2020年春にサービス開始を控えた5G(第5世代移動通信システム)に関するニュースを、最近見かける機会が多くなってきた。
移動通信システムが4Gから5Gに移行することは、映画が一瞬でダウンロードできるなど、一般的には通信速度アップのための施策として認識されている。
そもそも、5Gとは、Gとは、という人もいるだろう。
「5G」とは「5thGeneration」、
つまり「第5世代移動通信システム」のことである。
5Gがもたらす変化を知るためには、5Gの技術的な特徴を理解しなければならない。移動通信システムが1Gから4Gへと移行する過程において、常に「標準化」という作業がつきまとった。
ざっくり、
1Gとは、アナログ回線の電話。平野ノラのオッケーバブリー携帯のこと。
2Gとは、デジタル回線の電話。メールとかも使える。
3Gとは、ドコモでいえば、iモードみたいに、ネットが使える状態。
そして、4Gは今のスマホ。
各国の通信業界関係者で国際標準を策定するためには、「5Gとはどういうものを実現するのか」というビジョンをすり合わせる必要がある。
通信に関する国際標準化団体である国際電気通信連合では、標準化に先立って5Gのビジョンを発表している。それが(1)高速大容量通信、(2)超信頼・低遅延通信、(3)多数同時通信接続の3つである。
高速大容量通信
5Gと4Gにおける最も大きな違いは、これまで活用が難しかった高い周波数の電波を制御する技術にある。5Gに割り当てられた電波は「サブ6帯」の3.7GHz帯と4.5GHz帯、そして「ミリ波帯」の28GHz帯だ。これまでの4Gで最も高い周波数は3.5GHz帯であることから、5Gはより高い周波数を利用していることがわかる。
また、基地局のアンテナを集積する「Massive-MIMO」という技術と、基地局のアンテナから一定方向に高い指向性を持つ電波を発信して端末に送る「ビームフォーミング」という技術を組み合わせることで、基地局間の干渉を抑制。短距離しか飛ばない高周波数の電波を遠くまで飛ばせるようになった。
さらに5Gでは、高い周波数で連続した電波帯域の確保が可能だ。すなわちデータを運ぶ電波のカタマリ幅を長くできる(=大きな電波のカタマリとしてデータを送信できる)。
こうした技術を組み合わせることで、5Gは4Gの10倍以上の速さを実現するのだ。
超信頼・低遅延通信
5Gの遅延は1ミリ秒と、4Gの10分の1にまで短縮している。これも多数の技術の組み合わせによるものだが、その中でも直感的でわかりやすい技術革新として「エッジコンピューティング」を紹介する。
現在のスマホで、ネット上のコンテンツをアクセスする場合、以下のような流れをとる。
●スマホ→基地局→通信事業者のネットワーク→インターネット上のサーバー
一方でエッジコンピューティングを活用した場合、次のような短い通信経路で完結する。
●スマホ→基地局→基地局近傍に設置されたサーバー
エッジコンピューティングのような方式を導入できるのは、5Gのネットワークが「C/U分離」という仕組みをとっているからである。
通信には2種類あり、どの端末がどの基地局と接続しているかといった「制御を目的とした通信」と、コンテンツのダウンロードのような「データを伝送することを目的とした通信」に分けられる。現在これら2つの通信は一体となって運用されているが、5Gでは制御系の通信が「C(コントロール)プレーン」、データ伝送系の通信が「U(ユーザー)プレーン」という分離設計になっている。
これらの技術によって、人には認識できないくらいの、限りなく短い時間の遅延しか発生しなくなる。
多数同時通信接続
多数同時接続とは、ひとつの基地局に大量の端末が収容できることを指す。4Gでは、ひとつの基地局の限界は100台程度だった。しかし5Gでは、1万台程度の端末が同時にアクセスしても、しっかり接続できる。これはとりわけ、あらゆる場所にセンサーが埋め込まれ、通信によってデータが収集されるIoT(モノのインターネット)時代を想定したものだ。
多数同時接続はいまも標準化作業が進められているが、ここでは日本が提案する「グラント・フリー(Grant Free)」と呼ばれる方法を解説する。一般的に端末と基地局の間で通信を始める場合、利用する電波の周波数や利用する時間の事前許可(Grant)を発行しなければならない。だがグラント・フリーではそのステップを省略し、最初からデータを送る。送信失敗してデータが破損するリスクは大きくなるが、その場合の再送信の仕組みも含めて設計されている。
4Gまでは、見たい動画の「開始」をクリックして、ダウンロードもしくはストリーミングで閲覧する方法が一般的だった。しかしこれからは、それだと不十分になる。IoT時代では、大量のセンサーから膨大かつ小さなデータがアップロードされるからだ。ゆえにグラント・フリーのような多数同時接続技術が求められているというわけである。
5Gについて、この3つくらいは、知っておきたいところである。
5Gへの向き合い方
米国や韓国では5Gサービスを2018年より開始して、すでに5G時代に突入している。
じゃあ日本は遅れているのかといえば、取り掛かりとしては、遅れている。
しかし、4Gまでは、この点が遅いよね。この点が不都合だよね。といった明確な目標があったため、いち早く克服することが大事であった。
しかし、5Gについては、どういったことができるのか、までどの国も手探り状態である。
そういった意味で、いち早く取り掛かったとしても、優位性がえられるわけではない。
しかし、5Gは近い将来必ず私たちの日常に存在するものになる。世界を激変させる可能性を秘めた5Gに関する理解を深めることは必須である。