村田丨开拓6G通信，理解频带“FR3”是关键！ 【下篇】

　　本文【上篇】介绍了6G通信的行业背景和6G使用频带FR3，以及国际电信联盟ITU和各区域标准组织目前就6G通信开展的工作进展等。这里我们将继续介绍FR3频带相关的几个技术话题，包括FR3与FR1、FR2频带的特征比较，利用FR3所需的关键器件技术，6G部署趋势和时间表，以及村田制作所在器件技术层面的储备和发展动态。

　　04 FR3频带的特征：与FR1、FR2的比较

　　如前文所述，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。

　　【小贴士】6G与5G通信”Sub-6“的区别

　　在移动通信领域，根据目的和应用场景不同，会将频率划分成多个频带使用。比如，一种传统划分为Low-band(1GHz或更低)、Mid-band(1-24GHz)、High-band(24GHz或更高)等;另外一种传统划分将1GHz或更低称为Sub-GHz，Sub-6指6GHz或更低，而将约100-300GHz归为Sub-THz。

　　国际性标准化项目3GPP将通讯频段划分为FR1(0.41-7.125GHz)、FR2(24.25-71GHz);在4G通信中，3GPP进行了单独划分如Band 1(2.1-2.17GHz);3GPP在5G通信中进行的单独划分如n40(2.3-2.4GHz)，等等。

　　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(下图)，也被称为5GNR频带(NR是New Radio的缩写)。

　　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。

　　也就是说，5G通信中的”Sub-6“不属于这里讨论的未来6G通信频带。

　　05 MIMO和波束成形：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(下图)。

　　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(下图)。

　　另外，如上图所示，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。

　　06 总结：FR3和6G通信技术展望

　　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。比如村田制作所村田近年已开始量产并出货的XBAR滤波器。

　　XBAR滤波器是一种高频滤波器，支持3GHz或更高的高频频带，它融合了村田拥有的表面声波(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的结构

　　XBAR是一种利用横向(X轴)体声波的共振器，从这个意义上说，其结构如上图所示。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(下图)。

　　使用XBAR的滤波器特性示例

　　除了高频滤波器件，村田制作所也正在推进6G相关的功率放大器、低介电常数LTCC和LCP柔性电路板等器件技术开发和商品化，参与6G移动通信系统的研究开发和标准化工作，为6G通信2030年代实现实用化做贡献。