＜未来技術が躍進する最先端の通信システム5G【1】＞　5Gで何が変わる？第5世代通信システムを基礎から学ぼう

通信業界がこぞって推進する5G事業は、ビジネストレンドとしても熱量が高く、通信業界のみならず、あらゆる業界が注目しているワードの一つです。Web広告はもちろん、テレビCMや新聞、雑誌などでも目にする「5G」ですが、その実態はどのようなものなのでしょうか？未来技術が躍進すると言われている第5世代通信システム「5G」の基本的な知識について、まとめてみました。

5Gとは？

「5G」とは、「第5世代通信システム（5Fifth Generation）」を略した言葉で、現在の主流の4Gに変わる次世代の通信システムとして、2020年3月から順次実用化がスタートしています。あらゆるモノがインターネットとつながるIoT事業にとって、5Gは欠かせない存在であり、社会インフラを一新させる可能性があるとされています。例えば、自動運転が可能となる、遠隔医療が実現する、ICT教材を活用した体感授業を実施できるなど、「描いていた未来社会が現実になる」ような、デジタルトランスフォーメーション実現の基盤として、あらゆる業界が5Gに注目しているのです。実際に総務省でも、5Gを活用した地域課題の解決方法や産業の振興に役立つアイデアを一般公募するなど、国を挙げて5G事業を盛り上げています。

4Gと5Gの違いについて

1980年代、まだ携帯電話が限られた人のものであった時代に1Gからスタートした移動通信システムは、次の2G時代にはアナログからデジタルへ、3G時代には国際基準の移動通信システムが確立されるなど、約10年ごとに世代交代を繰り返して来ました。4Gは、2010年代のスマートフォン普及時代を支えた移動通信システムで、スムーズなインターネットの利用の他、スマホの端末で、ゲームや動画などの大容量コンテンツが楽しめるほどに、通信速度は飛躍的に向上しています。5Gは、さらにその上をいく通信速度と容量で、「個人のモバイルを支える技術」から「社会を支えネットワーク」として、幅広いユースケースが想定されています。

【4Gと5Gの数値的な違い】
・通信速度
4G→　最大14Gbps
5G→　最大20Gbps

・同時接続数
4G→　10万台/平方km
5G→　100万台/平方km

・遅延速度
4G→10ms
5G→1ms

この数値で示した通り、4Gと比べ5Gでは通信速度が20倍、同時接続は10倍、遅延速度は10分の1となります。

5G「3つの特徴」を解説

5Gがどのようなものか解説する際に挙げられる3つの特徴、「高速大容量」「高信頼・低遅延通信」「多数同時接続」について解説します。

●高速大容量(eMBB,enhanced Mobile Broadband)
通信機器の進化に伴い、通信トラフィックが急増し、それによる通信スピードへの対応は大きな課題でした。5Gの高速大容量は、通信スピードを高速化するために「最大で20Gbps(ギガ・ビット毎秒)の通信速度を実現するものです。

その仕組みは、複数のアンテナを使った無線通信技術「MIMO」をさらに発展させた「Massive MIMO」がポイントです。Massive MIMOでは、数十から数百にわたるアンテナ数を使い、端末ごとに電波を割り当てることができます。そして、電波を細かく絞り、特定の方向へ集中的に発車する「ビームフォーミング」をMassive MIMOと組み合わせることにより、電波の強度が上がり、遠距離への高速通信が可能となるとされています。

国際電気通信連合が定めた目標値は20Gbpsで、2010年当時にデビューしたてだった4Gと比べると100倍、近年の4Gと比べても約20倍の速さとのことです。高速大容量の実現は、AI解析を用いた警備システム、4Kや8Kの高精細動画配信、オンラインでの遠隔医療などへの活用へ期待が高まります。

●高信頼・低遅延通信(URLLC Ultra-Reliable and Latency Communications)
例えば、ビデオチャットなどで通信している時に、会話にラグが生じることがあります。これは、自分の言葉が相手に遅れて届き、相手の返答も遅れて帰ってくる「ネットワーク遅延」という現象です。この「ネットワーク遅延」が1000分の1以下となる「高信頼・低遅延」も、5Gの特徴となります。

高信頼・低遅延では、「エッジコンピューティング」という技術を使い、デバイスとサーバーの物理的な距離を縮めて通信時間を短縮します。エッジコンピューティングでは、デバイス→基地局→基地局の近く(エッジ)に設置したサーバーとの通信経路を短くしているので、通信のリアルタイム性を確保できるようになります。

エッジコンピューティングは、モバイル端末だけでなく、IoTデバイスなどでも活用できるような、マルチな「モノ」との通信を考慮した技術でもあるため、高い信頼性を要する遠隔制御や遠隔医療などの分野に重要な役割を担うとされています。

●多数同時接続(mMTC massive Machine　Type　Communication)
現在、世界では約90億台の携帯電話が使用されており、その中で、3Gや4Gで接続できる台数は約150億台が限度と言われています。携帯電話だけでも限界が見えているのに、IoTでネットワーク接続が増え続けると、通信負荷の限度がもっと早く訪れると危惧されていました。

5Gでは、通信負荷に耐え売るべく、1万平キロメートルあたり100万個以上の機器を同時に接続できる「多数同時接続」が実現します。多数同時接続には、「グラント・フリー」という技術が使用されています。グラント・フリーは、基地局の通信をシンプルにして、デバイスの同時接続数を多くする仕組みのことです。

これまでは、デバイスと基地局で通信を始める際には、利用する周波数や利用時間のやりとりが行われ、基地局が事前許可(クラント)を発行してから、許可された方法で、デバイスがデータを送信するという方法でしたが、グラント・フリーでは、基地局の事前許可なしにデータ送信を行えるため、通信混雑を回避しつつ、一つの基地局に多くのデバイスが同時アクセスできるようになります。グラント・フリーを使うと、同時接続台数はこれまでの10倍となりますので、IoT事業の推進に大いに役立ちます。