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。

 

参考文献:

[1] Qualcomm, 5G spectrum innovation and global update. December 8th, 2020[2] GSMA, The WRC Series, 3.5 GHz in the 5G Era Preparing for New Services in 3.3-4.2 GHz. April 2021[3] Cisco, IEEE 802.11ax: The Sixth Generation of Wi-Fi White Paper. Apr 2020[4] Khorov, E., Levitsky, I., & Akyildiz, I. F. (2020). Current status and directions of IEEE 802.11be, the future Wi-Fi 7. IEEE Access, 8, 88664-88688.[5] 中国无线电管理——中华人民共和国无线电频率划分规定