5Gが創出する新ビジネス
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» 2020年04月24日 11時16分 公開

5Gビジネスの神髄に迫る:5Gの技術を整理する 当初はなぜ高速大容量通信しか使えないのか? (1/3)

5Gは4Gの技術をベースに進化しており、高速大容量通信、超低遅延、多数同時接続という3つの特徴がある。だが5Gは4Gまでの進化と異なり、劇的な技術革新によって高性能を実現したわけではない。4Gまでの技術をベースにしながら、さまざまな技術を組み合わせているのだ。

[佐野正弘,ITmedia]

 5Gは4Gの技術をベースに進化しており、高速大容量通信、超低遅延、多数同時接続という3つの特徴を実現する上でも新しい技術がいくつか導入されている。それは一体どのような技術なのかを確認しよう。

5G 5G通信の特徴。「第5世代移動通信システム(5G)の今と将来展望 - 総務省」より

5Gは既存技術の組み合わせで高性能化

 5Gは4Gの次の技術通信規格ということもあり、4Gよりもはるかに高い性能を実現するとされている。だが5Gは4Gまでの進化と異なり、劇的な技術革新によって高性能を実現したわけではない。

 例えば電波を用いて情報を送る「変調方式」に関しても、3Gや4Gでは新しい変調方式の導入が性能向上に大きく貢献してきたが、5Gの通信方式「5G NR」では、変調方式に4Gと同じOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重方式)を採用しており、革新的な技術で性能が向上しているわけではないのだ。

 ではどうやって5Gの高い性能を実現しているのかというと、4Gまでの技術をベースにしながら、さまざまな技術を組み合わせているのだ。具体的にどんな技術が用いているのかを、5Gの特徴である「高速大容量通信」「超低遅延」「多数同時接続」それぞれに関して見ていこう。

高速大容量通信には空きのある高い帯域を活用

 まずは高速大容量通信についてだが、モバイル通信で通信速度を向上させるには、データが通る道、つまり周波数の帯域幅を広くすることが一番の近道となる。それゆえ5G NRでは、4Gより広い周波数帯を使って通信できる仕様となっているのだ。

 4Gで利用できる帯域幅は20MHz幅までと限られており、それ以上幅を広げるには、複数の周波数帯を束ねる「キャリアアグリゲーション」という技術を用いる必要があった。だが5G NRでは最大で1GHz幅の周波数帯域を用いて通信ができるため、100MHz、200MHzといった広い周波数帯域を有効活用できるのだ。

 とはいえ、100MHz単位で空きがあるような周波数帯は、4Gで使用している3.5GHz以下ではほとんど見当たらないので、5Gではより高い周波数帯を用いることで高速通信を実現しようとしている。実際、携帯電話各社に5G用として割り当てられている周波数帯は、3.7GHz帯、4.5GHz帯、そして28GHz帯と非常に周波数が高いが、3.7GHz帯と4.5GHz帯は100MHz幅、28GHz帯は400MHz幅ずつと、帯域幅がとても広いことが分かる。

5G 総務省「第5世代移動通信システム(5G)の導入のための特定基地局の開設計画の認定(概要)」より。5Gに割り当てられている周波数帯は従来よりも高い帯域だが、その分使われておらず、空き幅が広く高速大容量通信の実現に適している

 だが電波は周波数が高いほど障害物の裏に回り込みにくく、直進性が強くなるため遠くに飛びにくいという弱点がある。そこで5Gでは、基本的に周波数が6GHz以下の「Sub-6」を用いて広いエリアをカバーし、およそ30GHz以上の「ミリ波」をスポット的に展開して高速大容量通信を実現しようとしている。

 さらに5Gでは、高い周波数帯を使って離れた端末と通信できるよう、基地局から端末に向けて電波を面的ではなく、レーザービームのように直線的に射出して通信する「ビームフォーミング」という技術を活用。それだけでは多くの端末と通信できないことから、数十、数百といった非常に多くのアンテナ素子を同時に用いて通信する「Massive MIMO」という技術を用い、多数の端末と同時に通信できるようにしているのだ。

5G 多数のアンテナ素子を用いて通信する「Massive MIMO」という技術は、ソフトバンクは4Gの時代から用いている

 そうした技術を用いてもなお、現在5G向けに割り当てられている高い周波数帯だけで広範囲をカバーするのは難しいとみられており、将来的には4Gの周波数帯で4Gと5Gを共存させる「ダイナミックスペクトラムシェアリング(DSS)」という技術を用いるキャリアが増えると考えられる。もちろん4G用の帯域は高速大容量通信には不向きだが、低遅延や多数同時接続の実現にはエリアカバーの方が重要なので、場所に応じて双方を併用しながらエリア整備が進むことになるだろう

5G EricssonのDSSのイメージデモ。5G用の基地局を整備しながらも、DSSによって4Gの周波数帯で5Gを使えるようにすることで、5Gのエリアを大幅に広げやすくなる
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