テクノロジーの目覚ましい進化が取り立たされる昨今。2020年の春頃に5Gのサービスを開始すべく、各社が入念に準備を進めています。その後に東京オリンピック・パラリンピックが控えており、5Gのポテンシャルを最大限発揮したサービスが披露されると期待されています。
5Gとは、「5th Generation」の略称で、日本語では「第5世代移動通信システム」と呼ばれています。1Gから4Gまで、約10年周期で携帯電話の回線は切り替わっていて、来年はまさにその節目となっています。ですが「そもそも5Gとは何なのか？」わからない人も少なくないことでしょう。今回は、5Gに何ができ、どのようなことが期待されているのかを解説したいと思います。
5Gの3つの特徴
今回新たに開設される5Gは、現行の4Gよりポテンシャルの高い通信システムです。より快適な通信環境を提供してくれるインフラとして、期待が高まっています。そのような5Gの注目すべき点について見ていきましょう。
高速大容量
5Gの特徴として、まず注目すべきは通信速度です。今までの4Gでも十分高速ではあるのですが、5Gの通信速度は4Gの100倍になるとされています。これは2時間の映画を3秒でダウンロードできる速度といわれており、動画コンテンツの高精細化が期待できるでしょう。さらにVRやARを使った、今まで技術的に難しかったコンテンツの配信が可能になっていくと考えられます。
多数同時接続
5Gは4Gに比べて、膨大な数の機器がネットワークに接続できます。理論上では100万台/㎢まで接続可能であり、スマートフォンやパソコン以外に家電、自動車、ドローンなどの機器と接続が可能です。これからは人がインターネットをするだけではなく、機械もインターネットをする時代を迎えます。これを「IoT」（Internet of Things）と呼び、遠隔医療や自動運転システムには欠くことができないものとなっています。
超低遅延
利用者がネットワークを利用する際、タイムラグを意識することがなくなります。通信時のタイムラグは4Gに比べると1/10になるとされ、遠隔操縦や制御がリアルタイムで行えるようになるでしょう。これにより、外で作業していたことが自宅で行えるなど、働き方などにも大きな影響があると考えられており、5G技術の中核を担っています。
5Gに秘められた可能性
5Gの通信システムは、AI技術と組み合わせることで、私たちの生活を大きく変化させるといわれています。単純な通信システムの向上だけではない、5Gの未来の可能性を紹介していきましょう。
遠隔手術・遠隔診療
5G技術で、劇的に変わるといわれているのが医療分野です。例えば、救急搬送中に救急車や搬送ヘリの中で、緊急手術ができるようになる可能性があります。このことにより、多くの人命を救えることが期待できるでしょう。
他にも、過疎地や災害地での遠隔診療が可能になり、気軽に病院に行けない人も診察を受けられるようになります。NTTドコモでは、和歌山県で遠隔診療の実証実験を実施。NECと和歌山県立医科大学の協力のもと、成果を上げています。
自動運転システム
近年、さまざまな交通事情でトラブルが発生しています。そこで、期待されているのが自動運転システムです。現段階ではAIが運転をアシストする程度にとどまっていますが、5Gが始まることで完全な自動運転が可能になるといわれています。 これによる安全性、運送効率、生産性などの向上が期待できるでしょう。さらに、公共交通機関の少ない場所での、自動運転タクシーによる利便性の向上も見込めます。
スポーツ観戦やエンターテイメントの質の向上
高速大容量通信により、今までに無い高画質の4K/8K動画の配信ができるようになります。複数のカメラで撮影することによるマルチアングルで、好きな角度から観戦を楽しむことができる上、VRで臨場感のある映像体験が可能になります。インターネットで配信できるので、自宅で離れた友人とVR観戦する、といったことも可能な日が来るかもしれません。
ほかの将来的な展望
ほかにも期待されているのが農林水産業で、各種センサーやドローンを使い、自宅から畑の管理や家畜の飼育などをすることができます。建設業においても、ドローンによる測量や建設重機の遠隔操作も自宅から可能です。いずれも高齢化が進行する産業で、負担の軽減と生産性の向上が期待できるでしょう。
それ以外にも、街に設置した高性能なセンサーによる防犯や防災対策、店舗では在庫管理や決済の自動化など、人々の周りにあるすべてのものが自動化、あるは効率化されていくと考えられています。
5Gを可能にする技術
5Gには、多くの可能性が秘められています。今後、私たちの生活に大きく関わってくるこれらの技術は、どのように確立されているのでしょう。ここからは5Gを支える技術について紹介していきます。
高速大容量化を支える技術
Massive MIMO(マッシブ マイモ)
5Gを整備する上で重要なのがアンテナであり、その中核を担うものこそ「Massive MIMO」です。「MIMO」とは、基地局に複数のアンテナを立てて通信することで、通信速度を向上させる技術です。道路に例えると、アンテナ1本で1車線、2本で2車線となり、アンテナを増やすことで車線も増え、交通渋滞を解消していきます。そして「Massive」は「大規模な」という意味があります。
つまり、Massive MIMOは「大規模なMIMO」を意味し、基地局に大量のアンテナを設置することで通信を高速化するという技術です。従来のMIMOであれば、2本ないし4本のアンテナを設置する程度でしたが、Massive MIMOでは数十から数百本設置できます。ソフトバンクの場合、最大128本のアンテナが設置可能になるので、最大128車線に増えることになり、渋滞が大幅に改善されることになります。
Massive MIMOのアンテナ（ソフトバンク公式サイトより）
Massive MIMOの通信イメージ（ソフトバンク公式サイトより）
高周波帯を併用した広帯域化
5Gの高速大容量を支える技術として「高周波帯を併用した広帯域化」があります。4Gでは3.6GHz以下の周波帯を使用してきました。5Gでは4Gの周波帯に加え、3.6～6GHz帯と28GHz帯と広範囲の周波帯を利用します。使用する周波帯を広範囲のすることで、通信の高速大容量化を目指します。
3.6～6GHz帯と28GHz帯は高周波帯で、大容量のデータを早く届けることが可能な電波です。イメージとしては、大型トラックがF1並の速度で走っている感じでしょう。しかし、その速度で走っていたら、カーブは曲がれません。高周波帯は、基本的に直進しかできず、しかも飛距離が短いという弱点があります。
上記の解決法として、
- アンテナの設置間隔を短くする
- 「ビームフォーミング」により飛距離を伸ばす（後述します）
- 低い周波帯（3.6GHz以下）を利用する
ということが検討されています。現状では、4Gの周波帯と5Gで追加される周波帯で適宜使い分けていくやり方が考えられています。
周波帯によるエリアのイメージ（au公式サイトより）
ビームフォーミング
Massive MIMOと合わせて使用される技術として、「ビームフォーミング」があります。先ほど、高周波帯は飛距離が短いという欠点があること述べました。ビームフォーミングには、その高周波帯の飛距離を伸ばすという目的を果たす技術です。
電波は波なので、本来であれば波紋のように広がっていきます。その波を一極集中させ、指向性を持たせる技術がビームフォーミングです。さらに「ビームトラッキング」という技術で利用者を追跡し、電波を途切れさせないようにします。ビームフォーミングは照準技能のようなもので、利用者を捕らえ、Massive MIMOで狙い撃ちにするイメージです。
4Gは同心円状に電波が広がり、5Gが光線のように電波を飛ばす（au公式サイトより）
多数同時接続を支える技術
ネットワークスライシング
IoT時代に突入すると、インターネットに接続する端末は膨大な数になります。その際、多種多様な情報がネットワーク内を行き来することになるでしょう。「ネットワークスライシング」はそれを効率化するシステムであり、5Gにとって要となる技術といえます。 現在はすべての情報を、一括にまとめて送受信されています。しかし、ネットワークで使用できる電波は無限ではないため、5G到来以降は遅延や接続不要などのトラブルが起こる可能性があります。そこで、ネットワークを仮想的に分割し、適宜通信網を構築していきます。
平たく言ってしまうと、ネットワーク内で作業の切り分けと分業を行っているイメージです。例えば、自動運転システム専用通信網や遠隔医療専用通信網といったように、各サービスの専用通信網をその都度、臨機応変に構築していくことでトラブルを回避していきます。こうして多数同時接続を支える技術が、ネットワークスライシングです。
ネットワークスライシングのイメージ（au公式サイトより）
低遅延を支える技術
モバイルエッジコンピューティング
現在はクラウドサーバーにアクセスし、さまざまなサービスを受ける「クラウドコンピューティング」主体になっています。5Gでは端末とクラウドサーバーの間にある通信設備に「MECサーバー」（MEC＝Mobile Edge Computing）を設置し、必要な処理をMECサーバーで行います。この技術を「モバイルエッジコンピューティング」といいます。
この技術が導入されることで、クラウドサーバーまでアクセスする必要がなくなります。ネットワーク上の往復距離が短くなるので、遅延発生を抑止できます。
モバイルエッジコンピューティングのイメージ（au公式サイトより）
まとめ
今まで、キャリアが提供する電波は携帯電話を通信するものだけでした。ですが、5Gはそれだけではない、新しい可能性を秘めた通信システムです。このテクノロジーの進化は、これからも私たちの生活に深く関わっていくことでしょう。
総務省では過去に「5G利活用アイデアコンテスト」という5Gの活用法のアイデアを募集していました。そこには、警備、介護、観光、雪害対策など多様なアイデアがありました。
5Gには未知の可能性が、まだまだたくさん埋まっています。それらが私たちの生活を豊かにしてくれるに期待しましょう。
