サブ6GHz帯ネットワークは既に完全に展開されているのに、なぜ中国は依然として5Gミリ波の開発を続けているのか？

世界の5Gネットワ​​ークの周波数帯は、主にサブ6GHz帯とミリ波帯に分けられます。5Gミリ波ネットワークとサブ6GHz帯ネットワークは、「どちらか一方しか選べない」という対立関係ではなく、「両方を利用できる」という補完関係にあります。各国がどちらの技術ルートを優先的に採用するかは、それぞれの国情に大きく左右されます。中国の5Gサブ6GHz帯ネットワークの構築が成熟した後、5Gミリ波ネットワークの構築も議題に上がっています。

2020年3月、工業情報化部は「5Gの加速的発展促進に関する通知」を発出した。同通知では、「一部の5Gミリ波帯域の周波数利用計画を適時に公表し、ミリ波機器の整備と性能試験を実施して、5Gミリ波技術の商用利用に備える」と明記されていた。2021年4月30日、工業情報化部は「5Gアプリケーション『Sail』行動計画（2021-2023）」意見募集草案（以下「草案」という）を公表した。草案では、2023年までに国内の5G個人ユーザー普及率を40%超、ユーザー数を5億6000万人超とすることを提案している。同時に、意見草案では「5Gミリ波周波数計画を適時に公表し、5Gミリ波周波数ライセンスの入札制度を検討する」ことを提案している。これはまた、中国で5Gサブ6GHzネットワークが完全に展開された後、中国における5Gミリ波の構築が間もなく開始されることを意味する。さらに、工業情報化部の主任技師である田玉龍氏は、3月に国務院新聞弁公室の記者会見で、情報通信産業の質の高い発展を促進することについて語る中で、「5Gネットワ​​ークの構築は秩序正しく推進され、6Gの展開は加速されるだろう」と強調した。

5Gミリ波とSub-6GHzは相補的である

ミリ波とは、波長が1mmから10mm、周波数が30GHzから300GHzの電磁波を指します。モバイル通信の分野では、24GHzから100GHzの電磁波が一般的にミリ波と呼ばれます。

国際電気通信連合（ITU）が開催した2019年世界無線通信会議（WRC-19）では、24GHzから86GHzまでのミリ波周波数帯が国際移動通信（IMT）に使用されることが決定されました。中でも、24.25～27.5GHz、37～43.5GHz、66～71GHzの周波数帯は、世界的に統合されたIMT周波数帯です。

6GHz以下の周波数帯を使用する5Gシステムと比較して、5Gミリ波通信は24GHzから100GHzまでの超広帯域幅を有しており、高速性、低遅延性、柔軟で拡張性の高い無線インターフェース構成といった独自の利点を備えています。これにより、将来の無線通信におけるシステム容量、伝送速度、多様なアプリケーションのニーズに効果的に対応できます。

例えば、伝送速度に関して言えば、Ooklaが自社のSpeedtestアプリケーションから収集した大量の測定データに基づいた最新の分析によると、5Gミリ波周波数帯はSub-6GHz周波数帯の16倍の速度に達する可能性があることが示されている。

第二に、5Gはサブキャリアとタイムスロットという2つの次元を用いてデータを伝送します。ミリ波は、高帯域幅、広いサブキャリア間隔、そしてそれに対応する短いタイムスロットという特徴を持っています。そのため、5Gミリ波の遅延は、6GHz以下の周波数帯の約25%に抑えられます。同様に、ミリ波は利用可能な帯域幅が広く、伝送速度も速いため、より広範囲の端末アクセスに対応できる大容量の伝送も可能です。

さらに、5Gミリ波の高いダウンリンク速度は、干渉を低減しながら高密度空間多重化をサポートできるため、同一エリアで多数のユーザーが同時にインターネットにアクセスする際の混雑問題をより効果的に解決できます。駅、空港、スタジアムなど、人口密度の高い環境でのアプリケーションに特に適しています。

超高精細ビデオのライブ放送、セキュリティ監視、遠隔医療、および一部の産業用途など、アップロード速度と低遅延に対する要求が高い関連産業分野において、5Gミリ波の大きなアップリンクと低遅延特性は、これらのニーズをより良く満たすことができます。

特に注目すべきは、5Gミリ波ネットワークは光ファイバーネットワークとコアネットワーク間の接続に頼ることなく、自己バックホールを実現できる点です。Sub-6GHz帯をベースとする5Gネットワ​​ークは、従来型の光ファイバーバックホールソリューションに頼る必要があり、各5G基地局を光ファイバー経由でコアネットワークに接続する必要があり、導入コストも増加します。5Gミリ波IAB（統合アクセス・バックホール）技術は、5Gミリ波基地局が他の5Gミリ波基地局を中継ノードとして利用し、最終的にマルチホップ機能による無線伝送の形でコアネットワークにバックホールすることを可能にし、導入コストを大幅に削減します。これにより、5Gミリ波基地局はよりコスト効率が高く、高密度な展開も可能になります。

さらに、ミリ波技術は5Gの車両間通信（V2X）にも利用でき、GPSやLTEの精度をはるかに超える測位サービス（精度はサブメートルレベルに達する）を提供することができる。

中国聯通の技術革新部門のゼネラルマネージャーである馬洪兵氏は、「5Gミリ波をMECおよびAI技術と組み合わせることで、ミリ波は対象顧客向けにカスタマイズされたプライベートネットワークサービスを提供でき、スマートファクトリー、スマートパーク、スマート端末などのシナリオで幅広く活用できる」と述べた。

ミリ波は、6GHz以下の周波数帯と比較して速度と遅延の面で優位性があるものの、いくつかの制約も抱えています。例えば、信号が減衰しやすく、透過性が低く、遮蔽されやすいといった点です。現在では、ビームフォーミングやビームトラッキングなどの技術によってこれらの問題を効果的に解決できますが、カバレッジと導入コストの面では、6GHz以下の周波数帯の方が依然として大きな利点を持っています。

総じて言えば、5Gミリ波ネットワークとSub-6GHzネットワークの展開は、互いに競合したり代替したりするものではなく、相互補完的な関係にあります。Sub-6GHzは5Gの広範囲なカバレッジを実現するために使用され、ミリ波システムは屋内施設（スポーツイベント、コンサート、大規模会議）、交通拠点（地下鉄駅、高速鉄道駅）、オフィスエリア、屋外ホットスポット、無線ブロードバンドアクセスなどのカバレッジを実現するために使用されます。ミリ波とSub-6GHzの協調的な展開により、大容量と広範囲なカバレッジの有機的な組み合わせが実現できます。

中国の5Gミリ波展開に向けた予備準備は既に始まっており、順調に進んでいる。

サブ6GHz帯ネットワークが5Gのカバレッジ問題を解決できれば、5Gミリ波ネットワークは5Gの利点を最大限に引き出し、より大きな価値を生み出すことができる。

クアルコム・チャイナの会長である孟普氏は、「5Gの当初の設計目標を達成するには、すべての周波数資源を活用する必要があります。6GHz以下の中低周波数帯は、カバレッジ、容量、パフォーマンスのバランスを実現できます。一方、24GHz以上の高周波ミリ波は、究極の5Gパフォーマンスと容量をサポートし、多くのシナリオや産業に次世代の無線接続体験をもたらし、産業インターネットなどの垂直分野に超高信頼性かつ低遅延のモバイル通信を提供します」と述べました。

昨年9月にGSMAが発表した「5Gミリ波技術白書」によると、5Gミリ波は2035年までに世界のGDPに5650億米ドル貢献すると予測されている。そのうち、中国における5Gミリ波周波数帯の利用によって直接もたらされる経済効果は、2034年までに約1040億米ドルに達すると見込まれている。

現在、米国、日本、欧州、東南アジアでは、5Gミリ波の展開が既に始まっている。今年3月にGSAが発表したデータによると、世界中で150社以上の通信事業者が5Gミリ波技術に投資している。

中国IMT-2020（5G）推進グループの5Gミリ波試験計画によると、2019年にミリ波試験が開始され、5Gミリ波の主要技術とシステム特性の検証が行われました。2020年からは、ミリ波基地局と端末の機能、性能、相互運用性の検証がさらに進められ、高周波と低周波の協調ネットワーク検証も実施されます。同時に、中国IMT-2020（5G）推進グループは、典型的なシナリオ検証も適時に実施しました。

2019年10月、IMT-2020（5G）推進グループの主催で、ZTEとQualcommは中国初のスマートフォンベースの5Gミリ波相互運用性テスト（IoDT）を達成しました。2020年7月初旬にリリースされた3GPP Rel-16バージョンで新しいミリ波MIMO OTAテスト方法が明確化されてから2か月後の9月末、IMT-2020（5G）推進グループの主催で、Qualcommは情報通信技術学院のMTNet研究所で3GPP Rel-16 MIMO OTAテスト方法に基づくミリ波性能テストを先導して完了しました。この時点で、Qualcommは中国で初めて26GHz 5Gミリ波無線周波数テスト10項目すべてに参加し、合格したチップメーカーとなりました。

ミリ波のテスト作業が順調に進んでいる一方で、チップ製品の特性も中国のミリ波展開ニーズを満たすために絶えず最適化されています。2021年5月19日、クアルコムは、2月に発売された世界初の10Gbps 5Gモデムおよび無線周波数システムであるSnapdragon X65専用のアップグレードされた機能を発表しました。これは、ミリ波200MHz帯域幅とミリ波SAモードをサポートし、中国のミリ波ネットワーク展開の主要要件を満たしています。

ミリ波がその真価を発揮する産業応用シナリオを見据え、中国のミリ波産業の上流および下流メーカーは努力を重ねています。2021年5月21日、IMT-2020（5G）推進グループと中国聯通の技術指導の下、ZTE、中国聯通、クアルコム、TVU Networksは、実験室環境において、26GHz（n258）周波数帯の大規模アップリンクフレーム構造に基づく世界初の5Gミリ波8Kビデオバックホールサービスの実証に成功しました。

このデモンストレーションでは、ZTEが5Gミリ波基地局を提供しました。TVU Networksの5Gマルチネットワーク集約ルータは、Qualcomm Snapdragon X55 5GモデムとRFシステム、およびQualcomm QTM527ミリ波アンテナモジュールを搭載したCPE型テスト端末を介して5Gミリ波接続を提供しました。リアルタイムで収集された8Kビデオコンテンツは、5Gミリ波アップリンクを介して安定して送信され、最終的に受信側で再生のために正常に受信されました。

IMT-2020（5G）推進グループの5Gミリ波テスト計画によると、ミリ波の大規模アップリンクフレーム構造は、多様なアプリケーションシナリオをサポートするために2021年に推進される予定です。超高精細ビデオ、特に8Kビデオのリアルタイムバックホールは、モバイルネットワークのアップリンク帯域幅に非常に高い要求を課します。このデモンストレーションで使用されたDSUUUフレーム構造は、アップリンクにより多くのタイムスロットを割り当てることで、既存のミリ波技術のピークアップリンクレートを3倍にしています。このデモンストレーションは、5Gミリ波のスーパーアップリンク能力を検証しており、これは将来の多くの5G産業アプリケーションの大規模アップリンク帯域幅要件を満たす上で非常に重要な意味を持ちます。

2021年のMWC上海展示会では、中国聯通とGSMAが主催し、クアルコムが支援する5Gミリ波展示エリアにおいて、業界をリードする39社が参加し、5Gミリ波アプリケーションと端末が包括的に展示されたことは特筆に値する。展示されたマルチベンダーの5Gミリ波端末は、モジュール、携帯電話、CPE、PC、AR（拡張現実）およびXR（拡張現実）機器、ライブ配信用バックパック、ロボットなど、多岐にわたるカテゴリーを網羅していた。

展示されている5Gミリ波がサポートする多様なアプリケーションシナリオには、アスリートの競技体験、5Gミックスドリアリティスマートスノーリゾート、8Kビデオ伝送、5Gフルビューイベントサービスとフリービューイベントライブ放送、5Gミリ波パノラマ体験などが含まれます。ミリ波に基づく5Gマルチビューライブ放送ソリューションは、張家口国際クロスカントリースキーセンターの屋外フィールドを直接キャプチャします。UAV、ヘッドマウントカメラ、プロ用カメラは無線ネットワークを介して基地局と通信し、国立クロスカントリースキーセンターでのアスリートの勇ましいポーズは複数の角度からリアルタイムで放送され、フィールドのマルチアングルライブ放送を実現し、実際の観客にさまざまな視聴体験を提供します。中国聯通は現在、2022年北京冬季オリンピックの唯一の公式通信サービスパートナーです。5Gミリ波関連端末とアプリケーションの成熟は、2022年北京冬季オリンピックでミリ波技術を使用してより良い5Gサービスを提供するのに役立ちます。

5Gミリ波技術は進化を続けており、6Gの重要な構成要素となる可能性がある。

ミリ波技術は今も進化を続けています。例えば、前述の統合アクセスおよびバックホール（IAB）技術のほか、高精度な端末位置決めをサポートする広帯域測位技術、拡張スペクトルサポート（52.6GHzを超える周波数帯域とライセンス不要のスペクトルをサポートし、ライセンス補助および独立運用が可能）、強化されたビーム管理（フルビーム最適化とマルチアンテナパネルビームサポートにより、遅延、堅牢性、パフォーマンスが向上）、デュアル接続最適化（複数のノードを接続する際に端末の初期アクセス遅延を削減し、カバレッジを向上）、省電力機能（端末の休止状態を最大化することで消費電力を改善し、より高速なリンクフィードバックをサポート）などがあります。

5Gミリ波関連技術の継続的な進化は、機能性、効率性、周波数帯域、展開の面で新たな機会をもたらすでしょう。さらに、5Gミリ波技術は次世代6G技術の重要な構成要素となることも期待されています。

サムスンが昨年発表した6Gホワイトペーパー「次世代ハイパーコネクテッド体験」によると、6Gのピーク速度は1000Gbpsに達し、遅延は100μsまで低減される見込みです。2028年には完成・商用化される可能性があり、2030年頃には大規模な商用化が実現する可能性があるとされています。これらの主要指標と時期に関して、他の通信機器メーカーも概ね同様の見解を示しています。

サムスンはまた、6G規格で使用される可能性のある候補技術として、テラヘルツ周波数帯（THz）、高周波信号のカバレッジを強化する新しいアンテナ技術、高度なデュプレックス技術、ネットワークトポロジーの開発、ネットワーク利用率の向上とAIの応用強化のためのスペクトル共有などを提案した。

UNISOCが発表したホワイトペーパー「6G：AIで無限の可能性を」では、6Gの中核技術は多様化し、テラヘルツ通信、可視光通信、高度な変調・復号、衛星・地上連携伝送などが6Gの中核技術となる可能性があると述べている。

クアルコムは、AI/MLデータ駆動型設計、全二重通信、高周波ミリ波、強化された測位、テラヘルツ帯、インテリジェントインターフェース、グリーンネットワーク、無線周波数センシング、新しいトポロジー、極限の分離、クラウドニューラルネットワーク構造検索、超安全な通信、新しい共有パラダイムなど、関連技術の革新を強調した。

多くのメーカーが、テラヘルツ通信技術が6G通信のキー技術の一つになると考えていることが分かります。テラヘルツ周波数帯とは、通常300GHzから10,000GHzまでの周波数帯を指し、300GHz付近の電磁波は、より高い周波数帯のミリ波とみなすこともできます。ミリ波通信技術を習得して初めて、テラヘルツ通信技術におけるブレークスルーを実現できる可能性が開けるのです。

2020年半ば、ファーウェイの中国通信事業者事業部副部長である楊濤氏は、ファーウェイが既に6G関連の事前研究に参加していることを公表した。事前研究されている6Gは主にミリ波帯を使用しており、シナリオマイニングと技術探索の段階にあるという。

特筆すべきは、2019年末に日本のNTTグループの機器技術研究所が、リン化インジウム（InP）化合物半導体を用いた6G超高速チップを開発し、300GHz帯で高速無線伝送実験を行ったことである。16QAM変調を用いることで、最大100Gbpsの無線伝送速度を実現できる。MIMOやOAMなどの空間多重化技術を組み合わせれば、400Gbpsを超える大容量無線伝送が期待でき、これは既に6Gのピークレート要件に近い値である。

さらに、6Gは空中、空中、地上、海上における統合高速通信ネットワークを実現し、ミリ波周波数帯は衛星間リンク、衛星による地上カバレッジのためのユーザーリンク、および衛星から地上局へのフィードリンクの第一選択肢となるでしょう。

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