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トピック

5G とは

5G とは、第 5 世代 (5th Generation) のモバイル通信ネットワークのこと。通信速度 20Gbps の実現を目指し、低遅延の高速通信を実現する 5G では、より高速で信頼性の高いデータ通信が可能となります。

ここでは 5G 通信の仕組みや、4G など旧世代の通信技術との違い、各業界における 5G の活用例など、5G でできることを解説します。

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5G 展開の現状と展望

現在、ネットワークは第 4 世代から第 5 世代への過渡期にあり、いずれ既存の 4G LTE から完全に 5G へと置き換わることになります。

4G や 5G といったモバイルネットワークの各世代の違いを特徴づける主な要素には、使用される技術、信号の送受信にかかる時間 (遅延/レイテンシー)、接続されたデバイスへのデータ転送速度などが挙げられます。

5G は、通信速度 20Gbps を目指す高速通信技術です。5G サービスによりデータ転送の遅延は大幅に減少し、対応エリアの拡大も可能となります。

しかし、5G はまだ基盤となるインフラストラクチャが少数のエリアに限定されているため、現状では青写真としての性格が強い状態です。

韓国ではすでに全国的に 5G を展開しており、日本はオリンピックの開幕前に 5G の統合を完了させようと計画しています。

米国連邦通信委員会 (FCC) や、オーストラリア、中国、欧州をはじめとする各地では、現地の通信キャリアとの協力のもと、5G のサービスエリアの拡大に取り組んでいます。

5G の仕組み

5G ネットワークを支える技術は複雑なものです。現行のネットワークは低周波 (6 GHz 未満) の信号を長距離にわたり送信するため、大型の高出力基地局を使用しています。しかし、従来のような低周波では 5G サービスに期待されるスピードでデータを送信できません。

また、ネットワークに接続されたデバイスの数が増えるにつれて、接続速度はさらに低下します。このため、新しいテクノロジーを導入する必要性が生じてきます。

以下は、5G を支える主要な仕組みです。

5G を支える 3 つの技術

ミリ波 (mmWave)

信号を驚異的な速度で転送できる、超高周波帯 (20 - 100 GHz) の電波です。しかし、ハイバンドの高周波は長距離や建物などを回り込んでの伝送は苦手とし、障害物をうまく通過できません。このような障害物を通過するためには、一般にはミッドバンドやローバンドの周波数が使用されます。しかし、mmWave ノードを LOS (視認範囲) 内に設置すると、高周波数の波はポイントからポイントへとジャンプして、レイテンシーを下げながら 5G のワイヤレスサービス範囲を最大にできます。

ビームフォーミング

モバイル通信の基地局は信号をあらゆる方向に送信するため、多くの干渉を引き起こす可能性があります。ビームフォーミングは、特定の時間に特定のユーザーの単一のデータストリームに集中するように基地局の信号を調整することで、いわばデータ通信の交通信号機のように機能します。データ転送が完了すると、信号は移動して、別のユーザーの要求に対応します。このように個人向けに信号を送信できると、基地局間での干渉が大幅に削減され、データ伝送がより高速かつ効率的になります。

ネットワークスライシング

ネットワークスライシングは、5G の特徴的な機能と見なされることもあります。この技術は、プロバイダーが特定の用途に応じて、ネットワークを仮想的に「スライス」することを可能にします。

たとえば、エンターテインメント、通信、インターネットに使用されるデータは、ネットワークのスライスを 1 つ取得するのに対し、マシンツーマシン (IoT のコアコンポーネント) のデータ送信は独自の分離したスライスを使用します。

自動運転車、緊急サービス、その他の重要なインフラストラクチャに必要とされるデータなどの重要データには、他のサービスからは使用できない、専用の 5G アクセスが割り当てられます。

5G 以前の世代との違い

5G 以前の旧世代ネットワークの特徴です。

1G

第 1 世代のモバイルネットワークは、1970 年代後半に日本で登場し、数年後には世界中に普及しました。1G は AM/FM ラジオのようなアナログデータ送信を使用していましたが、容易にアクセス可能ではあるものの、信頼性が低く安全ではありませんでした。最大速度は 2 kbps (キロビット/秒) を少し上回る程度で、送信できるのはわずか数行のテキストでした。2018 年現在、現存する最後の 1G ネットワークがロシアで運用を継続しています。

2G

2G は 1990 年代初頭に登場し、デジタル音声伝送と、SMS (ショート・メッセージ・サービス) および MMS (マルチメディア・メッセージ・サービス) テキスト機能が使えるようになりました。最大速度は 200 kbps で、1G よりはるかに高速でしたが、それでも今と比べるとかなり低速です。データの安全性は少し向上しましたが、ネットワークのカバー率が低かったので、ローミング料金が高額になり、通話が途切れてしまうことも多くありました。

3G

3G は 2000 年代半ばに登場し、モバイルインターネットが使えるようになりました。これにより、スマートフォンの使用が急速に世界に広がりました。データ速度は、2G の 200 倍以上の 40 Mbps (メガビット/秒) にまで劇的に増加しました。パケットスイッチングと GPRS (汎用パケット無線サービス) により、モバイルインターネットの時代にふさわしい高速通信が実現しました。

4G

4G は 2010 年頃に市場参入したモバイルテクノロジーで、現在、世界で最も広く使用されています。スマートデバイスが私たちの生活になくてはならないものになったのには、4G が大きな役割を果たしています。平均ダウンロード速度は最大 100 Mbps であり、高解像度のビデオファイルのダウンロード、高速アクションの 3D 生成ゲームのプレイ、音楽ストリーミング、仮想現実、他のサービスのホストが可能です。

5G はなぜ重要か

5G はなぜ重要か? それは 4G ネットワークの混雑と遅延を避け、安定した高速ネットワークを社会に提供するためです。

ネットワーク需要の急増は必然的に、消費者、企業、政府など、すべての人にとって問題となります。需要が増えればネットワークの遅延が増加し、ダウンロードに時間がかかり、全体的なパフォーマンスが低下します。

ネットワークが低速化すれば、携帯電話・スマートフォンの普及が進んだ現代において、消費者に不便が生じるのは明らかです。モバイルデータに依存して機能するサービス (金融、緊急サービス、データセキュリティ) でも、データの送受信における遅延と障害が増大し、問題となります。

5G は、複数の異なるテクノロジーを連携活用することで、最大で 4G の 10 倍のダウンロード速度を実現し、遅延をわずか 1 ミリ秒にまで抑えます。これにより、ネットワークの低速化に伴う問題を解決するものと期待されています。

5G にできること

5G は膨大な量のデータを瞬時に送信できるため、デジタル世界と物理世界のシームレスな接続を助けます。このことは、消費者にも業界にもメリットをもたらします。

5G が消費者にもたらすメリット

  • ダウンロードの高速化
  • ソーシャルメディアのバッファリングによる遅延の低減
  • 4K 画質のスマートフォンゲーム VR 体験の品質向上

5G が各業界にもたらすメリット

交通

5G が実現する高速通信により、以下のようなメリットが得られます。

  • 接近する車をリアルタイム接続によって検知し、信号機による交差点の管理を効率化
  • 自動運転車が他の車と通信することをサポート
  • その他 5G 向けエッジデバイスのサポート向上

    医療

    5G 通信は、以下のようなメリットを通じて、医師による診断や治療のスピードや精度向上を支援します。

    • VR 機能による遠隔治療
    • AI (人工知能) 活用
    • 膨大な医療データへ瞬時にアクセス

    農業

    現在 78 億人分の食物を生産している土地面積で、2050 年には 98 億人分の食物を生産する必要があると予測されています。 5G は、以下のような効率化により、農業による食料供給の課題解決を助けます。

    • トラクターや収穫機など、自動運転型の農機具による効率化
    • ドローンによる情報活用を通じた効率化
      •   
      • 農作物の健康状態、土壌の質、水分の変化を検知
      •   
      • 農薬、水、肥料の必要量を正確に把握

    公共サービス

    5G が実現する通信速度や位置情報の精度向上により、緊急時により迅速で連携の取れた対応を支援できます。

    • 緊急サービスの連携強化、効率化支援 (警察、救急車、消防署など)
    • へき地においても要救助者の位置をより正確に把握
    • 災害対応の効率化 (被害の大きいエリア特定の迅速化、支援提供など)

    5G を提供する世界の通信事業者

    Icon-Red_Hat-Documents-Paper_Lined-A-Black-RGBサムスン

    サムスンの 5G ネットワーク・ソリューションは Red Hat OpenShift を基盤に構築されています。

    Icon-Red_Hat-Documents-Paper_Lined-A-Black-RGBVerizon

    Red Hat は Verizon によるクラウドネイティブの 5G コアの開発を支援しました。

    Turkcell

    地域の 5G リーダーが Red Hat OpenStack® で統合されたクラウドを作成しました。

    Icon-Red_Hat-Documents-Paper_Lined-A-Black-RGBエリクソン

    エリクソンは Red Hat と提携して、OpenStack とコンテナを使用してソリューションを構築しています。

    5G の未来とは

    5G 対応スマートフォンの他にも、さまざまな種類の 5G デバイスが連携して 5G ホームを作り出します。これが 5G ワイヤレスネットワークの未来です。5G テクノロジーは 2035 年までに 13 兆 2,000 億ドル相当の商品やサービスと、2,230 万件の仕事を創出すると予測されています。

    5G を実現するために必要なツール

    Red Hat OpenStack Platform product logo

    パブリックおよびプライベートクラウド・プラットフォーム。

    Red Hat Ansible Automation Platform

    エージェントレスの自動化プラットフォーム。

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