LTEの後継規格「5G」って何？ メリットは？

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　2020年3月、NTTドコモ、au（KDDIと沖縄セルラー電話）、ソフトバンクが新しい携帯通信サービス「5G（ファイブジー）」を開始しました。

　サービス開始以前から、5Gという言葉はニュースなどで耳目に入ることはありました。しかし、現行の携帯通信サービスで使われている「LTE」（「4G」と呼ばれることもあります）と何が違うのか、いまいち分からないという人もいると思います。

　この記事では、そもそも「5G」とは何なのか、どんなメリットがあるのかを解説していきます。

そもそも「5G」とは何？

5G＝第5世代

　英語で「G」といえば、基本的には「Generation」、つまり「世代」を指します。つまり、「5G」は「第5世代」の移動通信（携帯電話）システムという意味です。

　携帯電話は1970年代後半に「第1世代」が生まれ、それ以降、おおむね10年周期で新しい世代の規格が誕生しています。それぞれの世代の特徴を大ざっぱにまとめると、以下のようになります。

• 第1世代（1970年代後半）：移動しながら使える無線式アナログ電話
• 第2世代（1990年代前半）：通信をデジタル化しパケット通信（※1）にも対応
• 第3世代（2000年代前半）：パケット（データ）通信をさらに高速化
• 第4世代（2010年代前半）：データ通信に特化し、さらに高速化（音声もデータ化して伝える）

（※2）デジタルデータを小分けして伝送する通信

第2世代（2G）の携帯電話は、通信をデジタル化し、データを小分けして送受信する「パケット通信」に対応しました。日本ではNTT（現在のNTTドコモ）が開発した「PDC」と、米Qualcomm（クアルコム）が提唱する「cdmaOne」の2規格が普及しました（写真はドコモの第2世代携帯電話「mova」）

第3世代（3G）の携帯電話は、パケット通信の高速化に注力する一方、一部の規格では音声通話とパケット通信を同時に行う「マルチアクセス」を実現するなど利便性が向上しました。日本ではドコモとヨーロッパの通信機器メーカーが開発した「W-CDMA（UMTS）」と、QualcommがcdmaOneをベースに開発した「CDMA2000」の2規格が普及しました（写真はドコモの第3世代携帯電話「FOMA」）

　第3世代（3G）と第4世代（4G）の間には、「LTE」という通信規格もあります。これは「3Gから4Gへの移行には時間がかかる」として、ドコモが2004年に提唱した「Super 3G構想」が下敷きになって生まれたものです。LTEは「Long Term Evolution」の略、つまり「長期にわたる（3Gから4Gへの）革新」を意味しています。

　3Gまでの通信規格は複数あって、国や地域、キャリア（通信事業者）によって採用する規格が異なることがありました。それぞれの規格に互換性はないため、端末や基地局はそれぞれの規格に合わせて“作り分ける”必要もありました。その反省もあって、LTEは移動通信の規格としては初めて“全世界共通規格”として作られました。

　その他、LTEは音声通話を考慮に入れず（※2）、データ通信に特化して高性能化を図るという方針が初めて取られた規格でもあります。これにより、3Gまでの通信規格と比べると、データ通信速度が飛躍的に向上しました。

　このLTEをさらに高速化した通信規格が「LTE-Advanced」で、これが現在「第4世代（4G）」に位置付けられています。

（※2）初期段階では、通話時に2Gまたは3Gを使う「フォールバック（切り替え）」をしていましたが、音声をデータとして送る「VoLTE（Voice Over LTE）」という規格が後から追加策定され、音声通話にも対応しました

LTEは「3Gから4Gへの橋渡し」を目的に、データ通信に特化して策定された規格。初期のLTEスマートフォンは、音声通話の利用時に2Gまたは3Gへと通信を切り替えていた（写真はドコモの「Xi」の初期スマートフォン）

メリットは「高速・大容量」「低遅延」「多数接続」だが……

　通信規格としての5Gは、正式には「5G NR（New Radio）」といいます。移動通信システムの世代を示す言葉が通信規格の名前に入ったのは、これが初めてです。（以下、5G NRのことを「5G」と呼びます）

　5Gは、LTEやLTE-Advanced（4G）が目指してきたことを、さらに突き詰める規格です。すごく簡単にいうと、「高速・大容量」「低遅延」「多数接続」という3点をさらに突き詰めるべく開発されました。大ざっぱにいうと、それぞれの意味することは以下の通りです。

• 高速・大容量＝通信速度をもっと高速に
• 低遅延＝通信のレイテンシー（遅延）を極小にして「即応（即答）」に近づける
• 多数接続＝1台の基地局でつなげられる携帯電話（端末）の台数を増やす

5Gが目指す所は、LTEやLTE-Advancedの目標をさらに突き詰めること（出典：総務省）

　ただ、LTE／LTE-Advancedの時もそうでしたが、キャリアがいきなり全ての設備を5G用に置き換えることは、資金面でも設備の整備面でも困難です。

　なので、現時点の5Gは、LTE／LTE-Advanced用の設備を一部で流用する「NSA（Non-Standalone）方式」となっています。NSA方式である程度5Gが広がった段階で、設備を全て5G用とした「SA（Standalone）方式」に移行することになりますが、日本における移行は早くても2021年度からと言われています。

　5Gの特徴のうち、低遅延と多数接続は、SA方式のネットワークで本領を発揮します。つまり、現時点で5Gのメリットを体感しやすいのは「高速・大容量」の1点のみということになります。

現時点での5Gは、LTE／LTE-Advanced用の設備を一部で流用する「NSA方式」。今後、2〜3年程度かけて「SA方式」への移行準備が行われるものと思われます（出典：総務省）

高速・大容量を支える「ミリ波」

　5Gの高速・大容量は、下り最大20Gbps以上・上り最大10Gbps以上が達成目標です。下り（受信）の通信速度はもちろん、動画の配信やアップロードで需要が高まっている上り（送信）の通信速度も大幅にアップします。

　この高速さを支えるのが、従来の携帯電話では使われていなかった「ミリ波（mmWave）」と呼ばれる、30GHz前後の電波帯域です。

　電波は周波数が高まるほど、障害物に弱くなります。そのこともあり、一般向けの通信サービスでミリ波が使われることはありませんでした。しかし、より高速な通信を目指す5Gでは「使われてないなら、むしろ帯域が広く取れる（＝通信速度を向上しやすい）でしょ！」と、積極的に使われる方向になりました。

　ただ、繰り返しですがミリ波は障害物に弱いです。そこで、5Gではある程度広いエリアを確保するために「Sub-6」と呼ばれる6GHz以下（日本では3.5GHzまたは4.5GHz）の帯域も使われます。今後は、LTE／LTE-Advancedで使われている電波帯域を5Gに転用できるようになる予定で、これが実現すれば、さらに広いエリア化も期待されます。

　この速度は、あくまでも理論値（計算上出せる速度）。実際に出せる速度は、良くて8割程度になりそうですが、それでも固定インターネット回線の代わりにも使える高速ぶりです。

　ちなみに、2020年5月現在の国内各キャリアにおける5Gの最高通信速度は以下の通りです（いずれも理論値）。ただし、端末によって最高通信速度は異なるので注意しましょう。

• NTTドコモ：下り4.1Gbps／上り480Mbps
• au：下り2.8Gbps／上り183Mbps（※3）
• ソフトバンク：下り2Gbps／上り103Mbps

（※3）2020年夏以降は下り4.1Gbps／上り481Mbpsとなる予定

日本において現時点で5G用に割り当てられている電波は「3.7GHz帯」「4.5GHz帯」と「28GHz帯」。現在、3GやLTE／LTE-Advancedで使われている電波帯域を5Gに転用可能とする準備が進められている

今後は「低遅延」「多数接続」というメリットも

　今後、5GネットワークがSA方式に移行すると、低遅延や多数接続というメリットも生かせるようになります。

　遅延の面では、現行のLTE／LTE-Advancedが「片道5ミリ秒（0.005秒）以下」が目標値であるのに対し、5Gでは「片道1ミリ秒（0.001秒）以下」が目標値となっています。基地局、あるいは基地局の近隣にデータを処理したり配信したりするサーバ類を置く「エッジコンピューティング」を併用すれば、データが瞬時にやりとりできるようになります（エッジコンピューティングは、大容量通信にも効果的です）。

　5Gネットワークに加えて、情報を処理するコンピュータや上位の通信回線などの低遅延化がさらに進めば、建設機械の遠隔操作、自動車の自動運転／リアルタイム運転支援や、遠隔手術も実現できるといわれています。

SA方式のネットワークが導入され、そのポテンシャルが発揮できれば、低遅延性を生かした用途が創出できます（出典：総務省）

　多数接続の面では、LTE-Advancedでも1平方キロメートル当たり最大で約6〜10万台の端末（回線）を同時接続できますが、5Gでは1平方キロメートル当たり最大で100万台の端末を同時接続できます。

　最近は、さまざまな機器をインターネットに接続する「IoT（モノのインターネット）」の動きが見られます。スマートスピーカーやスマートディスプレイがその典型ですが、冷蔵庫や洗濯機、LED電球など、いわゆる「白物家電」にもインターネット接続機能を備えるものが増えています。

　ただ、白物家電はスマホやWi-Fi（無線LAN）ルーターを介してインターネットに接続するものが多い。5Gの多数接続性を生かせば、そのようなデバイス抜きで“直接”インターネットにつなげる白物家電が増えると言われています。ITリテラシーのそれほど高くない人でもつかいこなせるIoT技術の普及も期待できます。

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