エンジニアが理解しておきたい5Gの知識

話題の5Gを理解する

最近5Gが大きな話題となっており、エンジニアの間でも注目を集めています。5Gは「5th Generation」の略で、日本語では「第5世代移動通信システム」という意味です。現在は4G（LTE）が主軸で、5Gはその後継となる技術です。5Gの特徴で代表的なのが、「超高速・大容量通信」「多数同時接続」「超低遅延」などで、実用化に向けてユーザーから大きな期待が寄せられています。

5Gはどのぐらい高速なのか

5Gと聞くとまずイメージするのが通信速度の速さかもしれません。超高速といわれているように、5Gは最大20Gbpsの通信速度を実現することが可能とされています。4Gがおよそ100Mbpsから1Gbpsとされているので、5Gはその100倍もの速さで通信できるという理論です。4Kや8Kなどのようなデータ通信量が多い超高画質動画の通信に5Gを使うことで、通信の快適度が大きく高まるといわれています。
5Gの特徴である多数同時接続は、1㎡あたり100万個のノードを接続しても通信に支障をきたさないというものです。4Gの場合は世界規模で最大150億台程度の携帯電話接続が可能とされていますが、5Gなら1,500兆台という計算です。世界には90億台ほどの端末が使用されており、IoT接続の製品が増えるにしたがって今後さらに接続端末が増えることは確実です。そのような事態になっても、5Gならば高速で安定した通信を確保できるのです。
超低遅延については、通信の遅延が0.001秒以下というものです。ビデオ通話機能やライブ配信などで頻繁に起こる遅延も、5Gになれば圧倒的に少なくなることが予想されます。

5Gを支える技術とは

5Gを実現する技術のポイントは、「高周波数帯の使用」と「超多素子アンテナ」です。5Gの高速通信、大容量通信に必要となるのが、大量のデータの通り道となる数百MHz以上もの周波数帯域です。ところが、数百MHzの周波数帯域はラジオ放送や無線、携帯電話など他の用途ですでに使用されています。5Gでは、これまで使用されてこなかった20GHz以上の周波数帯域が使用される可能性があります。高周波数帯域の電波は直進性が強く、障害物によって電波が途切れるという弱点を持っています。この弱点を克服するための研究が進められており、ドコモとファーウェイが「無線アクセスバックホール統合伝送」に成功しています。
超多素子アンテナは、ビームフォーミング技術という方式で送信を行う「MIMO（マイモ）」と呼ばれている技術が採用されており、LTEですでに使用されています。5GでMIMOが使用される際には、多重性をさらに向上させる形で組み込まれる予定です。4Gのアンテナは空間多重数2、周波数帯域40MHzですが、5Gになると空間多重数8〜16、周波数帯域500〜800MHz、総通信帯域8GHzと大幅にグレードアップします。