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夢が広がる5G(第5世代移動通信システム)

[2018.11.21] スマホスピタル鹿児島

最近様々な場面で「5G」という言葉が聞かれるようになってきました。
5Gとは「Fifth Generation」、つまり5世代目の移動通信システムという意味です。
それぞれの世代の移動通信システムの特徴を紹介したいと思います。

1G(第1世代)
移動体通信の第1世代は、区画ごとに無線基地局を設置し、セルをまたいで利用できる「セルラー方式」のアナログ無線電話で、1970年代後半から1980年代前半にかけて商用サービスとして実用化されました。
商用サービス第一号は、1979年に日本電信電話公社が同社独自の規格で提供を開始した「自動車電話」でした。
1980年代半ばには、手に持てる「携帯電話」が登場して、本当の意味で持ち運べる電話への進化が始まりました。

2G(第2世代)
移動体通信の第2世代は、無線通信をアナログからデジタルへ移行したことが特徴で、1990年代前半から普及が始まりました。
日本や韓国など、ごく一部を除く国・地域では「GSM」と呼ばれる規格が普及しました。
GSM規格に基づく商用サービスは1992年にで始まって、それ以降パケット通信用の規格拡張を行って、今でも現役です。
日本では、国内開発規格である「PDC」が広く採用されました。
1993年にNTTドコモグループがサービスを開始し、デジタルホングループ、デジタルツーカーグループ(どちらも現在のソフトバンク)、IDO、DDIセルラーグループやツーカーグループ(現在のKDDI)も順次PDC規格を用いた通信サービスを開始しました。

3G(第3世代)
移動体通信の第3世代は、旺盛になるデータ通信への需要に応えるべく、パケット通信の一層の高速化が図られました。
2Gまでは国・地域ごとに規格が乱立する傾向にあり、それを世界で統一しようという動きがありました。
いくつかの規格が標準とされ、その中でも「W-CDMA」「CDMA2000」が広く普及しました。
W-CDMAはNTTドコモと欧州の通信機器メーカーが主導して開発した規格で、「UMTS」と呼ばれることもあるものです。
従来よりも拾い電波帯域を使うことで通信速度を向上させ、音声通話とパケット通信を同時に行う「マルチアクセス」にも対応しました。
この規格は「HSDPA」「HSUPA」、HSPAを更に高度化した「HSPA+」といったデータ通信面での拡張規格を内包しつつ、現在に至っています。

4G(第4世代)
より旺盛になるデータ通信への需要と、増加し続ける回線数に対応するには3Gの規格拡張では限界が見え始めていました。
そこで登場したのが「LTE(Long Term Evolution)」という通信規格です。
ドコモが2004年に提唱した「Super 3G」というコンセプトを下敷きにして、3Gから4Gへの橋渡しを中長期的に行うべく生まれました。
下り通信と上り通信で別帯域を用いる「FD-LTE(FDD-LTE)」と、下り通信と上り通信で同一帯域を用いる「TD-LTE(TDD-LTE)」の2方式があり、現在では全世界で両方式が用いられています。
LTEが従来の通信体通信規格と大きく違うのは、パケット通信に特化し、「高速化」「低遅延」「他接続」の3点を重視して開発されたことにあります。
当初は音声通話は従来規格にフォールバックすることで対応していましたが、後に音声をデータとして送る「VoLTE(Voice Over LTE)」という規格が作られ、音声通話にも対応しました。
2011年4月には、LTEに複数の周波数帯を使って通信する「キャリアアグリゲーション(CA)」を始めとする新技術を盛り込んで、名実ともに第4世代を担う「LTE-Advanced」という規格が登場しました。
LTEとLTE-Advancedは長期間に渡って規格のアップデートがなされて、現在では国・地域によりますが下り1Gbps超、上り100Mbps超の通信を実現しています。

5G(第5世代)
5Gは、LTEからLTE-Advancedにかけて取り組んできたことをより高度化した規格になります。
スマートフォンの普及と高性能化に伴い、動画や音楽をストリーミング配信するサービスが普及しました。
LTEやLTE-Advancedの普及により、配信コンテンツのリッチ化も進み、データ量も上昇傾向にあります。
このトレンドが今後も続くとなると、より高速な通信への対応が求められます。
そこで問題になるのが電波の周波数帯です。
周波数は低ければ低いほど伝送できる情報量が少ない代わりに障害物に強くなります。
一方、高ければ高いほど障害物に弱くなる代わりに伝送できる情報量が増えます。
現行のLTE/LTE-Advancedの規格では、実用性と速度のバランスと、他の通信との兼ね合いから700MHz帯から3.5GHz帯の電波を利用していますが、より高速な通信を実現するには30GHz以上の「ミリ波」を含む高周波数帯の電波の利用を検討しなければなりません。
5Gでは、LTE/LTE-Advancedで使われている周
波数帯に加えて、ミリ波を含む高周波数帯の電波を利用することを想定しています。
日本では、3.7GHz帯、4.5GHz帯、28GHz帯の電波を5Gに割り当てることになっています。
規格としての5Gは下り最大20Gbps以上、上り10Gbps以上の通信を目指しています。
高周波数帯電波の利用や、広めに確保された無線帯域、Massive MIMOの利用といった工夫をすることで、LTE-Advancedよりも高速な通信を実現します。
また、無線区間の低遅延化はLTE/LTE-Advancedでも取り組んでいて、現行の規格では片道5ミリ秒以下を実現できます。
5Gでは更なる低遅延化を進めて、無線区間における遅延を片道1ミリ秒以下に抑えることを目標にしています。
これが達成できれば、建設機械の遠隔操作、自動車の運転支援・自動運転技術への応用、遠隔医療行為やタイムラグのない高解像度VR映像の配信などが実現できます。
高速通信により、4K・8K動画といった大容量のコンテンツの視聴や、固定ブロードバンドの代替としても期待できるなど、夢にあふれた規格になっています。

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