最近モバイル業界に注目している人なら誰でも、「5G」という言葉を耳にしたことがあるでしょう。5Gは、それ以前の第3世代および第4世代モバイル技術をベースに、ワイヤレスネットワーク規格の次世代を担うものとされています。デバイスへのマルチギガビット接続、クラウド上でリアルタイムの拡張現実セッションをサポートできる低遅延レベル、そしてモノのネットワーク（NoS）で数十億台のデバイスを接続できるネットワークが約束されています。
ただ一つ問題があります。5Gはまだ定義されておらず、正式な定義が発表されるまでにはおそらく何年もかかるでしょう。現在、5Gは世界の政府、通信事業者、そしてネットワーク機器メーカーの構想と期待を反映した概念に過ぎません。私たちが目撃しているのは、業界が約10年ごとに次期モバイル標準を策定する際に経験するプロセスであり、過去の「G」と同様に、このプロセスは業界の長所と短所を浮き彫りにするのです。
一方では、規制当局と通信事業者が将来のモバイルのニーズが何になるかを徹底的に議論しようとしており、その一方で、ワイヤレス業界と学界の最も優秀なエンジニアと研究者は、それらの問題に対する技術的な解決策を見つけるために知恵を絞っている。
一方、ネットワーク企業のマーケティング陣は、5Gネットワークの将来性について、時期尚早で、しばしば単純化された発表を次々と行っています。例えば、中国のHuaweiとロシアのMegaFonは、2018年のFIFAワールドカップまでに5Gネットワークを稼働させるという、とんでもない約束をしています。
モバイル業界最大の業界団体であるGSM協会は、12月に発表した5Gレポートで、この問題をほぼ要約しました。レポートによると、5Gには2つの相反するビジョンがあります。1つはパフォーマンスのみに焦点を当てたもの（モバイル接続の速度をこれまで以上に高速化すること）で、もう1つはより広範な「ハイパーコネクテッドビジョン」に焦点を当て、数十億人もの人々とデバイスをモバイルネットワークに接続するというものです。
最初のアプローチは非常に魅力的です。ノートパソコンやスマートフォンで超高速ギガビット接続を望まない人はいないでしょう。しかし、それは非常に限定的な見方でもあります。その帯域幅で接続を提供することで利用できる用途は少なく、解決できる問題もほとんどありません。そのような速度に対応できるデバイスやネットワークの構築は、主に大都市や先進市場で行われるでしょう。GSMAの技術担当シニアディレクター、ダン・ウォーレン氏が述べたように、このバージョンの5Gは、既に最も多くのメリットを享受している人々に、さらに多くのメリットをもたらすでしょう。
しかし、5Gのもう一つのビジョンは、技術標準の限界を超えてしまう可能性があります。政府やFacebookのInternet.orgのような組織は、インターネットに接続できない人々をつなぐ手段として、携帯電話ネットワークへの注目を強めています。より柔軟なネットワークを構築し、より多くの人々に安価な帯域幅を提供することは、確かにこうした取り組みの推進に役立つでしょうが、その根底にある目標は技術的なものではなく、政治的かつ経済的なものです。
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5Gの未来はまだ不透明だと言っても過言ではありませんが、それは悪いことではありません。深刻な問題に真剣に取り組んでいる人々がおり、騒ぎが収まった暁には、技術的な観点から5Gとは何か、そして世界が5Gに何を求めているのか、より深く理解できるようになるでしょう。しかし今は、モバイル業界が5Gの有力候補として注目している主要技術をいくつか見ていきましょう。
大規模MIMO
あらゆる新世代技術は、新たな周波数帯をもたらします。米国では、2Gデジタル時代の幕開けとともに1900MHz帯のPCS帯域が確保され、LTEは700MHz帯の電波で初めて利用されるようになりましたが、一般消費者向けのワイヤレス接続に利用可能な周波数帯は急速に枯渇しつつあります。5Gの研究者たちは現在、これまで携帯電話ネットワークには役に立たなかったマイクロ波帯やミリ波帯といった、より高い周波数帯の活用に取り組んでいます。
具体的な周波数については依然として多くの議論があり、提案されている周波数は6GHzから100MHzを超えるものまで多岐にわたります。しかし、高周波数帯には潜在的に未活用の帯域が大量に存在することは明らかです。モバイル業界が現在使用している10～20MHzの周波数帯と比較すると、数千MHzという広大な帯域です。問題は、これらの帯域で伝送される信号が遠くまで伝わらないために、誰も携帯電話ネットワークに活用できないことです。
無線研究者たちは、家庭用Wi-Fiルーターで使用されているのと同じマルチアンテナ技術を用いることで、この問題を回避しようとしています。ミリ波ネットワークでは、1組か2組のMIMOアンテナの代わりに、数十本のアンテナを用いて大規模なアレイを形成し、信号をはるかに遠くまで伝送し、最大100Gbpsの速度を実現します。
これは実に印象的な速度ですが、Massive MIMOがモバイル技術として実現可能かどうかについては、依然として多くの疑問が残っています。技術が複雑なだけでなく、巨大なアンテナアレイには広大なスペースが必要です。デバイスメーカーは、新しいLTE-Advancedネットワークに対応するために、4つの4Gアンテナをスマートフォンに搭載する方法をまだ模索しています。5Gデバイスには、最大128本のアンテナに加え、それらの信号を解読するための電力と処理能力が必要になる可能性があります。
こうした接続の活用方法は他にもあります。例えば、車両同士を繋げたり、5Gが有線ブロードバンド接続に取って代わる可能性もあるでしょう。しかし最も重要なのは、ミリ波技術を研究するネットワーク企業Bluwanの最高商務責任者、シャヤン・サンヤル氏によると、Massive MIMOは他の基地局との接続にも活用できるということです。5Gネットワークは、実際には4Gネットワークを接続するためのセルラーネットワークとなり、現在LTEネットワークのバックホールに使用されている高価な光ファイバーや特殊なポイントツーポイント無線リンクに取って代わる可能性があります。
「この技術を使えば非常に高密度のネットワークを構築でき、古くからの問題解決に役立つ可能性がある」とサンヤル氏は語った。
細胞、細胞、どこにでも細胞
現在、携帯電話ネットワークはいわゆるマクロスケールで構築されています。これは、基地局に設置された巨大なアンブレラセルが、広大なエリアに容量を一様に広げる仕組みです。しかし、高密度にセルを密集させたネットワークを構築できれば、容量が飛躍的に向上するだけでなく（すべての小さなセルがマクロセルと同じ容量を持つ）、各セルがより少ないデバイスに容量を分割するため、速度も大幅に向上します。
スモールセルは5Gに限った話ではありません。VerizonやAT&Tなどの通信事業者は、4Gの需要に応えるため、既に都市部にスモールセルを展開していますが、Massive MIMOなどの新技術によって、通信事業者はより大規模に展開できるようになるかもしれません。光ファイバーを敷設したり、バックホールリンクを綿密に構築したりする代わりに、通信事業者はスモールセルを好きな場所に設置でき、自動的に5Gネットワークに接続します。そして、これらのセルは、現在私たちが知っているLTE接続の最適化版を介して、私たちのデバイスに接続します。
この超高密度ネットワークの概念は、業界の多くの研究機関で取り上げられており、「ヘテロジニアスネットワーク」と呼ばれる新たな概念とも合致しています。いわゆる「ヘテロジニアスネットワーク」は、多層の送信機と複数の無線技術で構成される多層ネットワークです。私たちのデバイスは、これらの接続間をシームレスに移動できるだけでなく、同時に複数の接続を形成することも可能になります。
3Gや4Gといえば、単一の伝送技術を思い浮かべます。しかし、5Gを単一のエアリンクに還元することはできないかもしれません。セルラーとWi-Fi、ビッグセルとスモールセル、Massive MIMOなどの新技術とLTEなどの既存技術を組み合わせた複数のシステムの総和になる可能性も十分にあります。
ネットワークの速度低下
モバイル業界は創業以来、インターネット上で最も帯域幅を消費する利用に対応するため、より高速で強力なネットワークの構築にひたすら注力してきました。しかし、5Gをめぐる議論では、パフォーマンスを犠牲にして規模を重視するという新たな考え方が台頭しています。
いくつかの HD ビデオ ストリームをサポートするためにネットワークを設計する代わりに、通常の 4G 接続よりもはるかに低いコストと低い電力で配信できる数千の個別の低帯域幅ストリームをサポートするようにネットワークを設計できます。
低速で遅延の大きいモバイルインターネットを構築することは、一見後退のように思えるかもしれません。しかし、それは同時に、より安価でアクセスしやすいモバイルインターネットを構築し、現在3Gや4Gにアクセスできない、あるいは利用できない何十億もの人々をつなぐ手段にもなり得ます。また、5GをIoT（モノのインターネット）の基幹ネットワークにし、ネットワークへの断続的なアクセスしか必要としない数十億ものセンサーやガジェットを接続する手段にもなり得ます。
現在のマルチメガビットネットワークをはるかに凌駕する5Gネットワークを構築することは可能です。また、世界中のあらゆるデバイスと人々を接続できる5Gネットワークを構築することも可能でしょう。
しかし、GSMAのウォーレン氏によると、両方を実現できるネットワークを構築するのはおそらく不可能だ。とはいえ、これは必ずしも乗り越えられない障害ではない。5Gでは、以前の世代とは異なり、それぞれ異なる目的を持つ多くの異なるネットワークが定義される可能性があるということだけかもしれない。
5Gデバイスは、AppleやSamsungが製造する最も高度なスマートフォンであるだけでなく、インターネット対応のローエンド端末や最もシンプルなセンサー搭載端末である可能性もあるため、混乱を招くのは避けられません。マーケティングの観点からは理想的ではないかもしれませんが、必ずしも悪い問題ではありません。モバイル業界は、単に次なる最速のスマートフォンを開発するだけでなく、もっと大きな課題に取り組む必要があります。
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