新しいテクノロジーは、多くの場合、ガートナーの古典的な誇大宣伝サイクルに従い、初期の革新から過度の熱狂と幻滅を経て啓蒙と最終的な生産性へと進歩します。 5Gも例外ではありません。 5G をめぐる大胆な見出しや誇大広告が実際の現実に取って代わられる中、支持者も批評家も、5G がその可能性を最大限に発揮するには多くの技術的問題を解決する必要があることに同意しています。 5 GHz ～ 24 GHz の範囲のミリ波 (mmWave) 周波数に基づく 40G ネットワークは、高帯域幅と低遅延のワイヤレス接続にとって最も有望です。 ただし、ミリ波 テクノロジー また、超高速 5G ネットワークを大規模に展開するには、RF 伝播に関する重大な課題と障害が生じます。設計者は、あらゆる場所で 5G の可能性を引き出すためにこれらの課題に取り組む必要があります。
5G変換：ファイバーのような速度のワイヤレスネットワーク
セルラーの進化は終わりがありません。2G対応のテキストメッセージング、3Gがモバイルインターネット接続をもたらし、4Gがモバイルストリーミングビデオを導入しました。 セルラーテクノロジーの第5世代である4GNew Radioは、今日の100G LTEを成功させる準備ができており、4GのXNUMX倍のピークデータレートを実現し、劇的に高い帯域幅、低い遅延、高い可用性、より一貫したカバレッジを提供します。
5Gは、私たちの生活、仕事、つながりの方法を革新し、業界を変革し、私たちがまだ想像もしていなかった方法で私たちの生活を向上させるための触媒となるでしょう。 高速ファイバー通信の急増がインターネットに革命をもたらしたように、5Gネットワークはあらゆる場所のモバイル接続を強化します。 5倍のスペクトル可用性を備えたファイバーのような10G速度は、私たちの家、オフィス、工場、および都市景観における有線アクセスと無線アクセスの間の境界線を曖昧にします。
5Gの比類のないパフォーマンスの恩恵を受けるアプリケーションには、完全自動運転車、車車間通信、スマートビルディングとスマートシティ、遠隔医療、医療用ロボット、仮想現実と拡張現実、モバイルクラウドベースのサービスが含まれます。 モノのインターネットや産業用IoTスマートファクトリー、倉庫、スポーツアリーナ向けの接続デバイスの急激な増加は、プライベート5Gネットワークの恩恵を受ける最初の動きのXNUMXつです。
mmWave：私たち全員が望む5Gテクノロジー
複数の味があるのと同じように、 Wi-Fi さまざまな機能とパフォーマンス レベルを備えた Bluetooth ワイヤレス テクノロジに対応して、携帯通信会社は、使用するスペクトルに基づいて速度と遅延に大きな違いがある数種類の 5G を展開しています。
5Gネットワークには主にXNUMXつのタイプがあります。
- 超高速ミリ波5Gネットワークは、24GHzから40GHz以上の範囲の超高周波帯域に基づいており、ほとんどの人が5Gに期待する超高速のパフォーマンス、広い帯域幅、および「すごい要素」を提供します。 これは、フルレングスの映画を数分ではなく数秒で使用できる5G周波数範囲です。
- サブ6GHz 5Gネットワーク（ほとんどの人が現在5Gサービスで経験しているもの）は、6GHz未満の中および低周波数帯域をサポートします。 低周波数帯域は1GHz未満で、中帯域は3.4 GHz〜6GHzの範囲です。
各タイプの5Gテクノロジーの違いを理解することは、展開の課題に対処し、帯域幅と遅延に対するエンドユーザーの期待に応えるために重要です。 ほとんどのユーザーが今日スマートフォンで受信している5Gのタイプは、彼らがすぐに期待する超高速のマルチギガビット5Gではありません。
4GLTEネットワークはミリ波5Gネットワークよりも劇的に遅く、4Gのダウンロード速度は約35 Mbits / sから50Mbits / s以上の範囲です。 mmWaveは、5 Gbits / sの速度を実現でき、4GLTEで可能な速度よりも大幅に高速です。 サブ6GHz 5Gネットワークの速度は、ミリ波とLTEの速度の中間にあります。 サブ6GHzネットワークは、スループット、遅延、帯域幅の点で4G LTEを上回っていますが、ミリ波のパフォーマンスには達していません。
ほとんどの消費者およびビジネスユーザーは、データレート、遅延、および帯域幅の劇的な改善が見られない限り、4Gから5Gに切り替えるためのプレミアムを支払うことはありません。 mmWaveは、著しく優れたユーザーエクスペリエンスを提供する唯一の5Gテクノロジーです。 それは私たち全員が望んでいる5Gです。
ミリ波5Gの展開：課題と機会
ミリ波技術の大きな可能性には大きな課題が伴います。 実際のミリ波ネットワークの速度は、範囲、信号ブロッカー、および最も近い5Gタワーまたはスモールセルへの近さによって大きく異なります。 ミリ波5Gネットワークは超高速ですが、非常に短距離でもあります。 ミリ波信号を受信するには、ユーザーは見通し内（LOS）の障害物がない5Gタワーの5ブロックまたはXNUMXブロック以内にいる必要があります。 高周波ミリ波信号は、建物、壁、窓、葉によって簡単にブロックされ、利用可能なXNUMXG範囲がさらに狭くなります（図1）。 カバレッジを最適化するために、通信事業者は高密度で多数の小さなセルを設置することに直面しており、ミリ波ネットワークを大規模に展開するコストを押し上げています。
図1：迅速な5Gミリ波展開に対するサービスプロバイダーの課題には、限られた信号範囲、見通し内要件、建物への浸透性の低さ、カバレッジと接続性が含まれます。 （出典：Movandi）クリックすると拡大画像が表示されます。
カバレッジとLOSの制限により、ミリ波テクノロジーは密集した都市環境に適しています。 ミリ波は範囲が制限されているため、郊外や地方では実用的な選択肢ではありません。これらの地域では、展開が簡単で、手頃な価格の4GLTEおよびサブ6GHz5Gネットワークが最適です。 ミリ波5Gネットワークの広範な展開には、光ファイバーケーブルの大規模な地下設置が必要になります。 これが発生するまで、市場が5Gに移行する間、通信事業者は既存のネットワークインフラストラクチャに依存し続けます。 さらに、今日のスマートフォンはすべてのタイプの5Gをサポートしているわけではありません。 ただし、AppleとSamsungは、近い将来、新しい5G対応のスマートフォン製品を発売する予定です。
範囲、信号伝搬、およびLOSの制限は、ミリ波の「アキレス腱」ですが、大規模な多入力多出力、小型アンテナアレイ、適応可能なビームフォーミング、スマートアクティブリピーターなどの高度なテクノロジーにより、これらの課題に効果的に対処できます。
スマートアクティブリピーターは、ミリ波信号を増幅し、屋外環境や建物内のミリ波ベースのネットワークの範囲とカバレッジを拡張することで、5G信号伝搬の課題を解決します。 アクティブリピーターは、ミリ波信号をブーストすることで機能し、壁やその他のブロッカーを貫通して建物の周りを曲がり、かさばるアンテナ設計やコストのかかるファイバーバックホールを必要とせずにLOSの問題を克服します（図2).
スマートリピーターを建物内に配置すると、弱いビーム信号を増幅し、部屋全体を照らすことができるため、エンドユーザーとアプリケーションの接続エクスペリエンスが向上します。 5Gネットワーク全体でアクティブリピーターが広く使用されているため、サービスプロバイダーは、屋内、屋外、およびモバイルで強化された5Gミリ波サービスを50％低いコストで開始できます。
図2：MovandiのBeamXベースのアクティブリピーターなどのソリューションは、設備投資コストの90％未満で、ミリ波基地局のカバレッジを40％増加させることができます。 （出典：Movandi）クリックすると拡大画像が表示されます。
米国のすべての主要な通信事業者はミリ波ネットワークをテストしており、選択された主要都市と近隣地域で可用性を提供しています。 現在、サブ6 GHz 5Gはミリ波よりも広く利用可能であり、主要な通信事業者は低周波5Gネットワークを都市部の多くの顧客に展開しています。
顧客の需要は1年までに6GHz未満の容量を超えると予想され、複数の事業者がすでにミリ波ベースの2023Gネットワークを展開しているため、ティア5事業者はネットワーク容量要件を満たすためにミリ波テクノロジーに移行しています。 mmWaveの批評家は、サブ6 GHzネットワークはmmWaveよりも優れたカバレッジを提供し、必要な次世代無線ノード（gNB）が少ないと主張していますが、サブ6 GHzスペクトルが制限されると、最終的にはより多くのgNBを展開する必要があります。 さらに、高帯域幅のミリ波は、スポーツアリーナ、コンサート会場、空港などの混雑した都市部で増大するネットワークの混雑を緩和するのに役立ちます。
5Gネットワークへの移行が進行中ですが、5Gが4G LTEに取って代わり、超高速ミリ波速度と低遅延の可能性を実現するまで、まだ長い道のりがあります。 ミリ波技術は、5Gの可能性を解き放つ鍵です。 低遅延、高帯域幅、高速、広いカバレッジという5Gの野心的な目標を達成するために、主要な通信事業者とミリ波ソリューションプロバイダーは、これらの基本的な課題を克服するために協力しています。