开拓6G通信时代的频带“FR3”
自第5代移动通信系统（以下简称为5G通信）商用化以来，已经过去数年，世界各国的企业和通信相关机构正在加速推进下一代即第6代移动通信系统（以下简称为6G通信）的研究开发和标准化工作，以期在2030年代实现实用化。在不久的将来，IoT、无人驾驶、智能工厂和智慧城市等将正式推广，然而，人们预计：在某些应用场景中，5G通信除了在通信速度、延迟时间和并发连接数等性能方面之外，在与AI的高级协作、掌握环境和状况的传感功能以及在发生灾害等时候保持通信的复原力等方面将难以应对。因此，人们对能实现比5G通信更高阶通信基础设施的6G通信寄予了厚望。
在6G通信标准化中，尤其被作为重要规格而收到关注的是通常被称为“FR3”的7.125GHz-24.25GHz附近的频带。FR3*1位于已分配给4G和5G通信的FR1*1（410MHz-7.125GHz）和FR2*1（24.25GHz-71GHz）之间。FR1拥有的频率被用于移动通信且覆盖范围广，与FR1相比，在使用FR3频带的通信中，虽然传播距离较短，但是能确保更宽的频带，从而实现更高的通信速度。因此，FR3目前正被国际社会作为6G通信的频带进行讨论。
本文将就与FR3相关的国际动向以及本公司为6G通信提供支持的技术进行相关介绍。
*1 FR1/FR2/FR3中的“FR”是Frequency Range的缩写，意思是频率范围。
1. 6G通信中的重要规格―频带
在2020年代，以高速、大容量、低微延迟和多设备同时连接为特征的5G通信作为通信基础设施已实现实用化。通过5G通信，人们实现了10Gbps级的通信速度和10毫秒以下的延迟时间，下一代通信即6G通信的目标是在2030年代实现实用化，人们对6G通信提出的要求是实现比5G通信更高的性能，例如：100Gbps的高速通信和毫秒级的低延迟时间。除此之外，还要求支持大量终端同时连接、实现低功耗化和更广的通信覆盖范围等。
此外，在6G通信中，不仅要提高通信性能，而且有望满足扩展通信功能本身的需求，例如：与AI协作的高阶控制和优化、与了解坏境和物体状态的传感相融合、即使在发生灾害时和紧急情况下也能维持通信的高可靠性（复原力）等。
尤其重要的是，为了实现作为支撑这些要求的基础的高速通信，确保宽范围的频带不可或缺*2。电波的频率被划分用于多种用途，不仅用于5G通信等移动体通信，还用于广播、卫星、航空、船舶以及Wi-Fi等个人通信。在这种情况下，为6G通信确保世界共通的宽频带的行动不断推进。
*2 香农-哈特利定理表明，更宽的频带对于提高通信速度不可或缺。
2. 什么是FR1、FR2和FR3?―5G通信和6G通信的频带
2.1 讨论6G通信频带的国际电信联盟―ITU
为了为6G通信确保全球共通的频带，以在全球范围内负责电气通信——有线通信/无线通信的标准化和监管的国际电信联盟（International Telecommunication Union：ITU）*3为框架，正在不断推进国际性讨论和共识形成。
ITU是一个基于基本性文件——《国际电信联盟宪章》（ITU宪章）、《国际电信联盟条约》（ITU条约），以及对ITU宪章和ITU条约进行补充的业务规则《无线电规则》（Radio Regulations：RR）和《国际电信规则》（International Telecommunication Regulations：ITR）开展工作的机构。
以下列出的是ITU的主要部门。负责讨论6G通信（见下文的IMT-2030）频带的主要部门是无线通信部门——ITU-R。
- 无线电通信部门（Radiocommunication Sector：ITU-R）
- 电气通信标准化部门（Telecommunication Standardization Sector：ITU-T）
- 电气通信开发部门（Telecommunication Development Sector：ITU-D）
*3 1890年代在意大利发明了无线通信之后，无线通信被用于船舶通信。之后，为了预防电波推广造成的跨境信号干扰，并确保世界各国利用电波的公平性，人们开始呼吁对此制定国际规则，为了在国际范围内利用电气通信，ITU于1932年成立，1947年，它成为包含现在的WHO和IMF的联合国专门机构之一。
2.2 3GPP定义的FR1、FR2以及ITU-R正在讨论的FR3
如上所述，将FR3作为6G通信频带进行讨论主要由ITU-R负责。
2023年，ITU-R批准了6G通信的基本构想——IMT-2030*4建议书，该建议书规定了6G的性能要求和评估框架。
与此同时，在由ITU-R主办的世界无线电通信大会（World Radiocommunication Conference：WRC）（见下文）上，也在推进对IMT-2030（6G）的频带进行讨论，在2023年12月于迪拜举行的WRC-23上，取得了将FR3的频率范围内的部分频带在部分区域划定为IMT用频带等成果，说明6G通信的频率讨论已经具体化。
以ITU-R的IMT-2030以及WRC上的讨论为背景，3GPP*5将被称为FR3的频率划分作为6G通信的讨论对象，该频段独立于5G通信的技术规格中为方便起见而定义的FR1/FR2（参照图1）。
［补充］
FR1/FR2/FR3未被记载在ITU的无线电规则（RR）（将在下一节讨论）中，使用该名称不具有法律约束力。
*4 International Mobile Telecommunications 2030的缩写。IMT（International Mobile Telecommunications）是ITU规定的国际性框架的总称，该框架对移动通信系统的性能要求、评估方法和频率利用思路进行了整理。其中，IMT-2030指的是针对由ITU-R牵头的6G通信展示性能要求和评估框架的总体架构。3GPP将在IMT-2030的基础上制定与6G通信相关的具体技术规格。
*5 3rd Generation Partnership Project的缩写。这是一个由多个标准化组织（例如美国的ATIS、欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC）参加并运营的国际性标准化项目，旨在制定与移动通信系统相关的技术规格。技术规格以版本19和版本20等发行单位进行制定。
3. 在ITU-R主办的WRC上对6G通信的FR3进行的讨论
ITU-R将世界划分为第1区域、第2区域和第3区域，并以管理电波频率为目的，为每个区域分配划分的频率（图2）。
具体的分配和变更在ITU成员国参加的世界无线电通信大会（WRC）上进行协商并达成一致，结果反映在《无线电规则》（RR）中。基于这项RR国际协议，各国监管机构（例如，美国的FCC、英国的Ofcom、中国的工信部和日本的总务省）决定本国的频率划分和执照条件。
因此，经过在ITU-R主办的WRC上进行讨论后反映到RR，由此决定对各区域的频率分配。所以，未经在WRC上协商并达成一致的频率原则上不能用于国际无线通信。
在此，我们将介绍在WRC上对有望作为6G通信频带的FR3进行讨论的情况。
如第2.2节所述，在2023年举行的WRC-23上关于IMT的讨论（议题1.2）中，第2区域的巴西、墨西哥和秘鲁等12个国家同意将FR3频带范围内的10-10.5GHz频带划定为IMT频率。当时美国和加拿大不同意这一提议。
此外，在WRC-23上，关于为IMT-2030（6G通信）而划定IMT频率，已确认将在2027年举行的下一次大会即WRC-27上继续进行审议（议题1.7），其候选频率位于FR3的范围内（图3）。
事实上，在某些区域，FR3范围内的部分频率已被卫星通信等现有系统使用。因此，ITU-R一直在对6G通信无线电台对现有系统造成的干扰和影响进行评估。另一方面，关于如何评估现有系统对6G通信无线电台的干扰仍然是需要持续讨论的对象，关于这一点，在WRC-27上的审议结果也备受关注。
基于这些干扰评估的结果，共存条件和运用规则将通过WRC制定和完善。
4. FR3频带的特征―与FR1和FR2之间的比较
如上所述，FR3频带位于FR1和FR2之间，人们正在讨论将其作为6G通信的频带。在此将通过与FR1和FR2进行比较，探讨使用FR3频带的好处。
FR1频带也是已被移动通信系统（例如智能手机）使用的频带。由于它是一个电波容易传输到远处的频带，因此具有能够扩展通信覆盖范围的特征。然而，电信运营商可以使用的单一频带的带宽大多数仅限于几十MHz到一百MHz左右，难以实现一定水平以上的高速通信。
另一方面，FR2频带与FR1一样，也已被移动通信系统使用。例如，由于能够确保宽达400MHz的带宽，所以可以实现今后有望实用化的数十Gbps的高速通信。然而，作为该频带的电波传播特性，其具有很强的直线传播性，且传播损耗较大（通信距离较短），所以在城市地区和室内使用需要大量的基站。因此，目前使用FR2频带的通信设备和服务的应用场景受到了限制。如上所述，FR1频带覆盖范围广，但速度有限，FR2频带虽然可以实现速度很高的通信，但其应用环境受到了限制。
FR3频带的特性是介于FR1和FR2之间，能够确保比FR1更宽的带宽，与FR2相比，其直线传播性不强，通信距离也更远。具体而言，它有望确保与FR2同样宽的带宽。此外，由于电波的绕射能力也更强，因此有望即使在室外和室内混合的环境中也能进行稳定的通信。
5. MIMO和波束成形―利用FR3所需的技术
如第3节所述，部分FR3频带已被卫星通信等现有系统使用，因此，在引入6G通信时，共存和干扰影响是需要解决的重要问题。为了解决这些问题，预计会根据FR3的特性应用通过利用FR2频带进行实际运用和研究而开发的技术。特别是将天线技术——大规模MIMO和波束成形组合而成的空间复用技术（一种同时利用独立空间信道的技术）被认为是一种有效的对策（图4）。
MIMO是一种天线技术，它通过使用多个天线同时发送和接收多个信号，能够在不增加频带宽度和发射功率的情况下，通过空间复用等技术有效地提高通信速度和通信稳定性。MIMO通常以2×2 MIMO和4×4 MIMO等形式表示。前者（2×2 MIMO）是指发送方和接收方分别拥有2根天线的构成，后者（4×4 MIMO）是指分别拥有4根天线的构成。此外，大幅增加天线元件数量后构成的天线被称为大规模MIMO。其特征如下所示。
- 使用大规模MIMO时，电波的波长越短，天线元件的尺寸和元件间距就可以越小。因此，在FR2和FR3等较高频带使用时，可以实现天线的小型化和天线元件的更高密度配置。
- 通过使用将电波集中发送到特定方向的波束成形技术，实现天线元件的高密度配置，并通过相位和振幅控制提高方向性，实现降低传播损耗并遏制干扰。
由于大规模MIMO的这些特征，为了遏制利用FR3频带时的问题——对现有系统等造成干扰，将大规模MIMO和波束成形组合后的天线技术被定位为重要技术。在3GPP中，已在其版本19的活动中推进了对MIMO技术的讨论（图5）。
另外，如图5所示，对6G通信技术进行讨论的版本20活动已于2025年6月开始，在予定于2027开始的版本21活动中，预计将制定6G通信的初版规格。
之后，初版规格将作为IMT-2030提案于2029年由3GPP提交给ITU-R，6G通信的商用化将迈出重要一步。
6. FR3和6G通信技术展望―介绍本公司应对问题的技术
6G通信预计将使用FR3的频带，在这种情况下，多种要素技术的发展不可或缺。为了满足这一需求，本公司正在推进功率放大器、高频滤波器、模块以及低介电常数LTCC和LCP柔性电路板等的技术开发和商品化。
在此将对近年已开始量产并出货的XBAR滤波器进行相关介绍。XBAR滤波器是一种高频滤波器，支持3GHz或更高的高频频带，它融合了本公司拥有的表面声波（SAW）滤波器技术和利用叉指换能器在压电单晶薄膜上激发体声波（在薄膜内部传播的波：BAW）的技术。它具有迄今为止使用SAW滤波器未能实现的特征：在4-7GHz频带内具有宽带宽、低损耗和频带域外高衰减，是一项在FR3中超过10GHz的频率下也能实现这一特征的技术。
XBAR是一种利用横向（X轴）体声波的共振器，从这个意义上说，其结构如图6所示。在该结构中，在金属叉指换能器上施加交流电压时，会在单晶压电薄膜中激发横向体声波，从而产生电共振。考虑将这种共振器交替进行串联和并联配置的结构，并优化排列数量和各自的共振频率，通过这种设计可以制造出具有所需频带和衰减特性的XBAR滤波器（图7）。
＜专栏＞关于5G通信频带“Sub-6”
如正文所述，在移动通信领域，会根据目的和应用场景将频率划分成多个频带使用。
- 3GPP进行的划分：FR1（0.41-7.125GHz）、FR2（24.25-71GHz）
- 3GPP在4G通信中进行的单独划分：例如，Band 1（2.1-2.17GHz）
- 3GPP在5G通信中进行的单独划分：例如，n40（2.3-2.4GHz）
- 传统划分：Low-band（1GHz或更低）、Mid-band（1-24GHz）、High-band（24GHz或更高）等
- 传统划分：Sub-GHz（1GHz或更低）、Sub-6（6GHz或更低）、Sub-THz（约100-300GHz）
Sub-6的范围在此备受关注。Sub-6通常指6GHz或更低的频带，指的是n77（3.3-4.2GHz）和n79（4.4-5.0GHz），这两个频带是3GPP专门为5G通信单独划分的新频带*6（图8）。
然而，由于3GPP将n104（6.425-7.125GHz）划分给了5G通信，所以出现了将到FR1的上限频率7.125GHz为止的频率包含在Sub-6中的倾向。另外，即使在包含7.125GHz的情况下，Sub-6仍然在传统划分的Mid band范围以内（图9）。
*6 也被称为5GNR频带。NR是New Radio的缩写。
