5G/6Gネットワーク設計とは？
5Gおよび新興の6Gネットワークは、ビームフォーミング、大規模MIMOアンテナアレイ、ネットワークスライシングを使用して、超低遅延でギガビット速度を実現します。基地局（gNB）は、劇場全体を照明するのではなく、舞台上の俳優を追うスポットライトのように、集中した電波ビームをユーザーデバイスに向けて操縦します。
なぜ重要なのか？ネットワークスライシングは1つの物理ネットワークを仮想専用レーンに分割します — ストリーミング用のeMBB、自動運転車用のURLLC、数十億のIoTセンサー用のmMTC。6G研究はテラヘルツ帯に進出し、1 Tbpsの無線速度を目指しています。
📖 詳細分析
例え 1
ピザの宅配サービスを想像してみてください。古いネットワークは、都市全体にサービスを提供する 1 人の配達ドライバーのようなもので、全員が待っています。 5G ネットワーク スライシングは、3 つの別々のフリートを所有しているようなものです。緊急医療配達用の高速バイク (URLLC)、レストランの大量注文用の大型トラック (eMBB)、およびすべてのメールボックスからセンサーの読み取り値をゆっくりと収集する自転車 (mMTC) です。各フリートはその仕事に合わせて最適化されており、すべてが同じ道路を共有しています。
例え 2
ビームフォーミングは、混雑した部屋で叫ぶこと (古い携帯電話の塔があちこちに放送している) と、周囲を追いかけるメガホンを通して誰かの耳に直接ささやくこと (5G gNB) の違いのようなものです。大規模な MIMO アンテナ アレイは、256 個の小さなスピーカーを備えているようなもので、各リスナーが立っている場所に正確に音を向けるように調整されます。
🎯 シミュレーターのヒント
初心者
[スタート] を押して開始し、[移動 UE の追加] を数回クリックして、ビームがリアルタイムでユーザーを追跡していることを確認します。周波数帯域をミリ波からサブ 6GHz に切り替えて、カバー範囲の変化を確認してください。
中級者
詳細モードに切り替えて、アンテナ アレイのサイズを試してください。 16x16 (256 要素) が 4x4 よりもはるかに狭く、より正確なビームを作成することに注目してください。障害物を追加してビームの遮断を確認します。これは都市でのミリ波導入における重要な課題です。
上級者
エキスパート モードでは、理論上のスループットを最大化するために、256QAM 変調と 8 MIMO レイヤーおよび 1GHz 帯域幅を組み合わせてみてください。次に、URLLC スライス タイプに切り替えて、レイテンシが 1ms 未満に低下することを確認します。都市部と地方のパス損失モデルを比較して、カバレッジのトレードオフを理解します。
📚 用語集
🏆 主要人物
3GPP (2018)
リリース 15 ～ 18 にわたる 5G NR 仕様を定義した世界的な標準化団体
Erdal Arikan (2008)
極コードを発明し、5Gの制御チャネル符号化として採用され、IEEE Shannon Awardを受賞
Thomas Marzetta (2010)
ベル研究所でMassive MIMOコンセプトを提案、5G容量の基礎技術
Samsung Research (2021)
世界初の140GHzでの6Gテラヘルツ試作伝送を達成
Andrea Goldsmith (2005)
スタンフォード/プリンストン大学の教授で、MIMO と適応変調の研究が 5G 物理層を支えています
🎓 学習リソース
- What Will 5G Be? [paper]
5G ビジョンと、ミリ波、Massive MIMO、ヘテロジニアス ネットワークなどの主要な実現テクノロジーについて概説した、影響力のある IEEE JSAC 論文 (2014 年) - 6G: The Next Hyper-Connected Experience for All [paper]
テラヘルツ帯域、AI ネイティブ ネットワーク、デジタル ツイン、ホログラフィック通信を探るサムスンの 6G ビジョン ホワイトペーパー - An Overview of Massive MIMO: Benefits and Challenges [paper]
Massive MIMO 理論に関する IEEE JSAC の基礎論文。数百のアンテナがどのようにして桁違いのスペクトル効率ゲインを達成するかを示しています (2014 年) - Network Slicing for 5G with SDN/NFV: Concepts, Architectures and Challenges [paper]
eMBB、URLLC、および mMTC のネットワーク スライシング アーキテクチャ、リソース割り当て、分離メカニズムに関する包括的な IEEE 調査 (2017) - 3GPP Specifications [article]
公式の 5G/6G セルラー標準仕様 — NR プロトコルの詳細に関する信頼できる情報源 - 5G Americas [article]
5G テクノロジーのホワイトペーパー、展開追跡、スペクトル分析レポートを提供する業界団体 - O-RAN Alliance [article]
分散型で相互運用可能な AI 対応無線アクセス ネットワークのためのオープン RAN 標準を推進する組織 - ITU-R IMT-2030 Framework [article]
次世代のユースケース、機能、タイムラインを定義する 6G の ITU の公式フレームワーク (IMT-2030)