日企5G基站乏力,强化6G半导体研发

新一代通信标准“6G”的制定工作最早在2024年启动。容易在市区连接的电波已经十分紧张,6G需要可灵活使用更高频段的技术。NEC和富士通等日本企业都在大力开发支持高频段的基站用半导体,打算在无线通信领域提高存在感。

“已经做好了创造6G未来的准备”,无线通信技术国际标准化组织3GPP在12月上旬表示,将与各个国家和地区的相关团体一起着手制定6G技术标准。将在2024年以后正式展开讨论,并开始向基站制造企业等征集构成6G标准的候选要素技术。

5G的10倍

预计将于2030年前后普及的6G以实现每秒100GB左右的通信速度为目标,相当于现行“5G”的10倍。预计将在办公室、工厂、医院、教育等一线推动增强现实(AR)和虚拟现实(VR)技术普及。

日企5G基站乏力,强化6G半导体研发

电波容易连接的1GHz以下频段,被称为“白金频段(Platinum Band)”,已经分配给手机和电视广播等。1G~100GHz频段也被用于各种无线服务,空余频段很少。能够确保6G大容量通信所需带宽的只有超过100GHz的“亚太赫兹波(Sub THz)”等。

频率高、波长短的电波很难绕过障碍物,而且容易在空气中衰减。存在的另一个课题是“(收发电波的)天线元件的面积较小,接收时的功率会下降”(东京工业大学教授冈田健一)。

要在高频段实现稳定通信,高性能半导体必不可少。2019年开始普及的现行“5G”基站方面,NEC和富士通一直从外部采购半导体,但目前两家厂商都在针对6G基站大力开发自己的半导体。

NEC于10月发布消息称,试制出了支持150GHz频段(预计6G将会使用)电波的通信用半导体。将多个天线元件和用来增强信号的放大器等集成在了一个芯片上。据NEC介绍,这是全球首次成功开发出可在4个不同频段同步发送大容量电波的天线一体型半导体。

试制该半导体时使用的电路线宽为22纳米(1纳米为10亿分之一米)的CMOS(互补金属氧化物半导体)制造工艺也被用于生产相机的图像传感器等。目前已经确立稳定的低成本制造技术,而且适合量产。

NEC高管渡边望说:“处理高频电波时,基站设备和半导体的设计密切相关”,NEC正在讨论是否自己生产6G基站用半导体,但同时称:“重要的是自己拥有技术”。

富士通也在开发可耐受高功率的室外基站用半导体。为了能够将容易衰减的高频段电波传送到远方,半导体材料采用了耐久性高于硅的氮化镓等材料。负责开发的关宏之就6G基站用半导体表示:“自产是一种方法”。

6G使用的不仅是亚太赫兹(sub-terahertz)频段。在NTT DoCoMo参与6G技术开发的永田聪预测:“要详细区分使用室外和室内不同的电波和基站设备”。在市中心及建筑物内,混合使用Wi-Fi等使用的“微波”(频率在3GHz~30GHz)及波长更短的“毫米波”(同30GHz~300GHz)频段的方案是很有可能得。

“空中飞行基站”

NTT DoCoMo和NTT、NEC共同推进开发在室内分散设置支持6G频段的小型天线的技术。目标是跟室外基站一样,在不同小型天线之间顺畅接收与移动的智能手机的通信。

日企5G基站乏力,强化6G半导体研发

高频段的电波难以通过墙壁和家具。NTT DoCoMo还致力于研究反射高频电波的建材及容易透过电波的窗玻璃等。还在面向难以设置基站的山区和离岛,开发沿平流层航行的“空中飞行基站”。

现在的5G也有部分智能手机配备了支持毫米波的天线,但需要高密度设置很多基站,尚未广泛应用。为了普及处理更高频段电波的6G,需要所有无线相关技术总动员。

日企在5G基站缺乏影响力,华为崛起

全球无线通信相关专利使用费总额被认为每年超过1万亿日元。资金流入拥有实力专利的企业,可以在新一代技术开发竞争中占有优势。在3GPP承担的新一代通信标准的标准化活动中,参与企业的利害会产生冲突。

尤其是不可代替的标准必要专利(SEP)是否采用的自己的技术对从事基站和通信用半导体的厂商而言是一大关注点。在1990年代推进标准化的“3G”领域,欧美企业占有优势,而2000年代以后中国企业明显崛起。

据日本调查公司Cyber Creative Institute推测,现在的“5G”领域,中国华为在标准必要专利总量中占11.4%。超过韩国三星电子(份额占9.2%)及LG电子(同8.9%)等,排到第一名。

日本企业中,NTT DoCoMo(占7.1%)排在第五名,但没有基站厂商和终端厂商进入前十。似乎与日本在标准化活动中的影响力低成比例,在2022年通信基站市场上,NEC和富士通的全球份额合计也只占2%左右。

由于美国呼吁排除华为产品,西方各国之间纷纷从5G基站采购方中排除华为。在本国内培育无线通信领域的实力厂商,拥有多种采购手段也成为经济安全保障上的课题。

加快开发6G技术的NTT继2020年与NEC进行资本和业务合作之后,通过子公司NTT Innovative Devices(横滨市)还对富士通的半导体设计子公司进行了出资。曾经在日本电信电话公社时代被称为“电电家族”的企业群在6G时代将以新的方式再次集结。

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