24 October, 2020

5Gの時代はつい来ましたか? :5Gと4Gの違い

「5G」は2020年に最もホットなトピックの1つであると言えます。モバイル通信ネットワークにおける40年近くの開発の後、より高速でより広いカバレッジを持ち、混雑と遅延の問題を解決できると主張する5Gネットワークが間もなく登場します。

5Gが私たちの携帯電話の使い方を完全に変えることは間違いありません。 しかし、4Gも上手に利用されており、ネットサーフィン、テレビ番組およびライブブロードキャストの視聴はすべて素晴らしいです。本当に5G携帯電話に切り替える価値がありますか?5Gと4Gの違いを見てみましょうか? それは本当に人々が言うほど良いですか?

5Gについて

5Gについて話す前に、5Gが何であるかを最初に理解しましょう! 今日の「無線通信(Wireless Communication)」は電磁波を利用してさまざまな情報を交換することです。 周波数の異なる電磁波によって特徴や用途が異なりますが、周波数が高いほど波長は短く、指向性は強くなります。障害物を透過してエネルギーを消費し、伝送距離が短くなります。 現在主流の4G LTEを見ると、一般的に使用されている周波数帯域は450MHz〜3800MHzの範囲が中心ですが、この範囲がすでに混雑し始めており、高周波領域に向けて30GHz〜300GHzのミリ波周波数帯域を使用します。これが5Gです!

スピード

誰もが5Gは速いといつも言っていますが、どれくらい速いのですか? 4Gのピーク速度は約0.1〜1Gbpsですが、5Gは約1〜10Gpsに達する可能性があります。4Gが片道2車線ハイウェイで例えれば、5Gは200車線のようなもので、渋滞の心配がなくなります。

CTIAによると、現在の4G LTEネットワークの平均接続速度は10〜20 Mb / sであり、理想的な条件下で4Gネットワークを使用して映画をダウンロードするには6分かかりますが、5Gの場合はわずか3.6秒です。 テクノロジーの違いやカバレッジの地理的な違いにより、このデータにはギャップがあるかもしれませんが、間違いなく速い!と感じるでしょう!

低遅延

ただし、4Gの速度はすでにかなり優れているため、速度は5Gの最大の利点ではありません。5Gの最大のポイントは、「低遅延」です。

「超高速ですが、信号が前後するため速度が落ちることはありません!」

遅延とは、デバイスからターゲットにデータがアップロードされるのに必要な時間を指します。これは、遠隔手術、自動運転、さらにVRライブブロードキャストについて開発に不可欠です。これらの機能は、 応答時間が結果に影響を与えるため、「低レイテンシ」が、これらの機能を円滑に動作させるために不可欠な要素です。自動運転を例とすると、道路状況がクラウドにアップロードされると、ブレーキを踏むか、障害物を回避するかを迅速に決定できる必要があります。

4Gネットワークの平均遅延時間は約50ミリ秒です。 5Gテクノロジーでは、この値は1ミリ秒までに低下させる可能性があります。肉眼で見た画像を処理するのに、脳は少なくとも10ミリ秒を必要とします。マシンや車でのリアルタイムの反応には低遅延が不可欠です。低遅延はクラウドゲームを可能にします。現在の5Gテクノロジーに関しては、平均遅延は約10ミリ秒です。もっと早くしたい場合は、克服すべき課題がまだたくさんありますが、期待する価値は十分にあります。

カバー率

5Gネットは聞こえは良いようだが、現実には、広く普及するにはまだ長い道のりがあります。現在の主流の4Gネットは、世界的に普及するには数年かかっており、まだ多くの農村部では3Gネットに頼っています。 4Gネットワークがカバーされている場所でも,ネットワーク速度に大きな差があります。 したがって、5Gネットワークの普及には時間がかかり、通信事業者、設備業者、政府の連携が一層必要となることが予想されます。

基本的に、5Gネットワークの敷設は6GHz以下(Sub-6GHz)及びミリ波(mmWave)が主であり、5G高周波ミリ波は速度は速いが干渉されやすいため、より多くの基地局を設置する必要があります。 一方、低周波数帯のSub-6GHzは速度はそれほど速くないが、射程距離が良く、妨害されにくいです。 現在の4G技術は引き続き発展し、6GHz以下の相補技術となり、一部の4G基地局を適度に改修し、システム信号の切り替えを強化する可能性があります。

しかし,5G高周波のミリ波は妨害されやすいため,一定のカバー率をいかに達成するかが各業者の努力の方向です。 現在使用されている方法は次のとおりです。

1.小型基地局(small cell)をより多く設置する

周波数帯域の低い4Gは大型基地局(マクロセル)1台で2〜40キロをカバーでき、5Gは小型基地局(Smallセル)複数台で同じエリアをカバーしなければなりません。

2.マッシブ(massive)MIMO技術

MIMOとは、「多入力多出力(Multiple-InputMultiple-Output)」で、すなわち、複数のアンテナで送信し、複数のアンテナで受信することにより、データ伝送速度をより高速にすることを意味します。 高周波数帯の采用により波長が短くなり、アンテナもミリメートル級にすることができます。より多くのアンテナを携帯端末やミニ基地局に詰め込むことで、既存のMIMOをMassive MIMOに強化し、高速化を実現します!

3.ビームフォーミング

「アンテナアレイ」を介して信号を指向的に送受信する技術は、特定の方向に送信または受信する信号を重畳することにより、本来の全地域指向を正確な指向性伝送に変換し、伝送距離を長くするだけでなく、信号の干渉を大幅に低減しました。

しかし、新しい設備のコストは高く、5Gネットワークは4Gの3倍になる可能性があります。これは5Gネットワークの建設にとって、任重く道遠しと言えます。完成までに数年かかるかもしれません。

5Gと4Gの未来

5Gはよく議論されますが、その将来像はまだ明らかにされてません! ライブVR、IoV、ドローン、遠距离医療、スマートシティなどのシナリオは、5Gのために発展するかもしれないが、まだ多くの不确定要素があります。例えば、各国の周波数スペクトルの割り当ては未解決のままで、通信事業者は、まず、基地局の架設に投資するリスクがあります。 さらに、5G対応のデバイスを購入する必要があります! より速い伝送速度は、より多くの電力を消費することを意味します。新しい携帯電話やデバイスの電池寿命は非常に心配です! これらはすべて5Gネットワークを発展するには、まず直面しなければならない問題です!

いずれにしても、時代は進み、科学技術は更に日進月歩で、道は人が歩いてきたもので、私達は静かにその変化を見て、5G時代の到来を期待しましょう!

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