米国の通信事業者は5Gモバイルネットワークを展開していますが、ユーザーにとって実際に何を意味するのかは明確にされていません。5Gとは何か、ユーザーにとって何を意味するのか、そして今後数年間で現実的に何が期待できるのか、ここで解説します。
約束されたこと
通信事業者やアナリストによると、5Gは数年前に4G LTEが一般向けに導入された時と同等、あるいはそれ以上に、接続性に劇的な変化をもたらすと予想されています。2G通信から3Gへの移行が速度向上をもたらしたように、3Gから4G LTEへの移行も同様に速度向上をもたらしたように、5Gへの移行は理論上、多くの人々に高速化をもたらし、現世代のネットワークでは通常利用できないサービスを利用する機会を増やすことになります。
4G LTEをはるかに上回るギガビット速度を実現する5Gは、携帯電話ネットワークを介して家庭用ブロードバンドサービスを提供できる可能性を秘めており、ケーブル敷設コストが高すぎる地域にも高速サービスを提供します。また、提供される帯域幅の拡大により、家庭でもモバイルデバイスでも、IPTVやストリーミングビデオサービスの利用が拡大します。
このインフラストラクチャは、IoT ハードウェア、スマート ホーム システム、さらには自動運転車が近隣の車両とより効率的に通信したり、ナビゲーション支援用のクラウド サーバーなどのデバイス間通信を提供するためにも使用できます。
各社が5Gネットワークを徐々に展開しているため、この技術が普及するまでには数年かかると通信事業者は認めています。既存の通信技術よりも一般的に耐久性が高いとされる広範囲のカバレッジを実現したとしても、一部のユーザーは5Gの最適な速度を体験できないでしょう。
その理由を理解するには、5G、その背後にあるテクノロジー、そしてそれを展開している企業の寄せ集めを詳しく見る必要があります。
基準の設定
「第5世代」技術を指す5Gは、実質的には「5G NR」技術を採用したあらゆる通信ネットワークを指します。これは、モバイル通信に使用されるプロトコルを策定する標準化団体である3GPPによって開発されており、3GPPの標準規格は世界中の複数の通信事業者で利用されており、デバイスがネットワーク間で最小限の問題で動作することを可能にします。
3GPP による 5G 仕様の第 1 フェーズ リリースである LTE Release-15 は凍結されており、2019 年中に完了する予定です。第 2 フェーズの Release-16 は 2020 年に完了する予定です。これらのリリースは、各リリースの機能開発の実質的なエンドポイントであり、ハードウェア ベンダーが、通信事業者が使用するインフラストラクチャや消費者向けデバイスに機能を組み込むことが安全にできる明確なポイントを示します。
3GPP のリリース 16 のスケジュール。5G 標準の第 2 フェーズの開発が含まれています。
理論上は、凍結されたリリースごとに関連する 5G 標準が改良され、その標準をネットワークに組み込む企業は、5G ネットワークの本来の姿に近づくことになります。
技術的には、5G全体としては、初期導入段階ではデバイスが新しい技術に移行する前にネットワークに接続できるように、4Gを補助的に利用します。ただし、5G NRは4Gネットワークと直接互換性がありません。これらの非スタンドアロンモード（NSA）ネットワークは、技術が成熟するにつれて、5G送信機が完全に配備された地域では、最終的にスタンドアロンモード（SA）ネットワークに取って代わられるでしょう。
幅広いラジオバンド
5Gネットワークが機能するには、無線周波数帯域の割り当てが必要です。これは、米国連邦通信委員会（FCC）が実施する一連の周波数オークションで決定されます。このオークションでは、通信事業者が消費者向けデバイスとの通信に使用できる周波数（チャネル）を規定するライセンスを競い合います。このプロセスはほぼ完了しています。
これらの帯域の一部は、FCCによって長年にわたり様々な方法で解放されてきました。例えば、2008年の無線周波数オークションでは700MHz帯が解放されました。この帯域は以前はアナログテレビ放送に使用されていましたが、FCCは周波数効率が悪いと判断しました。通信事業者は、既に所有し他の用途に使用している帯域を解放し、5G通信に再利用することもできます。
5G ネットワークでは、OFDM ボンディングを使用して複数のチャネルを結合できるため、チャネルは 4G よりも大きく、より大きなクラスターにグループ化することができ、これにより 5G ネットワークは一般に 4G よりも広い帯域幅を提供できるようになります。
5Gが動作できるスペクトル領域の図解（Qualcomm経由）
5Gにおいて、周波数は一般的に2つのグループに分類されます。低周波数帯のサブ6GHz帯と、高周波数帯の6GHz帯です。最初の低周波数帯は、既存のモバイルネットワーク通信で使用されている600MHzから2,600MHzまでの帯域で構成されますが、4,700MHzまでの「Cバンド」も含まれる場合があります。
2 番目の範囲 (6GHz 超) は、現在のシステムが動作する周波数よりもはるかに高く、4 つの帯域が 24GHz から 39GHz の間で動作します。
2 つのバンド範囲はそれぞれ通信事業者にとって独自の利点と制限があり、2 つは全く異なる方法で使用され、展開にあたってはそれぞれ独自の技術的課題があります。
低速で耐久性のある低周波帯域
低周波数帯は、モバイルネットワークのより伝統的なユースケースと言えるでしょう。これは、多くのバンドが4Gやその他の通信方式で使用されている周波数帯と同じであることからも明らかです。周波数が低いため、基地局間でかなり遠くまで電波を伝送でき、電波を遮るものもほとんどないため、国全体をカバーするのに最適です。
低周波数帯は耐久性に優れているため、高周波数帯よりも少ない基地局数でエリアをカバーできるという利点がありますが、提供できる帯域幅には限界があります。一般的に、ヘルツ数が低いほど、特定の周波数で伝送できるデータ量は少なくなります。
複数の周波数帯を用いて多数のデータパケットを同時に送信することで、この影響を軽減することは可能ですが、実行できる回数には限りがあるため、効果的な解決策とは言えません。より多くの周波数帯域を使用するという選択肢もありますが、これも限界があります。
エンドユーザーにとって、これは5G信号を受信できるようになることを意味しますが、通信事業者が叫んでいるギガビット以上の高速で動作できるとは限らず、エンドユーザーは現在4G LTEで提供されている速度に近づくことになります。
高速だが脆弱な高周波帯域とミリ波
一方、高帯域幅帯では、データ転送速度が格段に向上します。低帯域幅帯ではせいぜい数百メガビットの帯域幅しか提供できないのに対し、6GHz帯以降では、5Gの宣伝文句に使われるギガビット級の速度を実現できます。
多くの一般的なアプリケーションで使用される低範囲バンドとは異なり、高範囲バージョンは競合が比較的少ないという利点があり、干渉の可能性を最小限に抑えながら、使用可能な帯域幅が広くなります。
mmWaveという用語は5Gの議論でも使われており、ミリ波、つまり通常30GHz以上300GHz以下の周波数帯域を指します。高周波数帯域はこのグループに属するか、かなり近いため、便宜上、通常はこの名称で呼ばれます。
Qualcomm の 5G NR mmWave モジュールとアンテナ、スケールとして 1 セント硬貨を使用。
ミリ波を商用利用すること、特に極めて高いデータ転送速度を実現することは、これまで技術的なハードルとなってきましたし、今もなおそうなっています。例えば、ミリ波の実用範囲は通常数百フィート単位であるため、農村部での用途ではなく、潜在的な利用者の密度が高い地域でのみ真に有用です。
どこか屋外に立って、レーザーポインターを電柱に向けます。視力に問題がなく、夜間でも点が見えるなら、理論的には、その電柱に設置されたハードウェアからミリ波放送を受信できるはずです。
レーザーポインターのテストは屋外で実施するとお伝えしましたが、これには理由があります。4G LTEとは異なり、mmWaveは壁、ガラス、窓の金属スクリーン、木の葉、雨、そして人体を含むその他の障害物によって簡単に遮断されます。そのため、mmWaveは建物間の固定点通信や、電柱から家の外にある5Gモデムへの無線通信には使用できますが、屋内で使用するスマートフォンにはあまり適していません。
ハードウェア
クアルコムは7月、スマートフォン向けに完全統合型の5G NR mmWaveモジュールを開発したと発表しました。このモジュールは最大4つのモジュールで構成され、各モジュールには最大4つのアンテナが搭載されています。スマートフォンなどのデバイスに戦略的に配置することで、mmWave信号をユーザーによってブロックされることなく、より多くの受信・送信が可能になります。
これらの制限により、mmWaveは既に全国規模の5Gカバレッジへの利用から除外されています。4月、TモバイルのCTO、ネビル・レイ氏は、mmWaveの移動と普及率の限界を理由に、「密集した都市環境における5Gホットスポットの小規模な地域を超えて、実質的に拡張することは決してないだろう」と主張しました。
ベライゾンも翌日に同調し、ハンス・ヴェストベリCEOは「これはカバレッジスペクトルではないということを我々は皆、自覚する必要がある」とコメントした。
結局のところ、既存の基地局に安易に構築できないインフラに数百万ドルを投じる価値を通信事業者が見出す地域の都市部ユーザーだけが、5Gが実現する最高速度の恩恵を受けることになる。4Gの導入が遅れているのと同様に、地方のユーザーは4G LTEよりは優れているものの、既に始まっている期待に応えるには至らない接続しか利用できないことになる。
4G LTEによるスペクトル共有
低い帯域の範囲には現在のモバイル通信に使用されているスペクトルが含まれており、5G 範囲の一部の帯域は現在 4G LTE や古い技術に使用されている帯域と一部重複しているため、通信事業者は新しいタイプの帯域幅管理技術を使用できる可能性があります。
「スペクトラムシェアリング」と名付けられたこのシステムは、特定の帯域内のスペクトルをいつでも4Gまたは5Gネットワークのいずれかに割り当てることができるシステムです。エリクソンがMobile World Congress 2019で実演したシステムでは、同じ周波数キャリア内で1つの帯域を4Gと5Gの両方の通信に利用することが可能でした。
4G ネットワークと 5G ネットワークに同じ機器を使用すると、通信事業者は 5G 展開にかかる時間とコストを節約できます。
帯域は各トラフィック需要に基づいていつでも割り当てを変更できるため、必要に応じて比率を変更し、ある接続タイプを別の接続タイプに割り当て減らすことができます。例えば、基地局に多数の4Gユーザーが接続していて、5Gデバイスが1台しかない場合、システムは5Gカバレッジに使用される周波数帯域を容易に削減し、4Gに多くの帯域を割り当てることができます。
通信事業者にとって、これは多くのメリットをもたらします。例えば、特定のエリアで5G接続を提供するために、より多くのバンドライセンスを取得または使用する必要性が軽減されます。また、4Gと5Gの両方の機器を必ずしも同じ場所に設置する必要がなくなり、機器によっては、ソフトウェアアップデートによって既存の4G対応ハードウェアにスペクトラムシェアリングを有効にした5Gを展開できる場合もあります。
スペクトラムシェアリングは、通信事業者にとってコストとスペクトラムを節約する比較的優れたソリューションであると同時に、消費者向けにエリア内で 4G と 5G の両方のサービスも提供します。
長い展開
通信事業者各社は5Gへの期待を膨らませていますが、消費者にとって実際に意味のあるものになるまでには、まだ相当の時間がかかるでしょう。スプリントは2019年5月に少数の都市で5Gサービスを開始すると発表し、その後、ベライゾンは2019年末までにさらに多くの都市で5Gサービスを開始すると発表しました。また、AT&Tは2020年初頭までに全国展開が可能だと主張しています。
それ以来、通信事業者はネットワークの拡充に懸命に取り組んでおり、AT&Tは2020年7月に5Gネットワークを米国全土で利用可能と発表し、T-Mobileも8月に7,500都市で「スタンドアロン」5Gネットワークを同様に発表した。
ただし、米国連邦通信および通信事業者は、国勢調査区全体の 1 つの住所にテクノロジーがある場合でも、そのエリアをサービス提供済みとみなすことに注意してください。
当初は限られた地域での展開でしたが、この段階では消費者にとっての価値は疑問視されていました。Verizonは2018年に5G Homeサービスを提供しましたが、これは同社の「独自の5G規格」に準拠しており、実質的に他の標準的な5Gハードウェアとは互換性がありません。しかし、Moto Z3とSamsung Galaxy S10 5Gは、同社の標準キャリアサービス向けのスマートフォンとして提供されています。
AT&Tは2019年に比較的似たような状況にあり、同社の5GネットワークはNetgear Nighthawk 5Gモバイルホットスポットとのみ互換性があったが、同社はSamsungとも協力して2つの5Gモデルをネットワークに導入している。
AT&T の初期の 5G ネットワークにアクセスするには、Netgear の Nighthawk 5G モバイル ホットスポットが必要です。
初期段階では、消費者は5Gで利用できるデバイスの選択肢が限られており、ましてや当時は米国の大半の地域で5Gが利用できなかったため、選択肢の幅が狭かったと言えるでしょう。国際的な状況は多少改善していますが、5Gの広範な展開はまだ先のことです。
ほとんどの場合と同様に、通信事業者は地域レベルで新たな設備を追加し、既存の基地局技術に変更を加える必要があるため、米国の広大な地域を背景に5Gの展開には非常に長い時間がかかるでしょう。また、その規模は費用にもつながり、インフラの変更には通信事業者が数十億ドル規模の費用を負担する可能性があります。
展開コストは、消費者向けデバイスにおける「鶏が先か卵が先か」という問題にも影響されます。5Gネットワークに接続できる消費者向けデバイスは市場にほとんど存在しないため、通信事業者にとって、現時点ではほとんど利用されていない技術へのネットワークアップグレードに多額の費用を費やすインセンティブは低いのです。
同時に、大多数の消費者は5G対応スマートフォンを購入する可能性は低く、短期的には割高な価格に見合うサービスを受けられないでしょう。5Gネットワークへのアクセスが十分に確保されない限り、当面は5G対応スマートフォンはプレミアムフラッグシップモデルに限定されることはほぼ確実です。
インフラが整備されたとしても、消費者が5Gが約束する超高速通信を享受できるようになるまでには、まだしばらく時間がかかるでしょう。5G通信の規格はまだ策定中であり、最終決定された後も、通信事業者がそれぞれのネットワークに実装する必要があります。
良い例が4G LTEです。4G LTEが普及し、ほとんどのモバイルユーザーが利用できるようになるまでには、ほぼ10年かかりました。5Gも、約束された高速通信を実現しつつ、広く利用できるようになるまでには、同様の時間がかかる可能性が高いでしょう。
現時点では、5G展開の発表は通信事業者の進捗状況を示す指標というよりは、将来への準備が整っていることをアピールするマーケティング活動に過ぎません。残念ながら、これは予期せぬ結果をもたらしています。
AT&T は、実際には 4G LTE ネットワークであるにもかかわらず、iOS のネットワーク速度インジケーターとして「5G E」グラフィックを表示しました。
AT&Tは、顧客に「5G E」接続の利用を促すという、問題のあるマーケティングキャンペーンを展開しました。これは実際には4G LTEサービスですが、ネットワークが改善された地域でのみ利用可能でした。4月22日、AT&TとSprintはこの件に関する訴訟で和解しましたが、AT&Tはこのマーケティング用語の使用を継続することを選択しました。このため、実際には4G LTE接続しかできないデバイスを5G対応デバイスだと誤解させ、顧客を混乱させる可能性があります。
Appleの5Gへの関心
Appleにとって5Gの最大の課題は、この技術を使って接続できるデバイスをいつ提供できるかでした。iPhone 12、iPhone 12 Mini、iPhone 12 Pro、そしてiPhone 12 Pro Maxの発売はまさにその瞬間でした。
2019年にクアルコムと和解し、iPhoneにクアルコムのモデムを使用することを認める契約を結んだ後、Appleはこの状況を利用してiPhoneを皮切りに自社のデバイスに5Gを導入した。
アナリストたちは、通信事業者が5G対応ハードウェアを十分な量導入し、5Gの利用を可能にすることから、5G対応iPhoneが2020年に登場すると予想していました。また、Appleが2020年のiPad Proの刷新で改良されたアンテナ技術を採用し、2021年までに5G対応iPadが登場する可能性もあるという意見もありました。
消費者は、利用可能な場所で5Gネットワークに接続でき、カバレッジの拡大に加え、より広い接続帯域幅を利用できるというメリットを享受できます。このメリットにより、特に既存のLTEネットワークが満杯の場合、LTEよりもわずかに高速なネットワークを利用できる可能性があります。
Appleはまた、速度と帯域幅が必要なときには5Gネットワークを採用するが、バッテリー電力を節約するために可能な場合には4G LTEネットワークにフォールバックするシステムをiPhoneに実装している。
2020年のiPhoneの発売に不満を抱いているiPhoneユーザーもいるかもしれない。10月の調査によると、キャリアの宣伝やAT&Tの4Gネットワーク向け5G Eロゴなどの取り組みに後押しされ、米国消費者の49%がすでに5G対応のiPhoneを所有していると考えているという。
5Gは未来だが、今日ではない
5Gが到来することは間違いありません。それは良いことです。しかし、技術としては、5Gはまだ本格的な普及には至っていません。そして、通信事業者でさえ、5Gの高速化という大きなメリットが、すべての人、あるいはすべての地域に受け入れられるわけではないことを認めています。
これは2019年に述べたことであり、今も変わりません。通信事業者は5Gネットワークの展開に懸命に取り組んでいますが、5Gライフサイクルはまだ比較的初期段階です。
同じような状況は過去にもあった。Apple批判者たちは、同社が3Gに遅れを取り、そして4Gにも遅れをとったと、長々と論じてきた。どちらの時も、通信事業者は、ほとんどの人が利用できないネットワークの利点ばかりを強調し、前世代と比べても遜色のない接続に高額な料金を請求していた。
火曜日の「iPhone 12」発売により、5Gがより多くのアメリカの顧客に提供されるようになった後でも、5Gに関して同様の苦情が出る可能性は高い。
私たちは5Gの未来に期待しています。安全な自動運転車が主要高速道路を颯爽と走り抜ける姿、荷主の効率向上、交通の流れの改善、緊急対応要員の迅速な現場到着など、5G技術があらゆる場所で活用され、通信事業者が約束するあらゆるメリットが実現する姿を見たいと願っています。
でも、まだ何も届いていません。そして、もうしばらく時間がかかるでしょう。
iPhone 12の発売と5G展開の状況を反映して2020年11月3日に更新されました
