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5Gになると無線通信はどのように変わっていくのか

5Gとローカル5G(2)5Gにおける無線通信の変革

中尾彰宏
東京大学大学院情報学環 教授
情報・テキスト
5Gの導入によって、無線通信はいろいろな点で変革される。とりわけ、大容量通信、低遅延通信、接続数デバイスの増加はさまざまなアプリケーションを可能にしている。また5Gの周波数が各事業者に割り当てられたが、周波数や波長の違いによって、データ送信スピードや送信可能容量が異なる点に特徴がある。(全9話中第2話)
時間:09:28
収録日:2019/11/20
追加日:2019/12/09
タグ:
≪全文≫

●5Gにおける無線通信の変革


 それでは次に、5Gになると、容量や通信の品質などについて、無線通信はどのように変革されるのかを見ていきましょう。

 「ITU-R(国際電気通信連合無線通信部門)」と呼ばれる国際機関によれば、大きく分けると、5つの特徴が挙げられます。それを示すのが、無線通信のKPIです。KPIとは、Key Performance Indicatorの略であり、通信の要件となる目標値のことです。

 5GにおけるKPIのうち、特徴的なものを挙げると、まずピークデータ帯域が、約25Gbpsであるというものがあります。これはピークについての目標値で、全体のユーザーが使っている帯域では、25Gbpsぐらいは出るだろうということです。次に、1人1人のユーザーの体感でいいますと、だいたい100Mbpsです。つまり、1秒間に100×10の6乗ビットが流れるということです。この100Mbpsという数字がどのような容量を表しているかについては、後でまたアプリケーションを使ってお話しします。

 次に、移動体の速度についてです。5Gはリニア新幹線の中でも使え、時速500キロメーターで移動するものの中でも使えます。さらに、遅延についてです。つまり「どれくらいの時間をかけてデータが端末に届くか」という点では関していうと、KPIは低遅延で無線区間が1ms(ミリセック)、つまり1000分の1秒でデータが届くという目標値になっています。

 最後に、単位面積当たりの接続数でいうと、1平方キロメートルあたりで100万デバイスがつながるとされています。これは単位が大きすぎて想像がしづらいのですが、端末というより、たくさんのセンサーをイメージしたほうが良いでしょう。皆さんお持ちの携帯というより、例えば、環境をモニタリングするセンサーが1平方キロメートルあたり100万デバイスあったとしても、通信をきちんとし、行えるようになるということです。これが5Gの、目標としての特徴です。


●ネットワーク要件に関する3つの代表的な通信クラス


 それでは次に、今ご紹介したKPIを、われわれはどうやって使っていくかというお話をします。その際にはまず、「ネットワーク要件」が重要です。これはネットワークに対して、アプリケーションが必要とする条件を指しています。これによって、今お話ししたKPIを少しブレイクダウンされます。代表的な通信クラスでいえば、5Gではなく3つの通信クラスが想定されます。

 全て英語で示されているのですが、1つ目がeMBB(enhanced mobile broadband)というものです。これは平たくいうと、大容量通信のことです。ですから、先ほどのピークデータ帯域においては20Gbps、ユーザー体感速度では100MbpsというKPIは、大容量通信の特徴ということです。つまり、大容量で通信したいアプリケーションは、この通信クラスに入るということです。これは、単なる言葉の定義なのですが、eMBBといえば大容量通信総称である、というように、世界的には標準的な概念になっています。

 2つ目が、URLLCというものです。これはUltra Reliable and Low Latency Communication の略で、1ms(1000分の1秒)でデータが届くという、低遅延を表す通信クラスということです。そして3つ目がmMTC(Massive scene type communication)というものです。直訳すれば「機械のタイプのコミュニケーション」で、IoTのような、センサーをたくさんつないでいく際の通信クラスを指します。

 後ほどスライドを進めていきますが、このeMBB、URLLC、MMTCという言葉が所々で登場します。日本語に直すと、大容量、低遅延、そして超多数接続という3つのクラスになりますので、これを少し頭においていただければと思います。


●5G周波数とその割り当て


 ここで、5Gの周波数についてお話ししたいと思います。通信とは、電磁波(いわゆる電波)を使ってデータを運びます。そこでは、この振動で、データの1と0を表していきます。1秒間に何回振動するかが重要です。周波数1秒間に何回波が上下するかという数を周波数というのですが、5Gでは、今まで使われていなかった周波数を使うことになっています。

 日本で使われていないのは3.7GHz(ギガヘルツ)、4.5GHz、そして28GHzです。ギガというのは10の9乗なので、3.7GHz というのは3,7×10の9乗ヘルツ、すなわち1秒間に3,7×10の9乗回振動するということです。この3つの周波数帯を使うことが決まっています。さらに、この3つの周波数を、2018年度末の段階で全国通信事業者といわれている、移動通信を生業とする企業に割り当てる必要があります、すなわちNTTドコモ、KDDI au、ソフトバンク、そして2019年に参入した楽天モバイルの4社に対して、この周波数をどうやって割り当てるか...
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