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

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年標志著無線局域網（WLAN）歷史上的一場革命。4月23日，美國聯邦通信委員會（FCC）決定允許非授權使用6 GHz頻段（5925 ~7125 MHz），預計其他地區和國家也將很快效仿。預計基于1200 MHz超寬頻段的高速和大容量數據通信將被新開發的應用與服務所采用；WLAN是第一個支持6 GHz頻段的非授權無線通信技術。

WLAN的頻率資源

WLAN使用的頻率因地區和國家而異。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技術的發展與歷史

WLAN是一種無線數據通信技術，通常用在局域以太網。它最初被筆記本電腦等電池驅動設備采用，但隨著智能手機的出現和使用量的增長而迅速普及。

當第一個規范WLAN技術的IEEE 802.11標準在1997年發布時，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年發布的IEEE 802.11b標準（適用于2.4 GHz頻段，最大傳輸速度為11 Mbps）以及802.11a標準（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注。

2.4/5 GHz頻段的WLAN使用問題

在WLAN首次出現時，支持的設備數量很少，而且由于數據流量也很小，因此沒有出現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服務的增長，對WLAN通信的需求也發生了重大變化。

為了滿足這一不斷增長的需求，WLAN技術逐漸發展到更寬的信道帶寬、高階調制和空間復用。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穩定的高速數據通信。

此外，由于COVID-19大流行引起的遠程工作和在線學習等工作方式的改變，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*

*根據雷達使用條件，5 GHz頻段只能使用到大約180 MHz的寬度。

與其他系統共享頻率

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

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

160 MHz信道帶寬利用率低

為了使用5 GHz寬頻帶實現高速數據通信，IEEE 802.11ac/ax規定了160 MHz信道帶寬的使用。但在排除具有雷達優先權的頻率范圍時，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以內并增加信道數來支持操作。在預期這個問題的前提下，有許多設備不支持超過80 MHz的信道帶寬。

由于與舊標準的互操作性，網絡容量低

當小區中存在支持舊標準的客戶端設備時，除非有一些限制，否則接入點（AP）將按照舊標準工作以保持連接。此時，支持最新標準的客戶端設備將經歷通信容量的下降，因為它們只能在該小區內使用舊標準進行通信。

空間復用技術的實現

為了提高傳輸速度，WLAN標準最多支持8個流。容納多個內置天線要求天線之間的間隔不超過恒定距離；功耗也隨著流的數量而增加。

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

WLAN 6 GHz 頻段的優勢

6 GHz頻段作為未授權頻段開放，解決了2.4/5GHz頻段的許多問題。

• 高達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的設備配置的高速、高效網絡

• 支持受最新WPA3技術保護的安全網絡

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，因為之前已被授權系統優先使用。下面列出了使用6 GHz頻段的一些問題。

保護現有系統的規則

為了確保高可靠性通信而不會給其他服務帶來問題，6 GHz頻段設備需要內置自動頻率協調（AFC）功能來限制發射功率和抑制干擾。由于允許的頻率、發射功率和功率密度根據設備角色（AP/基站）和位置（室內/室外）而不同，因此開發6 GHz頻段的WLAN產品需要根據產品分類對產品是否符合規則進行充分評估。

主要許可服務

非授權使用

*自動頻率協調

當操作室外WLAN AP時，關于不干擾該位置的許可系統的頻率的信息從AFC系統捕獲。

射頻組件不成熟

此前無線通信一直使用6 GHz頻段，但只有特定業務獲得許可，無線產品數量有限。大多數設備在移動時不通信，但由于用于兩個固定點之間的通信，因此無線設備很大，并且使用穩定的電源。另外，配對中的一個通信設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、質量、電源等方面都有很大的不同，因此有限的6 GHz區域所使用的部件無法轉移。除了需要減小尺寸、減輕重量和節能，許可系統必須在整個1200 MHz范圍內實現同等的通信性能。從來沒有人經歷過。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剛剛開始，許多開發人員可能面臨一個未知的問題。

安立公司應對6 GHz頻段WLAN產品研發制造的新方案

到目前為止，美國聯邦通信委員會（FCC）釋放的6 GHz頻段已經開始使用，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產品的開發需要考慮挑戰以下問題。

6 GHz頻段WLAN產品開發的新策略

• 整合與許可系統共存的功能

• 支持大規模量產6GHz消費品

• 在1200 MHz寬度范圍內實現同質高射頻性能

• 支持160 MHz信道帶寬

安立擁有一系列符合IEEE802.11標準的WLAN測量解決方案，長期以來一直處于WLAN發展的前沿，現在為6 GHz頻段WLAN產品的開發和制造提供全系列可靠的解決方案。

針對WLAN設備開發

無線連接測試儀 MT8862A

此測試儀用于在產品開發過程中測量WLAN射頻TRX特性。
對于開發6 GHz頻段WLAN產品時面臨關鍵挑戰的開發人員來說，它是一個穩定的測量解決方案。

針對WLAN設備產線

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產品的射頻性能，以支持智能手機、汽車設備、物聯網設備等的高效批量生產。

請聯系我們討論您的6 GHz頻段支持和測試需求。