5Gはいつから始まるの?通信速度や仕組みを4Gとの違いを比較しながら技術的な視点で解説!

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ソフトバンクが2020/3/27の商用サービスを開始しました。
世間では5Gが騒がれていますが、そもそも5Gとは何なのか、どういったメリットがあるのか、よくわかっていないかたもいらっしゃると思います。
ただ速いだけ、と思われがちですが、5G特性により社会の在り方が大きく変わる可能性も秘めています。
そこで、この記事では5Gについて電波の特性や技術的な視点で詳しく解説していきます。

5Gとは

5Gの概要・4Gとの違い

5Gとは超高速・超低遅延・多数同時接続を実現した次世代の通信形式です。
GはGenerationの頭文字をとっており、第5世代を意味しております。
携帯電話が普及し始めてから20年以上が経ちますが、これまでに新しい技術を取り入れながら通信環境は進化しており、今まさに第5世代に移行しようとしています。
これまでの世代については下記図をご参照ください。

下記は5Gと4Gを比較した表です。

比較項目5G4G
最大通信速度約10Gbps約1Gbps
ネットワーク遅延1ミリ秒50ミリ秒
同時接続数1km²あたり100万1基地局あたり数千

いずれも5Gに移行することで劇的に改善されることがわかります。
最大通信速度向上により、高画質な映像をストレスなく見ることができるようになります。
またネットワーク遅延の改善は自動車の自動運転には必要不可欠な要素です。
同時接続数増加で、大量のセンサーやIoT機器と接続できるようになり、工場や物流現場の人手で行っていた確認が自動化できるようになります。

5Gの周波数帯

ではどのように通信速度を向上させたのか、その要因の一つは電波の周波数帯にあります。
周波数帯の高い/低いで通信の特性が変わります。
簡単に説明すると周波数が低いと、伝送できる通信量が少ないですが、建物などを回り込んで通信することができます。
逆に周波数が高いと伝送できる通信量が多いですが、その反面で直進性が高く建物などの障害物が苦手です。
5Gでは従来の周波数帯に加え、4Gには無い3.7GHz、4.5GHz、そして28GHzといった高い周波数帯も採用することで通信の高速化を図っています。
これまで4Gで使われていた周波数帯も今後は5Gに移行するよう計画されています。
ちなみに6GHz未満の周波数帯を”sub-6”、28GHz以上の周波数帯を”ミリ波”と呼ばれています。

参照元:総務省資料(4Gバンドの5G化の進め方について)

先ほど説明した通り、周波数帯が高いと障害物に弱い・回り込みが苦手というデメリットがあります。
そのため同じ5Gでもsub-6だけでスタートするということもあり、まさに2020年3月27日からリリースされるソフトバンク5Gも当初はsub-6だけとなります。
しかしそういった問題に対して、アンテナの死角にある端末に電波を反射して送る反射板を用いた手法も検討されています。
例えばNTTドコモと米Metawaveが連携して開発を進めており、実証実験も行われています。
しばらくはミリ波の恩恵を受けることはできないかもしれませんが、通信インフラが整備されるにつれて徐々に実感できるようになるでしょう。

5Gの技術

5Gは高速通信・低遅延・多数接続を実現するために新しい技術が取り入れられています。

Massive MIMO/ビームフォーミング

Massive MIMOとは多数のアンテナを用いてデータの送受信を行う技術のことです。
これまでも2×2 MIMO(アンテナ2本)、4×4 MIMO(アンテナ4本)といった技術はありましたが、Massive MIMOでは数十~週百のアンテナを使います。
またビームフォーミングとは通信端末に集中して電波を送信する技術のことです。
この技術を組み合わせることで、電波強度をあげて高速通信・多数同時通信を実現しますが、特に電波が減衰しやすいミリ波に有効とされています。

エッジコンピューティング

通常の通信は、端末→基地局→コアネットワーク→通信先サーバの流れで行われます。
エッジコンピュータを導入することで、端末→基地局→(基地局周辺の)エッジコンピュータの流れとなり、エッジコンピュータが必要な処理を代替して行います。
コアネットワークまでの移動分が省略されるので低遅延で通信できるようになります。
楽天モバイルの完全仮想化ネットワークでも採用されています。

C/U分離

通信には2種類あります。
通信相手のアドレス情報や、通信相手との疎通確認などの制御情報(C-plane)と、動画のダウンロードや配信される天気情報などのユーザーデータ(U-plane)です。
これらを分離することで、通常のインターネット通信と前述のエッジコンピュータ通信が併存する環境のネットワーク管理が容易となります。

ネットワークスライシング

ネットワークスライシングとは要件に応じて、仮想的に別個の層(スライス)で通信する技術のことです。各スライスではデータを送る単位を変えることができますので、例えばドローン操縦操作のデータ容量は小さいので、伝送単位を小さくします。これによりデータ転送時間は短くなり通信遅延を抑止できます。
その一方で動画ダウンロードにおいては大きな伝送単位を用いることで大容量データを高速に通信できるようになります。
これまで画一的に管理された通信ですが、ネットワークスライシングにより柔軟性を高められます。

ローカル5G

ローカル5Gという言葉があります。
5Gでまず思い浮かべるのは大手キャリアのスマホで使用する通信ですが、ローカル5Gは通信事業者以外の様々な主体(企業や自治体)が構築する5Gシステムのことを示します。
例えば工場で人が都度確認していたチェック項目(温度・湿度・重量・色・大きさ)などをIoTセンサーを用いて自動でチェックするとします。
工場規模が大きくなればIoTセンサーは多数必要となりますし、高生産・高精細度が求められるラインであれば正確な情報を即座に取得する必要があります。
そういったときにローカル5Gが活きるでしょう。
他にも遠隔医療や建設機械遠隔制御、自治体の河川監視、農業自動化も活用範囲として挙げられています。(参考 総務省:ローカル5Gの概要について)

sub-6では4.6~4.8GHz、ミリ波帯では28.2~29.1GHzの周波数帯がローカル5Gとして割り当てられる予定となっておりますが、2020年3月現在ではまだ制度化されておりません。
ただしミリ波帯については、年内に制度化される計画となっております。

また総務省はローカル5G活用モデルの構築を目的とし、ローカル5G実現に向けた開発実証を募集しておりました。

大手キャリアの動向

5Gの周波数帯

ドコモ、au、ソフトバンク、楽天モバイルの各キャリアには、5G周波数帯が下記のように割り当てられました。

ミリ波帯は各キャリア等しく割り当てられていますが、sub-6ではドコモとKDDIが2枠、ソフトバンクと楽天が1枠のみの割り当てとなっております。
この割り当ては総務省が定められた審査基準に沿って判断した結果ではあります。
利用者にとってどれだけの影響度があるかはわかりませんが、周波数帯は広いほうが通信が輻輳状態(アクセスの混雑)が起こりにくいので、周波数帯だけで言うとドコモとKDDIが一歩リードしていると言えます。

ドコモ

ドコモは2020年3月25日から5Gサービスを提供しています。
わずかな差ですがドコモ、au、SoftBankの中では一番早いリリースです。

料金プランは毎月の利用可能データ量100GBの「5Gギガホ」と、通信量に応じて変動する「5Gギガライト」の2つがあります。
5Gギガホは4,480円/月から、5Gギガライトは1,980円/月からとなっています。
ただし「みんなドコモ割」などの各種割引を最大限活用した場合の費用となっており、それらを除くと5Gギガホは7,650円/月、5Gギガライトは3,150円~6,150円/月(通信量で変動)となっていますので、契約する際はどの割引が適用可能か確認する必要があります。
なおこのサービスには定期契約も無く、解約金もありません。

以下がドコモの5G対応スマホです。

  • AQUOS R5G
  • LG V60 ThinQ 5G
  • Xperia 1ii
  • Galaxy S20 5G
  • Galaxy S20+ 5G
  • Galaxy S20+ 5G Olympic Games Edition
  • arrows 5G

LG V60 ThinQ 5Gは2画面スマホで、マルチアングルビューイングや地図とお店情報を同時に見る並行利用に便利です。
Galaxy S20+ 5G Olympic Games Editionのデザインはオリンピック仕様でカラーがマットゴールドになっていてドコモのみでの提供となっています。

この中でミリ波に対応しているのはLG V60 ThinQ 5GとGalaxy S20+、arrows 5Gのみとなっています。

au

auは2020年3月26日から5Gサービスを提供しています。

料金プランはデータ使い放題の「データMAXプラン 5G」と、通信量によって変動する「ピタットプラン 5G」があります。
データMAX プラン 5Gは3,460円/月から、ピタットプラン 5Gは1,980円からとなっています。
こちらもドコモと同じく家族割プラスなどの割引を適用した費用となっており、それらを除くとデータMAXプラン 5Gは8,480円/月、ピタットプラン 5Gは3,980円~6,980円が基本的な料金となっています。
他にもNetflixやApple Musicが利用できる「データMAXプラン 5G Netflixパック」、「データMAXプラン 5G ALL STARパック」もあります。
なおauは2年更新の契約となっており、途中解約の場合は1000円の解除料が発生します。

5G対応スマホとしては以下が発表されています。

  • Xperia 1 ii
  • Galaxy S20 5G
  • Galaxy S20+ 5G
  • AQUOS R5G
  • OPPO Find X2 Pro
  • ZTE a1、Mi 10 Lite 5G

この中でミリ波に対応しているのはGalaxy S20+、arrows 5Gのみとなっています。

SoftBank

SoftBankは2020年3月27日から5Gサービスを提供しています。

料金プランは1,000円/月とされていますが、下記1、2の両方の料金プランに加入する必要があります。

  1. 「基本プラン(音声)」または「基本プラン(データ)」
  2. 「データプランメリハリ」、「データプランミニフィット」、「データプラン1GB(スマホ)」「データプラン1GB(ケータイ)」、または「データシェアプラス」

この1,000円の月額費用は、8月31日までに加入された場合、「5G無料キャンペーン」(申し込み不要)が適用されて2年間無料になります。

ソフトバンクの5G対応スマホは下記になります。

  • AQUOS R5G
  • ZTE Axon 10 Pro 5G
  • LG V60 ThinQ 5G
  • OPPO Reno3 5G

ミリ波に対応しているのはLG V60 ThinQ 5Gのみとなっています。
ドコモは7機種、auは6機種有る中で、ソフトバンクは4機種と一番機種数が少ないです。

楽天モバイル

楽天モバイルは2020年4月現在では5Gサービスは開始しておらず、2020年6月開始を予定しています。
MNOとして立ち上がったばかりの中で、先行き不安ではあります。
ただし楽天モバイルは既に5Gへの移行も想定した構成となっており、一度ネットワーク基盤を構築すると容易に5Gに移行できる仕組みとなっています。
また完全仮想化ネットワークという方式を採用しており、基地局やネットワーク機器をクラウド化・分散化する方式を採用しております。
これにより基地局設置を簡易的に行えるようになったり、不具合をSWアップデートで修復できるようになっているので、現在はそもそもの通信環境も5Gサービス開始時期も大手三社に遅れをとっている楽天ですが、今後の巻き返しも期待されます。

UQ WiMAXやSoftbank air

具体的な時期は未発表ですが、UQ WiMAXやSoftbank airも5G移行を検討しており、5Gに準ずる規格の標準化は完了しております。

海外の動向

アメリカや韓国、中国では先行して2019年から5Gサービスを開始しています。
アメリカでは2018年10月にVerizonという大手キャリアが5G対応据え置き型ルーター「Verizon 5G HOME」を提供し、2019年4月3日に5Gサービスを開始しました。
韓国にはSKテレコム、KT、LGU+という3大キャリアが存在しますが、2019年4月3日にスマートフォン向け5Gサービスを提供しました。
両国とも”世界発”にこだわっており、互いのサービス開始日を見て、前倒し合戦した結果、同日のリリースとなりました。
また中国では2019年11月1日に5Gサービスを開始しました。
中国にはファーウェイ・シャオミといった世界的な企業がありますが、米中対立がある中でアメリカに遅れをとらぬよう、5G普及に注力しています。

5Gによって変わる生活

5Gは生活スタイルに変革をもたらし莫大な経済効果を生むと言われており、各国・各企業とも力を入れております。

5Gにより通信速度が向上すれば、大画面・高精細な動画もスムーズに見ることができるようになります。そうすると大画面の折り畳みスマホももっと浸透するでしょう。
折り畳みスマホはあまり身近で見かけることはありませんが、すでにSamsungやHuawei、Xiaomiなどの大手メーカーからリリースされています。

またコンサートやスポーツ観戦のときにスマホからその場でリプレイを、好きなアングルから見ることができるサービスも考えられています。
これは高性能カメラを多数設置し、たくさんの人たちに同時に高画質映像を送信するため、5Gの高速通信・多数同時接続が必要となります。
既にドコモの5Gプレサービスではマルチアングルやライブ配信などを行っています。

身近な存在となりつつある、xR(VR:仮想現実・AR:拡張現実)も5Gでより身近なものになるでしょう。
現在はスマホやゲームにコンテンツをダウンロードしておき視聴しますが、5Gによってリアルタイムな体験が実現できるため、野球中継をリアルタイムにVRで楽しむことも可能となります。
360°の大容量情報であることに加え、ユーザーの視点に合わせて即座に対応する必要があるため、高速通信・低遅延の5Gならではの可能性です。
例えばソフトバンクはヤフオクドームのVR観戦の実証実験を行いました。

今後のクラウドゲーム展開も期待されています。
クラウドゲームとはクラウド側でゲームコンテンツを完結しており、ユーザー側はクラウドにアクセスしてゲームをします。
ユーザーが右ボタンを押すと、クラウド側に「右ボタンを押した」という情報を送り、クラウドがユーザーに「キャラが右に動く」情報を送ります。
すべてクラウド側で完結するため、ダウンロードやインストールすることなくあらゆるゲームができるようになります。
ただしゲームでは複雑な操作を行い、即座に反応させる必要があります。
GoogleがSTADIAというサービスを展開していますが、5G環境が整えば高速・低遅延の通信が可能となりクラウドゲームもより身近なものになるでしょう。

5G活用として大本命にあるのがコネクテッドカーです。
車に大量のセンサーを積み、常に周囲の状況や車の情報を集約し、即座にフィードバックし、安全な自動運転を実現します。
またCEATEC JAPAN 2018で紹介されたXtraVueという技術では、運転中に前の車が半透明になり前方の状況が確認できるようになります。
車同士で通信することで、後ろの車に前の映像を送り、後ろの車は前の状況を確認できるというシステムです。
集約する情報は車外だけではありません。運転者の映像を見てAIがよそ見を検知してアラートを出すシステムもあります。
高速で移動し、かつ人命を背負った車には、たくさんの正確な情報をリアルタイムに集約し、即座にフィードバックする必要があり、まさに5Gの高速通信・同時多数接続・低遅延が必須となる領域です。

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