次世代のワイヤレス接続である5Gによって、世界のデジタル接続は変革されようとしています。この破壊的技術は、AI、IoT、AR、VRなどの次世代技術の接続性の障壁を押し広げ、新しいメリットのための新しい機会を創出します。さらに、IHS Markit（2019年）のレポート「5Gがいかに世界経済に貢献するか」によると、2035年には5G技術の経済的潜在力は13.2兆ドルの世界経済生産をもたらすでしょう。このブログでは、5G技術の重要性と、データ処理と接続性の新時代における主要なメリットについて、さらに深く掘り下げていきます。
5Gとは？
5Gは第5世代のワイヤレス接続であり、企業、公共サービス、個人家庭がIoT、インダストリー4.0、そしてインテリジェントデバイスの爆発的な増加の恩恵を享受できるよう、デジタル化をより身近なものにします。次世代のワイヤレス接続、つまり5Gは、インテリジェント接続の進歩を促進する触媒として機能します。4G LTEの最大100倍の速度で、5Gネットワークは無制限のモバイルブロードバンド、低遅延、超高信頼性、大規模な機械間通信を提供します。これらの著しい進歩は、あらゆる産業に影響を与え、接続性とワイヤレス性能を前例のないレベルに引き上げます。
5Gの背景
モバイルセルラーネットワークは、1980年代に第1世代モバイルブロードバンド（1G）が開発されて以来、長年にわたり進化してきました。今日、ワイヤレスセルラー技術は、相互接続されたフレームワークの根底でさまざまなデバイスをシームレスに接続する役割において、これまで以上に重要なものとなっています。
モバイルブロードバンドワイヤレス接続の進化：
- 1980年代 1G：アナログ音声、30 kHz未満、2.4 Kbpsの速度、1秒の遅延を提供。
- 1990年代 2G：デジタル音声と簡単なデータ転送を導入。200 KHz未満のスペクトル、64 Kbpsの速度、300〜1000msの遅延（例：CDMA）。
- 2000年代 3G：モバイルブロードバンドをもたらし、20 MHz未満のスペクトル、2 Mbpsの速度、100〜500msの遅延（例：CDMA2000）。
- 2010年代 4G LTE：第4世代ロングタームエボリューションは、3Gよりも高速で優れたモバイルブロードバンド。100 MHz未満のスペクトル、100 Mbpsの速度、50msの遅延。
- 2020年代 5G：第5世代セルラーネットワーク技術、400 MHzから50 GHzまでの拡張モバイルブロードバンド、1Gbps以上の速度、1msの遅延。
5G技術はどのように機能するのか？
5Gおよび4G LTEなどの他のセルラーモバイルネットワークは、無線電波または無線周波数（RF）電磁界（EMF）を使用して基地局と通信します。しかし、5Gはより高いEMFスペクトルとより高い周波数を利用します。さらに、5Gは新しいデジタル技術を使用しており、複数のターゲットビームで複数の基地局やアンテナと同時にデバイスを接続し、広範なカバレッジエリア内で5Gユーザーに強化された速度と帯域幅を提供します。この技術はMassive MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）と呼ばれます。
5Gネットワークの3つのタイプ：
5Gネットワークには様々なタイプがあります。5Gネットワークは広範なEMFスペクトルを持っており、その無線電波スペクトルに基づいて5G接続を3つの主要なタイプに分類します。
ローバンド5G：
ローバンドスペクトル、または「カバレッジ層」や「ブランケット層」として知られるものは、1 GHz未満の低い無線周波数を指します。5Gローバンド基地局の信号は数百平方マイルに到達でき、ダウンロード速度は約30〜250 Mbpsです。ほとんどの米国のキャリアは、600〜800 MHzの範囲の周波数を持つローバンドセルタワーを設置しています。ローバンド5Gは4G LTEよりもわずかに優れており、データ転送速度は20%速いです。しかし、ローバンド5Gの広域カバレッジにより、キャリアはIoTやIIoT（産業用モノのインターネット）の基盤を全国的に構築できます。
ミッドバンド5G：
ミッドバンド5Gは「sub-6 GHz」とも呼ばれ、周波数帯域は1 GHzから6 GHzで、4G LTEの約6倍の速さです。さらに、ミッドバンドの電波はローバンド5Gよりも狭い範囲でサービスを提供しますが、ミッドバンドネットワークは容量とカバレッジのバランスが良好です。現在のミッドバンド速度は125～200 Mbpsの範囲です。しかし、ビームフォーミングなどのより高度な技術により、ミッドバンドスペクトルは600～900 MBpsに達するでしょう。ビームフォーミングは、高周波数帯での信号干渉やトラフィック損失を避けるために、複数の5Gビームを同一の波長でターゲットにする特定の5G技術です。この新しい5G固有の技術は、高周波数スペクトル帯を活用するミッションクリティカルなアプリケーションにおいて、帯域幅をターゲットを絞って利用できるため、5Gネットワーク構造における重要な利点です。ミッドバンド基地局のカバレッジは、低バンドほど遠くはありませんが、高バンド5Gよりも遠く、半径数キロメートルの信号を持つ大都市圏に重点を置いています。ローバンドとハイバンド5Gに重点を置く米国のキャリアと比較して、世界の他の地域はミッドバンド5Gセルラーネットワークの開発に重点を置いています。ミッドバンド5Gネットワークは、高速アップロード/ダウンロード、拡張現実、デジタルワークスペース用の仮想デスクトップなど、中レベルのモバイルアプリケーションに最適です。
ハイバンド5G（ミリ波）：
ハイバンド、5Gミリ波（mmWave）周波数帯は、4G LTEネットワークより10倍高速です。5G mmWaveスペクトルは24〜50 GHzの範囲で、ギガビット/秒（Gbps）の速度を提供し、最大10 Gbpsのデータ速度に達する可能性があります。mmWaveの特性は超高速性能と低遅延ですが、1キロメートル強とカバレッジが短いという欠点もあります。さらに、高周波数の電波は建物、ガラス、木の葉などの固形物を透過できないため、これは欠点にも利点にもなり得ます。場合によっては、これはスマートファクトリーで閉じられたプライベートでセキュアな5Gネットワークを維持する上で利点となることがあります。ほとんどのハイバンド5Gセルラータワーは、スタジアム、コンベンションセンター、ショッピングモールなどの人口密度の高い都市部に設置されます。今日の実際のアプリケーションでは、mmWave 5Gネットワークは、mmWaveセルタワーの近くにいる場合、1〜3 Gbpsの実際の速度を提供します。サムスンやクアルコムのような一部の企業は、ハイバンド5G mmWaveで7 Gbpsを超えるピーク速度を達成し、さらに高い基準を打ち立てています。
出典：T-Mobile
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ローバンド5G |
ミッドバンド5G（sub-6 Ghz） |
ハイバンド5G（ミリ波） |
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EMFスペクトル |
1 GHz未満 |
1-6 GHz |
25-50 GHz |
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遅延速度 |
〜250 Mbps |
125-900 Mbps |
最大10 Gbps |
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カバレッジ |
全国、数百マイル |
大都市圏、数マイル |
人口密集地域、1マイル未満 |
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4G LTEとの比較 |
20%高速 |
6倍高速 |
10倍高速 |
5Gと4Gの違いは？
これまで、4Gまたは4G LTEネットワークは、第3世代セルラーネットワーク（3G）と比較して強化された速度と帯域幅により、ワイヤレスモバイルデバイスでの高品質ビデオストリーミングと通話を可能にしてきました。しかし、4Gネットワークは、リアルタイムで低遅延の接続を必要とする、ますます複雑でデータ駆動型のアプリケーションにとってボトルネックとなっています。しかし、5Gの高周波ミリ波を使用することで、5Gの性能ベンチマークにより、大規模に拡張可能な接続が可能になります。さらに、新しいインターフェース技術、周波数、および使用するスペクトルにより、5Gは従来の4Gに対して、より高速なブロードバンド、低遅延、大規模な機械間通信、高いセキュリティ、および改善されたエネルギー効率といった複数の利点を持っています。
接続されたインテリジェントアプリケーションにおける5Gの5つの主要な機能的推進力：
1. 拡張モバイルブロードバンド（eMBB）、超高速ブロードバンド
5Gの拡張モバイルブロードバンドとは、より高速なデータレート（最大10 Gbps）、より高いスループット、より大容量、より広いカバレッジエリアを指します。さらに、5GネットワークのeMBBは、超高精細な360°ビデオストリーミング、AR、VRを含む様々な機能の向上に貢献するでしょう。
2. 超高信頼性・低遅延通信（uRLLC）
超高信頼性・低遅延通信は、接続の信頼性を損なうことなく、中断のないリアルタイムのデータ交換を必要とするミッションクリティカルなアプリケーションに対するネットワークの速度と品質の向上を指します。例えば、4Gと比較して、5GネットワークのuRLLCは、遅延時間を20msから1ms未満に短縮し、信頼性は99.999%です。これにより、自動運転、ロボットによる遠隔手術、工場自動化などのアプリケーションで重要なリアルタイム体験が提供されます。
3. 大規模機械型通信（mMTC）
5Gは、人間による介入なしにデータの生成、送信、処理を伴う広範囲にわたる多数の機械やデバイスへの接続を可能にする、大規模な機械型通信もサポートしています。Massive MIMOとビームフォーミングにより、ミッドバンドからハイバンドの5Gネットワークは、一度に100倍の接続数という大きな恩恵を受けるでしょう。この5Gの主要なメリットは、センサー、デバイス、ロボットが自律的なアクションのために連携して通信できる産業用IoTアプリケーションに大きな可能性をもたらします。その結果、5Gネットワークから恩恵を受ける最も有望なアプリケーションのいくつかは、センサーやデバイスが閉鎖されたプライベートネットワーク環境でリアルタイムに通信する製造業や工場自動化から始まるでしょう。
4. プライバシーとセキュリティ
企業が5Gに関心を持つもう一つの重要な要因は、5Gネットワークのプライバシーとセキュリティの向上です。企業は、自社のアプリケーションのためにプライベート5Gネットワークを構築できます。例えば、スマートファクトリーにプライベートネットワークを構築することで、企業は5GネットワークのeMBB、uRLLC、mMTCを最大限に活用できます。接続された資産やアプリケーションに対するより精密なネットワーク制御により、公共ネットワークの脆弱性を標的とする外部からの攻撃者からのセキュリティを向上させることができます。さらに、5G mmWaveスペクトル帯は固形物を透過できないため、攻撃者は会社のプライベートネットワークにアクセスするために施設に入る必要があります。
5. 電力効率、高い信頼性/可用性、効率的なエネルギー利用
5Gネットワークは堅牢な性能を発揮する一方で、従来のセルラーネットワーク世代と比較して、より優れたエネルギー消費と低コストを実現します。接続された5Gデバイスは、アクティブ状態またはアイドル状態でのエネルギー使用量をインテリジェントに検出し、制御します。5Gは、エネルギー使用量を効率的に配分することで、コアネットワークの消費量を90%削減できます。
5Gがインダストリー4.0技術を最大限に引き出す
5Gの可能性は、比類のないレベルの接続性によって、インダストリー4.0経済における無数のアプリケーションを完全に変革するでしょう。5Gネットワークは、インダストリー4.0のメリットを最大限に引き出すのに役立ちます。人工知能、IoT、高度なデータ分析、クラウドコンピューティング、ドローン、3Dプリンティング、ロボティック・プロセス・オートメーションなど、リアルタイム処理と即時の意思決定のために低遅延を必要とするあらゆるインテリジェント技術を強化します。
5Gを活用する市場分野の一部：
以下の業界では、5Gは、より高速な処理の実現、職場の安全性の向上、運用効率の向上、工場の二酸化炭素排出量の削減など、さまざまな形で大きく貢献するでしょう。
- スマートシティ – インテリジェントな建物とインフラストラクチャ
- スマートマニュファクチャリング – 産業オートメーション
- ヘルスケア – IoMT（大規模医療用モノのインターネット）
- キオスクと小売 – 強化されたAR、VR、ウェアラブルデバイス
- エネルギーとユーティリティ – スマートグリッド制御と予測インテリジェンス
- 自動車産業 – インテリジェント輸送と自動運転
- セキュリティ – 公共安全と監視
次世代の携帯電話ネットワークである5Gは、4G LTEとその前身である3Gと同様に、いずれモバイル接続の領域を引き継ぐことになります。しかし、IHS Markit（2019）によると、5Gがもたらす影響は、他のどのワイヤレステクノロジーよりもはるかに大きく、2035年までに13.2兆ドルの価値があると予測されています。その結果、データおよびサービス業界のデジタル化は大きな変革期を迎え、ほとんどのアプリケーションが恩恵を受けることになります。したがって、企業は、データデジタル化の競争が激化する業界において、関連性を保ち、競争力を維持するために、最新の技術トレンドでソリューションを開発し続けることが極めて重要です。5G対応の産業用コンピューティングソリューションの詳細については、Premioinc.comにアクセスして、過酷な産業環境への導入に最適な、最も堅牢で堅牢なコンピューティングテクノロジーをご覧ください。 。
参考文献リスト：
IHS Markit. (2019, November). The 5G Economy | How 5G will contribute to the global economy.