它將有助于進一步提升美國在包括5G 在內的下一代無線技術中的領導地位。

FCC 認為，本段頻譜規劃將為美國的消費者和創新者帶來很大利益，擴大免執照設備頻譜的使用范圍，提高網絡容量，加快技術和服務創新，為所有特別是農村和服務欠發達地區的美國人提供更多無處不在的寬帶連接，成為大多數人日常生活的一部分，它可連接電器、機器、儀表、可穿戴設備和其他消費電子產品，以及制造業工業傳感器客戶端設備等，從而與新的5G 許可配合。

早在2017年8月3日，FCC 就發布了中頻帶問詢通知（Notice of Inquiry）[2]，開始評估3.7–24 GHz 頻段是否可用于無線寬帶業務，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現有業務，隨后各方均進行了各種論證。

2018 年10 月24 日，FCC 發 布 了6 GHz 頻 段 規 則 制定通知（Notice of Proposed Rulemaking，簡稱NPRM）[3]，計劃將整個6 GHz 從5.925 GHz 到7.125 GHz 共1200 MHz 頻譜全部用于免執照業務，提供高速率大帶寬服務，便于智能手機、Wi-Fi 路由器和IoT 設備在整個U-NII 頻段（5150–7125 MHz）共8 個子頻段上使用。免執照劃分的支持者表示希望利用基于數據庫的共享概念以及基于設備的自動頻率協調（AFC），與已有執照的設備共享6 GHz 頻段頻譜。AFC 將根據FCC 執照系統進行計算，自動選出可用頻率，避開對現有業務的干擾。由于前期已有在其他頻段采用AFC 的經驗，在6 GHz 頻段實現起來會比較容易。

2 FCC 在6GHz 頻段劃分和現有主要業務情況

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頻段現有主要業務包括衛星固定業務、固定業務點對點微波、本地電視發射、廣播輔助、有線電視中繼等，分別介紹如下：

（1）固定業務（FS）點對點微波：包括為公用事業、商業和私人以及公共安全機構提供的各種關鍵服務，基站和有線網絡回傳，以及用于警察和消防車調度的回程、火車運行協調、天然氣和石油管道控制、電網及長話服務管理等服務。在U-NII-5（5925–6425 MHz）和U-NII-7（6525–6875 MHz）共850 MHz 頻段上，存在大量固定業務的微波鏈路。

（2）廣播輔助和有線電視中繼：主要用于實時新聞或遠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接收站，U-NII-6頻段是基于移動業務（MS）的，U-NII-8頻段是基于移動和固定業務的，主要用于單向電視傳輸，還有一些低功率設備如無線麥克等。

（3）衛星固定業務（FSS）：除了U-NII-8內的7075–7125 MHz 子頻段，U-NII-5～8四個子頻段上均有衛星固定業務（上行），特別是U-NII-5是常規C 上行頻段，主要用于電視和廣播的內容分發、便攜式實況轉播、有線電視、話音和數據回傳等。7075–7125 MHz 子頻段用于衛星數字音頻廣播的饋線鏈路。頻段U-NII-7和U-NII-8還有部分衛星固定業務（下行）作為6700–7075 MHz 頻段衛星移動業務的饋線鏈路。

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

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

U-NII-5～8頻段現有業務見表1：

表1 U-NII-5～8頻段現有業務

經FCC 數 據 庫 查 詢 在5925–7125 MHz 頻 段 共 有47695個臺站（呼號），圖1為在U-NII5～U-NII-8四個頻段上各地面業務（除衛星固定業務）在數據庫中每兆赫茲上的密度分布情況。

圖1 U-NII-5～8頻段相關業務密度分布（/MHz）[3]

3 6GHz 各頻段免執照規則

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

（1）在室外的免執照設備。在U-NII-5和U-NII-7共850 MHz 頻段上，由于有大量固定業務的微波鏈路，許多是重要級別的，用戶希望已有執照業務得到充分保護，需要與免執照臺站共存。因此，免執照設備在這兩段頻段只允許接入標準功率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 自動確定可用頻率，禁止在固定業務鏈路協調區內使用相同頻率，相當于新建一個微波鏈路，需要協調保護現有鏈路。免執照設備對衛星干擾可以忽略不計，因此不需要AFC。AFC 必須連接執照系統，必須確定可用頻率、操作需求、微波保護準則、傳播模型等。這種應用適用于有線公司在室外部署高功率Wi-Fi 用于在熱點地區擴容，同樣也適合在購物中心、體育館、農村等場景進行寬帶部署。

（2）在室內的免執照設備。在U-NII-6和U-NII-8共350 MHz 頻段上，由于現有臺站多為移動臺，位置不易確定或不必確定，數據庫中也不易查到，無法采用AFC方法，因此，免執照設備在室內以低功率接入，最大EIRP 為30 dBm（見表1），與U-NII-2a 頻段的更加嚴格的限值一致。這兩個頻段適合在家庭、商務活動等小范圍使用室內的智能手機、筆記本電腦、物聯網設備等。

FCC 在NPRM 中還希望征求以下意見：一是可否將室內低功率接入免執照業務擴展到整個6 GHz 頻譜上；二是可否將需要AFC 的室外標準功率接入免執照業務也擴充到整個6 GHz 頻譜上。在隨后許多的實施細則征求意見的一年半時間里，FCC 收到大量回復意見，許多公司支持在整個6G 頻段在室內使用不需要AFC 的低功率點接入免執照設備，最大化利用頻譜；同時許多公司對免執照設備標準功率點如何避免對原有業務干擾的問題尤為擔心，并提供了許多技術研究報告。

2020 年4 月1 日，6 GHz 頻段免執照設備使用的規則草案吸取了各方建議終于出爐，它包括報告和規定（REPORT AND ORDER）及進一步規則制定建議通知（NPRM）。

報告和規定將授權兩種不同類型的免執照操作，即在U-NII-5和U-NII-7頻段共850 MHz 頻譜上用于標準功率點接入（市內或室外），AFC 可以防止其在運行時可能對現有微波鏈路造成的干擾。為保證不對有執照的衛星固定業務上行產生干擾，需限制室外免執照設備天線仰角確保不指向同步衛星。同時，將原來僅U-NII-6和U-NII-8頻段上室內低功率點接入擴展到5925–7125 MHz的整個6 GHz 頻段共1200 MHz 頻譜上。此外，用戶設備使用必須受室內低功率接入點、室內或室外標準接入點控制，各頻段功率限值見表2。FCC 在報告中也給出了許多技術保障措施和相應的規則程序，以確保免執照設備不對現有業務產生干擾。

表2 擴展免執照在6 GHz的使用[1]

在2020 年4 月23 日的公開會議中通過了6 GHz 頻段用于免執照業務的規則，并有望在此頻段使用下一代Wi-Fi 技術——Wi-Fi 6，這將有助于物聯網產業的發展，可使速率提高2.5倍。3GPP 的R16版本也將包括免執照的5G NR 指標，即5G NR-U。

在進一步的NPRM 中，FCC 希望聽取大家意見，是否允許功率很小無AFC 的免執照設備可以不僅局限在室內使用，是否可以將室內免執照設備功率提高，如EIRP從30 dBm 提高到33 dBm，年底前有望得到明確結論。

4 結束語

WRC-19大會已將研究6425–7125 MHz 頻段用于未來移動通信列為WRC-23大會的一項議題。美國此時將6 GHz 頻段用于免執照業務對該頻段發展走向將產生影響，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劃的重要一步，將有助于美國特別是農村地區加快寬帶服務無線網絡部署。此次新冠肺炎疫情的爆發也成為重要助推劑，人們對Wi-Fi 用于遠程教育、辦公和醫療上的迫切需求更加清晰，其必要性得到了充分認可，將有助于美國經濟恢復，并可帶來巨大的經濟效益。