日々の事柄に関する雑記帳。

2020年春、日本で5G(第5世代移動通信システム)の商用サービスが始まります。
5Gは2020年春から始まりますが「真の5G」が始まるのはもう少し先になります。本書を読めば「真の5Gはいつからなのか」「5Gの本質と何なのか」が見えてくると思います。
PART1そもそも5G(第5世代通信システム)とは?
PART25Gで世の中がどう変わる?
PART3世の中が変わる意味、さらなる未来



用語

FOMAFreedom Of Mobile multimedia Access
GNSSGlobal Navigation Satellite System
LPWALow Power Wide Area
LTELong Term Evolution
MECMulti-access Edge Computing
MIMOMultiple Input and Multiple Output
RANRadio Access Network
SIMSubscriber Identity Module
SocSystem On a Chip

PART1

電波

電波電気エネルギーの波
周波数電波の大きさ
周波数が高い光の性質に似る。速い
反射する。
反射するほど弱くなる。
周波数が低い音の性質に似る。遅い
回り込む。
広範囲をカバーしやすい。

周波数と用途
30GHz〜EHFミリ波
Extremely HF
電波望遠鏡
レーダー
3G〜30GHZSHFミリ波
Super HF
衛星放送
ETC
無線LAN
300M〜3GHzUHF極超短波
Ultra HF
Bluetooth
携帯電話
デジタルテレビ放送
GPS
30M〜300MHzVHF超短波
Very HF
電子マネー
FM放送
交通ICカード
警察、消防無線
3M〜30MHzHF短波
High Frequency
航空機通信
船舶通信
短波ラジオ
300K〜3MHzMF中波
Medium Frequency
AM放送
アマチュア無線
船舶通信
30K〜300KHzLF長波
Low Frequency
標準電波
電波航行

プラチナバンド=700M〜900MHz

モバイル通信
1Gアナログ2.4kbps
2Gデジタル方式28.8kbps
3G世界共通デジタル方式384k〜100Mbps
4G1Gbps
5G20Gbps

5G

高速、大容量4Gの最大100倍
超低遅延4Gの1/10リアルタイム通信
多数端末接続4Gの10倍IoT
単一基地局に同時接続
Massive MIMO使用周波数を増やさずに通信を高速化、品質向上させる。送受信側双方が、複数のアンテナ素子を用いる。
ビームフォーミング電波を特定方向に送信する。電波強度を高め、遠くまで高速に伝播させる。
ビームトラッキング通信端末の移動に合わせて電波の飛ぶ方向を調整する。
ネットワークスライシング通信ネットワークを仮想的に分割し、使い分ける。仮想化されたネットワーク
仮想化されたネットワーク=NFV+SDN
NFVNetwork Function Virtualizationネットワーク機能(機器)の仮想化
SDNSoftware Defined Networkソフトウェアによって定義されたネットワーク
4G3,6HHz以下
5G4G
3.6GHz
4.5GHz
28GHz
4Gの周波数帯:エリア確保
5Gの周波数帯:ピンポイント高速通信

周波数帯域を広げる。→通信の高速化、大容量化
4Gキャリア・アグリゲーション複数の周波数帯を束ねる。
5G4Gの周波数帯に加え、新しい周波数帯を使用する。
帯域幅を広げる。

無線フレーム=送信データの単位
無線フレームを圧縮する。→通信時間を短縮→超低遅延通信
低遅延通信に適する遠隔操作
低遅延通信に適さないリアルタイム配信
リアルタイム配信に伴うプロセスにより遅延が避けられない。
  1. 動画撮影
  2. 撮影動画の圧縮
  3. 撮影動画の伝送
  4. 撮影動画の再生
ハードウェア・エンコーダなど、ローカル側の高速化が必要。


多数端末接続→IoT
  • センサー+通信機器
    • 家畜にセンサーを付けて管理する。
    • ネジにセンサーを付けて監視、管理する。
    • メータに通信機能を付けて監視、管理する。

IoT向け無線通信技術→IoT向けでは、必ずしも5Gである必要はない。
セルラー系免許必要LTE Cat-1
LTE-M
NB-IoT
非セルラー系免許不要LoRa Alliance
LoRaWAN
SMETECH(アメリカ)、IBM、CISCO、Orange
SORACOM
SigfoxSIGFOX(フランス)
一国一事業者
京セラ
セルラー系全国をカバーする必要がある場合に適する。→キャリア網が活用できる。
非セルラー系特定領域(工場、敷地)をカバーする必要がある場合に適する。→免許不要
NSANon-StandAlone4Gコアネットワーク+4G基地局+5G基地局4G基地局と5G基地局が連携する。
需要の高いエリアだけ限定的に5Gを提供する。
SAStandAlone5Gコアネットワーク+(5G基地局+4G基地局)+5G基地局真の5G
3大キャリアコアネットワークの一部仮想化高額な専用設備が必要→携帯電話会社のみに需要が限られるため高額
楽天モバイル完全仮想化→コアネットワーク+RANサーバー上で稼働させる。→汎用品なので低コスト
基地局=アンテナ+配電盤+電源→機材が少なく、設置場所も狭くて済む。

PART2

キャリアのビジネス
|3G|垂直統合モデル|ネットワーク+端末+コンテンツ|
4Gスマートフォン、プラットフォーマーの登場ネットワーク+サービス
5G協業
パートナーシップ→スマートフォン+何か
ネットワークのみ
NTTDoCoMo競争から協創
KDDI共創と変革
ソフトバンク共創しよう、革新を起こそう
  • スマートグラス、ヘッドマウント・ディスプレイ
  • 遠隔操作
  • 自動運転
  • ライブ配信
  • 8K映像
  • 無人店舗

チップの微細化→半導体回線の配線幅が小さくなるほど、同じサイズの半導体に多くの回路を配置できる→高性能化
ARAugmented Reality
拡張現実
MRMixed Reality
複合現実
VRVirtual Reality
仮想現実
XRX Reality
AR、MR、VRの総称
チップQualcomm
CMOSSソニー

基盤展開率
人口カバー率どれだけの人口が通信圏内にいるか。
基盤展開率どれだけの領域が通信圏内にあるか。
  • 5Gでは人口カバー率ではなく、基盤展開率を基準にネットワーク整備する。
全国を10km四方のメッシュ(第2次地域区画)に区切り、無人地帯などを除いた約4500区画を策定。そのうち、高度特定基地局が置かれた比率を基盤展開率と定義しました。

2024年4月までの基盤展開率計画
NTTDoCoMo97%
KDDI93.2%
ソフトバンク64%
楽天モバイル56.1%

遠隔操作

重機の遠隔操作
NTTDoCoMoコマツ
KDDI大林組
NEC
  • 一拠点から、各地の現場で作業できる。→オペレータは東京、現場は沖縄、北海道。
  • 好きなときにトイレに行ける。→労働環境改善

ロボットの遠隔操作
NTTDoCoMoトヨタ自動車T-HR3
ヒューマノイド・ロボット
  • オペレータとロボットが同じ動きをする。
  • ロボットにかかる力を、オペレータも感じる。
  • 遠隔介護、医療、救助

自動運転

5G NR5G New Radio
CACCCoordinated Adaptive Cruise Control
協調型車間距離維持制御

隊列走行:先頭車両は友人運転、後続車両は先頭車両に追従する自動運転。

C-V2X=Cellular-Vehicle To X→車と何かが通信する。
  • 車同士の通信
  • 車と交通管制(信号、標識など)の通信
レベル1運転支援自動運転
前方車両追従
車線維持
レベル2特定条件下での自動運転機能レベル1要素の組み合わせ
レベル3特定条件下での自動運転機能高機能化
基本的にドライバーが運転しない。
レベル4特定条件下での完全自動運転特定条件下でシステムが運転する。
レベル5完全自動運転

用途
  • バス、タクシーの自動運行
  • 無人訪問販売→買い物難民

教育

無線LAN VS 5G
必要数量の無線LANアクセス・ポイント設置基地局一つ設置
生徒の一斉接続による通信品質劣化モバイル・ネットワークによる品質維持

ドローン

目視外飛行:人の目の届かない範囲(離島、山間部)を飛べる
KDDIセコムスマート・ドローン
セコムロボットX2=自立走行型巡回ロボット
オンサイトセンター=セコム・モニタリング拠点

問題点
  • バッテリー
  • 搭載重量
  • 安全性→人間の頭上を無人飛行する。

工場

製造機械のレイアウト変更
従来通信ケーブルの再敷設
5G無線化
  • 産業機械の一括制御
  • センサーによるデータの一括収集
製造現場の高度化NTTDoCoMo
ファナック
日立製作所

PART3

MEC:基地局のそばにサーバーを置いてデータを処理し、通信の効率化を図る技術
Mobile Edge Computing
Multi-access Edge Computing
楽天モバイルMECに積極的
他キャリア基地局の近くにサーバーを置くにはコストがかかり、割に合わない。

高精度位置情報:誤差数センチを実現する
従来GPS+基地局
RTK方式Real Time Kinetic
基地局+独自基準点+GNSS受信機

eSIM (embedded SIM)→組み込み型SIM+RSP
RSP (Remote Sim Provisioning):リモートでSIMの内容を書き換える。

DSS (Dynamic Spectrum Sharing):4Gネットワークを5Gと共有する→4Gで使用する周波数で5Gの電波を飛ばす。
5G3.7GHz
4.5GHz
28GHz
直進性が高く、回り込みにくい。
MNOMobile Network Operator携帯電話キャリア
MVNOMobile Virtual Network Operator格安SIMMNOから回線を借りる。
VMNOVirtual MNOネットワークスライシング
スライスされたネットワーク→MNO仮想基盤
MNOから仮想基盤を借りる。

VMNO
ライトMNO仮想基盤上でサービス提供する。
フルMNO仮想基盤上にVMNO仮想基盤を構築する。
VMNO仮想基盤上でサービス提供する。

ローカル5G
限られたエリアのみで利用する条件で5Gの免許を与える
  • 土地、建物の所有者が免許を取得する。
  • 他者が免許を取得し、目的の場所に通信システムを提供する。
企業や自治体がローカル5Gを自前で構築するということは、基地局を自分で設置しなければならず、それなりに初期投資が必要となってきます。また、5Gの電波を使うので電波利用料も発生します。

sXGP (shared eXtended Global Platform)→ローカル5G対抗
  • LTEを使う。
  • Wi-Fiよりも電波が飛ぶ。
  • セキュリティが高い。
  • 構内PHSの代わりに利用できる。

HAPS (High Altitude Platform Station)=空中基地局


3Gサービス開始直前
超高速通信でテレビ電話テレビ電話を使う人はいなかった
携帯で映像を楽しむ世界4Gで実現
5Gは過熱しすぎ。→期待外れに繋がるのではないか。

業界

業界再編→キャリア+GAFA
GoogleAppleFacebookAmazonその他
NTTDoCoMoiPhoneAmazon Prime
KDDIiPhone
Apple Music
提携提携Netflix
ソフトバンクPixel4iPhoneYahoo!
LINE
楽天モバイル
楽天モバイル
楽天がネットワーク構築のために準備している6000億円という額は、NTTドコモが年間に費やす設備投資額とほぼ同等です。
田中考司会長(KDDI)
「6000億円で設備投資が賄えるほど通信事業は甘くない

  • 構築中の4Gネットワークを、ソフトウェアで5G化する。
  • 楽天経済圏→通信+サービス
1.7GHz2.0GHz2.5GHz3.5GHz3.7GHz28GHz
楽天xxx
他キャリアxxxxxx
華為
2019年現在シェア
スマートフォン世界2位年間2億台
世界1位→サムスン
ネットワーク世界1位

華為スマートフォン部品
バッテリーソニー
カメラ・センサーソニー
ディスプレイJDI
無線モジュールPanasonic
村田製作所
京セラ
呉波、日本・韓国リージョンプレジデント(華為)
「華為が日本で調達した端末部品は2018年、60億ドル(約6780億円)に達する見込みだ。これらは日本から中国への総輸出額の4%にあたる」

Qualcomm
  • モデム・チップ
  • SoC:アプリケーション・プロセッサ
  • 特許

Intel→5G対応モデム・チップの開発遅延

モデム・チップの開発
ティム・クックCEO (Apple)
「我々が自社開発しても3〜4年はかかるだろう」


ベースバンド・プロセッサの世界市場(49億ドル)
52%Qualcomm
14%サムスン
13%メディアテック(台湾)
21%その他

5G特許シェア
8.9%サムスン
8.3%華為
7,4%Qualcomm
5.8%LG
5.7%エリクソン
5.5%NTTDoCoMo
5.3%Intel
4.3%Nokia
2.9%ZTE
2.5%ソニー
1.7%アルカテル・ルーセント
1.5%シャープ
1.2%富士通
1.1%NEC
0.9%IDAC
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