撰写于：2014年7月23日
作者：silex Wi-Fi专家

IEEE 802.11 无线局域网标准中有多个工作组。高速无线局域网的802.11n工作组和超高速无线局域网的802.11ac工作组尤为著名。然而，正如标准的通常情况一样，有些标准在制定过程中消失了，或者已经制定但很少使用。在本期中，我们将讨论一个比较"微妙"的标准，即IEEE 802.11h。

什么是IEEE 802.11h？
IEEE 802.11h是欧洲5GHz频段无线局域网共存控制所规定的标准。截至2014年的最新版本为IEEE 802.11h-2003，可从IEEE网站免费下载。该规范的正式副标题是

Amendment 5:
Spectrum and Transmit Power Management Extensions in the 5 GHz band in Europe

虽然标题为 "频谱和发射功率管理扩展(Spectrum and Transmit Power Management)"，但第1.2节更直接地指出，"动态频率选择(DFS:Dynamic Frequency Selection)"和"发射功率控制(TPC:Transmit Power Control)" 将满足欧洲5GHz频段的使用要求。简单地说，"802.11h是DFS和TPC的规定"，但如果开始讨论什么是DFS，什么是TPC，那就说来话长了。

关于DFS
DFS为了避免对主要用于气象观测的 C 波段雷达造成不利影响，要求无线局域网设备检测雷达信号，并在检测到雷达信号时停止传输（以及移动到其他频道）。日本也有W53、W56频段的雷达避让的要求，所以知道的人可能很多。IEEE 802.11h-2003 在第11.6章描述了DFS规范，但802.11h中没有描述要检测的雷达波形等，而是在另一个规范(ETSI EN 301 893 ※注)中定义。
(※注) 这与最近讨论的EN 300 328的5GHz版本相对应。该版本也已从v1.6.1修订为v1.7.1。

DFS 首先要检测一段时间（60秒或更长），以确定正在使用的频道上是否有任何雷达信号。这段时间称为CAC:Channel Availability Check；如果在CAC期间检测到雷达信号，则必须放弃使用该信道（至少在一定时间内）。即使通过CAC并开始使用信道，也必须始终检测雷达信号，这就是所谓的In-Service Monitoring。无论是CAC还是In-Service，一旦探测到雷达信号（10 秒内）就必须立即停止电波的发送(Channel Move Time)。此外，雷达信号一旦被探测到，在一定时间内（超过30分钟）不得在该信道上发送电波(Non-Occupancy Period)。EN 301 893第4.7.2节介绍了DFS的要求，第5.3.8节详细介绍了DFS的测试步骤。

对于拥有百瓦单位发送功率的雷达，有人批判功率低一个数量级（约30mW）的无线局域网设备“避让电波”是荒谬的，但由于天气雷达必须接收几十公里外雨滴的反射波，因此尽管发射功率很高，接收功率却非常小（-100 dBm = 约0.1 pW）。假设以+20dB的余量接收-100 dBm的信号，将15dBm（31 mW）的发射功率、自由空间传输（系数2.0）和-120 dBm的接收功率代入弗里斯公式，计算出5.6 GHz的无线传输距离为24公里。运行雷达的组织对无线局域网保持警戒并要求实施DFS，我认为也不能一概地批评这是固执于既得权益的做法。(※注)。
(※注)不过，市政 5 GHz 无线局域网是否真的会对天气雷达产生严重的负面影响，以及目前的 DFS 机制是否真的有助于避免干扰，对此也有一些疑问。

关于 TPC
对于被详细规定的DFS来说，相比之下TPC的规定有些模糊。IEEE 802.11h 已在第 11.5 节中介绍了 TPC，其中首先指出 TPC 的目的是减少对卫星服务的干扰(to reduce interference with satellite services)。802.11h TPC 有多个选项，但必须(shall)实施的选项有

- 已实施DFS/TPC的STA和AP应在传输帧的"Capability Bit"中设置"Spectrum Management"。
- AP及AdHoc模式中的STA应在信标及Probe-Response中包含Country IE和Power Constraint IE，并应告知每个区域的最大发射功率值和缓解要求(Mitigation Requirement)。
- STA应在向AP发送的传输帧中包含Power Capability IE，并通知可调整的传输功率范围。
- STA和AP的传输功率应符合区域规定的最大功率规格。STA在AP指示了Mitigation Requirement值的情况下，应进一步降低其传输功率。
- AP及AdHoc模式下的 STA应在信标及Probe-Reponse中包括TPC Report IE，并通知Link Margin=0，Transmit Power=自身的发送输出。

只有这5点。除此以外，还规定了其他几个步骤，但都是实施选项（MAY）。实际上，发射功率控制只涉及“STA根据Power Constrain IE中包含的值降低发射功率”这一部分，但IEEE802.11h 规范并未规定由谁、何时、如何设置Power Constrain值。第 11.5.2 节中有“必须根据网络的稳定性来确定（TPC 功率值）变化的频率和宽度”这样的不负责任的记述（※注）。
(※注) 在 BSS 使用期间，STA 中的监管和本地最大发射功率可能会发生变化。不过，在决定这些最大值的变化频率或变化幅度时，应考虑网络的稳定性。

另一方面，EN 301 893 第 4.4.1.2 节规定，TPC 的目标是 "将多个设备的总体传输功率至少降低 3 分贝（※注1）"，并要求单个设备 "具有从放射功率（EIRP）指定值至少降低 6 分贝的功率降低能力（※注2）"。
（※注1） RLAN设备，以确保对来自大量设备的总功率的缓解系数至少为 3 dB。
（※注2） 这就要求 RLAN 设备的 TPC 范围，其最低值至少比表 1 中为具有 TPC 的设备给出的平均e.i.r.p.值低6dB。

第 5.3.4 节已描述了 TPC 的测试条件，其中只分别描述了应用 TPC 和未应用 TPC 条件下各自的放射功率测量方法，并未规定应像 DFS 那样在检测到某物后的几秒钟内触发 TPC 并降低发射功率。也不是通过AP通知Power Constrain值来验证STA是否真的降低了传输输出。这似乎有些不成熟，到底是怎么回事呢？ 

HIPERLAN 的遗产
IEEE 802.11h中提到的文件"ERC/DEC/(99)23 "是解开这个问题的关键。这是一份概述了上世纪 90 年代欧洲计划制定的名为HIPERLAN的无线电网络规范对频率分配和干扰规避要求（该规范最终未获通过）的文件，其正式名称为

ERC Decision of 29 November 1999
on the harmonised frequency bands to be designated for the introduction of
High Performance Radio Local Area Networks (HIPERLANs)

本文件介绍了 HIPERLAN 无线电系统可能造成的影响、避免干扰的方法。作为决策 (DECIDES) 

1. HIPERLAN 无线电设备应符合欧洲无线电规定。
2. HIPERLAN 无线电设备的频段为 5150-5350 MHz 和 5470-5725 MHz。
3. 5150-5350 MHz 频段的最大输出功率应为 EIRP 200 mW。
4. 5470-5725 MHz 频段的最大输出功率应为 EIRP 1 W。
5. 除第3、4和6段规定外，HIPERLAN 设备应：(a) 具有至少 3 分贝的发射功率衰减能力 。(b) 具有 DFS 和信道选择机制，工作频带分布在 255 MHz 至 330 MHz 宽度范围内。
6. 对于在5150-5250 MHz频段运行的HIPERLAN 1类设备，第5(a)(b)段并非强制性规定。
7. 根据 HIPERLAN 市场的发展情况，ERC将在该决定生效两年后或更早对其进行审查。
8. 该决定的法律效力应于2000年1月31日生效。
9. 本决定生效后，CEPT成员主管当局应与对外关系与合作部门和对外关系处合作，确保本决定在其国家得到适当执行。

已列举出来。第(5)款和第(6)款在第2章Background中有更详细的说明。

人们还认识到，HIPERLAN设备必须能够通过采用动态频率选择机制来避免占用信道，并确保设备在HIPERLAN的所有可用信道上均匀分布。此外，还需要能够确保至少3 dB减弱因子的发射功率控制流程。这些限制不适用于5150-5250MHz频段内已经标准化的HIPERLANs 1类设备。

可以看出，EN 301 893 中的数字 "at least 3dB"和IEEE 802.11h 中的术语 "mitigation "也源自本文件。此外，HIPERLAN也可能源于5 GHz无线局域网ch.36-48，这些局域网不受DFS/TPC的约束。

虽然HIPERLAN标准并不成功，但在HIPERLAN上花费的频谱分配和与现有频谱用户（雷达和卫星）谈判的结果被直接引入了使用相同频段的IEEE802.11a。结果是 IEEE 802.11h、避免干扰雷达的 DFS 和避免干扰卫星通信的 TPC。

关于卫星通信
在 ERC/DEC/(99)23 号文件中经常出现NGSO MSS和FSS这两个陌生的术语。首先，NGSO指的是非地球静止轨道，GPS就是一个明显的例子。您可能知道，从地面上看，GPS卫星是在不断移动的，因此每天能捕捉到的卫星信号数量也在不断变化，汽车导航系统的精确度也会随之增减。
而GSO则是静止轨道（GeoStationary Orbit）。所谓的卫星广播就是GSO的一个典型例子，因为静止轨道卫星始终保持（几乎）从地面看到的相同位置，因此可以安装高指向性抛物面天线来持续接收卫星信号。
FSS是Fixed Satellite Service，MSS是Mobile Satellite Service的缩写，表示地面站是固定的还是移动的。人造卫星运行模式用卫星轨道（GSO/NGSO）和地面站（FSS/MSS）的组合来表示。例如，用抛物面天线对准静止卫星进行接收的卫星广播是 GSO-FSS，而从汽车上接收 GPS 信号的汽车导航系统是 NGSO-MSS（※注）。

（※注）静止卫星和非静止卫星各有利弊。静止轨道卫星的优势显而易见，从地面始终可以看到，但其较高的静止轨道高度（约 36000Km）需要大型火箭发射以及大功率发射器和接收器。另外，静止轨道空间狭小，资源有限，因此不可能有太多卫星驻扎在那里。此外，从地面到卫星的方位角始终保持恒定，因此如果该方向有高山或建筑物，通信就会中断。
非静止轨道由于高度低（低于10000 Km，最低的也有数百千米），发射成本通常比地球静止卫星低，而且卫星本身可以更小，成本更低，因为它可以使用更少的传输功率进行通信。然而，由于非静止卫星每隔一段时间就会从上空掠过，然后消失在地平线上，因此必须将几颗卫星发射到不同的轨道上，以确保总有一颗卫星在上空可见，从而提供持续的服务。另外，地面站如何与头顶移动的多颗卫星进行通信，这也是一个课题。GPS和GALILEO使用CDMA，即所有卫星都在同一频段，但采用不同的传播代码；而俄罗斯的GLONASS使用FDMA，即每颗卫星都有不同的频率，这同样各有利弊。

那么，ERC/DEC/(99)23号文件讨论了5150-5250MHz被分配给“WRC-95FSS feeder links（Earth-to-Space）for NGSO-MSS”，HIPERLAN对此的影响进行了考察。Feeder links指的是卫星控制通信，这意味着考虑使用该频率从固定地面控制站（FSS）向提供移动服务的非静止卫星（NGSO-MSS）进行控制通信。这很复杂。

但不清楚的是，WRC-95频段5150-5250 MHz被认为不符合HIPERLAN（及其传统IEEE 802.11a）的DFS/TPC 标准（ERC/DEC/(99)23 DECIDES第6项）。奇怪的是，虽然 TCP有义务"考虑到对卫星通信的干扰"， "至少降低 3 分贝 "，但在与关键的卫星通信频段重叠的频段中，TCP却被豁免。ERC/DEC/(99)23 号文件还指出，5091-5150MHz频段将 "暂时分配给卫星，直至 2010 年"，但这一频率低于无线局域网的信道下限，因此不会造成直接干扰。那 TPC 到底是干什么的？ 
我不了解这方面的情况。 首先，5150-5250 MHz 频段是否实际用于卫星通信？说起欧洲代表性的NGSO-MSS卫星服务，是欧洲版GPS伽利略（Galileo），但据调查，伽利略馈电链路使用的频率为5000-5010MHz（Uplink）和5010-5030MHz（Downlink），似乎与无线局域网的频率不同（※注）。这有点不清楚。
（※注）根据ITU-R M.2219 10/2011号报告。北美GPS也使用相同的频率。

从这里开始是想象和推测，当 NGSO-MSS 卫星服务和无线局域网（HIPERLAN）在 20 世纪 90 年代差不多同时规划时，就有人担心未来会发生频率冲突、作为避免产生不良影响的对策，无线局域网方面和卫星方面一致认为，无线局域网系统应具有 "将传输功率降低至少3dB的机制"，后来，卫星方面开始避免与无线局域网带宽重叠，只有"至少3 dB TPC "的规定还保留在IEEE 802.11h和EN 301 893中，就像附录一样...... 我感觉情况就是这样。

总结
我不得不跳回到20世纪90年代，从大气层中找出IEEE 802.11h中规定的 "TPC "这三个字母的含义。此外，关于TPC的必要性和有效性到底如何，目前还不清楚。在阅读802.11h和EN 301 893时，我的印象是这都是一些冗长的前沿问题。
虽然 IEEE 802.11h TPC 的目的是避免干扰卫星通信，但 802.11h 规范中只使用了两次 "卫星"一词，而 EN 301 893 规范中一次也没有使用，这与 DFS 中数十次使用 "雷达"一词形成了鲜明对比。对于无线局域网来说，“卫星”这个词是不愿提及的黑历史吗？我也不知道这方面发生了什么。我怀疑在策划HYPERLAN时，与卫星运营商的交涉相当困难，以至于他们只能拖出“至少降低3dB的传输功率”这句话来达成协议，而他们再也不想触及这个问题，不过，真相只有90年代在当时参与HYPERLAN制定相关的人们知道吧。

IEEE802.11h TPC就是这样一个烂摊子，但TPC（又称动态发射功率控制，DTPC）并非"卫星干扰规避"，它在抑制密度过高的无线局域网系统之间的干扰和降低电池供电设备的功耗方面备受关注。目前，还没有IEEE标准规范，但一些公司正在实施自己的协议，如思科的CCX TPC和高通的 GreenTX。这些专有的 DTPC（当然）不相互兼容，需要在AP和STA上实施相同的协议，但它们只能在使用相同设备加固的业务网络中有效使用。

此外，IEEE 802.11h 本身（幸运或不幸的是）仍在作为 DFS 规范使用，而且变得不可避免（想使用ch.100～ch.140的W56频段），尤其是 802.11ac。然而，DFS主控器（AP 端）的运行验证需要昂贵的雷达波生成模拟器，如果检测灵敏度太低，认证就会失败；如果太灵敏，就会出现很多误报，频繁中断。 这个过程费时费力，令制造商头疼不已。对于运营商来说，这也是一个大问题，因为如果他们挂在 DFS（无论是误报还是实际雷达探测），所有系统都可能同时关闭，并且在超过一分钟的时间内无法重新启动，这对他们在工作中使用W53和W56信道造成了障碍。

无论是 TPC 还是 DFS，从无线局域网设备制造商和运营商的角度来看，它们都是一种困扰，但从卫星和雷达运营商的角度来看，无线局域网不受控制地增加和传输无线电波才是一种困扰。不过，既然互相憎恨和咒骂没有意义，所以双方商量后找出“妥协点”并将其标准化，而 802.11h TPC 可能就是双方过于坚持自己原则的结果。因此，无线规范中也有这样奇怪或微妙的技术话题。