第5世代移動通信システムによって何が変わる？―5G実現に向けた取り組み

携帯電話の通信事業者だけでなく、あらゆる分野で注目されている第5世代移動通信システム。この新たな通信システムは、これまでのものとどのように違うのでしょうか。第5世代移動通信システムによって変わること、その実現に向けた取り組みと課題、それによりどのような技術革新が訪れるのかを考えながら、期待される応用例をご紹介します。

第5世代移動通信システムとは？

第5世代移動通信システムは、各社が協力して規格化を進めている、次世代の無線通信システムです。「5th Generation」（第5世代）を略して5Gと呼ばれています。この5Gがどのようなものか、開発にいたる背景から見てみましょう。

3Gから5Gまでの流れ

ガラケーと呼ばれる携帯電話が主流だった2000年代初頭に登場したのが、NTTドコモのFOMAに代表される3Gです。これにより、当時の携帯電話の使用目的として最も重要だった通話品質は飛躍的に安定しました。それだけでなく、メールの送受信をしたり、文字サイトを閲覧したりすることもできるデータ通信を可能とし、「移動通信システム」としてさまざまな可能性が広がったのです。

そこから数年、人々の持つ通信手段としての携帯電話に大きな変革が訪れます。それは、スマートフォンの登場です。これにより携帯電話の使われ方はそれまでと大きく変わりました。データ量の大きい写真をSNSにアップしたり、動画を見たり、ゲームしたりする。そんな大きな通信量が求められるようになったのです。そこで、後に4Gとして扱われるLTE（Long Term Evolution）が登場しました。

こうして3G、4Gと世代を重ね、移動通信システムは発展してきました。そして今、さらに次のステップ、5Gの開発が進んでいるのです。それでは、5Gはどのような要件を満たし、どのような使い道が期待されているのでしょうか。

5Gによって解決したいこと

スマートフォンの爆発的な普及と進化、IoTの実現、情報の価値増大などにより、通信インフラの重要性は高まり続けています。スマートファクトリーやスマートシティといったIoTの進化、車の自動運転による事故防止や物流効率化など、次世代の技術には通信が不可欠です。移動通信のトラフィック量を見ると、2020年には2010年に対し1000倍になるとの予想もあり、新たな通信システムの仕組みが必要とされています。こうした課題について、次のような方向からの解決を目指しているのが5Gなのです。

超低遅延・超高信頼性
自動運転やロボットの遠隔操作といった用途を考えると、4Gを超えたさらに低遅延で信頼性の高い通信が必要です。

高速・大容量化
トラフィック量の増大に伴い、これをサポートできる大容量化が求められています。また、その大きな容量をスムーズに利用できるよう高速化も必要です。

多数同時接続
IoTが本格普及すると、センサーやそれを管理するシステムとの通信が爆発的に増えます。そうなると、同時に接続される通信機器も極めて多くなることが予想されます。5Gでは現状の100倍の接続を可能とすることが求められています。

省電力化・低コスト化
消費電力や発電による環境負荷が重要視される今、新たな技術の開発において省電力であることも求められます。また、大きなコストが必要となると、最終的に消費者がその費用を負担することになります。こういった意味でも、省電力で低コストであることが次世代の通信システムの課題です。

5Gの周波数

この5Gを実現するために解決しなければならない課題の一つが、「どの周波数帯を使うか」という問題です。これまでの4Gでは1.7GHzや3.5GHz、700～900MHzなどの周波数が使われていました。今後爆発的に通信量が増えることを考えると、これまで使っていた周波数帯にこれ以上のトラフィック量を詰め込むのは不可能です。

また、送受信する情報を大容量化するためには、周波数が高い電波のほうが向いています。それらが、これまでとは異なる周波数帯を使う理由です。そこで注目されているのが、30GHzを超えるような高周波数帯です。このような高周波数帯は「ミリ波」と呼ばれています。しかし、ミリ波の使用について課題が多いのも現状です。

使用する周波数帯についての各国の協調
世界各国で共通の周波数帯を使用することで、各国で連携した迅速かつ効率のいい開発が可能となります。また5G対応機器の普及も世界規模で進み、供給価格を抑えることができます。周波数帯を共通化するとこういったメリットがありますが、完全な合意にたどり着くのはまだ先のことになりそうです。

高周波数の電波は曲がらない
高周波数の電波は、大容量化にとって大きなメリットがありますが、それを広範囲に届けるとなると別の課題が浮上します。それは、高い周波数の電波は直進性が非常に高く、遮へい物があると遮られてしまう点です。
プラチナバンドと呼ばれる700～900MHzの電波はミリ波に比べて周波数が低く、回り込みやすい性質を持っているため、この点については有利でした。こういった電波の回り込みについて、中継基地装置を利用して電波を迂回させる実験が進められています。

第5世代移動通信システムに向けた取り組み

5Gの開発と普及のための施策について、総務省も本腰を入れて取り組んでいます。その1つとして開催されたのが、「第5世代移動通信システムに関する公開ヒアリング」です。総務省副大臣と国内携帯4社の社長が一同に介しての意見交換と方針の発表が行われました。NTTドコモ・KDDI・ソフトバンクの3社は2019年に5Gをプレオープンし、楽天モバイルネットワークも2020年から5Gをスタートすることが発表され、多くの注目を集めています。

国内ではこのように5G実現に向けた取り組みが加速していますが、国際標準化に向けた動きも進んでいます。ITU（国際電気通信連合）は、2015年に策定した「IMTビジョン勧告」を元に標準化に取り組み、周波数の共用検討を進めています。2019年10月に開催予定のWRC-19（世界無線通信会議）において、国際移動通信規格用の周波数を特定予定です。

一方で、各国・各地域の標準化団体によって設立された3GPP（3rd Generation Partnership Project）においても、標準化が検討されています。2019年12月を目処に、すべての技術性能要件に対応した5Gの仕様を策定する予定としています。

第5世代移動通信システムのユースケース

このように画期的な進化を遂げるとされる第5世代移動通信システムに、通信事業者だけでなく各業界からも期待が寄せられています。5Gにより技術革新が可能になり、産業の発展につながるとして期待される例を見てみましょう。

IoTによる商品管理

5Gでは同時に多数の接続が可能です。これを活かし、売り場に並ぶ商品の在庫をIoTによりリアルタイムで把握、システムに送信しAIが在庫変動を予測します。その結果から自動で在庫補充のための発注が行われ、効率化と無人化が実現します。

VR・AR・MRによるシミュレーション

VR（仮想現実）やAR（拡張現実）などによるシミュレーションにおいても、5Gによる革新が期待されています。送受信データが大容量化・高速化し、さらに遅延のないものになることで、緻密な作業が求められ失敗の許されない医療分野での活用もより信頼性の高いものとなります。このほかに、これまでより精度の高い科学研究や商品開発といった分野での応用も期待されます。

ドローン活用の可能性拡大

5Gのメリットはドローンに最適ともいえるほど、その活用の幅が広がる可能性を持っています。多数同時接続や信頼性向上といった特徴は、ドローンを使った物流の実現にぐっと近づくと考えられているのです。また、橋梁や高所の点検、被災地の状況把握といった面でも、ドローン活用の幅が広がり精度も向上します。

自動運転による物流課題の解消

5Gの特徴である低遅延と高信頼性により期待される用途の1つに、自動運転技術があります。この恩恵が大きいとされるのが、人手不足に悩む物流分野です。自動運転が実現すれば、1台のトラックを人が運転して先頭を走り、後続のトラックは自動運転により隊列を組んで移動することが可能です。

また、さまざまな条件が整備されると完全自動運転も可能になるかもしれません。こういった陸上輸送だけでなく、ロボットによる倉庫管理や敷地内輸送においても、同時に制御できる台数の増加や全自動化といった効果が期待できるでしょう。