村田：什么是元宇宙中有现实感的虚拟办公室

发布时间：2022-12-26 10:10
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2899

　　以新冠疫情扩大为契机，利用ICT（信息通信技术）不受时间和地点限制的工作方式——居家办公一举成为常态。在这样的情势下，对传统工作方式的革新愈演愈烈。这里，我们以其中的代表——“虚拟办公室”为例，一起来看一看利用了电子技术的未来工作方式吧！

村田：什么是元宇宙中有现实感的虚拟办公室

　　迈向使用网络虚拟身份在虚拟办公室进行会议的未来

　　虚拟办公室指的是员工聚集在再现于网络虚拟空间的办公室中一起开会或进行共同作业等。

　　在2021年引发了巨大话题的元宇宙也是指互联网上的虚拟空间，其中建有城市、建筑等各种各样的空间模型。在无限广阔的虚拟空间中为办公室用途而专门定制的虚拟空间，称之为虚拟办公室。

　　虚拟办公室中使用了各种技术。

　　譬如可以如现实般体验虚拟空间的VR（虚拟现实）技术和将现实世界和虚拟世界进行重合的AR（增强现实）技术等。

　　居家办公的员工只要一带上VR设备，虚拟空间的会议室就展现于眼前。再以自己的网络虚拟身份进入，谈工作时，上司和同事仿佛就在眼前。VR设备的朝向和控制器的动作会反映到网络虚拟身份的动作上。会议的参加者之间可以相互面对面，伴有身体动作和手势进行交谈，这可以说是虚拟办公室的一大优点。

　　为虚拟办公室提供支持的技术的发展进化日新月异。

　　在美国，通过3D影像远程再现人或物的技术正在不断发展。此外，以传感器、致动器等的进步为背景，人们对通过振动及动作以人工创造出触觉、以模拟方式进行再现的触觉反馈技术的发展进化也抱有很大的期待。通过3D影像，身在远方的人的姿态可以原样再现于眼前，还可以感受触碰物品的感觉。在不远的将来，这样的虚拟空间将成为现实。

　　人们也期待在制造业及建筑业等行业中使用利用3D远程再现物品的技术

　　VR·AR的市场规模在元宇宙的背景下扩大

　　处于虚拟办公室延长线上的元宇宙，是由意为“元”的“meta”与意为“宇宙、空间”的“universe”组成的合成词，日本国内外IT公司相继表示希望参与，是一项众人瞩目的技术。

　　2022年1月，在美国举办的规模超大的技术展览会“CES”上，和元宇宙相关的技术也备受瞩目。日本公司也展现了存在感，一家日本的综合电机制造商发表了可以通过高精细影像体验虚拟空间的VR眼镜。除此之外，可以将自身进行3D影像化后与朋友们进行交谈的应用、以及可以在元宇宙中感受冷热的可穿脱型冷温设备也引发了话题。

　　元宇宙相关VR、AR市场方面，在第5代移动通信系统“5G”的普及推动下，智能眼镜、头戴显示器等AR/VR显示设备相继被开发出来，其性能也在不断提高。

　　富士凯美莱总研的市场调查结果表明，AR/VR显示设备的世界市场预计将在2030年达到16兆1711亿日元，为2019年的44.8倍。

　　面向企业间交易（BtoB）及企业通过其他企业向消费者提供产品的交易（BTOBtoC）的AR/VR解决方案的日本国内市场也在年年扩大，预计将于2030年达到8380亿日元，是2019年的46.6倍。

　　智能眼镜、头戴显示器将推动AR/VR显示设备的发展，为了填补未来劳动力的不足，使用AR/VR进行进修及培训将成为平常。

　　总结

　　工作方式革命正以元宇宙为背景迅猛发展。员工聚集在真正的办公室一起工作的传统形式面临改变，而同时，“不易掌控团队整体情况”“在居家办公中会感到孤独和疏远”“人与人偶遇时的闲谈减少了”等问题也显露了出来。

　　在这种情况下，融合了现实和虚拟这两种工作方式的“混合办公”今后也将开始普及。配合技术进化的同时，对新的工作方式的探索还将持续。


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　　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。
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　　株式会社村田制作所开始提供面向车载UWB(Ultra Wide Band)用途的组合方案与电路设计支持。该方案在分立构成中将晶体谐振器「XRCGE55M200MZF1BR0」与热敏电阻「NCU03XH103F6SRL」组合使用，并提供相应编号建议及电路设计支持。本提案及支持主要面向利用UWB的车载应用，如数字钥匙、CPD(Child Presence Detection)、传感器以及Wireless BMS等。　　近年来，在车载UWB应用中，随着数字钥匙和安全功能的不断升级，对宽带通信中的高准确度定时控制需求不断增加。然而在高温环境下，仅依靠晶体谐振器本体较难满足所需精度，因此通常需要利用晶体谐振器内置的温度传感器进行补偿。　　另一方面，为了优化成本结构，部分客户希望采用晶体谐振器与外置热敏电阻的分立构成方式，但在电路设计及温度补偿方面存在一定难度。　　为此，村田开始提供晶体谐振器「XRCGE55M200MZF1BR0」与热敏电阻「NCU03XH103F6SRL」在分立构成中的组合方案，并提供用于温度特性补偿的电路设计支持。　　在本支持服务中，客户可通过支持链接进行咨询。村田可借用客户的安装基板，对安装本产品后的温度特性参数进行测量，并提供相关数据。　　近年来，在车载UWB应用中，随着数字钥匙和安全功能的不断升级，对宽带通信中的高准确度定时控制需求不断增加。然而在高温环境下，仅依靠晶体谐振器本体较难满足所需精度，因此通常需要利用晶体谐振器内置的温度传感器进行补偿。　　另一方面，为了优化成本结构，部分客户希望采用晶体谐振器与外置热敏电阻的分立构成方式，但在电路设计及温度补偿方面存在一定难度。　　为此，村田开始提供晶体谐振器「XRCGE55M200MZF1BR0」与热敏电阻「NCU03XH103F6SRL」在分立构成中的组合方案，并提供用于温度特性补偿的电路设计支持。　　在本支持服务中，客户可通过支持链接进行咨询。村田可借用客户的安装基板，对安装本产品后的温度特性参数进行测量，并提供相关数据。　　通过上述支持，即使在分立构成条件下，也可以使用针对安装基板优化后的补偿参数，从而有助于实现客户的性能目标，并提高设计流程效率。　　此外，本组合方案中的晶体谐振器「XRCGE55M200MZF1BR0」为新产品，已于2026年3月开始量产。该产品实现了2016的小型尺寸、高可靠性以及低故障率，有助于车载应用设备的小型化以及安全功能的升级。　　主要特点:　　晶体谐振器XRCGE55M200MZF1BR0　　支持高准确度温度补偿：通过专有切割技术，对高温环境下的温度特性曲线进行优化　　面向车载应用的高可靠性： 确保工作温度115℃，低故障率(无微粒)　　设计支持：通过温度补偿电路的技术支持，使分立构成的设计更加容易实现　　稳定供应　　无铅　　主要特点:　　热敏电阻NCU03XH103F6SRL　　适用于汽车等需要高可靠性部件的设备　　采用铜电极实现小型化：0.02 × 0.01英寸(0.6 × 0.3 mm)　　由于体积较小，可实现迅速响应
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　　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。
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