Wi-Fi 6E及其FCC/CE认证法规要求解读
随着市面上支持WI-Fi 6技术的产品也越来越多，该技术已经得到了广泛的应用，大家也都相对比较熟悉了。
WI-Fi 6E是继Wi-Fi 6后于2020年新推出的升级版本，虽然已经经历了半年多的时间，但由于市面上很少见这类消费类电子产品，大家对Wi-Fi 6E普遍还是比较陌生的，今天就让我们一起再了解下Wi-Fi 6E吧
一、 什么是Wi-Fi 6E？
回答这个问题之前，我们先来回顾下Wi-Fi的发展历程。
1. Wi-Fi协议的发展历程
从1997年美国电气与电子工程师协会（IEEE）公布的第一代802.11协议开始，历经多年的演进，当下最新版本协议为802.11ax，即Wi-Fi 6：
图1. Wi-Fi协议的演进历程
2. Wi-Fi的2.4G和5G Dual Band
虽然过去 20 年来对 Wi-Fi 网络的需求稳步增长，但可用的未授权频谱数量一直保持不变，始终是2.4G和5G两个频段：
图2. 2.4G和5G频段的Channel Allocation
由于用于无线接入系统的设备的数量和多样性不断增加，包括无线电局域网络以及不断提高的连接速度和数据流量，2.4G和5G频段的频谱容量已经无法满足日益增加的设备需求。IEEE早已预测到这一频谱缺口，为了让Wi-Fi技术持续发展、继续为人类创造价值，IEEE一直在努力向FCC申请扩展新的频谱资源。终于，2020 年 4 月 23 日，FCC一致投票决定在 5.925-7.125 GHz (6 GHz) 频段中提供 1200MHz的频谱以供Unlicensed使用。 这一具有历史意义的事件是 Wi-Fi 倡导者多年工作的结晶。
3. Wi-Fi 6E应运而生
Wi-Fi 6E相对Wi-Fi 6在名称上多了一个“E”，这个“E”代表“Extended”，是”扩展、扩充”的意思，即Wi-Fi 6E是在Wi-Fi 6协议的基础上将其可用频谱扩展至更高的6GHz频段（5.925-7.125GHz），采用的还是Wi-Fi 6的底层协议和技术原理，并不是大版本的升级、变更，下一代协议应该是还在规划中的Wi-Fi 7
图3. Wi-Fi 6E的性能优化
Wi-Fi 6E在6GHz频段的信道划分如下：
图4. Wi-Fi 6E在6GHz频段的Channel Allocation
从上图可知，6GHz频段的频谱可带来59个20MHz信道、29个40MHz信道、14个80MHz信道和7个160MHz信道，拓展频谱将2.4GHz和5GHz的总容量提高了近六倍，将能够支持需要更快数据吞吐量以及低延迟连接的高带宽应用程序，特别适合下一代用途，例如统一通信、云计算、增强和虚拟现实以及远程呈现。
图5. Wi-Fi 6E 6GHz频谱容量
二、目前哪些国家启用了Wi-Fi 6E？（https://www.wi-fi.org/countries-enabling-wi-fi-6e）
图6. 全球已启用Wi-Fi 6E的国家分布
表1. 各国Wi-Fi 6E 6GHz频段启用状态
国家 |
状态 |
频谱 |
考虑中 |
5925-6425 MHz |
|
考虑中 |
5925-7125 MHz |
|
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
CEPT |
考虑中 |
5925-6425 MHz |
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
考虑中 |
5925-7125 MHz |
|
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
埃及 |
考虑中 |
5925-6425 MHz |
欧洲联盟 |
已采用 |
5925-6425 MHz |
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
日本 |
考虑中 |
5925-7125 MHz |
约旦 |
考虑中 |
5925-7125 MHz |
考虑中 |
5925-7125 MHz |
|
摩洛哥 |
已采用 |
5925-6425 MHz |
考虑中 |
5925-6425 MHz |
|
阿曼 |
考虑中 |
5925-6425 MHz |
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
卡塔尔 |
考虑中 |
5925-7125 MHz |
已采用 |
5925-7125 MHz |
|
韩国 |
已采用 |
5925-7125 MHz |
土耳其 |
考虑中 |
5925-6425 MHz |
阿拉伯联合酋长国 |
已采用 |
5925-6425 MHz |
英国 |
已采用 |
5925-6425 MHz |
美国 |
已采用 |
5925-7125 MHz |
三、各国强制性认证要求？
鉴于很多国家和区域拟采用的频段还未确定，且已确定频段的部分国家的认证标准也还是草稿版本，所以当前Wi-Fi 6E的认证仍处于起步阶段，本文主要介绍目前相对比较完善的FCC和CE的认证需求：
工作频段 |
频率范围 (MHz) |
认证法规 |
|||||
CE |
FCC |
IC |
TELEC |
SRRC |
|||
2.4GHz |
2400-2483.5 (802.11b ch.14-2484MHz, 2471-2497;仅日本开放） |
ETSI EN 300 328 |
Part 15.247 |
RSS-247 |
Article 2-1-19(Bluetooth/802.11bgnax ch.1~13)； Article 2-1-19-2(802.11b ch.14) |
信部无 2.4G [2002]353号； 2023年10月15日起： 工信部无〔2021〕129号 |
|
5GHz |
U-NII-1(B1) |
5150-5250 |
ETSI EN 301 893 |
Part 15.247 Part 15.407 |
RSS-247 |
Article 2-1-19-3 |
信部无 5.2G [2012]620号； 2023年10月15日起： 工信部无〔2021〕129号 |
U-NII-2A(B2) |
5250-5350 |
||||||
U-NII-2C(B3) |
5470-5725 |
N/A |
|||||
U-NII-3(B4) |
5725-5850 |
ETSI EN 300 440 |
N/A |
信部无 5.8G [2002]277号； 2023年10月15日起： 工信部无〔2021〕129号 |
|||
5.9GHz |
U-NII-4 |
5850-5895 |
N/A |
Part 15.407 |
N/A |
N/A |
N/A |
6GHz |
U-NII-5 |
5925-6425 |
ETSI EN 303 687 |
Part 15.407 |
RSS-248 |
TBD |
N/A |
U-NII-6 |
6425-6525 |
N/A |
|||||
U-NII-7 |
6525-6875 |
N/A |
|||||
U-NII-8 |
6875-7125 |
N/A |
|||||
1. FCC法规要求
• 测试标准：
47 CFR Part 15E; KDB 987594 D01; KDB 987594 D02
• 设备类别：
表2. FCC U-NII 6GHz频段的七种Equipment Classes
Equipment Classes |
Indoor/Outdoor |
名称 |
特征 |
Applicable Phase |
6ID |
Indoor |
Low-power Indoor Access Point （低功率室内AP） |
Low-power Indoor AP |
P1 |
6PP |
Indoor |
Subordinate Device（从属设备） |
Under control of 6ID |
P1 |
6XD |
Indoor |
Indoor Client （室内客户端） |
Under control of 6ID |
P1 |
6CD |
Indoor & Outdoor |
Dual Client （双客户端） |
Under control of 6ID or 6SD |
P1 |
6SD* |
Outdoor |
Standard Power Access Point （标准功率AP） |
Are managed by AFC system |
P2 |
6FX* |
Outdoor |
Standard Client （标准客户端） |
Under control of 6SD |
P2 |
6FC* |
Outdoor |
Fixed Client （固定客户端） |
Are associated with 6SD |
P2 |
说明：符号“*”代表只能在Phase2申请
按FCC Part 15E，有7种设备类别适用于6GHz频段的U-NII设备认证，根据设备类别的不同，分两个阶段（Phase1和Phase2）认证，Phase1(P1)只接受6ID、6PP、6XD和6CD这四种类别设备的认证申请，6SD、6FX和6FC这三类设备需在AFC（Automated Frequency Coordination）系统确定和被批准后的Phase2(P2)才能申请认证。
图7. 七类设备的关系及可申请阶段
• 测试项目及限值
图9. P2阶段三类设备的一般要求
图10. D02 Channel Mask
2. CE法规要求
欧盟于2021年06月17日发布了官方公报“Commission Implementing Decision (EU) 2021/1067”，该决定协调了5945-6425MHz频段的可用性和有效使用条件，用于无线接入系统，包括无线电局域网 (WAS/RLAN).
• 测试标准：
ETSI EN 303 687(Draft)
• 产品类别：
表3. CE 6GHz频段设备类别
Equipment Classes |
Indoor/Outdoor |
名称 |
特征 |
频率范围(MHz) |
LPI |
Indoor |
Low Power Indoor （低功率室内） |
永远在建筑物、飞机或火车内使用； 不能在公路汽车内使用 |
5925-6425 |
VLP |
Outdoor |
Very Low Power （极低功率） |
功率很低的便携式设备； 在室外能直接通信的小区域、短距离内使用 |
5925-6425 |
• 测试项目及限值：
表4. CE标准要求
序号 |
Items |
Limit |
||||
1 |
Nominal Center frequency |
±20ppm |
||||
2 |
Nominal channel bandwidth |
Single channel shall be 20MHz |
||||
3 |
RF Output Power |
Indoor |
Outdoor |
|||
23dBm |
14dBm |
|||||
4 |
Power Density |
Indoor |
Outdoor |
|||
10dBm/MHz |
1dBm/MHz |
|||||
5 |
Transmitter unwanted emissions outside the 6 GHz RLAN band |
Freq. Range |
Limit |
Bandwidth |
||
30MHz-47MHz |
-36dBm |
100kHz |
||||
47MHz-74MHz |
-54dBm |
100kHz |
||||
74MHz-87.5MHz |
-36dBm |
100kHz |
||||
87.5MHz-118MHz |
-54dBm |
100kHz |
||||
118MHz-174MHz |
-36dBm |
100kHz |
||||
174MHz-230MHz |
-54dBm |
100kHz |
||||
230MHz-470MHz |
-36dBm |
100kHz |
||||
470MHz-862MHz |
-54dBm |
100kHz |
||||
862MHz-1GHz |
-36dBm |
100kHz |
||||
1GHz-26GHz |
-30dBm |
1MHz |
||||
6 |
Transmitter unwanted emissions within the 6 GHz RLAN band |
TBD |
||||
7 |
Receiver spurious emissions |
Freq. Range |
Limit |
Bandwidth |
||
30MHz-1GHz |
-57dBm |
100kHz |
||||
1GHz-26GHz |
-47dBm |
1MHz |
||||
8 |
Channel Access Mechanism |
TBD |
||||
9 |
Receiver Blocking |
PER≤10% |
||||
10 |
Receiver Adjacent Channel Selectivity |
PER≤10% |
||||
四、Wi-Fi 6E面临的挑战？
1. 6GHz高频挑战 像Wi-Fi、Bluetooth、cellular这类普通连接技术的消费类设备仅支持上到5.9GHz的频率，因此，用于设计和制造的组件和设备历来都针对 6 GHz 以下的频率进行了优化，为支持高达 7.125 GHz 的工具而进行的改造对从产品设计和验证一直到制造的整个产品生命周期产生重大影响。
2. 1200MHz超宽通带挑战 1200MHz之宽的频段范围对RF前端的设计提出了挑战，因为它需要在从最低到最高通道的整个频谱中提供一致的性能，并且需要用于覆盖 6 GHz 范围的功率放大器/低噪声放大器具有良好的线性度。 通常，性能会在频段的高频边缘开始下降，设备需要校准和测试到最高频率，以确保它们能够产生预期的功率水平。
3. 双频或三频设计挑战 Wi-Fi 6E 设备最常部署为双频 (5 GHz + 6 GHz) 或 (2.4 GHz + 5 GHz + 6 GHz) 设备。 以便多频段和 MIMO 流共存，这再次对 RF 前端在集成、空间、散热和电源管理方面提出了很高的要求。 滤波需要确保适当的频带隔离以避免设备内的干扰。 因为需要进行更多的共存/降敏测试，并且需要同时测试多个频段，这增加了设计和验证的复杂性。4. Emissions限制挑战 要确保与6GHz频段内现存的移动和固定业务和平共处，室外运行的设备要服从AFC（自动频率协调）系统的控制。
5. 80MHz and 160MHz高带宽挑战 更宽的信道宽度会带来设计挑战，因为更多的带宽也意味着同时传输（和接收）更多的 OFDMA 数据载波。 每个载波的 SNR 降低，因此需要更高的发射机调制性能才能成功解码。 频谱平坦度是 OFDMA 信号的所有子载波的功率变化分布的度量，对于更宽的信道也更具挑战性。 当不同频率的载波被不同因素衰减或放大时，就会发生失真，频率范围越大，它们就越有可能表现出这种类型的失真。
6. 1024-QAM高阶调制对EVM要求更高 使用更高阶的QAM调制，星座点之间的距离更接近，设备对损伤变得更加敏感，系统需要更高的 SNR 才能正确解调，802.11ax 标准要求 1024QAM 的 EVM < −35 dB，而 256 QAM 的 EVM 小于 −32 dB。
7. OFDMA要求更精确的同步 OFDMA要求所有参与传输的设备都进行同步。AP和客户端站点之间的时间、频率和功率同步的准确性决定了整体网络容量。 当多个用户共享可用频谱时，来自单个不良行为者的干扰会降低所有其他用户的网络性能。 参与传输的客户端站必须在彼此相距400 ns的时间内同时传输，同时要满足频率要对齐 (± 350 Hz)、传输功率精度在 ±3 dB 内。 这些规范要求的准确度水平是过去的Wi-Fi设备从未预料到的，需要仔细验证。
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