5Gとは？意味や特徴、今後の展望を解説

5G（ファイブジー）とは、「第5世代移動通信システム」のことで「5th Generation」の略称です。前世代の通信規格である「4G」の次世代規格として、2020年3月からサービスが開始されました。主に以下の特徴が挙げられます。

• 「高速大容量」
• 「多数同時接続」
• 「超低遅延」

この特徴を活かし、5Gは、携帯電話ユーザーだけでなく、機械、物、デバイスの接続性についても向上させるメリットがあるとされ、期待されています。

5Gは、現在の標準である4G LTEのすぐあとに登場しました。4G LTEは4Gとして正式に定義されている速度には達していませんが、3Gテクノロジーと比べると大幅に改善されています。

4G LTEは、ビデオチャット、動画主体のソーシャルメディア、TVや映画のモバイルストリーミングなどのテクノロジーを広く浸透させ、モバイル動画時代に弾みを付けました。より多くのデータを高速に送信できるようになることで、拡張現実や無人自動車などのテクノロジーの開発が加速するとみられています。必要なすべてのインフラストラクチャが構築されるまでにはしばらく時間がかかりますが、5Gは多くの業界でゲームチェンジャーになると期待されています。

5Gの登場

5Gとは、第5世代の移動通信システムのことであり、前世代(4G)の移動通信ネットワークに続くものです。:

• 1Gは初代のワイヤレス移動通信テクノロジーで、音声通話のみをサポート
• 2Gではテキストメッセージなどのデジタル移動通信テクノロジーが導入
• 3Gではモバイルインターネットアクセスとビデオ通話が可能に
• 4Gではネットワーク速度が向上し、ビデオ会議やゲームサービスといった高速通信が必要なテクノロジーをサポート

5Gへの投資が進んだ理由の1つは、現在のビデオトラフィックの増加に対応するためです。世界のビデオトラフィックは、ビデオ会議、ストリーミング、仮想現実などのビデオテクノロジーの増加に対応して、2017年(56エクサバイト)から2022年(240エクサバイト)にかけて4倍に増加すると見込まれています。また、5Gはバッテリー寿命の長い膨大な数のデバイスをサポートするネットワークとして機能できることから、IoT (モノのインターネット)とも密接に関係します。

5Gネットワークは過密なネットワークの緩和にもつながります。前の世代の携帯電話は電磁スペクトルの無線周波数帯域で動作していましたが、これらのスペクトル範囲のトラフィックは年を重ねるごとに増加しています。家庭や学校で使用されるワイヤレスネットワークは低周波数帯で動作しますが、5Gはこれらのスペクトル範囲が過密状態にならないよう、最も高い周波数の近くで動作します。

4Gモバイルネットワークの実際の通信速度は100 Mbpsですが、5Gの最高速度は1秒あたり1～10ギガバイト(Gbps)に達するとみられています(より一般的な4G LTEネットワークの実際のダウンロード速度は25～50Mbpsです)。遅延、つまりデータ送信の前に生じる遅れは約1ミリ秒に短縮されます。長編映画をダウンロードする場合、4Gでは8分かかりますが、5Gではわずか5秒しかかからず、バッファーリングもありません。

すでに展開されている初期段階の5Gは、真の5Gを定義する業界の仕様を必ずしも満たしているとは限りません。国際電気通信連合(ITU)とその加盟国はIMT-2020 (International Mobile Telecommunications-2020)標準の策定に着手しており、2020年までに最終決定する予定です。

最新の草案には、以下の最小仕様が記載されています。

• 帯域幅は100 MHz以上でなければならない
• 6 GHzを超える周波数には最大1 GHzの帯域幅が必要
• ダウンリンク限界データレート：20 Gbps
• アップリンク限界データレート：10 Gbps

現在、米国における5Gネットワークのカバレッジは非常に限られていますが、2022年までには広範囲に普及し、最終的には米国全土に拡大される予定です。エリアごとのカバレッジは、そのネットワークが使用する周波数帯域によっても異なります。初期段階の5Gは高周波帯域であるミリ波を使用します。ミリ波は高速で大容量ですが、波長の周波数が高いほど移動距離が短くなるため、範囲が制限されます。今後展開される5Gでは、4Gネットワークと同等の低速ながら、より広い範囲をカバーするサブ6 GHzと呼ばれる低周波数帯域が多く使用されることになります。

ミリ波とサブ6 GHzネットワークを組み合わせることは、最終的にカバレッジの改善につながります。そしてこれは、AT&T社やT-Mobile社などの企業が計画していることです。都市部などの人口が過密している場所ではミリ波を使用して速度と容量を最適化する一方で、信号が長距離を移動する必要のあるエリアではサブ6 GHzを展開します。

経済への全体的な影響という点では、5Gは世界中で何兆ドルもの新たな商品やサービスを生み出すでしょう。特に、以下の3つの広範囲な領域で重要になると考えられます。

1.  拡張モバイルブロードバンド(eMBB)は、ワイヤレスインターネットアクセスを強化し、ストリーミングやビデオコンテンツ全般を取り巻く消費者の動向をサポートします。消費者はeMBBの恩恵を最も直接的に受けることになりますが、5Gがもたらすさらなるユースケースは、消費者だけにとどまらず、業界全体の未来を形作ることになるでしょう。
2. ネットワークの遅延と信頼性に関する5Gの要件を満たすために、超高信頼低遅延通信(URLLC)が始まります。これは、自動運転車や遠隔手術などのテクノロジーにとって極めて重要になります。
3. 5Gによって大規模マシンタイプ通信(mMTC)が実現すれば、IoTテクノロジーでデータとデジタル化を活用し、今日のさまざまな業界の業務をさらに最適化できるようになります。

ビジネスへの影響という点では、5Gエコノミーに関するQualcomm社の調査で、5Gが2035年までに12兆ドルに上る商品やサービスを生み出すと試算されています。また、この調査では、5Gのモバイルバリューチェーンが2035年までに単独で2,200万人の雇用を支え、3兆5,000億ドルの収益を生み出す可能性があることも明らかになりました。

IoTへの広範囲にわたる影響を探らなければ、5Gについての議論は完結しないでしょう。既存のセンサー同士は互いに通信できますが、このような接続はLTEデータ容量のかなりの部分を消費してしまいます。現在のインフラストラクチャでは、膨大な数のデバイスをサポートし、大量の情報を遅延なくやり取りすることはできません。5Gは速度を向上させ、遅延を低減するため、少ないリソースで多数のデバイスを接続できるようになります。

ガートナー社は、接続されるデバイスの数が2020年までに204億台に上ると予測しており、5Gの登場はまさに好都合です。多くのデバイスを接続するとデバイスのバッテリーが消耗し、大量のエネルギーが消費されますが、5Gネットワークではネットワークのエネルギー使用率が90%削減されるため、低消費電力デバイスのバッテリー寿命は最大10年にまで延長されます。また、この新しいネットワークでは、単位面積あたりの接続デバイス数が4G LTEの100倍になります。より多くのデバイスを接続してデータをリアルタイムで収集することで、社会の多くの側面に変革をもたらすことになるでしょう。

5Gが医療に与える影響：前述のとおり、5Gが医療に与える影響には、大規模マシンタイプ通信(mMTC)の増加などがあります。IoT接続によって農村部や遠隔地の医療施設の不足が解消され、これらの地域の医療サービスが向上します。5Gによる超高信頼低遅延通信(URLLC)の実現により、遠隔医療、遠隔リハビリテーション、拡張現実を使った理学療法、さらには遠隔手術さえ可能になります。また、5Gを導入すれば、大規模センサーネットワークを使用した患者の監視や、薬の服用を記録できるスマートピルを使用したコンプライアンスの追跡など、医療へのmMTCの活用が進むのです。

5Gが小売業界に与える影響：小売業界では、モバイルエクスペリエンスを活用してカスタマーエンゲージメントを高められるようになります。デジタルサイネージ、拡張現実、仮想現実は、顧客のエクスペリエンスをより有益で魅力的なものにする革新的な方法を生み出す可能性があります。VRテクノロジーを使用すれば、たとえば家をリフォームする場合やさまざまな家具を購入前に可視化することができます。

5Gがスマートシティに与える影響：廃棄物の管理から交通の監視にいたるまで、地方自治体のあらゆる取り組みが5Gの恩恵を享受できます。都市のネットワークに組み込まれるセンサーが増えるほど、より多くのシステムが統合されて相互に通信できるようになります。都市や地方自治体は、公共施設の利用から街灯の整備、交通整理に至るまで、あらゆる業務の効率化を図ることができます。

5Gが製造業界に与える影響：製造環境では、5Gの低遅延によって重機の遠隔制御が可能となり、製造環境でのリスクを軽減できます。

5Gは、拡張モバイルブロードバンド(eMBB)、超高信頼低遅延通信(URLLC)、大規模マシンタイプ通信(mMTC)という3種類の新たなサービスを実現します。多くの人は、5Gが生物学、デジタル、物理の分野の融合を特徴とする第4次産業革命の起爆剤になると考えており、知能ロボットや遺伝子操作などの技術開発を通じて具体的に実現されると考えています。ここでは、それぞれの新しいアプローチとビジネスモデルの概要をご紹介します。

• eMBB：拡張モバイルブロードバンドは、既存の4Gサービスを拡張したもので、より高速なデータ速度を実現します。ダウンロードの高速化に加え、360度のビデオストリーミングやイマーシブなARおよびVRエクスペリエンスといったその他のイノベーションも実現します。
• URLLC：テクノロジーが人間の運転手や医師のようにすばやく反応して遠隔手術や自動運転車を実現するためには、低遅延が不可欠です。また、URLLCは有線ネットワークを使用することで信頼性と速度を向上させながらメンテナンスコストを削減するファクトリーオートメーションにも密接に関係しています。
• mMTC：IoTに重点を置いた大規模マシンタイプ通信は、容量を増やし、新たなネットワーク機能を可能にします。5Gの開発が進めば、デバイス間の直接通信といった新たなIoT機能にも期待できます。

これらの特定のサービスや新しいビジネスモデルはさておき、5Gに伴う全体的なデジタル化の強化は、業界全体の効率を高めるために極めて重要です。推定では、30%の業界がデジタル化の恩恵の70%を享受しているといわれています。その他の業界でも5Gによってデジタル変革が進むことが期待されています。

組織のデータの約55%は「ダークデータ」です。つまり、組織全体の効率化、セキュリティの強化、成功を推進するためのインサイトを提供できる可能性のあるデータのほとんどが活用されていないことを意味します。特に工場の生産現場では、これらデータの90%が収集されていないことが報告されています。ここで登場するのが5Gです。5Gは、工場のデバイスや在庫から記録されたデータをより効果的に送信できる可能性を秘めています。

発展途上経済や農村地域は、少なくとも短期的に、5Gテクノロジーの恩恵を受ける可能性が先進諸国よりも低くなります。農村地域ではおそらく、容量が少ないものの、速度と容量が約35%向上し、遅延が大幅に低減される5Gのバージョンが提供されるでしょう。

実のところ、農村地域では大都市圏ほど大幅な速度の向上は見込めません。5Gネットワークは、20～60 GHzで動作するミリ波(mMWave)とサブ6 GHzという2つの周波数で動作します。ただし、mMWaveは高周波であるというその特性から、長距離を移動したり建物や窓を貫通したりすることができません。そのため、デバイスが信号を受信するには5Gノードの極めて近くで動作する必要があります。5Gノードは大都市圏では広く普及すると考えられますが、建物や携帯電話の基地局が少ない農村地域ではそれほど普及しない可能性があります。

この問題を解決するため、Sprint社は2.5 GHzの既存のミッドバンドスペクトルを使用しています。この周波数では信号が長距離を移動できますが、mMWaveほど高速ではありません。そのため、信号の信頼性と速度の間にある種のトレードオフが生じることになります。

国際的な観点で言えば、短期的には5Gが発展途上経済に大きな影響を与えることはないでしょう。世界の人口のほぼ半数はまだインターネットを利用しておらず、中低所得国の多くはいまだに3Gネットワークを利用しています。当然ながら、すでに接続環境が整い、ネットワークに簡単にアクセスできる人々は5Gネットワークを最初に利用するユーザーとして最も大きな利益を享受します。しかし、世界のその他の地域がこれに追いつき、必要なインフラストラクチャを構築できるようにならない限り、デジタルの不平等はますます悪化するでしょう。

5Gと4Gの違いは？

5Gが4Gと異なるのは、遅延、汎用性、速度、容量が大幅に向上しているという点です。

遅延：4Gの平均遅延時間は50ミリ秒(ms)ですが、5Gでは1 msにまで減らすことができ、平均では10 ms程度になります。これは、データが送信元から送信先に届くまでにかかる時間を意味します。遅延は、自動運転車などのテクノロジーが広く普及するうえで特に重要になります。

汎用性：4G LTEは主に、3Gよりも高速なモバイルブロードバンドサービスを提供するために設計されました。一方、5Gはモバイルブロードバンドのエクスペリエンスを強化するだけでなく、特に大規模IoTの分野において、新しいサービスを提供することを目的としています。簡単に言えば、5Gが確実に実現するものは、以前のネットワークが実現してきたものよりも汎用性に優れ、広範囲なものになるでしょう。

4G LTEとは異なり、5Gネットワークは3つのスペクトル帯域で動作します。

• 低帯域：このサブ1 GHzスペクトル帯域は、主に米国の通信事業者がLTEカバレッジに使用しています。ピークデータ速度は約1,000 Mbpsです。
• 中帯域：このスペクトルは低帯域よりも高速なカバレッジと低遅延を可能にしますが、建物を貫通することはできません。ピークデータ速度は1 Gbpsに達します。
• 高帯域：このスペクトルは低遅延を可能にしますが、カバレッジも低くなります。ピークデータ速度は10 Gbpsに達し、mmWaveとも呼ばれます。

5Gでは、従来のマクロセルからホットスポットまで、幅広い展開モデルを利用できるほか、デバイス間接続やマルチホップメッシュなど、相互接続の新しい方法を提供します。

速度：5Gは4G LTEよりもはるかに高速になり、20 Gbpsのピークデータ速度と100 Mbpsを超える平均データ速度を実現します。

容量：5Gではトラフィック容量が増加し、ネットワーク効率が向上することが期待されます。5Gは4Gの100倍の容量と効率で動作することになるでしょう。

5Gが登場したからといって、4G LTEが時代遅れになるわけではありません。5Gが前世代の上に構築されることで、この2つのネットワークが共存することになります。たとえば、初期の5Gスマートフォンは、Google Photosへのビデオのアップロードなどのアップリンクに4G LTEテクノロジーを利用します。一般に、既存の5Gネットワークはアップロードに4G接続を利用し、ダウンロードに5G接続を利用します。

また、これまで2G、3G、4Gがスペクトルの同じ部分で動作することはできませんでしたが、5Gと4Gの波長は同じスペクトル上で動作する可能性があります。ダイナミックスペクトルシェアリング(DSS)と呼ばれる新しいテクノロジーのおかげで、通信事業者は4Gと5Gを同じスペクトル帯域で利用できます。最終的に、5Gへの移行はDSSによってよりシームレスなものになるでしょう。5Gネットワークが展開されることでスペクトルの不足を回避しつつ、一部のレーンは4G用に解放したままにしておくことができます。

5Gを利用するには互換チップが必要であるため、5G対応の新しいスマートフォンが必要です。すでに市販されているデバイスもあります。2020年に2020年にApple社が5Gに対応するiPhone 12を発売しました。また、LG社のThinQ、Samsung Galaxy S10 5G、Samsung Galaxy Foldはすでに市販されています。最近では、Qualcomm社がProject Limitlessと呼ばれる5G対応PCを発表しています。

5Gが登場したことで、より多くの基地局が必要になります。5Gの高周波では信号を高速で伝送できますが、これらの周波数は樹木の葉や建物などの障害物に簡単に吸収されてしまいます。2019年5月時点でEricsson社は米国内に35万局の携帯電話基地局を保有していますが、主要な5G通信事業者と協力して、今後4年間でその数を100万局まで増やすことを計画しています。

国内での5Gサービスは段階的なスタートになりますが、2020年3月から都市部を中心とした一部のエリアでサービスが開始されています。

日本の主要モバイル会社では、5Gの基地局の開発が進められております。

今後の見通しとして、Ericsson社は世界のモバイルデータトラフィックが2023年までに8倍に増加すると予測しています。また、5Gのカバレッジが世界人口の20%に達し、5Gの契約数が10億件、モバイル契約数が90億件、そして接続されるIoTデバイスの数が200億台に上ると見込んでいます。

5Gの潜在的なデメリットとしては、健康上の懸念やセキュリティリスクが挙げられます。携帯電話の使用による健康リスクについての議論は何十年にもわたって続いてきましたが、これまでのところ、携帯電話の使用を健康上の特定の懸念と結びつける確実な科学的証拠はありません。さらに言えば、携帯電話の使用率は年を重ねるにつれ大幅に増加していますが、そのことによってがんの診断数が増加しているということはありません。

これまでの世代のモバイルネットワークは健康リスクに関する批判にさらされてきましたが、ペンシルベニア州立大学生物工学科のKenneth Foster教授によれば、科学的結果には一貫性がないことが多く、懐疑論者が引き合いに出す実験には、信頼できない手法が使用されていることが多いといいます。

また、5Gにはセキュリティに関する独自の課題が伴うという懸念もあります。新しいサービスにはセキュリティへの新しいアプローチが必要になります。たとえば、車両を自動化すれば、自動車へのサイバー攻撃の脅威が増加します。医療分野では、医療機器間の接続性が高まることで、遠隔手術、患者の医療記録のすばやい転送、患者の遠隔監視などに役立つと同時に、個人の医療情報の盗難など、医療における健康上のプライバシーやデータ管理の問題にまつわるリスクも高まります。IoTの一般への普及に伴い、不正アクセスから身を守るためのより強力な認証方法が求められます。