NTTドコモが描く5Gの未来とは - 「DOCOMO R&D Open House 2015」開催

●東京オリンピックをターゲットに
11月26日と27日、NTTドコモは横須賀のドコモR&Dセンタにおいて、最新の技術動向を展示する「DOCOMO R&D Open House 2015」を開催した。このなかで、次世代移動通信規格「5G」に関する展示も研究棟を丸ごと1つ使って行われていたので、5Gに向けた先端技術の研究開発成果の動向について紹介しよう。

○2020年開始を目標に開発が進む「5G」

1980年代に車載電話としてスタートした移動体通信の技術は、世代が新しくなるにつれ、概ね10年毎に高速・大容量を実現してきた。次世代通信の「5G」については2020年代をターゲットとして開発が進んでいる。

2020年といえば東京オリンピックが開催される予定であり、自動車の自動運転の解禁など、社会インフラもこの年を目処に大きく変革しようとしている。こうした技術を支えるインフラである移動体通信もまた、ここをターゲットに新しい世代になるのは自然な流れだ。

ドコモは次世代通信規格「5G」を、高速化・大容量化といった進化はもちろんだが、「あらゆるものが無線で接続されるスマートライフを実現する」ものとして5Gを規定しており、ドコモ自身のさまざまな技術やサービスも、こうしたスマートライフの実現に向けて開発が進められている。

●5Gを支える要素技術その1・2
○5Gを支える要素技術その1・2

ここまで5G、5Gと連呼してきたが、実はまだ3GにおけるCDMAや4GにおけるLTEといったような、「5G」に特徴的な通信技術規格は具体的に存在していない。これまでドコモが折りに触れて紹介してきた、非常に高い周波数帯の「ミリ波」の利用や、特定端末に電波を集中させる「ビームフォーミング」、数十から数百ものアンテナを使った「マッシブMIMO」、高度化C-RANで行われているようなマイクロセルの活用、TDD方式の利用、信号波形の最適化などの技術もすべて、5Gを構成する技術要素にすぎない。

今回の展示では、実際にドコモが共同開発している13社との実験結果が展示されていた。その中から代表的な技術として、Wi-Fiの世界でも高速化の用語として登場してきた「マッシブ-MIMO」「ミリ波」「ビームフォーミング」、それに近々策定される規格として「LTE-LAA」について取り上げてみよう。超高密度分散アンテナ技術

高いトラフィックが発生するエリアに小型の基地局(分散アンテナユニット)を密に配置し、エリア内の容量を増加させる技術。干渉の影響を緩和するため、アンテナ同士の協調制御や柔軟な構成に対する最適化がポイントとなる。3GHz～6GHzでの適用を想定している。アンテナの制御によっては特定の場所だけ通信品質をよくしたり、通信品質のいい場所を動的に移動させ変化させるダイナミック仮装セル制御も検討されているとのことだった。

超多素子アンテナ技術「マッシブ-MIMO」

現在は1つの基地局につきアンテナが最大で8本程度だが、これを数十以上束ねて運用するのがマッシブ-MIMO。ユーザーだけでなくIoTでも5Gを使う時代になれば、現在よりも数倍以上の容量が必要になるが、これに対応するための技術だ。

マッシブ-MIMOに非線形プリコーディングを適用することで、さらに周波数利用の高効率化を達成。来年から日本での実証実験も開始するとのこと。このほか、NECが5GHz帯を使ったマッシブ-MIMOの実験を行っている。

●5Gを支える要素技術その3・4
○5Gを支える要素技術その3・4

ミリ波を使った高速通信

従来の通信よりも高い周波数帯域を活用するのも5Gでのキーポイントとなる。周波数が高いとそのぶん遠くに飛ばないなどの特徴もあるが、競合が少なくまとめて広い帯域を利用できるというメリットもある。ノキアと共同で、70GHzという高周波数帯のミリ波を使って同時に8つの4Kストリーミング伝送をデモしていたほか、三菱電機と共同で、44GHz帯を使用し、仮想ながら768素子という大規模なマッシブ-MIMO構成と、16ビーム多重とビーム間干渉抑圧(プリコーディング)を併用して大容量伝送の検証を行っていた。

さらに、スウェーデンのエリクソンと共同で、15GHz帯(実験では14.9GHz帯を使用)での超広帯域伝送(730MHz幅)の実験を実施。10Gbps以上のスループットを実現していた。

アンライセンス周波数帯を用いたLTE通信(LAA)

免許の必要なLTEなどの周波数帯に対し、BluetoothやWi-Fiで使用する2.4GHz帯や5GHz帯は国際的に免許不要で利用できる「アンライセンス周波数帯」をLTE通信に活用(LTEとWi-Fiのアグリゲーション)しようというもの。LTE LAA(Licence Assisted Access)や、LTE-Uともいう。

米クアルコムやエリクソンなどが提唱しており、3GPPもRelease 13で規格化を検討中で、2016年3月にも規格化される見込み。ただし、同周波数帯を利用する無線LAN機器の承認団体であるWi-Fiアライアンスは5GHz帯の利用を反対しているほか、自身も11axなどの規格を提案しており、すんなり決まるかどうかは未知数だ。

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順調に行けば光回線なみの速度を期待できる5Gだが、まだまだ超えねばならない技術的なハードルは多いようだった。2010年のLTE導入時は、思ったよりも速度が出ずにがっかりした記憶があるのだが、5Gではサービスインが東京オリンピックと重なることから、最初からある程度のパフォーマンスも期待されることになる。ドコモにはがんばって実験を進め、安定した5Gの実装に貢献してもらいたい。