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IoT普及に不可欠な「5G」次世代移動通信の特徴を知ろう

私たちの生活は常により便利に効率よくできるように変わっていきます。その中でも移動通信は著しく向上してきました。次世代の5Gは今までの容量や速度の向上だけでなく、新たな技術へと変化します。ここでは5Gの特徴や考えられる影響を解説しています。
【公式】カシモWiMAX IoT普及に不可欠な「5G」次世代移動通信の特徴を知ろう

次世代の移動通信5Gとはどのようなものなのでしょうか。今までの世代は、大容量化、超高速化を主軸に移動通信の世代交代が行われてきました。

5Gの導入で、IoTによるデバイスの数の増加やデータ通信の増加にも対応でき、今までの生活とはがらりと変わる可能性があります。ここでは5Gの特徴やどのように活用されるのかを知り、近い未来に実現されるさまざまな技術を見てみましょう。

5Gに至るモバイル通信の歴史

移動通信サービスはこの20年間で飛躍的な進化を遂げてきました。そして、5Gはこれらの進化とはことなり、電話だけの利用にとどまらずさまざまな分野での活用が想定されています。

3G・LTE・4G・5Gといった言葉の意味

現在の携帯電話は3GとLTE、4Gを利用しています。「G」はGeneration/世代を意味し、大きな数字になるほど新しい世代を表します。数字が大きくなるほど通信速度も速く、容量も大きくなっています。現在のスマートフォンは、主にLTEや4Gの回線を優先して利用していて、電波が届かない場所では3Gを利用しています。

そのため、現在ではほとんどの地域をカバーすることができています。そして、5Gは現在研究開発中の第5世代の通信方式で、2020年のサービス提供に向けて多くの電話会社や端末機器の会社で研究や開発が行われています。

5Gではさらなる高速通信や大容量化、多数の端末の接続、低コスト化、低消費電力を目標としています。そして、5GによりIoT技術やAIの技術の更なる発展が見込まれています。

第1世代はアナログ方式

1970年代の最初の移動電話サービスは第1世代のアナログ方式の電話でした。第1世代は区画(セル)という範囲を決めて区画ごとに基地局がありました。

そして、その区画をまたいで利用できる通信方式をセルラー方式といいます。1979年に日本電信電話公社が開始した自動車電話のサービスの提供が最初であり、その後ショルダーフォンが発売されました。

80年代になりNTTは、「NTT大容量方式(HiCAP)」。日本移動体通信(IOD)では「HiCAP」と「TACS」。DDIセルラーグループでは「TACS」の規格でアナログ電話サービスの提供を始めました。また海外においては、米国では「AMPS」、欧州では「NMT」や「TACS」という規格の移動電話の商用サービスが始まりました。

この頃の電話は日本国内だけで利用できるもので、今のように世界中で使える携帯電話ではありませんでした。

アナログ方式からデジタル方式へ

1990年代に入ると携帯電話は急速に普及し、デジタル方式の2Gが主流になりました。2Gの通信回線を利用した携帯電話サービスには、NTTドコモのmova(ムーバ)があります。そして、2000年に入る頃には、第3世代に突入し、より高速で大容量の通信回線となりました。

2Gでは通話だけでなく、インターネットやメールが利用可能になっています。ポケットベルやPHSが発売されたのもこの頃です。2.5世代とも呼ばれる高速化技術を使用したcdmaOneの商用化がはじまり、その後の3Gへと移行していきます。

この3Gのカバー範囲は広く、ほとんどの地域が範囲内となっています。そして、現在でも4GやLTEの圏外の地域では3Gが利用されています。

3Gはより高速なデータ通信を実現

3Gの運用が2001年に始まるとともに、より大容量の通信が予測され、より高速化がのぞまれました。「IMT-2000」の規格に沿った、「W-CDMA」を欧州の通信機器メーカであるエリクソンやノキアと共同で開発し、より広い電波帯域を利用することで通信速度の向上を可能にしました。

J-PHONEもドコモと同じ「W-CDMA」の規格でのサービスをスタートしました。KDDIは「CDMA2000」の規格でのサービスの提供を行っていました。これらの規格はマルチアクセスにも対応しており、音声通話とパケット通信を同時に行うことが可能でした。

「W-CDMA」の規格の中のHSPA+の拡張規格でさらに高速化でき、データ通信がスムーズに行えるようになっています。

CDMA2000は、cdmaOneの規格をベースとして広帯域化した規格です。この規格を更に拡張した「CDMA2000 1x」もあります。このデータ通信速度は最大下り144kbps、最大上り64kbpsと高速化されています。

4G向けの新技術を先取りした高速化技術LTE

3Gの世代では通信量が急激に増大し、拡張した規格では徐々に増え続ける通信量をカバーすることができなくなっていました。そして、4Gの規格はまだ完成しておらず、4Gに先駆けて開発された3.9Gとも呼ばれる「LTE(Long Term Evoluthion」が誕生しました。

「LTE」は2004年にドコモが提唱した「Super3G」がベースになっています。そして、その後「LTE」に「キャリアアグリケーション」の技術を使用し、「LTE-Advanced」と呼ばれる第4世代(4G)が誕生しました。

5G開発の背景と課題 

5Gはスマートフォンなどのモバイルのみに活用されるものではなく、IoTの普及に必要な多接続、大容量、高速通信を可能にするために研究が進められています。

5GはIoTの普及に必須となるインフラ技術

次の第5世代では更なる通信の高速化や容量の大容量化が望まれています。また、IoTにより多くの物事がインターネットとつながるようになります。そのため、接続する端末も爆発的に増えることが予測されます。

そのため、5Gはモバイル通信の進化だけにとどまらず、IoTが普及するときに必要な超高速通信や通信容量の大容量化、低遅延、多接続を可能にしIoTの普及に備えるものとなっています。

IoTがなぜ必要なのか

近年、人口増加や高齢化、都市への人口集中などが問題になっています。これらの現象は、エネルギーの不足や食料の不足、交通渋滞、医療格差、環境破壊などの問題を引き起こしています。

これらの問題を解決するために、各国ではIoTの普及を促進し活用を進めています。IoTを使うとモノとインターネットをつなぎ、より便利な社会へと変化することになります。

例えば、車は低遅延、高速通信ができることで自動運転や隊列運転ができるようになります。また、多接続を実現することで、ドローンを使った宅配が可能になり物流業界にも大きな変化を与えるでしょう。

そして、身近なところでは、家電をインターネットにつなげることで、電源の管理や照明の管理を行うことができ、効率的にエネルギーを管理することができるようになります。

このように5GはPCや携帯電話、スマートフォンなどにとどまらず、さまざまなモノとインターネットをつなぐことで、将来的には交通管理や医療の現場でも利用されるように整備が行われています。

5Gで実現可能となる技術

5Gでは往来の移動通信の進化と同じく大容量化、高速化がさらに向上します。そして、最大の特徴は通信の遅延を限りなく少なくし、同時に多数の端末の接続が可能になることです。

多数同時接続や超低遅延が実現できる

モバイルの通信方式は1Gから4Gへと世代交代するたび、大容量化高速化が進められてきました。しかし、5Gでは大容量化や高速化だけでなく、低遅延化、多数同時接続化が可能になります。

近年大容量のデータを扱う動画配信などのサービスが増え、増加し続けるトラフィック量に対応し、IoTの普及による接続端末の増加にも対応するべく開発が進められてきました。5Gでは、最大速度10Gbps、混雑時間帯や移動時などのあらゆる状況でも1Gbps以上の提供を目標としています。

また、1つの基地局で接続できる台数も飛躍的に多くなり、1平方kmあたり100万代の接続ができるようになる予定です。そして、大きな期待がよせられていた低遅延化は1ミリ秒程度のタイムラグになる予定です。

これらの技術を備えた次世代の5Gは、IoT時代のICT基盤となる移動通信システムです。

超多数端末接続について

5Gでは超多数端末の同時接続が可能になります。このことで、IoTやM2M(Machine to Machine)通信が発達することが予測できます。多数の端末が同時接続できるようになると、さまざまなモノに通信モジュールを設置することで、管理や制御を行うことができるようになります。

商品管理などにも活かすことができ。販売者や消費者の利便性が向上し、コストの削減にもつながります。また、自動車や電車などに活用することで、低遅延の性能を活かし、アクセルやブレーキの遠隔制御ができるようになり、より安全性を確保できるようになります。

超低遅延や超高信頼性について

超低遅延が実現されるとさまざまな分野での活用が期待されています。また、触感通信ができるようになれば、娯楽や医療に活かすことができます。

例えば、医療の現場では都市部に集中する高度医療を低遅延や触感通信の技術を活用し、医療用ロボットで遠隔地での治療や手術を行えるようになります。

また、車では超低遅延が実現することで、前方の急な停車にも瞬時に対応することで事故の回避が期待されています。

5G開発における技術的な課題

5Gでは最大通信速度10Gbpsや0.001秒という超低遅延を目標に掲げています。それに加えて、さまざまな活用シーンを想定して、その活用ができるための技術の開発が進められています。

富士通ではスポーツ観戦やLIVEでの人が密集した場所での効率よく通信できる技術「ビーム分割多重」を開発しました。また、高周波帯域での通信になると電波はまっすぐと進む特性があるため、障害物の裏側へ電波が届きにくくなります。

この電波の届きにくさを防ぐために「ビームフォーミング」という多数のアンテナ素子を使う技術を開発されました。そして、「ビームフォーミング」で使うアンテナアレイの消費電力を削減するために「サブアレイ間符号化技術」が開発され、これにより高速で大容量の通信を低消費電力で実現することが可能になりました。

5Gのメリット

5Gの最大のメリットは大容量での高速通信と低遅延です。8Kの高精細な画像もストレスなく視聴できるようになります。

高速・大容量の通信が可能になる

2020年には今の通信データ量の1,000倍の容量の通信が行われると予測されています。そのため、5Gは大容量のデータを高速で処理する必要があります。現在は、3GHzの高周波数帯域を利用することで、現在の通信状況を維持しています。

そして、5Gの技術仕様ではIoTの時代に対応するため、往来の約100倍の端末に同時に接続できるよう定められています。これらの高速・大容量通信・低遅延が実現されると、4Kや8Kといった高画質の映像も快適に楽しむことができます。

通信の中断・遅延がなくなる

4Gではネットワークの遅延は10ミリ秒程度でしたが、5Gでは10分の1の1ミリ秒程度に抑えることが目標とされています。そうなると、無線区間でも通信がとぎれないようになります。

5Gではモバイルネットワークを使用して、ロボットや機械の遠隔操作を行うことを想定しています。そのため、低遅延は絶対条件となります。なぜなら、車の自動運転を制御する場合、遅延が起こることで大事故につながる可能性があるからです。

また、医療現場ではよりシビアな動きが求められるため、少しの遅延でも医療事故につながりかねません。5Gの低遅延が実現されると、さまざまな分野でのIoTによるネットワークの利用が広がります。

5Gで変わる日常の生活 

5Gが提供されるようになると、さまざまなモノとインターネットをつなぐことでより便利で安全な生活を送れるようになります。

ドコモのCMが描く生活

ドコモが5Gのサービスが始まりIoTが普及することで変わる近未来を描いています。その中では、男の子は手首にウエラブル端末を装着していて、その端末で起床し、連動して音楽が流れたり、エアコンが稼働したりと行動に合わせて周囲の物がネットワークで動いています。

キッチンにはモニターがあり、誰がどこの部屋で何をしているかが確認できるようになっています。そして、ダイニングテーブルにもモニターがあり、ニュースやスケジュールのチェックができるようになっています。

そして、自動車は完全自動運転になり、渋滞を予測して最短時間で到着できるルートを選んだり、事故が起こりそうなときには緊急停止を行えるようになっています。

また、テニス観戦ではアイウエアを装着して観戦し、プレイヤーの息遣いやプレイヤーが見ている世界をみることができ臨場感たっぷりで観戦することができます。

このように様々な物がネットワークにつながることで、変わる日常生活を垣間見ることができるような動画を配信しています。

身のまわりのありとあらゆるモノがインターネットに接続することになる

IoTの普及とともに家電や自家用車などがインターネットとつながり、電源の管理ができたり、自動運転ができるようになります。そして、ドローンは5Gの出現でコントロールできる範囲が広がり、宅配などのサービスにも利用されるようになります。

そして、橋や道路の点検もドローンで行うことができるようになります。また、高所地などの危険な場所の点検作業もドローンを利用できるようになり、より安全性が確保されます。

離島などで高度医療が受けれない場所では、5Gと触感通信を利用することで遠隔医療や遠隔手術を行い都市部との医療格差をなくすことができます。

そして、子供や高齢者、ペットなどの見守り機器にも利用することができます。これらの機器は全てワイヤレスで行われることが予測され、そこで5G通信網に期待が寄せられています。ほかにもセキュリティカメラや農業用のセンサーなどへの利用が想定されています。

5G回線が家電に搭載された場合

5G回線の提供が始まるとさらにIoTの普及が進みます。家電にも5Gモデムが搭載されるようになると、電源を入れるだけでインターネットにつながります。インターネットにつながることで、遠隔での操作ができるようにもなります。

そして、照明の管理や煙探知機やセキュリティ、血圧計や体重計に至るまでインターネットにつながり、安全性を高めることから健康状態の管理まで5Gの回線を利用し管理できるようになります。このことによって利便性がよくなり省エネにもつながると考えられています。

車の自動運転ができるようになる

5Gを活用することで自動車の自動運転が可能になります。今の車はコンピューターがオフラインで制御しています。しかし、5Gの回線を利用しオンラインで制御するようになると、車は受信機となり周りの車の動きなども完全に把握できるようになります。

すると、事故の可能性が下がり、混雑状況の予測も簡単にできるようになるため、最短ルートを選び時間の短縮、エネルギーの節約が可能になります。

子供の遠隔見守りサービスができる

5Gの超低遅延ならリアルタイムで精細な画像を伝送することができます。そのため、仕事などで外出していても家にいる子供の様子を確認できるようになります。

また、地方に住む両親の様子もそばにいなくても見守ることができます。また、ウエラブル端末を装着していれば、健康状態をリアルタイムに把握することが可能になります。

ゲームの遠隔プレイも可能

5Gでは1ミリ秒程度の遅延になるため、世界中の人とリアルタイムでゲームを楽しむことができるようになります。ゲームは通信の遅延があると、動きがシビアなものでは通信が途切れたりして楽しむことができませんでした。しかし、5Gなら遅延がほぼなくなるため、ストレスなくゲームを楽しむことができます。

また、世界中にちらばる友人たちと同一の仮想空間(VR)を共有しながら体験することもできます。実際にそばにいて一緒に楽しんでいるような臨場感を味わうことができるようになるでしょう。

医療技術にも用いられる

医療技術にも大きな影響を与えることが予測される5Gは、高速・大容量・低遅延と触感通信を使うことで、正確で細かな動きが要求される手術においても活用できるようになります。

遅延のない遠隔操作が可能になると、都市部に集中しがちな先端医療も地方都市にいて受けれるようになります。医療格差がなくなり全ての人に平均的に医療を行えるようになります。

また、災害時にも遠隔地にいて治療できるので、素早い対応が可能になります。このように医療の分野においても5Gの通信網はなくてはならないものになるでしょう。

通信費が安くなる可能性も

通信速度が早くなり遅延がなくなって便利になっても、5Gを利用する費用が高額だと普及するまでに時間がかかります。そのため、5Gでは省電力・低コストを目標としています。

想定では、コストを現在のWiFi並みに抑えることができると考えられています。そして、各デバイスのバッテリーの寿命も長持ちさせるようにも設計されています。今までよりも通信費を抑えて、高速通信を楽しめるようになる日も近いかもしれません。

モバイルルーターを介す必要がなくなる可能性も

モノとインターネットがそれぞれ単独でつながると、今まで利用していたモバイルルーターやポケットWiFiが必要なくなる可能性があります。今後のコスト面を比較することになると思いますが、性能的には5Gがはるかに勝ることが予測できます。

そのため、5Gのサービス提供と共にIoT化が進むと、モバイルルーターやポケットWiFiは自然に淘汰されていく可能性があります。そして、ポケットWiFiという概念自体がなくなる可能性もあります。

5G導入に関する各キャリアの動き

大手キャリアNTTドコモ、KDDI、ソフトバンク、楽天モバイルネットワークなどが5Gのサービスの提供を開始する予定です。

5Gのサービス提供が始まる時期

日本では当初、2020年に5Gのサービスの提供の開始を予定していました。しかし、アメリカが先駆けて昨年10月に5Gの商用サービスがスタートしています。

そのため、日本でも2019年に前倒しすることになり、まずは2019年秋に開催されるラグビー・ワールドカップの会場で無料端末の貸し出しがドコモによって行われる予定です。

このように大手キャリアであるNTTドコモやKDDI、ソフトバンクでまずは5G対応端末の貸し出しを行い、その後、2020年に5Gスマートフォンの商用サービスが開始される予定です。

ドコモの場合

2019年9月には5Gサービスのプレサービスを実施することを予定しています。これは無料で端末を貸し出すサービスで、実際の商用サービスの開始は2020年の春を予定しています。

ドコモでは広域化を実現するため、3.7MHz帯と4.5GHz帯では100MHz幅を、28GHz帯では400MHz幅の周波数の割り当てを希望しています。また、屋内限定帯域の割り当ても提案しています。

エリア展開については都市部から行うのではなく、需要のある地域から行うとしています。そして、NTTドコモではデータ通信量が増加しても、通信料金を引き上げない方向で検討しています。法人向けにはデータ通信料とサービスを一体化した新たな料金設定をする予定です。

KDDIの場合

2019年にはドローンによる警備や高精細画像の配信、スタジアムソリューションなどのサービスを一部地域で開始します。周波数の割り当ては3.7GHzと4.5GHz帯では100MHz幅以上を、28GHz帯では400MHzを希望しています。

また、ネットワークの同期をガードバンドなしで行える割り当てを希望しています。そして、2021年には、5Gコアを導入し、ネットワークスライシングやMEC(Multi-access Edoge Computing)を導入して、さまざまなサービスを始めるとしています。

そして、これらのサービスは都市圏だけでなく、多くの地域に整備するとしています。また、料金はビット単価の料金を下げることが案内されており、IoTでは更に安くサービスを提供する予定です。そして、IoTによる新しいビジネスを消費者とともに作り上げていくことを考えています。

ソフトバンクの場合

2019年に5Gのサービスの開始を予定しているソフトバンクでは、同年、夏にはスタジアムやVRを利用した視聴体験イベントを予定しています。

周波数割り当ては、3.7GHz帯と4.5GHz帯では100MHz幅を、28GHz帯では連続した400MHz幅を希望しています。

ソフトバンクでは5Gは、VRやAR、MRにも影響を与え、ドローンの活用や商品管理においても効率化が進めることができるとしています。

新規参入の楽天

楽天は2019年10月に4Gのサービスを開始しています。この4Gサービスの構築はすでに5Gを見据えたもののため、5Gの開始を2020年の春に予定しています。この5Gへの移行は5G NRに対応する無線設備の追加を必要としますが、そのほかはソフトウエアのアップグレードのみでおこなうことができるため、早い時期の移行へとつながりました。

また、楽天ではEコマースなどで購入した商品の配送をロボットで行い無人化する研究を進めています。この研究で、物流業界では効率化が進みより正確に早く商品を運ぶことができるようになるかもしれません。

5Gのデメリット

5Gにはメリットだけでなくデメリットもあります。デバイスの買い替えが必要になる可能性やセキュリティに関する問題があります。

5G対応のデバイスの購入

5Gが導入されると、今使っているスマートフォンでは5Gを利用することができない可能性があります。その場合、5Gに対応したデバイスを購入しなければなりません。

また、これらの機種を購入してもすぐに5Gを利用できるかも、現在の時点ではわかりません。どの程度のスピードで5Gが普及するのかもわかりませんし、5Gのサービス開始が予定通り行われるかもわかりません。

セキュリティのリスクが高まる

5GとIoTが融合することで、多くの端末がインターネットに接続されるようになります。そうすると、ウィルスなどに侵される可能性も上がります。

しっかりとしたセキュリティを確保して、プライバシーを守る方法が必要となるでしょう。すでに、IoTの機器を破壊するマルウエアも存在し、更なるセキュリティ対策が求められています。

新技術の5Gに大きく期待しよう 

5Gは今までの携帯電話の進化とは違い、私たちの生活にも大きな影響を与える革新的な通信の進歩となります。高速で大容量の通信が可能になり動画の視聴や高画質の映像もスムーズに視聴することができるようになります。

また、商品管理や医療現場、物流業界、自動車業界からも多くの期待が寄せられています。そして、さまざまな分野で5Gを活用することで、私たちの生活はより便利になり効率化されます。

飛躍的な進化をする次世代の移動通信をこの目で見て体験できる日も近くなりました。生活の中で5Gを活かしたさまざまな変化を体験できる日を楽しみにしましょう。

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公開日時 : 2019年03月05日

iPhone格安SIM通信 編集部 ― ライター
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