Wi-Fi 6新增6GHz频段带来的问题分析

IEEE规范在Wi-Fi 6开始新增了6GHz的频段，各个国家根据自身情况选择是否在6GHz频段部署Wi-Fi技术，在部署6GHz Wi-Fi技术的国家和区域，也会在不同信道规划不同的设备等级，例如欧盟规定只允许在5945MHz~6425MHz部署Wi-Fi设备，在这480MHz的频谱中设备类型为LPI和VLP两种，这两种类型的设备需要遵循总功率要求和功率密度要求中比较严格的那个，感兴趣的同学可以自己简单换算一下。

图1. 6GHz频段区域设备类型

6GHz新频段的引入带来了一系列的问题，今天我们就一起梳理由于新频段引入，Wi-Fi的应对以及额外需要进行的测试：

1网络扫描方式的变化

2安全方式的变化

3自动频率协调机制

第一部分：网络扫描方式的变化

整个Wi-Fi的连接过程可以分三大步骤，分为：

Network Discovery

Authentication

Association

其中新的6GHz频段的引入，主要带来的影响在于对Network Discovery带来的变化。当然，新频段的引入也给加密算法带来了一些影响，不过这里我们主要谈Network Discovery带来的变化。通过下面表格我们简要回顾了一下传统的Legacy频段是如何实现网络扫描的，这里主要采用主动扫描和被动扫描两种办法。因为传统的2.4GHz 和5G的信道较少，所以无论是主动扫描还是被动扫描，都可以在效率和性能之间找到一个平衡点。

表1：Legacy频段Wi-Fi网络扫描方式

但是6GHz频段有59个20MHz的信道，这样宽的信道就会对原来的搜索机制带来比较大的挑战，Beacon周期TBTT一般默认为102.4 ms，这种情况下全部轮询完需要大约102.4×59 = 6秒的时间才可以完成全部信道轮询，因此6GHz频段采用了新的Network Discovery方法，这里我们在表2列出了相应的流程。

表2：6GHz频段Wi-Fi网络扫描方式

小贴士：PSC全称preferred scanning channels信道是Wi-Fi在6GHz频段引入的新概念（这里大家不要把PSC跟Primary Channel混淆），从上表可知，终端是可以被动地监听所有的信道，但是只会主动的在这15个PSC信道发送Probe Request去进行接入。

图2：RNR消息以及仪表相关配置

图3：UPR/FILS时序图

回到测试，这里就有一个现实问题。我想在某个信道和带宽测试我的终端，终端如何才能正常连接到综测仪并且执行后续测试。这里我们可以分几种情况进行讨论。

AP的Primary Channel等于PSC信道（可以分成20MHz带宽或者高于20MHz带宽这两种情况），终端就可以使用主动扫描的方法，在Primary Channel发送Probe Request，完成后续的连接过程。

AP的Primary Channel 不等于PSC信道（可以分成20MHz带宽或者高于20MHz带宽这两种情况），终端可以使用被动扫描的方法，在所有信道监听UPR或者FILS帧，从而获取到连接所需要的必要信息之后，在AP的实际信道发送Probe Request完成连接。

AP使用OOB的方法，在2.4GHz或者5GHz的AP先读取RNR消息，从而获得6GHz连接所需要的必要信息，在相关的6GHz Primary Channel发送Probe Request，最终完成连接。P.S. RNR消息和CMX500配置参考图2.

第二部分：安全方式的变化

这部分的变化其实说起来非常简单，更多的是从产业应用角度对技术提出的需求，这里我们不介绍背景和原因，只给出结论。在Legacy频段的Wi-Fi可以使用各种不同的鉴权加密方式进行传输，甚至包括纯粹的开放式无鉴权方式。而在6GHz频段，WFA对于Wi-Fi 6e/7的鉴权和加密进行了更严格的约束，仅能使用如下两种方式进行鉴权。

WPA3 (Personal, Enterprise)

OWE

关于鉴权加密，这个可以单独作为一个话题来讲，笔者也不是这个方面的专家，鉴权确保“只有可信设备才能进门”，加密解决“进门后说的话别人听不懂”。CMX500的配置中，SAE是WPA3中的鉴权属性，而GCMP和CCMP是他的加密属性。

图4：CMX仪表加密配置

第三部分：自动频率协调（AFC）

北美在为Wi-Fi 6e/7打开了6GHz的全部1200MHz频谱的同时，也面临了另外一个问题，这段频谱原来还有其他的无线电技术在使用，因此在6GHz频段除了DFS这种动态频率选择技术之外，需要引入更多的监管手段去对于干扰进行协调，这就是AFC自动频率协调的由来。

AFC其实是一种云服务，针对AFC的约束对象，即在U-NII-5和U-NII-7频段运行的Standard Power AP必须接入到AFC系统中，AP向AFC服务器汇报自己的地理位置信息，天线高度等重要信息从而获得允许使用的频率和功率水平。这也是图1中AFC System的由来。

AFC带来的第二个影响就是对于接入了Standard Power AP的Client的功率要求，即图4中的6FX (Standard Client) 和6CD (Dual Client) 两种设备。这两种设备有额外的功率控制的要求，这个要求在如下两个项目中进行了描述。简单的理解就是6FX和6CD这两种终端在接入到AP之后，需要控制他的输出功率至少比实际的AP功率（经过AFC控制之后）低6dB。

K. Dual Client Test, Demonstration of Proper Power Adjustment based on Associated AP

L. Proper Power Adjustment, Client Devices Connected to a Standard Power Access Point

虽然全世界使用6GHz频段的地区不仅是北美，但是目前只有北美才使用AFC系统对运行在6GHz频段的部分Wi-Fi 6e/7设备进行无线电监管，这也是6GHz频段带来的第三个系统性的变化。

图5 AFC设备类型

回到测试，在执行任何测试之前，我们需要理解测试的目的，由于很多的终端将会卖到全球性的市场，对于终端而言，需要具备识别各个国家的无线电管理法规，并且针对性的调整自己的功率水平。即识别AP发送的AP类型，国家码以及Transmit Power Envelope Element信息，并且调整相应的发射功率。

针对CMX500的测试，当CMX500模拟一个6GHz的AP时，需要可以配置相应的法规信息，并且在信令消息中下发相关的信息。最后在信令连接完成之后，针对6CD和6FX类型的终端，测量终端实际的发射功率是否符合AFC的要求。

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