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大多数人对802.11af应该是陌生的，包括我在内。在之前的IEEE 802.11标准学习中，我们已经了解了802.11b/g/a/n/ac，这些都是Wi-Fi已经广泛应用的制式。在IEEE的802.11标准中，802.11af的章节就在802.11ac（VHT）之后，被称为Television very high throughput (TVHT)。但实际上它与ac差不多同时出现，却没能像802.11ac等标准那样一经出现就得到迅速广泛地应用。虽然一些公司已经在特定用例中部署了802.11af，但采用的速度较慢。即便是现在，也只是在特定地区进行测试和部署。
从技术本身来看，用有趣和前卫来形容802.11af并不为过。但它也同时存在了无法广泛部署的特定原因。我们今天就来了解一下802.11af。
01、802.11af的频段和覆盖范围
802.11af所使用的频谱是非常有趣的，它是在电视空白频谱（TVWS：TV white space）频率范围内工作，这也是它的学名TVHT的由来。什么意思呢？就是利用了电视频段中未使用的频谱（未使用的频谱又称为白色空间），因此也被称为“Super Wi-Fi”（超级Wi-Fi）或“White-Fi”（白色Wi-Fi），而WSD（white space devices）就是其对应的设备。
具体使用的频段是VHF/UHF 电视频段。802.11af在54到790 MHz之间未使用的电视频谱进行短时间的通信。在欧洲运行于470至790MHz之间，在美国运行于54至698MHz之间。
由于802.11af 的工作频率低于1GHz，与2.4GHz和5GHz频段相比，路径损耗较小，能更好地穿透建筑物和其他障碍物，因此非常适合非视距（NLOS）通信/覆盖，可提供室内几百米和室外超过一公里的范围。 以下是各频段对8.9cm的砖的穿透损耗的一个举例，单位dB。可见11af的穿透损耗只有5GHz频段的1/10。
0.57GHz 1GHz 2GHz 5GHz–1.5 –3.5 –5.4 –15 （dB）
另外，802.11af连同上图中的802.11ah，工作频率均小于1GHz，因而更适合物联网（IoT）应用，相比传统 Wi-Fi，具有更远的距离和更低功耗的优势。
02、802.11af的监管问题
为什么又说802.11af很前卫呢？上面讲了，11af所使用的频谱是在1GHz以下这样黄金的频段，这段又被分配用于两类服务，许可和免许可。电视频段是传统的已授权许可业务，而11af是非授权的免许可业务。这意味着必须进行频谱共享。
IEEE 802.11af 标准就是为频谱共享而制定的，说白了，就是蹭了电视频谱未在使用的空闲时间。从频谱效率上来说，它能够有效利用未使用的频谱，减少干扰并优化带宽使用。为欠发达地区提供经济实惠的互联网接入，缩小数字鸿沟，支持远程教育、远程医疗和智能农业等应用。例如在印度，200-600 MHz频率用于电视传输，但据说频谱利用率很低，有些估计还不到10%。所以说11af就可以利用这些空闲频谱来提供无线连接。微软公司也率先在印度、肯尼亚、新加坡、美国和英国等国开展了11af的部署。
那么如何实现频谱共享？几年前，我们其实是讨论过频谱共享技术的。类似地，802.11af也可以采用以下的技术：
• 动态频谱接入和认知无线电技术：可使IEEE 802.11af系统能够检测传输信道并转移到备用信道；我们曾在认知型无线电台（Cognitive Radios）将进入以前没有深空任务去过的地方中了解过什么是认知型无线电。
• 地理感知：可以创建一个地理数据库，记录在特定区域内可用的信道。IEEE 802.11af 与其他802.11标准的主要区别在于地理定位数据库（GDB）：按地理位置存储WSD的允许频率和运行参数，来满足监管要求。GDB 由监管机构授权和管理。
所以说十几年前，802.11af就能够通过共享电视的频率，来有效利用可用频谱资源，这算不算前卫呢？可以说利用电视白区（UHF和VHF频谱中未使用的部分）进行数据传输，是无线通信领域的一大进步。这项技术将Wi-Fi覆盖范围扩展到传统频段之外，使电视频谱未得到充分利用的农村地区和人口密度较低的地区也能得到更好的覆盖。
然而，我们很自然地可以想到，802.11af的AP被部署在电视广播发射器的覆盖区域内，因此一定要满足政府监管的规则，确保AP们不会对现有电视传输造成干扰。所以说WSD在TVWS的频谱使用权基于不干扰受保护许可设备的监管要求。那么受保护的现有用户既包括数字地面电视（DTT）等广播服务，也包括无线麦克风等PMSE用户。为避免干扰受保护设备，WSD必须了解所有受保护设备的工作频率和区域。WSD的能力是不足以获得这些信息的，因此需要从受管制的GDB获取这些信息。
GDB的使用具体有两种方式：
第一种是FCC采取的开环GDD（geolocation database-dependent）系统，数据库每天都会在该时间段内显示可用的信道上允许非许可设备运行。WSD在54-698MHz 频率范围内的6 MHz频道（电视频道 2、5、6、14-35 和 38-51）上运行 TVWS，需遵循一个长达48小时的时间表，该时间表提供了该时间段内的可用频道列表，并遵循一套静态的最大发射功率规则。根据这一规定，WSD 具有灵活的工作区域，因为它们每天都要与GDB验证一次。然而，由于反馈的时间尺度较大，需要固定和非常保守的发射功率，尤其是在邻近信道。对于便携式 WSD，FCC 允许未占用信道上每 6 MHz 带宽的最大等效全向辐射功率 (EIRP) 为 100 mW (20 dBm)。与任何主用户相邻的第一个信道的最大等效全向辐射功率仅为40 mW (16 dBm)。固定 WSD 发射到天线的最大功率限制为1 W (30 dBm)，每个6MHz 信道中任何附加天线的EIRP不超过4W (36 dBm)。这些功率规定可概括为每 100 kHz 允许12.6dBm的EIRP。这种严格的功率规定的缺点是80%的潜在白色空间信道不可用，从而将白色空间的实施限制在农村地区。
第二种是欧洲（欧洲电信标准协会，ETSI）和英国（通信管理局，Ofcom）监管机构采用的闭环GDD。在这种方法中，GDB和WSD之间的频繁互动允许根据特定设备的特性和位置提供灵活的运行参数。在这种方法中，未授权用户受到数据库的严格控制，这是一种通过持续反馈实现的指挥控制系统。WSD允许在 470-790MHz频率范围内的8 MHz 信道中运行。WSD 必须在与其工作地点相关的时间间隔内执行GDB发现程序，通常每2小时一次。一旦找到经批准的 GDB，WSD就会请求其特定运行区域的运行参数，并作为回应向GDB 提供其设备参数。发送给WSD的运行参数具有时间有效性，仅适用于特定的报告位置。GDB发送的操作参数包括DTT 信道的上下限频率、允许信道内每100 kHz 的最大功率谱密度，以及PMSE和DTT操作参数和传感级别的时间有效性。WSD向GDB发送预定信道使用参数，其中包括预定频率和每100 kHz的相应发射功率。WSD在TVWS频段工作之前，这些参数必须得到GDB的确认。
与开环系统的静态参数调节不同，闭环方法具有适用于特定设备和位置的细颗粒度参数调节能力。这使得WSD可以根据位置、频率和时间灵活地获得允许的传输功率。当WSD与现有用户的距离更远、频率相隔更远以避免相邻信道干扰时，平均传输功率就会更高。紧密的反馈和细颗粒度的参数规格允许GDB在任何瞬间修改WSD的运行。闭环系统的优势在于能够执行时间敏感的规定。例如，当GDB发出指令时，GDD启用的STA (AP) 必须在 60 秒内停止传输。
如此复杂、实时又敏感的要求，并不是每个国家和地区的监管机构都能够轻松实现的。所以说，这是否是802.11af没能得以广泛应用的原因之一呢？
03、802.11af的物理层特性
802.11af（TVHT）采用的也是OFDM技术，物理层是基于11ac。它定义了三个基本信道单元（basic channel units：BCUs)：6 MHz, 7 MHz, 8 MHz。这几种BCU的不同组合，构成了以下几种类型的带宽使用：
TVHT_W：代表一个BCU (6MHz, 7MHz, 或8MHz)；
TVHT_2W：代表两个连续的BCUs (12MHz, 14MHz, 或16MHz)；
TVHT_W+W：代表两个非连续的BCU (6+6 MHz, 7+7 MHz, 或8+8 MHz)；
TVHT_4W：代表四个连续的BCUs (24MHz, 28MHz,或32MHz)；
TVHT_2W+2W：代表两个非连续的frequency segments，每一个segment由两个连续的BCUs 构成(12+12 MHz, 14+14 MHz, 或16+16 MHz)。
如下图所示：
对应地，TVHT PHY 定义了以下在1个、2个或4个BCU上进行传输的模式：
a) 强制传输模式 -1个 BCU（TVHT_MODE_1）
b) 可选传输模式 - 多个 BCU
两个连续BCU（TVHT_MODE_2C）
两个非连续BCU（TVHT_MODE_2N）
四个连续 BCU（TVHT_MODE_4C）
两个非连续频段，每个频段包括两个连续 BCU（TVHT_MODE_4N）
此外一个TVHT STA强制支持的物理层feature还有：
单空间流 MCS 0 至 7（发送和接收）
BCC 编码 - 正常和短保护间隔（发送和接收）
可选支持的feature有：
TVHT_MODE_2C、TVHT_MODE_2N、TVHT_MODE_4C、TVHT_MODE_4N
两个或多个空间流（发送和接收）
波束成形探测（通过发送 VHT NDP）
响应发送波束成形探测（提供压缩波束成形反馈）
STBC（发送和接收）
LDPC（发送和接收）
VHT MU PPDU（发送和接收）
MCS 8 和 9（发送和接收）
另外，PPDU的格式，TVHT与VHT有所不同，主要是时间上的区别，如下图所示：
关于每个BCU的总子载波数量，以及数据子载波和pilot子载波等信息参考下表：
04、802.11af的测试要求
11af的射频测试要求，与11ac类似。
1. 频谱的平坦度：
2. 传输中心频率和符号时钟频率容差：± 25 ppm
3. 载波泄露：当RF LO 位于传输 PPDU BW 的中心时，使用RBW (6/144 或 8/144) MHz 在传输 BW 中心测量的功率不得超过传输 PPDU 每个子载波的平均功率，或等效为（P-10logNST），其中P为每个天线的传输功率（dBm），NST的定义见上表 22-8。当RF LO 不在传输PPDU BW 的中心时，使用RBW (6/144 或 8/144) MHz 在RF LO 位置测量的功率不得超过相对于总发射功率的最大值 -32 dB 和 -20 dBm，或等效为max（P-32，-20） ，其中P为每天线的发射功率，单位为 dBm。
4. EVM：参考11ac
5. 接收机灵敏度：
6. 邻道和非邻道抑制：
7. 接收机最大输入电平：对于任何基带 TVHT 调制，接收机应在 PSDU 长度为 4096 个字节、最大输入电平为 -20 dBm 时，在每根天线上测得的最大 PER 为 10%。
8. CCA检测：主通道 CCA BUSY 的条件是，对于6M和7MHz带宽，在TVWS波段中，主 6/7 MHz 信道中的6/7 MHz的non-HT duplicate或VHT PPDU开始达到或超过 -88 dBm；对于8MHz带宽，在TVWS波段中，主8MHz 信道中的8MHz的non-HT duplicate或VHT PPDU开始达到或超过 -87 dBm
9. 最后我们来看一下速率，根据之前的学习，当带宽为8MHz，NSS=1；MCS=9 256-QAM；R=5/6；NSD=108；NBPSCS=8，TDFT=18us；TGI=2.25us时的速率为：
Data Rate=NSS×NSD×NBPSCS×R×∆F×TDFT /（TDFT +TGIS）
=1×108×8×（5/6）×（55+5/9）kHz×18/（18+2.25）
= 35.56 Mb/s
