第799回：5G NRとは

　第5世代の携帯電話システムのことを「5G」と言います。現在、主流のLTEやLTE-Advancedは「4G」と呼ばれており、5Gはその次の世代のシステムということになります。

　技術的には、改良された4Gの技術＋5G独自の技術という形で構築される予定です。5G NRは、この「5G独自の技術」と言えます。5G NRの「NR」とはは、“新しい無線”を意味する英単語「New Radio」から来ています。

　携帯電話の通信規格標準を定めている3GPPという団体があります。W-CDMAやLTEといった規格もこの3GPPが定めました。3GPPは、ITU-R（国際電気通信連合無線通信部門）に提案する5G（IMT-2020）の技術仕様の検討を進めていて、そして2018年頃をメドに5G規格に関しても、3GPPが標準を公開するとされています。

　2017年現在、大詰めの時期ではありますが、5Gはまだ正式な規格として確立していません。5G NRに関しても各社の提案した大まかな方針や技術は提案済みであるものの、正式なものではありません。

　5Gに関する最初の仕様は「3GPP Release15」として公開される予定です。また、5Gに新世代のIoT技術標準を含む仕様も2020年ごろまでに公開される予定です。こちらも5G NRに関する技術を含むのですが、「Release 15 Phase 2」となるのか、それとも「Release 16」となるのかといった点も決まっていません。

これまでにない発想で

　5Gでの大きな目標は、これまであり得なかった高速な通信速度、遅延を大きく抑えること、そして大量の端末との通信です。しかし、たとえば高速な通信を目指そうとしても物理的な限界というものが存在します。一般的には「シャノンの定理」あるいは「通信容量のシャノン限界」とも呼ばれる理論です。簡単に言うと、通信速度の限界は、帯域幅と信号/ノイズレベルによって制約されるということになります。

　つまり、5Gのめざす高速・低遅延・大量、特に飛躍的な高速通信を目指すためには、これまでの4Gの延長ではない、新しい技術のあり方を考えなければならないわけです。

　まず、通信速度の限界をきめるパラメータのひとつになっていた帯域幅についてです。これに関して言えば、大きな帯域幅、たとえば100MHz以上といった領域を使うことができれば解決します。が、簡単にはいきません。

　これまで4G以前の携帯電話が使っていた1GHz以下、2GHz、3GHzといった周波数やWi-Fiなどで使われていた5GHz帯から数百MHz分の帯域を確保しようとしても、既に多くの用途で使われていて、大がかりな引越しが必要になってしまいます。これは非現実的であると言っていいでしょう。

　そこで、3GPPでは、5G NR向けの使用する周波数帯として、現在、モバイルで使われていない高い周波数帯を狙っています。具体的には、6GHz以上、あるいはミリ波帯と言われる28GHz、38GHz、および71～76GHzといった非常に高い範囲が考えているようです。使われていない場所であれば、より広く活用できるという目論見です。

　また、シャノンの定理によれば信号に対してノイズが少ない方が送受信できるデータは多くなります。ごく近い距離に限られるでしょうが、これまで以上に電波（搬送波）へ多くの情報を載せる変調方式を工夫することで、より効率化することも考えられています。

　これまでに比べて極端に高い周波数帯の電波となれば、これまでと特性も違ってきます。たとえば直進性が高く減衰しやすく、光に性質にどんどん似てくるのです。
そのような電波を扱うのですから、これまで使用したOFDMベースでもパラメータの工夫などが必要になります。そうでいないと、ミリ派帯などでも安定した通信を行えるようにならないからです。

　簡単にいえば、これらが5G NRの大まかな概要です。5Gでは、4Gの改良技術として、たとえば4CCA（4つの搬送波を使ったキャリアアグリゲーション）や、免許不要帯の周波数を使ったLTE、ビームフォーミング、MIMOなどのほか、さらに5G NRを使った通信を組み合わせます。こうした工夫により、これまでにない大容量で、レスポンスの早い通信を多くのユーザーに届ける方向で整備されています。