【図解:3分で解説】5G通信とは|いつ実現するのか、IoTや自動運転との関係、技術の仕組み

スマホやケータイの通信手法の新たな形式「5G通信」について紹介します。

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本記事では、最近よく目にする5G通信について解説します。

「5G」のGって何?という点や、今までの4Gまでの流れなどを紹介します。

そして「今の4G通信ではこれからの時代、いったい何が困るのか?」を説明して、5G通信が描く未来、IoTや自動運転との関係などを紹介します。

最後に5G通信の要素技術を紹介します。

5g通信とは

5G通信の正式名称は「第五世代移動通信システム」といいます。

Gはgeneration(世代)を意味しています。

5G通信は、2020年に商用利用開始に向けて、いま開発が進んでいます。

これまでの通信方式である、1Gから4Gについて紹介します。

1G通信はアナログ方式の通信です。80年代から行なわれていました。

2G通信は90年代からのデジタル方式の通信です。

これにより、いわゆるケータイ電話が普及し始めました。

3G通信は、2000年代から始まった音声だけでなくデータも送れる通信です。

3G通信の誕生により、写メールやi-modeなどが普及しました。

4G通信は、2010年代から始まった大容量データ通信方式です。

これにより、スマホが利用可能になり、スマホ時代になりました。

そして2020年代から5G通信が始まります。

実はこのように10年ごとに通信方式の進歩があります

そして携帯電話の性能の発展はもちろんですが、その土台となる通信方式が進歩することで、より高機能なモバイル端末が使用可能になってきました。

そうした意味でも、2020年代の通信手法である5G通信は、これからのモバイル端末や社会のあり方を決める、非常に重要なものです。

(下記画像左側:5G通信までの歴史)

5G通信が描く未来

4Gの限界

このままでは、今の4G通信では困ることが3つあります。

1つ目が通信容量の増大についていけないことです。

たしかにスマホは昔のケータイのようにデータ容量無制限ではなくなり、使用する際に、通信量に気を遣う人も多いかと思います。

2つ目が一地域内の接続代数の増大についていけないことです。

現在はスマホや携帯、Wifiが通信網とつながっていますが、IoT(Internet of Things)時代になり、家電やありとあらゆるものがインターネットとつながるようになれば、接続台数は現在の何十倍、何百倍になります。

例えば、道路の路面や信号、交差点、ビル内の施設など、様々な場所がIoTセンサーだらけになったら、いまの4G通信では狭い地域で一度にたくさんの機器を接続できません。

3つ目が通信の遅延問題です。

もし自動運転を実現しようとするならば、車同士や車と信号などを遅延なく通信網で結び、リアルタイムに情報をやりとりする必要があります。

ここで通信に遅延が起こると自動運転車が事故を起こす可能性があるので、遅延問題は重大です。

5G通信のコンセプト

以上の4つの問題点を受け、新たに制度化される5G通信のコンセプトは

「超高速」「多数同時接続」「超低遅延」

です。

「超高速」により大容量のデータが送れるため、現在のスマホのデータ容量制限がなくなることや、ネットの動画がTV並に高画質になること、またVR(バーチャルリアリティ)のデータをリアルタイムに送ることなどが期待されます。

「多数同時接続」により、IoT時代になっても多数のセンサーを通信網につなぐことができ、
IoTセンサーやIoT機器が活躍する便利な社会が期待されます。

これまでの人と人をつなぐだけでなく、モノとモノ、モノと人をつなぐ通信社会を実現します。

「超低遅延」によりリアルタイムな通信が可能になり、自動運転車社会や、遠隔医療などの実現が期待されます。

5G通信はこのような3つのコンセプトを実現すべく開発が進行中です。

しかしながら、2017年現在、5G通信のコンセプトを実現する技術は確定していません。

いくつか候補があるなかから、これから実験をしてスタンダード技術を確定し、2020年に商用利用開始を予定しています。

最後に5G通信を実現するコア技術の候補を紹介します。

少し難しい内容なので、技術に興味がない方は読み飛ばしてください。

5G通信を実現する技術

5G通信を実現するためのコア技術としては、次の3つの要素技術が有望とされています。

①Massive MIMOアンテナ

Massiveとは大規模なという意味です。

MIMOとはMultiple input and Multiple Outputの略称です。

5G通信では高周波帯域を使用することで、アンテナの素子の間隔を狭くすることができます。

そこでアンテナに多数の素子を配置して、電波のビームを細くし、ひとつのアンテナから狙った端末ごとに別々の電波を送ることが可能になります。

その結果、ひとつのアンテナで接続できる台数や送るデータ容量を増やすことができます。

②NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)

4GではOFDMA(Orhtogonal Frequency Division Multiple Access)という、周波数方向の直交分解をして、端末Aは○Hzで、端末Bでは△Hzを使用して、電波を一度に送っていました。

5GではNOMAといって、端末Aと端末Bのアンテナまでの距離に応じて、電波のパワーを変えて送る手法が提案されています。

近くにいる端末Aのデータは弱いパワーで送り、遠い端末Bのデータは強いパワーで送ります。

そして、端末Aは強いパワーを引き算して、弱いパワーから自分のデータを読み取ります。

遠くの端末Bは強いパワーをそのまま読み取ります。

これまで、時間方向、周波数方向に直交分解が利用されてきて、これ以上分解のしようがないので、電力パワーで分解する方法が提案されています。

③ネットワークスライスを利用したMEC(Mobile Edge Computing)

通信にはアンテナと、ユーザーのデータを処理する機能(U-Plane)、送る信号を制御するのための機能(C-Plane)の3つが必要です。

5G通信では「ネットワークスライス」と呼ばれ、各地のデータセンターを通信の用途に応じて、U-Planeにしたり、C-Planeにしたり、両方にしたりすることが可能となっています。

その結果、自動運転のような低遅延が必要な場合には、アンテナ近くのデータセンターをUC-Plane両方にして、短時間で処理します。

これをMEC(Mobile Edge Computing)と呼びます。

全国のデータセンターのうち、車に近い端のデータセンターだけを使うのでEdgeと言います。

また大容量通信が必要な場合には、U-Planeを増やします。

このようなデーターセンターの臨機応変な使用方法を、「ネットワークスライス」と呼びます。

以上、5G通信の概要を紹介しました。

通信方式はインフラの一種であり、その土台の上に全ての技術が構築されます。

それだけに非常に重要な要素です。

今回紹介した5G通信が目指す3つのコンセプト

「超高速」「多数同時接続」「超低遅延」

だけでも覚えておくと良いかと思います。

以上、ご一読いただきありがとうございました。

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