5Gってなに？

目的
5Gの概要を学ぶ
5Gの課題と今後の展望を学ぶ

目次
概要
5Gの世界
5Gを支える技術
5Gの問題点

概要

巷で噂の無線通信規格「5G」とは「5 Generation」の略で、無線通信規格の第5世代を意味するものである
2020年現在、世の中で普及している無線通信規格は4G(LTE)であるが、この4Gを進化させた新たな通信規格が話題を読んでいる。
さて、進化とはいえ、「何をもって」5Gといえるのだろうか。
ここにはしっかりとした基準がある。

上図にある通り、5Gと呼ぶためにはいくつかの性能指標を満たすことが必要となる。特筆すべきポイントのみ簡単に説明すると
・通信速度：4Gの10倍の速さでデータ通信を行う
・低遅延：データ送信→データ受信にかかる時間を4Gの10分の1にする
・同時接続数：4Gの100倍の数の機器と同時に通信する
・消費電力：4Gの2分の1で通信する

5Gの世界
さて、この5Gが実現すると、どんないいことが起こるのか？
・IoTの爆発的普及
→同時に多数の機器と接続することが前提なIoTは5Gと相性バツグン
・自動運転の促進
→車車間通信が可能となり、車同士で位置や速度などの情報をやり取りすることで事故リスクを低減させられる。低遅延かつ同時多数接続可能な5Gと相性バツグン

などなど...ここでは上げきれないほどのいいことが起こり、夢のような世界が広がっている

そんな5Gだが、どのような計画で導入が進められているのか

2020_2Qには国内で5G商用化！！
なんと未来はもうすぐ側に来ている。
実際に、5Gを実証実験として世の中にお披露目したこともありました。

5Gを支える技術
さてそんな5Gですが、どうやって実現しているのか気になりませんか？
キーワードは「高周波数帯の活用」と「超多素子アンテナ技術」
もう少し掘り下げてみましょう。

「高周波数帯の活用」
従来、移動通信に用いられなかった高周波数帯を利用することを検討しています。周波数が高くなればなるほど、スピードは速くなり、通信できるデータの量も増え、帯域が広がります。しかし、周波数を上げていくと、今度は直進性が問題になってきます。3G/4Gで用いる周波数帯では、電波は広く扇形状に伝わるのですが、5Gで用いる電波は早いけどまっすぐにしか飛ばないという問題があります。（障害物に弱い...）

「超多素子アンテナ技術」
MIMO（multiple-input and multiple-output、マイモ）と呼ばれる方式で、送信機側と受信機側の双方で複数のアンテナ素子を使います。複数のアンテナ素子から同じ周波数を用い、同時に信号を送信することで、使用する周波数帯域は増やさずに通信高速化/通信品質向上が可能となる技術です。ここで覚えておいてほしいのは、「受信機側でも複数のアンテナ素子を使う」ということ。。。

5Gの問題点

さて、先程5Gを実現する2つの技術について触れました。
「高周波数帯の活用」と「超多素子アンテナ技術」どちらも「おや？」と思うことがあったはず。
そう、それぞれ解決すべき問題があるのです。簡単にまとめると
「大量のアンテナの設置/運用問題」「アンテナたくさん問題」
それぞれもう少し詳しく話します。

「大量のアンテナの設置/運用問題」
5Gで用いる電波は早いけどまっすぐにしか飛ばないという特性があります。そうなったときに考えられる案としては、「たくさんアンテナを立てて、見通しを確保する」というものがあります。つまり、街ナカに大量にアンテナを用意してどのアンテナからも直進して通信可能な状態を作るということ。
こうすることで、アンテナからの見通しは立ちますが、一方で「誰がそんなたくさんのアンテナを立てるの？」「一度立てたアンテナを誰が保守するの？」という問題が生じてきます。
技術的な障壁というより、運用面での障壁が大きいですね...

「アンテナたくさん問題」
MIMOという技術を用いるには、送信機/受信機両方に大量のアンテナを用います。受信機...つまり皆さんのスマホにもたくさんのアンテナを用意する必要があります。
実は、このMIMOという技術、4Gでも導入されています。
しかし、実際に入っているアンテナといえば4本程度で、5Gになると10倍の40本は必要だろうと言われています。
また、アンテナは間隔を開けて配置せねばならず、昨今の小型スマホにそんな容量があるのか...問題です。
さらに、容量の問題だけでなく、たくさんアンテナを用いるということは、たくさん電力を使うことを意味します。
もしかすると、2時間使うとバッテリー切れ...そんなスマホを使う羽目になるかもしれませんね。

と、こんな感じで問題は山積みです。（メディアではあまり語られていませんが...）
多くの研究者が5Gの実現に向かって研究していますが、「実社会で役に立つか」という観点が非常に重要です。
この先どのようにして5Gが導入されるのか、注目しています。