村田丨开拓6G通信，理解频带“FR3”是关键 ！【上篇】

　　自第5代移动通信系统(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(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。

　　然而，鉴于在不久的将来，IoT、无人驾驶、智能工厂和智慧城市等将正式推广，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。

　　开拓6G通信时代的频带“FR3”(注：本文中FR1/FR2/FR3中的“FR”是Frequency Range的缩写，意思是频率范围。)

　　目录

　　01 6G通信的重要规格：频带

　　02 什么是FR1、FR2和FR3频带?

　　03 WRC上对6G通信FR3的讨论

　　04 FR3频带的特征：与FR1、FR2的比较

　　05 MIMO和波束成形：利用FR3所需的技术

　　06 总结：FR3和6G通信技术展望

　　01 6G通信的重要规格：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。

　　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。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。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。

　　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位于已分配给4G和5G通信的FR1(410MHz-7.125GHz)和FR2(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。这里将就与FR3相关的国际动向以及村田公司为6G通信提供支持的技术进行相关介绍。

　　02

　　什么是FR1、FR2和FR3频带?

　　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)为框架，正在不断推进国际性讨论和共识形成。那么，5G通信和6G通信的频带——FR1、FR2和FR3，是怎么划分的呢?为了弄清这个问题，需要先了解一下国际电信联盟——ITU。

　　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。

　　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。ITU的主要部门包括：

　　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)

　　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。

　　3GPP定义的FR1/FR2和IMT-2030中正在讨论的FR3的划分

　　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建议书，该建议书规定了6G的性能要求和评估框架。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。

　　在由ITU-R主办的世界无线电通信大会(World Radiocommunication Conference：WRC)上，也在推进对IMT-2030(6G)的频带进行讨论，并在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。这表明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(上图)。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。

　　需要注意的是，FR1/FR2/FR3未被记载在ITU的无线电规则(RR)中，使用该名称不具有法律约束力。

　　03 WRC上对6G通信FR3的讨论

　　ITU-R主办的WRC对6G通信的FR3专门进行了讨论。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(下图)。

　　RR决定的频率分配区域(引自ITU网站)

　　第1区域(蓝色)：欧洲、非洲、中东地区等

　　第2区域(橙色)：北美洲、南美洲、太平洋群岛等

　　第3区域(黑色)：亚洲、大洋洲等

　　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(下图)。

　　在WRC-27上作为IMT频率划定候选频带和在WRC-23上划定的频率

　　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。