第5世代移動通信システム

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第5世代移動通信システム(だいごせだいいどうつうしんシステム、: 5th Generation5G)は、1G2G3G4Gに続く国際電気通信連合 が定める規定IMT-2020を満足する無線通信システムである。

概論[編集]

ITU-Rは5Gへの要求要素・IMT-2020として、高速大容量 (eMBB:Enhanced Mobile Broadband)、低遅延 (URLLC:Ultra Reliable Low Latency Communications)、多数同時接続 (mMTC:Massive Machine Type Communications)の3つを定義しており、2020年現在IMT-2020の規定を満たすための標準化を行っているのは3GPPのみである(詳しい目標値についてはIMT-2020を参照)。

高速大容量 (eMBB)[編集]

5Gでは、急増し続ける通信トラフィックへの対応が課題となっており、無線周波数帯の確保が重要視される。また、通信スピードをより高速にするため、これまでの世代より高い周波数帯を用いる予定である。それらの周波数帯では、電波の直進性も(これまでの世代より)高くなることから、携帯電話基地局の影では電波が届きにくくなり、その点をカバーするには多数の携帯電話小型基地局(マイクロセル)を数十メートル単位で設置する必要が出てくることになる。通信速度の高速化は、シャノン=ハートレーの定理により、高消費電力も招きうるものであるため、モバイル環境での電池容量の確保も、技術的な課題となっている。もっとも、モバイル環境における、安定した電力確保の問題は、第3世代移動通信システムから続く、永続的な問題でもある。

サービス開始時の5Gの通信速度は、NTTドコモが下り最大3.4Gbps・上り182Mbps[1]、auが下り最大2.8Gbps・上り最大183Mbps[2]、ソフトバンクが下り最大2.0Gbp・上り103Mbps[3]である。

高信頼低遅延 (URLLC)[編集]

無線区間については、無線通信方式の改良により、より低遅延な無線区間の通信も実現する。通信経路距離については、基地局等、端末に近い場所にサーバーを置くことで端末-サーバー間の往復遅延を減らす「モバイルエッジコンピューティング」が同時に導入される見込み[4]。「モバイルエッジコンピューティング」を導入することで、基地局等、端末に近い場所に計算資源を置き処理する事で、センターのサーバーへ伝送するデータ量を低減する効果も見込まれている。一定値以下の遅延を維持するQoSの実現のため、5Gネットワークスライシング技術も検討されている[5]

多数同時接続 (mMTC)[編集]

基地局1台から同時に接続できる端末を従来に比べて飛躍的に増やせることである。 例えば、これまでは自宅でPCやスマートフォンなど数個程度の接続だったものが、5Gにより100個程度の機器やセンサーを同時にネットに接続することができるようになる。[6]

導入期の構成[編集]

5Gのエアインターフェースは、6 GHz以下の周波数帯を使ってLTE/LTE-Advancedと互換性を維持しつつ、6 GHzを超えたセンチ波マイクロ波)により近い28 GHz帯帯域も使った、新しい無線通信方式を導入する。5G単独で運用する方式はSA (Standalone) と呼ばれ、LTEのコア網 (EPC) を流用し通信制御はLTEのコントロールチャネルで行う方式をNSA (Non-Standalone) と呼ぶ。

既存の4G、LTEから5Gへの通信システムの変更に伴い、通信機器、産業機器の追加や入替が多発し、通信機器、電子部品を製造するサプライチェーンに大きな影響を及ぼすことが予想される[7]。また、5Gワイヤレステクノロジーのメリットとして、人々の生活への変化が期待されている。会話をデバイス間でリアルタイム通訳し、多言語間でのスムーズなコミュニケーションが可能になったり、膨大なデータに基づき、危険を回避して走行させる完全自動運転の実現、IoTによるスマートシティなどが期待されるが、これらは5Gでの安定した接続を前提としており、現時点ではサービスエリアも狭く、電波の特性上切れやすいので、これらが実現するめどが立っていない[8]

5Gの普及予測と普及の影響[編集]

GSMAによると、5Gの普及に伴い、VR、AI、自動運転といった関連技術の開発が進み、これらのイノベーションにより経済の成長や産業の新陳代謝が促進され、また2025年には5Gの接続数が12億に達すると予測している[9]

既存の4G、LTEから5Gへの通信システムの変更に伴い、通信機器、産業機器の追加や入替が多発し、通信機器、電子部品を製造するサプライチェーンに大きな影響を及ぼすことが予想される[10]。また、5Gワイヤレステクノロジーのメリットとして、人々の生活への変化が期待されている。会話をデバイス間でリアルタイム通訳し、多言語間でのスムーズなコミュニケーションが可能になったり、膨大なデータに基づき、危険を回避して走行させる完全自動運転の実現、IoTによるスマートシティなどが期待されるが、これらは5Gでの安定した接続を前提としており、現時点ではサービスエリアも狭く、電波の特性上切れやすいので、これらが実現するめどが立っていない[11]

日本の状況[編集]

日本では、2014年(平成26年)9月に、企業74社や専門家14人で構成される「第5世代モバイル推進フォーラム (5GMF The Fifth Generation Mobile Communications Promotion Forum)」が設立され、5Gの技術開発や標準化に取り組んでいる[12]

総務省では、2016年(平成28年)10月に「新世代モバイル通信システムの技術的条件」を情報通信審議会に諮問しており[13]、新世代モバイル通信システム委員会[14]にて審議が行われている。2017年夏にも一部答申が行われ、これを受けて制度整備が行われる。

NTTドコモは、2010年(平成22年)より5Gに関するコンセプト検討を開始しており、2013年(平成25年)にはシミュレーターを展示[15]、通信ベンダー各社と共同で実験を行っており[16][17]、2015年(平成27年)には屋外実験4.5 Gbpsの通信に[18]、2016年(平成28年)には20 Gbpsを超える通信に成功している[19]。2017年(平成29年)5月より、東京臨海副都心地区(お台場)および東京スカイツリータウン周辺に「5Gトライアルサイト」を構築した[20]。プレサービスを2019年に、商業サービス向けを2020年3月25日から提供開始された。

2019年(平成31年/令和元年)には試験サービスが始まっており、2020年東京オリンピックを前に、国内で開催のスポーツ国際試合に合わせ、観客に5Gを体感してもらう試験サービスを実施[21]

2020年(令和2年)3月25日にNTTドコモが、3月26日にKDDI・沖縄セルラーが、3月27日にソフトバンクが、それぞれeMBB (高速大容量) を実装した5Gのサービスを開始した。[22]

5G向けに割当てられた3.5 GHz帯・4.5 GHz帯・28 GHz帯はエリアが電波が飛びにくくエリアがつくりにくいため、LTEBWAで利用している周波数で5Gを運用する際の技術的条件について2020年3月に情報通信審議会から一部答申があり、総務省が運用規定の整備を速やかに行うと発表している[23]

日本の周波数割り当て状況[編集]

3.5 GHz帯および4.5 GHz帯
周波数 (MHz) 3400 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000
4G
5G 5G割当 D K R S K D
5G Band n78 n79
n77
他システム 固定衛星通信(ダウンリンク) 航空機電波高度計 無線アクセスシステム
凡例
D
NTTドコモ
K
KDDI・沖縄セルラー電話
S
ソフトバンク
R
楽天モバイル
ローカル5G
28 GHz帯
周波数 (MHz) 27000 27100 27200 27300 27400 27500 27600 27700 27800 27900 28000 28100 28200 28300 28400 28500 29000 29100 29200 29300 29400
5G 5G割当 楽天モバイル NTTドコモ KDDI・沖縄セルラー電話 ローカル5G ソフトバンク
5G Band n257
他システム 固定衛星通信(アップリンク)

ローカル5G[編集]

日本国内では、通信事業者だけでなく、様々なニーズに応じて主体が利用可能な「ローカル5G」という制度が新設された[24]。たとえば「工場の建物内で、工場内専用の5Gを吹いて利用する」といった構内専用線のような使い方が可能になる。免許割当が必要である他、電波発射には無線従事者免許証が必要でありローカル5G免許を受ける企業内に無線従事者を置く必要がある。

NSA方式の5Gを運用するには、アンカーバンドと呼ばれるLTEバンドが必要となる。既存のLTE事業者からアンカーバンドを借りてシステム接続する方法に加えて、2.5GHz帯について「自営等BWA」という制度が新設されており[24]、NSA方式の5Gのアンカーバンドとして利用ができる。また、免許が不要である1.9GHz帯帯についても、sXGPをアンカーバンドとして利用できるようにすることが検討されている[25]。自前で、アンカーバンドの自営等BWAやsXGPを用意する場合、5Gの基地局に加えて、アンカーバンドの基地局、LTEコア網設備 (EPC) も自前で用意する必要がある。

富士通が国内初の商用ローカル5Gを2020年3月27日にスタートした[26]

ローカル5GとWi-Fi6の比較[27]
ローカル5G キャリア5G Wi-Fi6
バンド n257, n79 n77, 78, n79, n257
変調方式 OFDMAまたはSC-FDMA OFDMA
実効スループット 下り2 Gbps程度 下り5 Gbps程度
無線遅延 4ミリ秒 30ミリ秒

世界の状況[編集]

2018年5月14日に、中東カタールではオレドー英語版が世界初の商用5Gサービスを発表するも、対応端末やサービスについてのアナウンスはなかった。ネットワークを構築した中華人民共和国ZTEが、米中貿易戦争アメリカ合衆国商務省から禁輸措置を受けたためとされる[28]

2018年10月1日、アメリカ合衆国ベライソンは、「宅内限定」ながら、世界初の商業5Gサービス開始を発表した[29]

2018年12月1日、大韓民国でも、世界初の企業向け商用5Gサービスを開始したと発表した[30]

韓国では2019年4月5日、アメリカ合衆国では2019年4月11日にそれぞれ一般消費者向けの商用5Gサービス開始予定であったが、アメリカのベライゾン・コミュニケーションズは、予定よりも約1週間の前倒しで4月3日にサービス開始を発表し[31]、一方の韓国大手移動通信三社(KTSKテレコムLGユープラス)も、2日の前倒しで同日午後11時にサービス開始を発表して[32]それぞれが「世界初」を主張した[33]。ただし、一般消費者向けの対応端末の供給は、ベライゾンは3日の開始時点で5Gモジュールを装着した中国レノボ傘下のモトローラ・モビリティの「Moto Z3」のみであり[34][35]、韓国は5日に発売されたサムスン電子Galaxy S10 5Gのみであった[36]

2019年4月現在、26社48種の5G対応デバイスが発表されている。採用されているチップセットはファーウェイインテルMediaTekクアルコム、サムスン電子の5社[37]。同年5月にレノボとクアルコムは世界初の5G対応PCを発表した[38]

2019年中に、世界各国で5Gサービスが稼働を開始した。ヨーロッパでは2019年4月、スイスでスイスコムとエリクソンの2社によって欧州初となる5Gサービスが稼働開始[39]。東南アジアでは2019年7月、フィリピンでグローブ・テレコムがASEAN初となる5Gサービスを開始[40]。アフリカでは2019年9月に南アフリカ共和国でアフリカ初となる5Gサービスが開始[41]

標準化[編集]

3G時代から移動体通信の標準化を行っていた3GPPでは、Release 15以降に5Gの仕様を含めている。

5Gフェーズ1[編集]

3GPPが「5G Phase 1」(※5Gの一段階目、の意)としている仕様群は、Release 15に含まれ、2017年12月に、Phase1のシステムアーキテクチャが、TS23.501, TS23.502, TS23.503 として提供された。2018年6月に主要仕様が標準化され[42]、2019年内に細部を含めた仕様が確定する予定となっている[43]

高速大容量eMBBの機能が中心。[44]

5Gフェーズ2[編集]

「5G Phase 2」(※5Gの二段階目、の意)の仕様群を含むRelease 16は2020年6月に仕様が確定する予定となっている。[43] URLLCについて5GCも含めて規定している。[45]

5Gフェーズ3[編集]

Release 17は2020年より、仕様策定が開始される見込み。

議論されている主要な機能は次の通り。

mMTC
5G版のセルラーIoT規格「NR-Light」、省電力機能の拡張。
eMBB
免許不要60 GHz帯における、NR-Uのサポート。
URLLC
URLLCの商用利用に向けての拡張提案。[45]
産業用NW
プライベートWANのサポート、Time-Sensitive Networkingの統合。
ブロードキャスト機能
パブリックセーフティー、V2X、5Gテレビ放送向けの、5Gマルチキャスト、ブロードキャスト機能。
ネットワーク管理
AIによる5Gコアネットワークの運用自動化や、自動的なネットワークスライシングの運用。
クラウドゲームに最適化されたQoS機能の追加。

標準化を行っている主な団体[編集]

3GPP
第三世代携帯電話の時代から継続して、モバイル通信の標準化を行っており、5Gにおいても各国・地域に存在する下記の主要標準化団体の取りまとめ的な役割を果たしている。
5GPP
2013年にヨーロッパに点在していた複数の研究団体が合併して発足した団体。
ヨーロッパでは、METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty (2020) Information Society) の主導で5GNOW、iJOIN、MIWEBA、CREW、EVARILOSなどの技術開発や標準化を進め、2015年に欧州委員会によって設立された5GPP(5G Public-Private Partnership Association) に合流した[12]
5G Forum
2013年に韓国で設立された官民団体。
5GMF
2014年に電波産業会で設立された日本の団体。
IMT-2020 5GPG
2015年に工業情報部で設立された中国の団体。
5G Americas
2016年に4G Americasが名称変更して設立したアメリカにおける研究団体。

周波数帯[編集]

5Gで使用できる電波は、3GPPの仕様書3GPP TS 38.101にて周波数帯が規定されている。

Sub6と呼ばれる6 GHz帯以下の周波数はFR1、ミリ波帯はFR2と呼ばれる。

5Gを支える技術[編集]

Massive MIMO[編集]

LTE-Adcancedでの8×8 MIMOを超えて、アクティブ・フェーズドアレイ・アンテナを用いたマルチビーム多重化を行い[46]、同時に異なるデータを送れるようにすることで高速通信を実現する。[47]

NOMA[編集]

OFDMAをさらに電力ドメインで重畳することで、高速通信を実現する[48]

システムに関する懸念[編集]

  • 2020年3月、イギリスでは新型コロナウイルスの感染が拡大。この原因としてヨーロッパ各地では「5Gシステムが人々の免疫システムを抑え込む」「5Gの電波を通してウイルスが拡散している」とのうわさが流れ、携帯電話用の電波施設への放火が相次いだ。2020年4月5日、イギリス政府の閣僚はウイルスの流行と5Gシステムの因果関係を否定する記者会見を相次いで行った[49]

脚注[編集]

[脚注の使い方]
  1. ^ 報道発表資料 : 「5G」サービスを提供開始 | NTTドコモ” (日本語). www.nttdocomo.co.jp. 2020年4月13日閲覧。
  2. ^ その他の超高速通信<受信/送信> | エリア:スマートフォン・携帯電話 | au”. www.au.com. 2020年4月13日閲覧。
  3. ^ SoftBank 5G、当初は「ミリ波」なし。下り最大2Gbpsからスタート - Engadget 日本版”. Engadget JP. 2020年4月13日閲覧。
  4. ^ 5G(第5世代移動通信システム) | 5G用語辞典 | 日経テクノロジーonline”. 2016年4月18日閲覧。
  5. ^ 「5G」×仮想化基地局のスライシング技術を開発” (日本語). www.kddi-research.jp. 2020年4月8日閲覧。
  6. ^ 総務省|平成30年版 情報通信白書|5Gの特徴”. 2020年1月28日閲覧。
  7. ^ 第5世代移動通信システム5Gが製造業に与える影響”. 株式会社エクス. 2018年12月5日閲覧。
  8. ^ 5Gがもたらすもの”. サムスン電子ジャパン株式会社. 2020年2月3日閲覧。
  9. ^ The Mobile Economy 2018 (PDF)”. 2019年2月3日閲覧。
  10. ^ 第5世代移動通信システム5Gが製造業に与える影響”. 株式会社エクス. 2018年12月5日閲覧。
  11. ^ 5Gがもたらすもの”. サムスン電子ジャパン株式会社. 2020年2月3日閲覧。
  12. ^ a b 5G 第5世代移動通信システム 最新情報 東京オリンピック 世界に先駆けて実現へ | 国際メディアサービスシステム研究所
  13. ^ “新世代モバイル通信システムの技術的条件” (プレスリリース), https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000274.html 2017年3月18日閲覧。 
  14. ^ 新世代モバイル通信システム委員会”. 2017年3月18日閲覧。
  15. ^ “「CEATEC AWARD 2013」において「次世代移動通信(5G)」が総務大臣賞を受賞 | 報道発表資料 | NTTドコモ” (プレスリリース), https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2013/10/03_02.html 2017年3月18日閲覧。 
  16. ^ “世界主要ベンダーと5G実験で協力 | 報道発表資料 | NTTドコモ” (プレスリリース), https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2014/05/08_00.html 2017年3月18日閲覧。 
  17. ^ “世界主要ベンダーとの5G実験を拡大 | 報道発表資料 | NTTドコモ” (プレスリリース), https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2015/07/22_00.html 2017年3月18日閲覧。 
  18. ^ “5Gの屋外実験で4.5Gbpsの超高速通信に成功 | 報道発表資料 | NTTドコモ” (プレスリリース), https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2015/03/02_00.html 2017年3月18日閲覧。 
  19. ^ “世界初、屋外環境で通信容量20Gbpsを超える5Gマルチユーザ通信実験に成功 | 報道発表資料 | NTTドコモ” (プレスリリース), https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2016/02/22_01.html 2017年3月18日閲覧。 
  20. ^ “5Gを活用したサービス創出に向けてパートナー企業との連携を促進 | 報道発表資料 | NTTドコモ” (プレスリリース), https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2016/11/09_00.html 2017年3月18日閲覧。 
  21. ^ “次世代通信 5Gを体感 スポーツ観戦で試験サービス相次ぐ”. NHK. (2019年8月25日 15時00分). オリジナルの2019年8月30日時点におけるアーカイブ。. https://web.archive.org/web/20190830191930/https://www3.nhk.or.jp/news/html/20190825/k10012047851000.html 2019年8月25日閲覧。 
  22. ^ 3大キャリアを徹底比較!いよいよ始まった5Gの料金、速度、エリア、サービス|@DIME アットダイム” (日本語). @DIME アットダイム. 小学館. 2020年3月30日閲覧。
  23. ^ 総務省|「第5世代移動通信システム(5G)及びBWAの高度化に関する技術的条件」” (日本語). 総務省. 2020年4月16日閲覧。
  24. ^ a b ローカル5G導入に関するガイドライン (pdf)”. 総務省 (2019年12月). 2020年3月12日閲覧。
  25. ^ パブリックコメント:意見募集中案件詳細|電子政府の総合窓口e-Gov イーガブ”. search.e-gov.go.jp. 2020年3月21日閲覧。
  26. ^ 株式会社インプレス (2020年3月27日). “富士通、国内初となる商用のローカル5Gを運用開始” (日本語). クラウド Watch. 2020年4月8日閲覧。
  27. ^ ローカル5GはWi-Fi 6とどう違う? 免許帯のメリットを活かせ | ビジネスネットワーク.jp”. businessnetwork.jp. 2020年5月22日閲覧。
  28. ^ “世界初の5Gサービスがカタールで開始!しかし端末やサービスはアナウンス無し”. Engadget. (2018年5月22日). https://japanese.engadget.com/2018/05/21/5g/ 2019年7月22日閲覧。 
  29. ^ 「世界初」にこだわったベライゾン、商用5Gを「宅内限定」で開始”. MIT Tech Review (2018年9月13日). 2019年4月3日閲覧。
  30. ^ “5Gスマホ 韓国で世界初商用化=通信3社が開通前倒し”. 聯合ニュース. (2019年4月4日). https://jp.yna.co.kr/view/AJP20190404000800882?section=search 2019年8月1日閲覧。 
  31. ^ “米ベライゾンが5G開始 前倒しで「世界初」”. 産経ニュース. (2019年4月4日). https://www.sankei.com/world/news/190404/wor1904040007-n1.html 2019年4月11日閲覧。 
  32. ^ 実際に同日に開通したのは、キャリアより選ばれた特定ユーザーのみであり、一般ユーザーの開通手続きは予定通り5日からであった。
  33. ^ “5G「世界初」米韓の通信大手が宣言 前倒し合戦”. 日本経済新聞. (2019年4月11日). https://www.nikkei.com/article/DGXMZO43311960U9A400C1000000/ 2019年4月11日閲覧。 
  34. ^ “「世界初」の携帯向け5Gサービス、ベライゾンが米2都市で開始”. ウォール・ストリート・ジャーナル. (2019年4月4日). https://www.bloomberg.co.jp/news/articles/2019-04-04/PPEXTY6K50XS01 2019年4月11日閲覧。 
  35. ^ “ベライゾンが“モバイル”5Gサービスを開始、スマホはモトローラ製”. 日経BP. (2019年3月19日). https://tech.nikkeibp.co.jp/it/atclact/active/17/071100318/031801128/ 2019年4月11日閲覧。 
  36. ^ “韓国と米国が5Gサービス開始も電波の届きや速度は不安定―米華字メディア”. Record China. (2019年4月9日). https://www.recordchina.co.jp/b701054-s0-c20-d0035.html 2019年4月11日閲覧。 
  37. ^ 5G Device Ecosystem (pdf)” (英語). GSA (2019年4月). 2019年5月14日閲覧。(要登録)
  38. ^ “世界初の5G PC発表。クアルコムとLenovoが提携 #Computex 2019”. GIZMODO. (2019年5月27日). https://www.gizmodo.jp/2019/05/lenovo-qualcomm-snapdragon-8cx-5g.html 2019年6月2日閲覧。 
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  40. ^ “グローブが来月5Gサービス開始、東南ア初”. NNA. (2019年6月24日). https://www.nna.jp/news/show/1917735 2020年1月10日閲覧。 
  41. ^ James de Villiers (2019年9月18日). “South Africa’s first 5G network is now live in parts of Johannesburg and Tshwane – here’s what you’ll pay” (英語). ビジネスインサイダー. https://www.businessinsider.co.za/south-africa-first-5g-cellular-network-johannesburg-tshwane-rain-cellular-network-2019-9 2020年1月10日閲覧。 
  42. ^ “3GPP、「5G Phase 1」の仕様策定を完了”. https://sgforum.impress.co.jp/news/4511 2019年1月15日閲覧。 
  43. ^ a b “5Gの将来仕様「リリース16/17」、3GPPが進捗状況を報告”. https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/news/18/05561/ 2020年2月4日閲覧。 
  44. ^ 5Gの利活用に向けたロードマップ” (日本語). NTTデータ経営研究所. 2020年5月29日閲覧。
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  47. ^ 株式会社インプレス (2015年12月22日). “[ケータイ用語の基礎知識第737回:Massive MIMO とは]” (日本語). ケータイ Watch. 2020年5月21日閲覧。
  48. ^ 第5世代モバイル通信システム(5G)の円滑な標準化と導入に向けた課題 : モバイルテクノ”. www.fujitsu.com. 2020年5月21日閲覧。
  49. ^ 「5Gでコロナ拡大」流布 英政府、因果関係否定”. 産経新聞 (2020年4月5日). 2020年4月5日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]