サービス開始した5Gの本当の実力とリアルな課題

2020-04-112021-04-08

サービス開始して、ちまたで騒がれている５Ｇ！はたして本当の実力と、リアルな課題はなんなのでしょうか？通信大手ドコモをはじめＫＤＤＩ／ソフトバンクはじめ日本の各キャリアでも、こぞって５Ｇと宣伝され凄い広告しています。さらに楽天の参入など携帯市場ではにわかに大ブームの兆しです。昨年のラグビーワールドカップでの実証実験を経て、とうとう今春から各社サービス提供に向けて加速してきています。

そして、２０２０年３月２５日から、ついにドコモが他社に先かげて５Ｇサービスを開始しました。

本記事では、気になったニュース記事、IT業界情報などをコラム形式で読み解き・見方として書いていきたいと思います。

現在、色々なネットの記事だったり、ニュースで取り上げられている５Ｇってなんなんでしょうか？

難しい言葉ばかりで書いてありますよね。

業界の人やエンジニアは普通に読める内容でも、一般の普通の人はこんなの意味わからんし、チチンプイプイです。その辺を分かりやすく、紐解いていきたいと思います。

需要あるなら、こういう普通だとわからない難解なキーワードのような言葉を分かりやすく解説するコラムなんかも時折載せていきたいと思います。

Contents

1. ５Ｇってそもそも何？
2. ４Gと５Gの違い、差分について
3. 5Gの実用性について
4. ５Gへの期待

５Ｇってそもそも何？

２０１９年辺りからニュースや携帯キャリアの宣伝で見せ始めていると思いますが、そもそも５Ｇってなんなんでしょうか？

５Ｇ＝第５世代の通信技術を使った新携帯電話方式になります。

今の通信主流は４Ｇと言われるＬＴＥと言われている世代になります。

３Ｇ（第3世代）から携帯電話の世界では通信の抜本的な方式が見直されて、今のＬＴＥ、５Gと通信の標準規格が改定されてきています。通信の標準規格をさしてほぼ10年に１回大きな更新があります。
（厳密には違いますが）

３Ｇ　＜　４Ｇ　＜　５Ｇ

と通信速度早くなり、現在では音声通信もなくなりパケット通信での音声・パケット通信が主流になってきました。

５G通信はどうなるかというと

では、５Ｇって何？４Ｇとの差分は、よく言われていることですが、以下のようになります

高速大容量
低遅延
多接続

そりゃあわかったよ。
携帯会社のニュースやテレビでもやってんじゃん、結局どういうこと？
ってなりますよね。

４Gと５Gの違い、差分について

実際の通信標準化規格での理論値としては、以下のようになっており、

たしかに物凄い早くなり、良いことだらけだね。

となります。

違い	4G	5G
通信速度	50M-1Gbps	10Gbps-20Gbps
遅延	10ms	1ms
接続数	100,000台 /km当たり	1,000,000台 /km当たり

実は、通信の方式的なところの大きな意味では４Ｇと５Ｇでの技術革新はないんです。

通信デバイスの革新や、そのデバイスを使いこなすうえでの革新は当然あるのですが、通信の基本的な方式（やり方、決まり事）には大きな差はないのです。

じゃあ、何が違うのかっていうと、超基本的なことですが
通信の周波数帯が違います。

そして周波数が何に影響するかと言うと、広い幅の周波数帯域を連続で使用することが出来るようになります。

５Ｇでは、3.7G/4.5G/28GHz帯が割り当てられています。この帯域は広帯域と言って、何もない高原のような物です。広い幅で通信の帯域を確保できます。

この周波数で、帯域が各社に100MHz～400MHzの幅で割り当てられました。

ＬＴＥではこの周波数帯域が、現状の700M/2G帯が割り当てられており、帯域としては２０ＭＨｚ～４０ＭＨｚとなります。

雲泥の差がここで生まれます。

周波数は宝みたいなもので、無線で目に見えませんが有限な資源なのです。ものすごい貴重な資源で、どの周波数帯域を使うかで通信の特性がまるで変ってしまいます。

今の通信４Ｇを道路に例えると１車線しかない道路に例えると、
考えてみてください、単純にみて５車線～１０車線の差が出ます。

はい、ここでキーワードに戻ってみましょう。

高速大容量、このキーワードは、帯域の話で説明がついてしまいます。

高速で大容量の通信をするために、”車線”が必要で、その広い車線をより高速に安全に制御するためのコントロールが必要になってきます。

高速通信の無線の中には、大渋滞している車一台一台の中にいかに情報を詰め込んで効率よく通信を行うかってことが命題になってきます。

もう一つのキーワード、低遅延の通信を行うために、よりきちんと速く制御を行うことで高速通信を実現するのです。

そして、車の量が増えて、お届け先がさらにいっぱい扱うことが可能になり、多接続が可能になるということです。

ものすごく、周波数帯だけと簡単なことのように書いてしまいましたが、実際は技術的な革新はものすごく必要となっています。あくまでも論理的な通信方式の話であって、早くものを遅延なく制御しようとしたり、情報要素を一杯詰め込むのに必要な技術は、やまのように革新しています。

ただ、５Gでは革新であって、４G（LTE)のような新方式ではないのです。

技術的用語はかつあいしますが、例えば４Gで変調方式として６４ＱＡＭと言うのが最大でしたが、５Ｇの世界では２５６ＱＡＭまで扱います。これは方式の大きな差はないのですが２５６ＱＡＭを実現する技術と言うものは、ものすごいハードもソフトも先端テクノロジーでないと実現できません。

こういう技術革新が、そこかしこにちりばめられているのが５Ｇとなります。

5Gの実用性について

技術的なところでなるべく専門用語ではなく、分かりやすいように、ここまで説明してきました。
（つもりです）

じゃあ、車線を増やしすだけだから簡単だね！

といければいいのですが、実際問題としては課題は山積みだと思います。世界中での各キャリアで実証実験やら実サービスやら開始していますが、想定以上に５Ｇの世界は甘くなさそうです。

無線の周波数帯域を上げると、技術難易度が上がるのに加えて無線特性として物理的にどうしようもないことがいくつか出てきます。

大きな特徴として、二つあります

　・無線電波が遠くまで飛ばない
　・無線電波がひどく障害物に弱い

この二つの特性で、技術的な５Ｇとしての仕様を満たしていたとしてもかなり難しい運用を強いられると思います。

このため、5Gが展開されるのは特定のエリアではなく「スポット」、つまり「面」ではなく「点」なのです。
電波が飛ばないから、点で抑えてく、その点を増やして電波がとどく範囲の色を塗っていくんですね。

これが、よく言われるマクロセルからスモールセルで抑えるということになります。

この無線周波数の特性が、このあとの各キャリアの無線基地局の設置の仕方一つで大きくサービス品質に影響してきます。（置局設計　局の置き方の設計・デザインの事をいいます）

５Ｇの２８ＧＨｚ帯になると、それこそ建物どころか、雨が降ったり、ごみや落ち葉がアンテナに少しついてしまうだけで大きく無線電波が妨げられます。

これらを回避する技術要素はふんだんに盛り込まれていますが、所詮は無線設備・アンテナを多く増やすしかないところに落ち着きます。

４Ｇのネットワークでも同じ考えで、点（スモールルセル）で電波を出して通信速度を稼ぐことは実態としてされていましたが、５Ｇの無線特性ではこの範囲がさらに狭まります。

また、小さな点で抑えるといううことは、町中に点がないと通信が継続できないということになり、各キャリアが５Ｇ用の無線基地局を、４Ｇ以上に設置しないと５Ｇの恩恵を受けることが出来ないということです。

そのため、サービス開始から数年間は実態問題として5Gの電波を探すのも一苦労することになると思います。

４Ｇ（ＬＴＥ）ネットワークの初期のころよりもさらに運用するときの課題が多々あるとおもいます。

残念ながら各キャリアや、総務省、メーカーが叫んでいるような快適性には程遠いのがここ数年の状況だと思います。

現時点では、5Gの高速・低遅延・同時多接続はまだまだ絵に描いた餅です。

しかしながら、世界中で５Ｇの通信ネットワークサービスがこぞって”開始～”となっています。

これには仕掛けがあって、４Ｇの既存の既に設置してあるネットワークを使って、４Ｇ＋５Ｇでサービス当初は動かします。これをＮＳＡ（ノン　スタンド　アローン）と言って、メイン制御は４Ｇネットワークで行い５Ｇ通信が可能な場所は５Ｇ通信に切り替えるというものです。

日本では、上記方式ですが日本に先駆けてサービスインした、某Ｋ国とか某ＵＳ国とかのサービスは実は５Ｇと名前を取っていますが、４Ｇ＋アルファで開始したところもあります。実験レベルで開始して後から追いつく作戦ですね。

（*現時点2020/04ではQUALCOMMの５Gチップも販売されロードマップも提示されてますので、正式になっているとは思います）

４Ｇでは、広範囲のマクロセルと呼ばれる範囲を面でおさえ、５Ｇのスピードを出したところをスポットで点でおさえて、徐々に領域を増やしていく作戦ですね。（ドコモ　公式ＨＰでもそのようになっています）

以下はソフトバンク記事参照

5G導入期
導入当初は、すでに4Gでも導入されているMassive MIMO（大量のアンテナとビームフォーミングなどの技術により一人一人に専用の電波を割り当てることで、快適なモバイル通信を実現する技術）により、5G特性の1つである「高速大容量」のサービスが提供されます。
5Gは4Gよりも高い周波数が割り当てられているため、1つの基地局あたりの通信エリアが小さくなっています。5Gの導入期は、すでに日本中で広く展開されている4Gのネットワーク設備を活かすことで（NSA: Non-Standalone）、需要の高いエリアを中心に5Gの通信エリアを徐々に広げていきます。
https://www.softbank.jp/mobile/network/service/5g/

５Ｇユーザーが増えてくる様子を見ながら、キャリア側も徐々に無線の基地局を開設していくことができます。

５Gへの期待

５Ｇの可能性は、本当の５Ｇ単独で運用できるＳＡ（スタンドアローン方式）に変わってきたところで利便性が上がってくるでしょう。勝手な予想ですが、ユーザがストレスなく本当に５Ｇを使用できるのは２０２１年度後半くらいからだと想像します。

・２０２０年　　　　　：５Ｇ幕開け　各キャリアは５Ｇ施設強化
・２０２１年　　　　　：５Ｇ－ＳＡ方式でサービス開始　５Ｇ対応の無線設備　全国展開
・２０２１年中盤以降～：サービス品質が均一になり始める

※参考　https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2020/03/18_00.html

よく、未来予想図で語られる５Ｇの世界ですが、上記のように安定するまで比較的長い時間かかると思われます。
さらに、いろいろな設備や携帯端末の数がたくさんぶら下がれるようになるということは、通信設備に対する負荷と言うのはものすごく高まり、本来５Ｇネットワークでやりたい領域への活用には通信サービスや安定性を早期に高めるのがもっとも重要な課題と言うことです。