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中国需要Wi-Fi6E吗?

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发表于 2021-6-19 12:49:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着 WRC-23(2023 年世界无线电通信大会)的临近,国内外关于 6GHz 的规划讨论,变得越来越火热。
整个 6GHz,共有 1200MHz(5925-7125MHz)的带宽。其争论的焦点在于,是分配给 5G IMT(作为授权频谱),还是以 Wi-Fi 6E(作为非授权频谱)。


分配给 5G 授权频谱的呼声,来自于基于 3GPP 5G 技术的 IMT 阵营。
对于 IMT 5G 来说,6GHz 是继 3.5GHz(3.3-4.2GHz, 3GPP n77)之后,另外一个中频段频谱。相比于毫米波频段,中频段有更强的覆盖。相比于低频段,中频段有更充裕的频谱资源。所以说,它是 5G 最为重要的频段支撑。
6GHz 可以用于移动宽带(eMBB),借助于高增益定向天线和波束成形后,也可以用于无线宽带(Fixed Wireless Access)。GSMA 最近甚至呼吁:" 各国政府如果不能将 6GHz 作为授权频谱使用,将危及 5G 在全球的发展前景。"
基于 IEEE802.11 技术的 Wi-Fi 阵营,提出了不同的看法:Wi-Fi 对家庭、企业意义重大,尤其是在 2020 年新冠疫情期间,Wi-Fi 更是承担了主要的数据业务。目前,只能提供几百 MHz 的 2.4GHz 和 5GHz Wi-Fi 频段已经变得非常拥挤,影响用户体验。Wi-Fi 需要更多的频谱,以支撑不断增加的需求。6GHz 作为目前 5GHz 频段的延申,对于未来的 Wi-Fi 生态系统至关重要。



▉ 6GHz 的分配现状
全球看来,目前 ITU Region 2 地区(美国,加拿大,拉丁美洲)已经板上钉钉,要把整个 1.2GHz 给 Wi-Fi 使用。最突出的是美国和加拿大,在部分频段允许 4W EIRP 的标准输出功率 AP。
欧洲则采取均衡的态度,欧洲 CEPT 和英国 Ofcom 把低频段(5925-6425MHz)开放给了低功率 Wi-Fi(200-250mW),而高频段 6425-7125MHz 目前欧洲并没有下定论。在 WRC-23 的议程 1.2 中,欧洲将考虑把 6425-7125MHz 规划给 IMT 移动通信使用。
在 Region 3 亚太地区,日本和韩国不约而同地将整个频段全部开放给了非授权 Wi-Fi。澳大利亚和新西兰先后开始公开征集意见,其主要规划与欧洲接近,即开放低频段给非授权使用,高频段持观望态度。
尽管各国频谱管理局采用的都是 " 技术标准中立 " 的政策,即 Wi-Fi、5G NR unlicensed 都可以用,但从目前的设备生态系统和过去 5GHz 的经验来看,只要频段是非授权,Wi-Fi 就可以凭借着低成本,易部署,多玩家的策略主导市场。
在全球纷纷将 6GHz 部分或全部开放给 Wi-Fi 6E 使用的形势下,作为通信发展势头最好的国家,我们中国目前的主张是将 6GHz 全部分配给 5G 授权频谱使用


考虑到目前中国领先世界的 4G、5G 网络覆盖,似乎消费者对 Wi-Fi 网络的依赖并没有过去那么大。那么,未来中国还有必要考虑支持 Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 吗?
该不该将 6GHz 分配给 5G IMT,该分配多少给 Wi-Fi,对于这些问题,笔者在之前规划新西兰 6GHz 的过程中,做了一些研究。笔者认为,6GHz 的规划,从技术宏观层面,需要考虑以下几点:
▉ 一、光纤覆盖程度
前面说到,6GHz 作为 5G 中频段频谱,拥有很高的重要性。这一点对于光纤基础设施较为薄弱、建设成本高的国家,非常有吸引力。
利用 6GHz 充足的频谱资源,FWA 可以达到 Wireless Fibre" 无线光纤 " 的效果,同时,FWA 在建设成本和网络部署速度上,都可能比光纤更加有优势
然而,如果光纤到户渗透率高,那么 6GHz 作为移动宽带或者是无线宽带的重要性,就相应的降低了。
比如笔者所在的新西兰,政府规划的 GPON 光纤网络将在 2022 年覆盖到 87% 的人口。光纤的性能稳定,价格优势,能耗更低,未来依旧是用户宽带接入的首选。
欧洲那边,由于建设的成本和难度,光纤的渗透程度上没有那么高。如果一味的追求光纤到户(FTTH)的人口覆盖率,经济效益上不一定会有优势。此时,采用基于 5G 的 FWA 技术来做到最后 1 公里的接入,对于运营商和用户来说都会非常受益。
光纤的普及,一方面会减少用户对 FWA 或者移动宽带 eMBB 的依赖,另外一方面,会增加用户对 Wi-Fi 网络的依赖。Wi-Fi 作为网络中最后几十米的接入,需要与光纤的速率相匹配,才能全面体现光纤的容量优势。
目前商业化的光纤已经到达了 10-GPON 的水准,上下行的对称速率 10Gbs,ITU 在 GPON 的标准也已经演化到了 50G 的上下行速率。


基于 5GHz Wi-Fi 6 支持的理论速率在 9.6Gbs,但这是在无线环境非常理想的情况下才有可能出现的结果。实际部署场景中,通常是多台 Wi-Fi 设备连接一个热点,以及多个热点在同一地点共存,设备和热点间的 co-channel 或者 adjacent channel 干扰不可避免。
Wi-Fi 采用的载波侦听多路访问(CSMA)技术,既设备需要在确定频段没有被占有的情况下才能发送,频段的拥塞程度将对 Wi-Fi 网络的性能产生重大影响。
技术标准上,IEEE802.11 小组目前也在紧锣密鼓的规划 Wi-Fi 7 的标准
Wi-Fi 7 将基于 6E,采用相同的频段,支持 320MHz 的载波。目前的 2.4GHz 和 5GHz 都不具备这样的条件。换句话说,如果没有 6GHz 的支持,Wi-Fi 7 未来带来的性能提升将被削弱。
中国的双千兆基建项目进行得如火如荼,三大运营商早在 2017 年,就已经开始将其光网络逐渐升级到 10G 光纤。

根据中国宽带发展白皮书(2019 年的数据," 我国互联网宽带接入端口数量达 9.03 亿个,光纤网络已经通达了 98% 的行政村 "。可以看出,中国在光纤的渗透率已经非常高。将部分频谱分配给 Wi-Fi,有助于充分利用到 10G-PON 光纤网络带来的提升,将来可以为企业、零售业以及宽带需求高的家庭,带来社会和经济效益。
▉ 二、3.5GHz 频谱富余程度
3.5GHz 与 6GHz 都是 IMT 5G 最为重要的中频段。前面已经提到,要想真正享受到 5G 移动通信带来的提升,中频段的频谱容量非常关键。
各国站在宏观层面规划时,如果在 3.5GHz 没有足够频谱资源的话,需要在 6GHz 上找到中频段的补充。
从下面高通和 GSMA 发布的数据来看,中国在 3.5GHz 的 5G 频谱目前有 300MHz,其中还包括 3.3-3.4GHz 的室内使用,中频段频谱总量少于欧盟、北美以及日韩。
未来看来,C band(3.3-4.2GHz)的卫星业务还将在中国继续应用于广播、气象等重要业务。3.6GHz 以上还存在大量的微波传输业务,短期内用于 5G 的频谱开发空间不大。
想进一步提升 5G 以及后 5G,还需要更多的中频段频谱来支撑。从这一方面来看,6GHz 规划为 5G 显得非常合理。



高通——全球 5G 频谱分配


GSMA ——全球 3.5GHz 5G 频谱持有量

▉ 三、频谱重耕难度
频谱规划,不可避免涉及到要考虑目前占用情况。如何合理地共享共存或者清理历史遗留的通信设备,这在许多国家是个很棘手的问题。
比如在最近 FCC 的 3.7GHz 频谱拍卖中,81 亿美金的频谱拍卖收入中,有 13 亿要用于搬迁目前的 C band 卫星占用
目前,6GHz 在欧洲和北美都有大量的点对点微波传输通信系统。为了解决共享使用问题,欧洲只允许 23dBm 室内和 14dBm 室外的小功率 Wi-Fi 使用。而美国和加拿大,采用了一种 Automatic Frequency Coordination 的智能数据库协调使用方式,这种类似于动态频谱共享(Dynamic Spectrum Sharing)的方式,将自动评估新的 Wi-Fi AP 对固定业务的影响,从而分配频谱和功率。
6GHz 在中国也同样被分配给了点对点微波传输业务。同时,中国无线电管理局的特别 CHN21 脚注中,强调了新建业务需要保护微波通信。即使中国决定将 6GHz 全部用于 5G,未来在规划实施上,还将会有很多工作需要进行。




综上所述,6GHz 在中国作为下一个 5G 的重要频段有理有据,在国家的 5G 战略层面上也至关重要。
但同时将部分 6GHz 作为非授权的 Wi-Fi 使用,也能让目前发达的光纤接入锦上添花。同时开放更多未授权 Wi-Fi 频谱,也能支撑未来 Wi-Fi 7 生态系统在中国的发展。这对于中国的芯片、通信设备、消费电子等行业,也会有很大的促进作用。
究竟 6GHz 花落谁家,让我们拭目以待吧!
本文作者唐欣博士,长期从事通信行业研发、规划工作,曾就职于爱立信、诺基亚、新西兰频谱规划局。文章仅代表作者本人观点。

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