5G対応ネットワーク網の構築、「現場作業」の話し…。

 ※ メディアなんかでは、盛んに「5G時代の到来!」を囃し立てている…。
 しかし、当然の話しだが、それには大前提として、「5G対応ネットワーク網」の構築が必要となるわけだ…。
 それには、誰かが「現場作業をやって」、地道に「ネットワーク網」を、工事・敷設していくしかないわけだ…。
 その「5G対応ネットワーク網の構築の現場作業」の画像を、「5Gの話し」の方で貼って、語ろうと思っていた…。
 しかし、このコロナ騒ぎで、そういう計画も吹き飛んだ感じだ…。
 まーいいや…。ここで、貼ってしまおう…。「5Gの話し」とか、悠長に語っていられるのは、いつのことになるのか、知れたものじゃない状況だからな…。

※ 「ネットワーク網の構築」とか、「口で語る」のは簡単だ…。いくらでも、「机上の計画」として、「概念図」や「モデル図」を語ることは、できる…。

しかし、実際に、現実に「ネットワーク網を構築していく作業」は、大変だ…。その原因の一つには、「5Gの電波の特性」というものがある…。

※ 5Gの三大目標は、「高速」「大容量」「低遅延」だ…。その実現のために、なるべく周波数の高い電波を使うことにしている…。要するに、「単位時間当たり」の「波の幅」が小さいものを使おうとしているわけだ…。「単位時間当たり」で、ギッシリと波が詰め込まれているわけだ…。こうなると、だんだん「光」に近いようなものになって、遮蔽物で容易にさえぎられたり、遠くまでは飛ばない性質のものとなる…。そうすると、いわゆる「基地局」「中継局」を、たくさん建てて、「中継」「中継」でつないでいかないとならなくなる…。より多くの「基地局」が必要となるわけだ…。それだけ、「基地局」「中継局」構築の「現場作業」も、膨大なものとなっていくわけだ…。

※ 都会では、設置スペースなんて、ろくろく無い…。ビルの屋上の空いている場所とか、利用していく…。そうすると、「炎天下」の作業では、「熱中症」との戦いとなる…。照り返しで、油断すれば、たちまち脱水症状となる…。

※ こういう「高いところ」での作業は、「危険と隣り合わせ」だ…。しっかり、「安全」を確保しつつの作業となる…。「命綱」は、必須だ…。吹きさらしだから、冬場は大変だろう…。工具一つだって、「うっかり、落とす」わけにいかない…。「重力の法則」により、下に誰かいた場合には、生命(いのち)にかかわることになりかねないからな…。バケツみたいなものを、携行しているのは、そういう「工具」や、作業で出た「電線の切れはし」みたいなものを、入れておくんだろう…。いや、「工具」は、また別か…。ベルトの工具挿しに、挿しておくか…。「切れはし」専用か…。そうやって、「細心の注意」を払いながら、作業していく必要があるんだ…。

※ 地上の作業では、こういうものもある…。ポールの根元にある、「電源関係」のようだな…。強力な「電磁波」を発生させるためには、強力な「電源」が必要となる…。こっちは、「電気関係」の詳しい知識が必要となるんだろう…。ベルトの「工具挿し」が、凄いな…。命綱用の「カラビナ」も、ついているな…。イザとなれば、この人も「高いところ」で作業するんだろう…。

※ 東京には、治水のために「地下の川」がある…。

※ こういうものだ…( 首都圏外郭放水路 https://www.ktr.mlit.go.jp/edogawa/edogawa00402.html

※ 上記のトンネルの画像は、そういうものの一つであると思われる…。そういう「既設のトンネル」なんかを利用して、「光ファイバー網」を構築していくわけだ…。別に「携帯電話のネットワーク網」だからと言って、「無線」でつなげなければならないわけでは無い…。「有線」でつなげるところは、「有線」でつないでもいいわけだ…。特に、「マクロ・セル(大規模基地局)」間は、「大容量」のほうがいいから、かえって「光ファイバー」でつないだ方が、いいわけだ…。

※ そうすると、今度は「光ファイバー同士をつなぐ」作業が、必要となってくる…。一定の長さで「製品」となっているから、長さをつぎ足す必要がある…。それには、一旦「ファイバー」を熱で溶かして、つなぐ必要がある…。専用の器具(機械)を使うんだろう…。それでも、上手い・下手があるから、下手くそが作業すると、つなぎ目で「透明度」が落ちてしまって、一定の性能が出ない…、なんてことが起きる可能性がある…。そういうことにならないように、これまた、細心の注意を払って作業する必要がある…。

※ 「一時が万事」、こういうものだ…。

※ そういうことの積み重ねの上に、オレらのお気楽な「5Gのネットワーク網」なるものが、乗っかっている…。

※ そして、メディアでは麗々しく、こういう「5G対応スマホ」を、囃し立てるわけだ…。

※ しかし、「ネットワーク網」が構築されていなければ、単なる「でかい文鎮」というだけの話しだぞ…。

5Gの意外なキラーアプリ、新型コロナがあぶり出す

5Gの意外なキラーアプリ、新型コロナがあぶり出す ITジャーナリスト 石川 温
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO58636190Q0A430C2000000/

『4Gでは、月間60ギガバイトまでの大容量プランであるギガホを選ぶユーザーは「二十数%にとどまっていた」(吉沢社長)。つまり、8割弱のユーザーは大容量プランではなく、月々の支払いを安価に抑えられる従量制プランを選んでいたことになる。

一方、5Gサービスの契約者の約半数は「5Gギガホ」という料金プランを選択している。5Gギガホは、月間100ギガバイトまでの通信を利用できる契約だが、現在はキャンペーンとして無制限でネット接続できるようにしている。』
『新型コロナの影響により、人と人が距離をとって働くことを余儀なくされた。結果として、多くの打ち合わせや会議がテレワークによるオンラインでの開催でも支障がないことが分かってきた。ここ数年、「働き方改革」が叫ばれ、在宅勤務が推奨されてきたが、ほとんど普及しなかった。だが、外出自粛により強制的にテレワークが導入されたことで、結果的に働き方改革が進んだ。

今後、新型コロナの問題が収束しても、オフィスへの出勤は減り、オンラインのビデオ会議への参加が増えるだろう。外出先からビデオ会議に参加する際に必要なのがモバイル通信環境だ。1時間のビデオ会議に参加すれば、数百メガバイトから1ギガバイト以上のデータ容量を消費する。1日に何回もビデオ会議に参加するとなれば、月間で相当なデータ容量が必要になる。

そこで求められるが、月間のデータ容量に制限がない料金プランだ。その点、NTTドコモの5Gギガホはスマホだけでなく、スマホとテザリングでつないだパソコンも容量無制限で使える。』
『各キャリアは、5G開始に向けて様々なサービスやソリューションを開発してきた。しかし、いずれも4Gで既に可能になっているもので、5G時代のキラーアプリケーションには程遠い印象があった。

しかし、新型コロナによってビデオ会議が5G時代のキラーアプリ候補に浮上してきた。5Gスマホを契約すれば、データ容量は無制限であり、臨場感のある映像、安定した音声を送受信できる。

Zoomなどのビデオ会議アプリは、仕事だけに使われているわけではない。自宅などからZoomで接続して複数人で飲む「Zoom飲み会」も増えてきている。

2011年に起こった東日本大震災の際にはSNS(交流サイト)のTwitterが注目を浴びた。有事の際には、人々は「誰かとつながっていたい」という気持ちが強くなる。11年はTwitterがその欲求に応えたが、20年はZoomなどのビデオ会議アプリがその役目を担うことになるだろう。

人々がリアルに会える機会が減っていく中、5Gはビデオ会議アプリと共に普及していくことになりそうだ。』

国防長官が米通信会社の電波申請を阻止へ 5G通信衛星用にLバンド電波申請もGPSに干渉の恐れ

https://holyland.blog.ss-blog.jp/2019-11-22-2

 ※ マングースさんの、「東京の郊外より・・・」のサイトからの情報だ…。
 紹介されている元記事は、これのようだ…。

https://www.c4isrnet.com/battlefield-tech/it-networks/5g/2019/11/21/to-protect-gps-satellites-esper-is-against-private-5g-proposal/

 さわりの部分のグーグル翻訳文を、紹介しておく…。

『マークエスパー国防長官は、連邦通信委員会が、システムがGPSサービスを危険にさらす可能性があるとして、5GにLバンドスペクトルを使用するというLigado Networksの提案を拒否することを望んでいます。
「リガドの提案したシステムを進めるには、不明な点が多すぎて、連邦政府にとってリスクが大きすぎると思います。Esperは、11月18日付のFCC会長Ajit Pai宛ての手紙で、提案されたリガドシステムからのGPSサービスの広範な混乱と劣化の可能性を示しています。平時と戦争の両方における軍事作戦について。」
エスパーの手紙は、同社が5Gサービスに利用したいLバンドスペクトルでの40 MHzの使用をめぐる軍とLigado Networksの戦いへの最近の進出です。
2018年10月、Ligado Networksは、5G対応技術を搭載した衛星を打ち上げ、地上5Gモバイルネットワークを展開するための複数年戦略計画を発表しました。しかし、その提案はFCCの前に行き詰まっており、FCCは計画を承認する必要があります。
しかし、ここに問題があります:そのスペクトルは会社によって認可されていますが、L-Bandは空軍のGPS衛星が通信する方法でもあります。』
『空軍が運営するGPS衛星は、現代の生活に不可欠な測位、ナビゲーション、およびタイミングデータを提供し、クレジットカードでの取引から人々のスマートフォンでのリアルタイムの指示までを可能にします。また、敵に先んじておく必要があると信じている情報の利点を米軍に提供することも重要です。
Ligado Networksが望んでいる40MHzのスペクトルとGPSが使用するスペクトルが近接しているため、政府はそこに新しい5Gネットワ​​ークを構築するという同社の計画を承認することをためらっています。
2018年12月、宇宙ベースのポジショニング、タイミング、およびナビゲーションの全国執行委員会は、Ligado Networksのスペクトル使用要求を承認することを推奨しました。そして、その決定に続いて、当時のパトリック・シャナハン国防長官は、4月にFCCが会社の提案を拒否することを勧める手紙を送りました。』

 既存の電波帯は、どの国も埋まってしまっていて、新たに割り当てる電波帯なんか、無いのが実状だ…。それで、5Gの実現のためには、既存の業者さんにお願いして、他の電波帯に移行してもらったり、なんとか空いている部分を探して対応しているのが、現状だ…。しかし、電波帯が近いと、電磁波の物理的な性質上、「干渉」が生じてしまう…。特に、この影響を受けるのが「軍事利用」の電波帯だと、問題は深刻だ…。そういう問題の一環だ…。

5Gの話し(その13)

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)
(2)5G無線アクセス伝送実験

※ 採用にはならなかったが、15GHz帯を用いて、実証実験を行っている…。そういう取り組みが、次の「6G」の「技術的な芽」になるわけだ…。「チャネル状態情報」を用いて、「ビームを選択」すると言っている…。やはり、物理的に「ビーム状」の電波を発生・送信するわけでは無く、端末側で電波をデジタル的に選択・結合することにより「仮想的に、ビーム状の電波を受信したと同じ状態を作り出す」と言うことのようだ…。「無線パラメータを最適化して、位相雑音への耐性向上と低遅延伝送」を目指す…、と言っている。

屋外環境における、ユーザ移動速度(~40km/h)の影響を検証」する、と言っている…。最終的には、「リニア新幹線(時速500km/h)」の移動速度でも追従して、通信可能なようにすること辺りが目標だが、まずはこれくらいの速度から、と言うことだろう…。

Dynamic TDDシステムの干渉制御の効果を、フィールド実験により実証すると言っている…。

上段左が実験に用いられた装置だ…。すべて、試作器だろう…。上段右は、従来からの無線パラメータ(パケットサイズ)を、動的に組み替えて、最適なものとするNew RATの技術だ…。理論的には、そういうものだとして、果たして現実にうまく機能するのかは、実際に確かめてみる他は無い…。

下段は、実証実験の様子の概念図だ。左は、「チャネル状態情報を用いるビーム選択」とあるから、端末側で送信して寄こす「チャネル状態情報」に合わせて送信側が適切な受信状態となるように電波を発・送信する…、という話しだろう…。白い箱は、おそらく「中継局」なんだろう…。

下段右は、これだけでは、ちょっと分かりにくいが、矢印が「移動」して行く端末を、表しているんだろう…。「DL transmission」は、「ダウンリンク・送信基地局」を表し、「UL reception」は、「アップリンク・受信基地局」を表しているんだろう…。この間を、端末は「移動」しながら、受信と送信を行って行く…。その都度、「OK!」と「NG!」情報を、送信して行く…。その情報を解析して、「最適な受信状態」に持って行く…。それが、「Cooredinated scheduling」というわけなんだろう…。

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)
(3)超高密度分散アンテナ技術

※ 基地局の構成において、「超高密度に分散配置した分散アンテナユニット」を、構築すると言っている…。そして、その「多数の分散アンテナユニット」を協調させる「協調伝送アルゴリズム」を確立すると言っている…。そして、それらを協調させて、端末の位置に応じて、「仮想セル(仮想基地局)」の制御技術を確立する…、と言っている…。

上段右が、「分散アンテナユニット」の構成例だ…。1個の大きなアンテナユニットで構成するので無く、小さなユニットを組み合わせて、小規模なもの、中規模なもの、大規模なものを、全体で実現して行こう…、と言う発想だ…。これは、後でも紹介するつもりだが、「アンテナ設置(敷設)の作業」にも貢献する…。人力で運搬したり、敷設作業をしたりするには、「小型ユニット」の方が、都合がいいからな…。

上段左は、「ダイナミック仮想セル」と言う構想だ…。8個の分散アンテナユニットを、協調動作するようにコントロールして、あたかも「1つのセル(基地局)」であるかのように制御しようというもののようだ…。「Centralized controller(中央制御装置)」は、図上では「雲」の中に置かれているんで、「クラウド」上に置く…、というつもりなんだろう…。

下段右は、その屋内実験の様子だ…。

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)
(4)5G無線技術の実証実験

※ 「広エリア・大規模なマルチユーザー環境で、フィールド実験を行った」と言っている…。その内容は、「5Gの候補技術である」「Massive MIMO」「Sparse(※ まばらな) Code Multiple Access」「Filtered-OFDM」「Polar Code」を、ひとつの5Gプロトタイプ装置に実装して、フィールド実験を行った…、と言っている…。

しかも、あの「ファーウエイ」との共同実験だ…。前に、TDDは、「難易度の非常に高い技術だ」と言った…。

一種類の電磁波(電波)の中に、送信の波と受信の波を詰め込んで、それをまた、分離して、結合して利用するんだからな…。

ファーウエイは、この技術及びその周辺技術をずっと研究していて、ついに、実用的な水準までに「実用化」したらしい…。日本の横浜にも「日本法人」を置いて、200人以上の技術者を常駐させて、研究体制を構築した…、とも聞いた…。

だから、実証実験の「プロトタイプ装置」を作成するのにも、彼らのライセンスや、知見の力が必要だったんだろう…。

左側上段が、実験の様子だ…。4.6GHz帯の電波を使用し、300mの距離で、1.5Gbpsを達成した…、とある。白いルーフトラックの内部に測定装置と、測定人員が乗り込んでいるんだろう…。写真撮影のために、コーンを置いて、駐車スペースに駐車して撮影しているが、もちろん、路上を走行しながらデータを、計測したんだろう…。

右側が、新無線技術の説明だ…。もはや、見ても分からんな…。「Filtered-OFDM」と、「Polar Code」と言うものの説明らしい…。「非直交マルチプルアクセス」は、「波」の「位相」をずらして、「取り出し易く」する技術だったか…。「sparse code multiple access」とは、どういう技術なのか…。

一応調べたが、テキスト文献では「Machine Type Communication(MTC)に適した非直交多元接続方式とその応用」とか言う学術論文( https://search.ieice.org/bin/pdf_link.php?category=B&lang=J&year=2017&fname=j100-b_8_505&abst= )に当たったくらいだ…。『本論文では LDS と SCMA についての解説を行った.直交多元接続方式よりもシステム容量を拡大させることが可能であることから 5G において非直交多元接続方式が用いられることが想定されており,LDSとSCMAもその候補となっている.LDS,SCMAではあらかじめ決められた周波数で各ユーザが信号をラウンドロビンで重畳して送信するだけでよく,受信側においてMPAにより繰り返し演算を行うことによりユーザ検出ができる。この組み合わせにより伝送シンボル数に対する 100%以上のユーザ数の過負荷伝送を行っても正常に復号できる。この送受信側の原理についてそれぞれ詳細を述べた。また送信側の手順が比較的簡素であることから,mMTC の上りリンク伝送に適していることを説明した。計算機シミュレーション結果より,LDS と SCMA が上りリンク環境において OFDMA よりも高品質大容量伝送を実現していることを明らかにした。更に 5G における標準化動向も 紹介し,多元接続手法に期待されていることと LDS,SCMA の応用例について述べた。5.1 で述べたように 5G における非直交多元接続方式は LDS,SCMA 以外にも種々のものが提案されており,mMTC の早期実現と普及が期待される。』とか語っているが、難しくて、到底理解できん…。

画像で検索したら、けっこういいものに当たったぞ…。英文のサイトだったが…。「Sparse Code Multiple Access [SCMA] for 5G New Radio [NR]」( https://moniem-tech.com/2018/12/28/scma-for-5g-new-radio/ )

まず、「原理(考え方)」の説明だ…。5Gの「多元接続」を実現するためには、「多数の端末」が接続して来た時、基地局側では、その端末毎に要求されたデータを送信する必要がある…。しかし、発信する周波数帯は、限定されており、端末毎に異なる周波数帯を使って送信する…、と言うわけにはいかない…。そこで、各端末が要求しているデータを混ぜ込んだ、「混合データ」を送信し、各端末では、その「混合データ」から、自分の要求に適合した「データ」のみを、「復号」する…、ということを考えたわけだ…。

その「混合データ」の構造は、「レイヤー状(層状)」になっており、各端末で、自分に割り当てられた(復号を指示された)「層」のデータのみを、復号する…、と言うような仕組みにしてあるんだろう…。

その「混合データ」の作り方、「復号」のやり方を取り決めているものが、「codebook」と言うもので、上記の図はその 「codebook」 の生成のやり方の説明のようだ…。エリア内で、アクセスして来た端末の位置を把握し、それから「 codebook 」を生成し、「混合データ」を作成し、復号のやり方を端末に割り当てる…、と言うような感じなんだろう…。

各端末には、そういう「データ」を生成できる、「encoder」を備えている…、ということが前提になっている…。そういう各端末で生成した端末毎の「データ」に基づいて、基地局では、「混合データ」を生成する…、と言う話しのようだ…。

そういう各端末と基地局間のデータの送受信を通じて、「多元接続」にもかかわらず、「低遅延」「大容量通信」を実現して行こうという構想だ…。

5Gの話し(その12)

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験
(1)5G電波伝搬(総論)その2(測定技術・測定方法の開発の話し)

※ 従来は、こんな感じで「スループット(単位時間当たりに、伝送できるデータの量。「実効速度」とか、訳されている。これが大きいほど、大容量のデータを短時間でやり取りできる…、と言う話しになる)」を計測していた。「サーバ」から、でかいデータを流して、自分のPCで、最寄りの「アクセスポイント(AP)(※ 無線の基地局)」にアクセスして、そのデータを「ダウンロード」してみて、それに掛かる時間を計測する…、という方法だ。インターネット回線を開設した時、「どれくらいの、速度なのかな?」と、試してみた人も多いことだろう。

また、「遅延量」は、上記のような感じで、計測していた…。同様に、「サーバ」から、最寄りの「アクセスポイント(無線基地局)」に指示して、「測定用パケット」を送信してもらい、測定対象のPCで受信する。そして、パケット到着を「計測用のサーバ」に送信する…。他方で、「サーバ」は、パケットの通過を「計測用のサーバ」に送信する…。「計測用のサーバ」では、この両者の「データ」を付き合わせて、「遅延量」を計算する…。

この方法では、問題点が2つある…。1つは、専用の「計測用のサーバ」が必要となることで、2つ目は、その「計測用のサーバ」と測定対象のPCからのアクセスを許可するIPアドレスの設定が必要になることだ…。測定対象のPCが、通常ネットにアクセスしている時に使う「サーバ」は、「プロバイダー」が準備して、アクセスを許可しているものだからな…。「計測用のサーバ」にアクセスするには、それを許可する設定が必要になる…。

5Gにおいては、4Gまでとは、比較にならないくらいの数の「基地局・中継局」が必要となる…。それに対応するだけの数の、「計測用のサーバ」を設置するのは、手間とコストの両面から大変だ…。

※ そこで、「簡易な測定装置」を、新たに開発した。

14センチ×20センチ(厚さ6センチ)のリモコンくらいの大きさの装置だ。それでも、「周辺AP情報表示」「利用済みチャンネル番号確認」「無線通信状況表示」「スループット推定」「IP電話音声品質推定」と言う機能を有している…。 「IP電話音声品質推定」 とあるが、この当時は、「遅延量」が問題となる代表のデータのやり取りが、 「IP電話音声品質 」だった(「遅延量」が多くなると、「通話」が途切れて、「何を言っているのか、分からんぞ…。」と言う話しになる…)からそう表現しているだけの話しで、「データの送受信における遅延量」と言うことだ…。

この装置を使用した測定技術は、上記のような感じとなる(専門技術のようなんで、「感じ」しか分からんが…)。

まず、「スループット」の方は、「伝送速度」を固定しておいて、「パケット長」と「伝送速度」から「スループット理論値」を計算する…。そして、実際に「測定用パケット」を流してみて、「パケット再送要求(うまく受け取れなかったから、もう一度送信してくれ、と言う要求)」「パケットロス(送信したけど、どういうわけか、受信されずに行方不明となった)」なんかを折り込んで、「パケットエラーレート」を計算する…。この両者の値から、「スループット推定値」を計算する…。

次に、「遅延量」の方も、上記のような感じとなる(同様に、「感じ」しか掴めんが…)。

まず、利用する「IP電話アプリ」の「コーデック」(デジタルデータを音声データに変換する、「やり方」-何種類かあるんだろう…)を決定する…。それに応じて、「測定用パケット」の「パケット長」と「パケット送信周期」を決定する…。そして、実際に「測定用パケット」を流してみて、上記同様に「再送要求」や「パケットロス」を折り込んで「パケットエラーレート」を計算し、「送信時刻」と「受信時刻」の付き合わせから、「遅延量」を測定し、「平均遅延量」を計算し、「(総合的な)遅延量を推定する」…、と言う段取りのようだ…。

5Gの話し(その11)

※ これまでの説明で分かる通り、現状5Gは、「絵に描いた餅」だ…。

この餅が「喰える餅」になるためには、目標とする大容量、超高速、超低遅延、移動性への追従…、なんてな「お題目」を実現するべく、実際の行動を積み重ねて行くより他は無い…。

世間の人々(オレも含めて)は、「絵に描いた餅」の話しを聞くと、または、それが示されると、「ああ…。オレもそういう餅を、喰ってみたいものだ…。」と思うだけのことだ…。

しかし、そう思っているだけでは、いつまで経っても、「餅」は喰えるようにはならない…。喰えるようになるためには、一歩一歩地道に、「実現」へと向けて進んで行くより他は無い…。

特にこの手の、「新技術」の実現の場合は、仮説の提起→実証実験(=データ取り)→それを受けての、新たな仮説の提案・提起→実証実験(データ取り)…、を何度も何度も繰り返して行く他は、無い…。

そういう取り組み・実験を、外部に発表したNTTドコモの資料に当たったんで、それを紹介する…。多分、2016年頃の資料だと思う…。『ドコモ、5Gへの取り組み・実験(.pdf) https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/tech/5g/docomo5G_openhouse2016.pdf 』

その前に、もう一度、5Gの「絵に描いた餅」の話しを、確認しておこう…。「絵に描いた餅」の話しは、何度聞いても心地よいものだからな…。

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)

(1)5G電波伝搬(総論)

※ 「様々な環境における高周波数帯電波伝搬特性(伝搬損失特性、遅延特性、到来方向特性、人体遮蔽特性、粗面による影響の特性)」を、検討する…、と言っているな…。「粗面」とは、よく分からないが、表面がツルツルしていない、ザラザラの壁面なんかの「電波の反射・折れ曲がり特性」なんかを調べるんだろう…。

※ そして、その結果をもとに、「5Gシステム評価用チャネルモデルの提案を行う」と言っている…。まず、「5Gのシステム」にふさわしい「電波のチャネルモデル」を提案する前の段階で、「評価用のチャネルモデル」を構築・提案する…、と言う話しだ…。

この手の「新技術」の開発は、その目標とすることの実現のための「実証実験」を重ねて行くんだが、その「実験装置」自体が、まだ「存在しない」…。それどころか、対象である事象の「測定装置」すら「存在しない」…。だから、「測定装置」から「作って行く」「試作して行く」と言う話しだ…。この後も、延々と、そういうことの繰り返しなんで、よくよく噛みしめておいた方がいい…。

そうそう…。前に、「日本の場合、ギッシリと既存周波数帯が利用されていて、空き周波数帯を見つけるのに、難儀した…。」という話しをした…。しかし、それは、特に日本に特有のことでは無く、各国それぞれそういう状態に置かれていて、それぞれ自国の事情を申し述べて、採用周波数帯の決定に当たっては、すり合わせを行ったらしい…、と言う資料に当たったんで、紹介しておく…。

グリーンは、「良かろう」というもの、イエローは、「まあ、なんとか」と言うもの、レッドは、「ムリです」というもののようだ…。これを見ると、28GHz帯を採用したと言うことは、日米韓の市場を狙い、中国市場及びヨーロッパ市場は、「あきらめた」と言うことのようだな…。それぞれ攻略できる市場の規模も考慮して、採用周波数帯を決定して行った…、と言うことだろう…。

※ まず、タイム・スケジュールが示されている。大体、10年毎に「世代(G)」が進むらしいんで、「4G」が確定したすぐ後の2010年頃から、2020年に向けての「歩み」を始めたんだろう…。と言うよりも、「4G」の実証実験の中に、既に、「5G」に向けての「進歩・発展の芽」が、見い出せるものなんだろう…。技術的な「進歩・発展」とは、そう言うものなんだろう…。

上段で、実証実験の様子が紹介されている…。注目は、一番右で語られていることだ…。「高周波数帯の伝搬特性の高精度推定法の検討」と言っている…。実験装置を組んで、特性を示すデータを収集しても、どうも「高周波数帯」においては、その特性を把握することは、困難らしい…。わずかな「波の電界・磁界」の変化なんで、測定装置の精度の限界の問題もあるんだろう…(素人の推定だが…)。それで、「推定」する他無く、その推定を「高精度」なものにして行く…、と言う方向性で、取り組んだようだ…。

そういう「理論」や、それに基づく「取得データ」を示して、「標準化会議」に臨み、「要素技術の策定・確定」をリードして行く…、と言う話しのようだ…。

それで、「デファクト・スタンダード」となれれば、いいが、そうでなければ、投入したヒト・モノ・カネの資源と時間の、回収は覚束ない…、担当者の責任問題も発生する…、と言う話しだ…。大変なものだな…。

5Gの話し(その10)

※ 周波数つながりで、5Gの要素技術として、無線通信技術関連の要素技術について、語ることにする…。5GNR(New Radio)と言われているものだ…。

※ いきなり専門用語が出まくりで、かなり分かりにくい…。素人には、通信方式も接続方式も似たようなものに思えるが、通信方式は、受送信している電波をどう利用するのかに焦点を当てて考えていて、接続方式は、基地局と端末や、基地局間でどう信号をやり取りして、狙った電波を送信させるのかに焦点を当てて考えているもの…、程度の理解で十分だろう…。

※ 上記の分類だと、TDD方式は通信方式に、OFDM方式は接続方式に分類されているが、素人的には、代表的な「通信・接続方式」として、TDD方式とOFDM方式がある…、というような把握でいいだろう…。

※ 5Gに限らず、公衆無線通信においては、基地局と端末は、常に信号のやり取りを行い、基地局から一方的に電波が送信され、それを端末が一方的に受信する…、というようなものでは無い…。端末側も、「今の受信状態は、どうなのか」「どういう送信を行ってもらいたいのか」という情報を、基地局・中継局に対して送信しながら、適切な受信を得る…、と言うような構造になっている。

※ FDD方式は、その送受信を、異なる周波数帯の電波を使用して行う。それに対して、TDD方式は、送受信を、同一の周波数帯の電波を使用して行う…、と言うものだ。

※ デジタル信号は、自在に分割・結合が(理論上は)可能だという説明をしたが、まさにTDD方式は、1本の周波数帯の電波に、送信情報と受信情報を埋め込んで行うものだ…。それで、Time Division Duplex(時分割複信)と呼ばれている…。もちろん、技術的には、相当難易度が高い。連続した電磁波(電波)の波の山と谷を、正確に0と1に置き換えるのは、至難の業だし、当然「エラー対策」の仕組みも、用意する必要が出てくる…。しかし、技術的な進歩は、そういうことを可能にしたようだ…。

※ それで、ドコモなんかも、徐々に採用に踏み切ったりしたようだ…。前述のように、既存周波数帯がギッシリ詰まっていて、とてもまとまった空き周波数帯を取れないような日本みたいな状況では、背に腹はかえられない…、と言う事情も、あったんだろう…。

※ 「OFDM」という技術が、説明されている。『 OFDMとは、Orthogonal Frequency Division Multiplexingの略で、日本語では直交周波数分割多重と訳されるデジタル信号の変調方式の一種。ADSL、無線LAN、WiMAX、LTE、デジタルテレビ放送などで幅広く採用されている。
データをサブキャリアと呼ばれる複数の搬送波に分割し、周波数方向に並列に送信するマルチキャリア変調方式の一種となるが、各サブキャリアを直交させる(波の位相を90度ずらす)ことでサブキャリア間の間隔を密に配置し、限られた周波数帯域を有効に利用したり、マルチパスや干渉波の影響を少なくすることができる。
周波数軸上にたくさんのサブキャリアが重なり合うように配置されるため、信号が互いに干渉するように見えるが、直交させることで各サブキャリアの中心周波数が他のサブキャリアの信号強度が0の部分に位置するように重なり合うため、重ね合わせた信号を後から分離して容易に取り出すことができる。
なお、OFDMのサブキャリアをそれぞれ異なるユーザーに割り当てることで同一周波数上での多元接続を実現する方式をOFDMAと呼ぶ。』 

 これも、電波(電磁波)の山と谷を、正確に0と1に置き換え、正確に復元するための技術の一つだ…。限られた周波数の中に、できるだけ多くの山と谷を詰め込むと、間隔が密になり過ぎて、正確に0と1に置き換えるのに難儀する…。そこで、「 各サブキャリアを直交させる(波の位相を90度ずらす) 」というような仕掛けを施して、取り出し復号することを容易にしようという考えだ…。

※ 「超低遅延」実現のための技術の説明だ。前述のように、基地局と端末間では、情報のやり取りを行っているわけだが、その送受信にかかる時間を、短縮して、送信も受信もパパッと完了するようにして行こう…、というものだ。そのための方策として、・サブキャリア間隔を広くするー同じ12サブキャリア( データを複数の搬送波に分割したもの)でも、180KHzから1.44MHzに間隔を広くして、同じデータ量を短時間で送信可能としよう、というものだ。 ・単位時間長をフレキシブルに変更するーデータ量が少ない場合などに、スロット内のシンボル数を変化させて送信する…、というようなことを考えている…。

※ ここで、「フレーム」「サブフレーム」「スロット」「シンボル」というような用語が登場している…。

※ 電波(電磁波)の山と谷を、0と1に置き換えたもの(デジタル信号)なんで、コンピューターにおける「マシン語」の理解のアナロジーで、理解すればいいだろう…。そういう0と1を詰め込む(または、乗っかる)「箱」の単位の話しなんだろう。

※ 「フレーム」が一番でかい箱で、10個の「サブフレーム」が詰め込まれている。「サブフレーム」は、1「スロット」を構成し、その中には14個の「シンボル」が入っている。1「シンボル」には、先頭に「CP」と言うものがある。電波(電磁波)の山と谷を正確に1 と0に置き換えないとならないので、他の「実効データ」と判別しやすくするための「フラグ」みたいなものなんだろう…。この1「スロット」内の14個の「シンボル」が、実際の「0と1」で表現される「デジタル・データ」というわけなんだろう…。

※ 「サブキャリアの間隔を広げる」とは、波の幅を狭くして(より細かい波にして)単位時間当たりに伝送できる山と谷の数を多くする…、と言うことなんだろう…。

※ そうすると、機器(特に、電磁波の発生装置)の「発熱」は、もの凄いものとなるだろうな…。CPUにおいて、処理能力を上げようとして、「クロック周波数」を上げると言う話しと、同じだ…。

※ 基地局( or 中継局)と端末間の、情報のやり取りの方向の切り替えの話しだ…。『アップリンクとは、通信回線の上り方向のこと。端末から、基地局やサーバーに近い方向への通信経路を意味し、パソコンなどの端末からデータを送信する場合は、ほとんどがアップリンクとなる。逆方向の通信経路はダウンリンクという。             また、通信速度や使用する周波数帯域を表現する際にも使用する。携帯電話などの無線通信では、端末側と基地局側の装備の違いや常時双方向通信を可能にするなどの理由から、送信と受信で利用する周波数帯域や通信速度が異なる場合が多い。そのため、「アップリンクの帯域は○○MHz」「通信速度はアップリンク(上り)○○kbps」というように表現される。』

前述のように、公衆無線通信においては、絶えず、端末は基地局との間で、通信のやり取りを行っている…。それで、この切り替え(端末→基地局、端末←基地局)を、4Gまでは、時間単位で行っていた。「10msec(0.01秒)」経過する毎に、アップとダウンを切り替えると言う仕様になっていた…。

5Gでは、これを、もっとフレキシブルな形で行えるように、仕様を変更した…。「Semi-static TDD」では、基地局が「0.5 0.625 1 1.25 2 2.25 5 10」の8種類のパターンを選択できるようにした。

パターン「#A」の図を見ると、オレンジの「D」(ダウンリンク、基地局→端末)とブルーの「U」(アップリンク、基地局←端末)の間に、白い部分がある…。これが、「Switching period」と言うもので、物理現象(電磁波を出して、空間に作用させ、波のように伝搬させて、遠くまで到達させる)なんで、そう「瞬時に」切り替えることができるものでは無い(送信側は、高周波電流を切り替えるだけなんで、瞬時に切り替えることはできるんだろうが、端末側は、「波」の到来を待って、切り替える必要がある…)。それで、一定の間隔を空けているんだろう…。

パターン「#C」の図を見ると、最初は、「D(ダウンリンク、基地局→端末)」だったが、「切替スロット」の情報が到来している…。ここで、「D」と「U」を、切り替えるわけだ…。1スロットには、14個のシンボル(0と1の情報)を納めることができ、4個の「D」の後に、5個の白い部分(おそらく、無意味信号部分)が続いた後、4個の「U」に切り替わっている…。合計すると、1個が14個のシンボルに足りないが、1個は前述の「CP」と言うことなんだろう…。

後は、この基地局の選択した本来の「切り替え周期(0.25msec)」で、「U」と「D」を切り替えて、通信がなされて行く…、というような感じのようだな…。

Dynamic TDD」は、もっと凄いぞ…。切り替える頻度が、もはや「スロット(14シンボル)」単位では無く、「シンボル(1スロット内に14納められている)」単位でできる仕様になっている…。

「56パターン」の切り替えが可能…、と言っているが、この「56」という数字がどこから生じたのかは、ちょっと分からないな…。

いずれにせよ、ここで紹介されている5パターンのような 「U」と「D」 の通信を、端末からの要求を受けて、自在に切り替えて通信を行っていくわけだ…。

5Gの話し(その9)

4(1)要素技術の策定・標準化(使用する周波数帯の決定までの動向)

※ ここまで、5Gの目標を達成するための様々な要素技術の代表を検討してきた。それで、次は、そういう要素技術の提言・策定のために、各メーカーが試行錯誤し、様々な実証実験を行って来たことを、「NTTドコモ」の事例を中心に紹介しようと、思っていた…。

※ しかし、今日また、いろいろ調べていたら、「新世代モバイル通信システム委員会 技術検討作業班における検討状況」と言う総務省作成の資料に、当たった…。( http://www.soumu.go.jp/main_content/000538001.pdf )

ここには、5Gの目標実現のために、主に「利用する周波数帯」の決定に至る過程が、記述されていて、非常に参考になる…。そもそも、5Gの目標実現のためには、「要素技術」の検討どころか、その「利用する周波数帯」をどう決定するのか、の段階で悩まないとならなかったんだ…。それで、順番は前後するが、この資料の方から紹介する…。

※ まず、タイム・スケジュールは、こんな感じだった…。ITU(国際電気通信連合)と言う国際組織や、3GPP(日米欧中韓の標準化団体)が中心となって、プロジェクトを進めて行ったようだ…。「リリース」と言うのは、ある程度固まった「仕様」から、どんどん発表して行って、各国の対応を促して行ったんだろう…。

※ わが国の「電波の使用状況」は、こんなものだった…。既に、ギッシリ使用されてしまっていて、新たに利用できる周波数帯は、見当たらないような状況にも見える…。近年は、「自動運転」とか、「安全運転支援」とかで、自動車ですらミリ波のレーダーを使ったりしているからな…。

※ ピンクの破線と薄いピンクの部分が、「利用できる可能性があるのでは…。」とされた帯域のようだ…。

※ 3.7GHz帯と、4.5GHz帯において、共用ができないか、検討したようだ…。ここでは、「電気通信業務(固定衛星から地球に、電波を送信して利用している)」や、隣接帯域では、「航空機電波高度計」や「5GHz無線アクセスシステム」( 『この5GHz帯無線アクセスシステムは、都市部に加えてルーラル地域におけるインターネットサービスのインフラとして、特に離島や山間部など有線方式が困難であった地域において、本システムを利活用することにより、光ファイバー等の敷設費用に比べ、ユーザーあたりのコストを抑えたインターネットアクセスが可能となることから、電気通信事業者の使用に限らず、地方公共団体等による地域ごとに特色のあるサービスへの利活用が期待されています。』と言うことらしい…)がある…。近接周波数帯域では、どうしても、電波の「干渉」が生じてしまう…。「航空機電波高度計」に干渉が生じては、マズいだろう…。

※ 「Cバンド固定衛星業務」って、スカパーとかの「通信衛星」を利用したサービスなんかのことかな? 別に、コンテンツ配信に限らず、国際中継画像の送信なんかにも、利用されているものだな…。「国内免許の地球局は56局」もあるのか…。

どうも違うようだ…。大体、オレの認識ではWOWOWは衛星放送、スカパーは通信衛星放送、スターチャンネルも通信衛星放送…、というものだったんだが、いつの間にか、全部「衛星放送」になっていたようだ…( スター・チャンネル https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%83%81%E3%83%A3%E3%83%B3%E3%83%8D%E3%83%AB#BS/%E6%9D%B1%E7%B5%8C110%E5%BA%A6CS%E3%83%87%E3%82%B8%E3%82%BF%E3%83%AB%E6%94%BE%E9%80%81%E3%81%AE%E7%B5%8C%E7%B7%AF )。

そうすると、「 Cバンド固定衛星業務 」ってなんだろう…。「ケーブルテレビ」の通信衛星版みたいなことをやっている業者なのか…。

※ 国内免許の電波高度計は1,100局もあり、5GHz帯無線アクセス登録局に至っては、12,017局もあるんだな…。

※ 固定無線アクセスシステムとは、『固定無線アクセスシステム(FWA:Fixed Wireless Access)は、オフィスや一般世帯と電気通信事業者の交換局や中継系回線との間を直接接続して利用する無線システムです。地域通信市場の競争促進、インターネットの利用拡大等大容量通信ニーズへの対応という点で展開が期待されています。電気通信事業者側の基地局と複数の利用者側の加入者局とを結ぶ1対多方向型(P-MP;Point to Multipoint)と、電気通信事業者側と利用者側とを1対1で結ぶ対向型(P-P;Point to point)があります。』と言うようなものらしい…。

※ こっちも、国内免許局は、6,150局もある…。

※ 筑波に、衛星間通信に関して、「筑波衛星間通信校正局」なるものがあることは、知らんかった…。正しいデータがやり取りされているのか、「チェック」でもするんだろうな…。

※ 前述のように、5Gの「多元接続」実現のためには、「ビームフォーミング技術」が必須となるが、これを実行すると、隣接の他システムに「干渉電力」が生じる…。しかも、ビームフォーミング技術においては、その電波の指向性が「動的に」変動するために、対処が難しい…、と言う話しになる…。そこで、5G基地局から発信・送信される電波を、統計的にモデル化して、「最大パターン」「平均パターン」「瞬時のパターン」などとデータ化し、それを提供することで、極力干渉を抑制してもらおう…、と言うような提言のようだ…。

※ これも、上記と似たような提言だ…。5Gの利用形態として、コンサートやスポーツ観戦において、多くの人が集まるようなところで、「多元接続」を実現することが、想定されている…。その時、例えば地方のコンサート会場やスタジアムなんかでは、恒久的な基地局ではなく、一時的な「移動基地局」を設置することなんかが、考えられている…。その時に、近隣の無線局にデータを提供して、極力電波干渉なんかの影響を、抑制してもらおうと言う話しだろう…。もう、そういう5G対応の移動基地局のようなものは、開発されている…。

ちょっと、頼りない感じだが、支柱を傾けて、台車を転がして、数人がかりで移動させるんだろう…。あるいは、移動の時はパーツを取り外しておいて、大体位置が決まったら、各パーツを組み付けるのか…(「ドコモが5G移動基地局、すぐに使いたい人へ」(2019年04月26日) https://newswitch.jp/p/17416 )。

こういう風に、共用のための技術や方策の策定の他方で、既存の無線局の人々に協力をお願いして、周波数帯の移動が実現できるものは、移動してもらう…、と言う話しになったようだ…。

※ 28GHz帯なんて、このくらいのボリュームだ…。「プラチナ・バンド」と言われているわけが分かるな…。

結局のところ、まとまって取れる空き周波数帯なんてものは無く、なんとか「共用技術」により、干渉を極力抑制しつつ、既存周波数帯との共用で行く…、と言う話しになったようだな…。(「5G実現に向けた進捗状況について(※ 平成30年総務省作成の資料)」 ( http://www.soumu.go.jp/main_content/000587659.pdf )

5Gの話し(その8)

4(4)要素技術その4(ビームフォーミングの話し)

※ ビームフォーミング技術について、語る…。この技術が、5G三大目標の一つ、「多元接続」のポイントとなる技術だからだ…。

※ 電波の「発生原理」が、上記のようなものだから、電波は電流が流れる導体を中心として、「同心円状」に伝わるのが原則のはずだ…。

こんな感じとか…

こんな感じとかのはずだ…。

※ しかし、こういうものだとすると、5Gの「多元接続」においては、少し具合が悪い…。この状態では、この同心円内にある端末は、全て同じ種類の電波を受け取る…、という話しになるからだ…。

※ 5Gの目標とする「多元接続」では、端末毎に違ったことをやれないと困る…。あるユーザーは、高速で大容量の「データ」をダウンロードしたいし、あるユーザーは、スポーツ観戦における360°映像を、リアルタイムで視たいし、あるユーザーは、双方向でRPGがやりたい…。そういう多種多様な、接続形態を実現して行こうとするのが、5Gにおける「多元接続」だ…。

※ こういう図を見ると、素人は、「送信する際に、何らかの仕掛けを施して、電波の送信の方向を曲げたり、何層もの電波を発信したりするんだろうな…。」と思ってしまうが、どうもそうでは無いようだ…。

上記は、5G実現のためにドコモが行った実証実験について、ドコモが外部に発表した資料だ…(後で、また、まとめて取り上げる)。上段右を見てほしい…。4Gのパケットを、組み立て直して変更しているだろう。前に語ったが、デジタル方式においては、デジタルデータの切り出し・結合は、自由にできるんだ…。だから、空間中に存在する電波のデジタル信号から、何を取り出して、どういう風に結合するのかは、その端末の自由…、と言うことになる…。

「図4送信ストリームとビームフォーミング効果」の図では、セル(基地局)からの距離の遠近により、4層のビームの内のどれかを選択しているイラストになっている…。しかし、別に送信側で「層状」になるように電波を発信しているわけでも無く、その電波が届く範囲内の「端末」が、自分で「デジタル信号」を「切り出し」、自分が必要とするものを選択・決定し「結合」して、利用している…、と言う話しだ…。

そういうことを、実現する基盤となっているのが、「MIMO」と言うことになる…。

「MIMO」とは、定義的には、

MIMO
 ※ 『MIMO (multiple-input and multiple-output、マイモ)とは、無線通信において、送信機と受信機の双方で複数のアンテナを使い、通信品質を向上させることをいう。スマートアンテナ技術の一つ。なお、”input” および “output” との言い方はアンテナを装備した機器を基準とするのではなく、信号を伝送する無線伝送路を基準としている(伝送路から見て入力となる送信側が “input”、伝送路から見て出力となる受信側が “output” となる)。
帯域幅や送信出力を強化しなくともデータのスループットやリンクできる距離を劇的に改善するということで、無線通信業界で注目されているテクノロジーである。周波数帯域の利用効率が高く(帯域幅1ヘルツ当たりのビットレートが高くなる)、リンクの信頼性または多様性を高めている(フェージングを低減)。以上からMIMOは、IEEE 802.11n (Wifi)、4G、3GPP Long Term Evolution、WiMAX、HSPA+といった最近の無線通信規格の重要な一部となっている。』と言うようなものだ…。
https://ja.wikipedia.org/wiki/MIMO

要するに、送信側・受信側ともに、複数のアンテナを使用し、複数の電波の中から必要なものを、切り出したり、結合したりして、結果として、「複数の層状の電波」や「複数のビーム状」の電波を受信したと同じような状況を作り出す技術 (その意味では、「電波の仮想化」の一つ)…、と言うことのようだ…。

なにしろ、送信側のアンテナは、パネルになっており、1024個もの送信端子を備えている…。原理的には、1024もの「電波」を発信できる…、という話しになるはずだ…。もちろん、現実には「干渉」や、「遮蔽」と言った問題があるし(天候にも左右されるという話しだ…。雨だと、あまり遠くまでは、飛ばないらしい…)、地形やビルの配置なんかによっても、影響されて来る話しだろう…。

しかし、空間中に複数個存在する電波から、必要なものを選択して、自分が必要とするものを「切り出し」自在に「結合して」利用すればいい…、と言う話しになる…。

そうやって、「多元接続」を実現して行こう…、という話しだ…。