2年間で建設された基地局はわずか91局。なぜ5Gミリ波はこれほど難しいのか？

 6GHz以下の5Gネットワ​​ークを古い都市の片側一車線の高速道路を拡張することに例えるなら、ミリ波5Gは新しい都市に4～8車線の高速道路を新たに建設することに相当します。      

ミリ波は、6GHz以下の周波数帯と比較して、広帯域幅、高容量、低遅延といった利点があるだけでなく、超高周波帯にあるため、モバイル業界にとって未開の地、無線干渉を気にすることなく自由に利用できる汚染されていない清らかな土地のような存在である。    

ミリ波はかつて、5G時代において最も価値のある周波数資源と考えられていた。しかし現在、世界中で6GHz以下の5Gが急速に発展する一方で、ミリ波5Gの開発は非常に遅れており、ジレンマに陥っている。
   
   

      1       、ミリ波5Gの開発におけるジレンマに関して言えば、世界的な5Gの先駆者である韓国が最も典型的な例と言えるだろう。韓国は2018年には既に3.5GHz帯と28GHz帯の5G周波数帯をオークションにかけていた。5G周波数帯を取得した後、韓国の三大通信事業者は3～5年間の5G基地局建設計画を韓国の規制当局に提出した。その中で、彼らは3年以内（2021年末まで）に45,215基の28GHzミリ波5G基地局を建設することを約束した。

しかし、韓国では3.5GHz帯の5Gネットワ​​ーク構築が本格的に進められている一方で、28GHz帯の5G構築は非常に遅れている。2021年3月現在、韓国の三大通信事業者が建設した28GHz帯5G基地局は合計でわずか91基に過ぎず、当初の計画には遠く及ばない。      

韓国の規制当局は通信事業者に対し、ミリ波5Gの構築を加速するよう繰り返し要請しており、2021年末までに目標が達成できない場合は28GHz帯の使用を中止すると警告している。しかし、韓国の通信事業者はただ両手を広げて無力感を表明するばかりだった。通信事業者は、ミリ波のサービスモデルは不明確で、技術や設備が未成熟であり、カバー範囲は3.5GHz帯のわずか10～15%に過ぎないと述べている。また、非常に高密度の基地局の設置が必要であり、ネットワーク投資コストは3.5GHz帯と比較して飛躍的に増加している。全国規模のネットワーク構築には適しておらず、ホットスポットエリアや5Gプライベートネットワークの展開にしか使用できないとしている。

     

韓国の通信事業者は、28GHz帯5Gの構築において、韓国が米国と首位を争う必要はないとも述べている。米国では光ファイバーブロードバンドの普及率が低いため、5Gミリ波固定無線でFTTH（光ファイバーによる家庭向け接続）を代替したいと考えている。しかし、韓国の光ファイバーブロードバンド普及率は高く、ミリ波周波数帯は主にモバイルサービスや企業向けプライベートネットワークに使用される予定だ。ただし、消費者向けモバイルサービスでは、多数の基地局を設置する必要があり、ネットワーク構築コストが高すぎる。垂直産業向けの2Bプライベートネットワークについては、現在のビジネスモデルはまだ成熟していない。      

ミリ波5Gネットワ​​ークの展開コストが高すぎるため、通信事業者が投資に消極的であることから、3社が共同で構築・共有すべきだという提案が、ミリ波5Gの展開が遅れている現状を踏まえ、韓国の通信業界から出された。    

しかし、問題は再び浮上する。一方では、3つの通信事業者が共同でミリ波5G公共ネットワークを構築・共有する場合、ミリ波無線カバレッジが狭すぎるため、端末が1つの事業者のネットワークエリアから別の事業者のエリアに移動する際に通信途絶が発生しやすい。他方では、5Gプライベートネットワークは、将来的に2B分野における通信事業者間の競争の焦点となるため、事業者が共同構築や共有協力を実現することは困難になるだろう。    

韓国も例外ではない。米国は2019年には既に5Gミリ波を商用化している。市場調査会社OpenSignalの最新テストデータによると、米国の5Gミリ波ネットワークの普及率は現在1%未満である。統計によると、2021年1月時点で、世界で5Gミリ波サービスを提供している通信事業者はわずか8社に過ぎない。これらのデータは、世界的な5Gミリ波開発の進捗の遅さを示している。    

2、5Gミリ波はどうなったのか？なぜ開発はこんなに遅いのか？以下に表を用いて説明します。    
   
   

カバー範囲

ミリ波の利点は、広い帯域幅と高い容量です。しかし、周波数が高く、波長が短く、自由空間伝搬損失、透過損失、回折損失があるため、単一セルのカバー範囲は非常に狭くなります。実際の測定では、端末が見通し線（LoS）環境にある場合でも、ミリ波セルのカバー範囲は約100メートルに過ぎず、Wi-Fiのカバー範囲とほぼ同じです。6GHz以下の周波数帯と比較すると、ミリ波の回折能力は悪く、透過能力も悪いため、壁、ドア、室内家具などの障害物を透過するのが困難です。したがって、建物が密集する都市部では、通信事業者はより多くの基地局を建設し、基地局と端末が見通し線内にあるようにすることで、安定した高速通信を実現する必要があります。

     

2Bシナリオ向けに5Gプライベートネットワークをスポット展開する場合、一方では、大規模なキャンパスや工場などに基地局を増設する必要があり、他方では、工場、オフィスビル、病院などの屋内空間では、壁、ドア、機器など様々な障害物があるため、高速かつ安定した通信を維持するには、端末と基地局間の見通し線を確保する必要がある。また、複数の場所に基地局を設置する必要があり、ネットワーク展開コストが増加する。

解決策としては、Massive MIMO+ビームフォーミングによってカバレッジを拡大する方法がありますが、これにはアンテナユニット、パワーアンプ、低雑音増幅器などの部品数が増加し、機器のコストも上昇します。また、ミリ波カバレッジは、中継器や反射器を設置することによっても拡張できます。    

基地局単価    

6GHz以下の周波数帯と比較すると、ミリ波はより多くの基地局の建設が必要となるだけでなく、より大きな問題は、ミリ波基地局の単価が6GHz以下の周波数帯の基地局よりも約30%から40%高いことである。    

主な理由は次のとおりです。
1) 世界中のほとんどの通信事業者は、規模のメリットがあるサブ6GHz帯で5Gネットワ​​ークを展開しています。しかし、ミリ波基地局は世界的に非常に少なく、単価も高くなっています。
2) 6GHz以下の基地局ではDUとRUが分離されており、DUを中央に配置することができますが、ミリ波基地局ではRUとDUが同じ場所に設置されるため、価格が高くなります。
3) ミリ波基地局とサブ6GHz基地局の間には、内部的なアーキテクチャ上の違いがあります（例えば、ミリ波基地局の方がアンテナユニットが多い）。    

終末生態学    

サブ6GHz帯端末エコシステムに関しては、スマートフォン、5G CPE、5Gモジュールなど、様々な種類の端末が次々と登場し、エコシステムは拡大を続けています。しかし、ミリ波端末エコシステムは、特に2B分野において、まだ非常に初期段階にあります。同時に、世界の端末チップメーカーはサブ6GHz帯エコシステムに対してより楽観的な見方を示しており、ミリ波のみを使用するモデムの開発は行わない方針です。つまり、ミリ波のみを使用する5Gプライベートネットワークは存在しないということです。    

建設費および運営費    

前述のとおり、ミリ波を使用して 5G 公共ネットワークを構築する場合、基地局を密に配置する必要があります。構築および運用コストは、6GHz 未満の場合と比較して指数関数的に増加します。ミリ波を使用して 5G プライベート ネットワークを展開する場合はどうでしょうか。現在、5G 2B プライベート ネットワークの開発における最大の障害の 1 つは、そのコストが Wi-Fi よりも高いことです。ミリ波を使用して 5G プライベート ネットワークを展開するコストは、6GHz 未満の場合よりも高くなります。明らかに、これは企業向け 5G プライベート ネットワーク展開のハードルをさらに高めます。    

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